张学辉 杨搏涛 李鹏阳 安军海

摘 要：为解决抗震支吊架设计与受力校核自动化程度低引起的建筑工程设计精度问题，基于Revit平台设计了不同类型的抗震支吊架族模型，通过分析Revit API对象结构，利用递归方式识别管道曲线坐标，自动调整支吊架布设方向，探究了参数化模型数据信息的提取方法及抗震支吊架受力体系与Revit之间的交互方式，并通过实际工程案例加以验证。研究表明：1）抗震支吊架自动化设计系统能够以三维可视化的方式自动生成设计方案，可完成各类型抗震支吊架自动规范性布设，提高工作效率;2）通过调用自定义函数，对其关键节点进行受力分析，可进行自动校核，保证抗震支吊架布设方案的安全性;3）通过对设计模型参数化的设计，可实时修改设计方案，具有较高的灵活性。研究结果能够为复杂管道系统中的抗震支吊架设计提供技术支持，为推进建筑机电工程智能化设计提供了方向和参考价值。

关键词：计算机辅助设计;抗震支吊架;二次开发;Revit API;自动化

中图分类号：TU17   文献标识码：A   DOI： 10.7535/hbgykj.2022yx01006

Abstract：In order to solve the problem of the architectural engineering design accuracy caused by the low degree of automation in the process of seismic support and hanger design with stress checking，different types of seismic support and hanger models were designed based on Revit platform.Through the analysis of Revit API object structure，the curve coordinates of pipeline were identified by using the recursive method and the direction of support and hanger layout was automatically adjusted.The data information extraction of parameterized model and the interaction mode between seismic support and hanger stress system with Revit were explored，which were verified by practical engineering cases.The results show that：1） automatic design system for seismic support and hanger can automatically generate the design scheme with 3D visualization and complete the automatic and standardized layout of various seismic supports and hangers，so as to improve the work efficiency;2） after adjusting the user-defined function，the stress analysis of the key nodes can be carried out，and automatic check can be undertaken to ensure the safety of the seismic support and hanger layout scheme;3） with the parametric control of the design model，the design scheme can be modified in real time with high flexibility.The research results can provide technical support for the design of seismic supports and hangers in complex pipeline system，which can promote the intelligent design of building mechanical and electrical engineering with strong reference value.

Keywords：computer aided design;seismic support and hanger;secondary development;Revit API;automation

近年來中国地震频发，抗震支吊架使用越发广泛，同时国外在管线及抗震支吊架这些非结构部件地震力影响方面制定了相应标准[1]。1976年唐山大地震以后，中国开始重视非结构部件抗震设计[2]，颁布的一系列规范中针对非结构部件设计提出了抗震计算说明，并给出了相关计算方法[3]。黄剑雄[4]，史全胜[5]分别对抗震支吊架的布置准则和设计选型进行总结，阐述了抗震支吊架布置准则、受力校核及水平地震力计算方式。但传统设计方法需要设计人员在管线平面CAD图中标注各抗震支吊架的位置，并对每一个位置进行受力校核，整个过程主要通过人工完成，自动化程度低，材料浪费严重，且许多大型工程包含大量复杂管线系统，其抗震支吊架的设计经常成为工程设计的负担，严重影响项目进度。因此实现高效的抗震支吊架自动化设计系统具有重要的现实意义。

随着计算机辅助设计在建筑领域广泛应用，Revit二次开发技术得以快速发展，王所紧等[6]基于UG开发了管道支吊架设计系统Hanger Wizard，应用数据库管理技术获得了管道类型尺寸等设计参数，提高了对管道支吊架的三维建模效率。王博超等[7]利用Java SE开发了一款应用于核电厂管道支吊架设计程序，实现了零部件的自动选型，能够根据实际管线情况选择合适的支吊架模型。盘荣铖等[8]结合某实际工程，对承重支吊架布置原则等方面进行研究，将管线信息作为依据，运用BIM相关技术深化几何信息模型，通过数据集成，对管道支吊架的布设方法做出了进一步总结。

上述研究主要是针对管线系统中单一承重支吊架的研究，未提及自动化受力校核等方面相关研究。由于中国抗震支吊架相关规范实施较晚，抗震支吊架的自动化设计系统几乎处于空白。国外支吊架大型企业，如荷兰的沃雷文 （Walraven）、列支敦士登的喜得利（Hilti）等，在支吊架设计、安装等领域处于领先地位，但这些企业对管道支吊架智能设计相关软件未进行公开。

BIM具有可视化、协调性、参数化等特点[9]，为抗震支吊架的设计提供了新的有效途径，但目前BIM软件在抗震支吊架自动化设计方面仍处于起步阶段。本文通过建立支吊架族，分析相关API函数用法，总结抗震支吊架应用范围、布点方式和受力校核准则，探究与BIM核心软件Revit之间的交互方式，对抗震支吊架自动化布设与受力分析展开研究，该研究有助于提高工作效率、加快项目工期进度，具有广泛应用价值。

1 开发工具及程序设计思路

采用Visual Studio 2017及Revit 2016为平台， C#为编程语言，创建WPF交互界面并添加Class类，通过程序主入口IExternal Command与接口成员Execute（）函数进行命令扩展功能[10]，由于实现管网中各类抗震支吊架自动生成属于对当前Revit文档进行修改与创建，因此通过使用Transaction进行事务的创建与更新，生成解决方案进行加载及调用。由于事务在API中没有默认值，因此需声明标签值，本文使用Manual模式，方法如下。

[Transaction（TransactionMode.Manual）]

[Regeneration（RegenerationOption.Manual）]

如图1所示为Revit二次开发流程。

本文从抗震支吊架参数化嵌套族的创建、自动化布设布置、受力计算3方面展开研究，图2为程序设计思路。

2 面板菜单栏设计

用户界面（GUI）是程序可见部分之一[11]，通过对外部命令接口（IExternal Application）进行派生，对Create Ribbon Tab函数进行调用，创建功能面板（Ribbon Panel），指定参数中包含命名空间在内的完整命令类名称的dll生成路径，在方法Push Button Data中进行内部名称、显示名称、程序集及类名参数输入，添加自定义按钮（Push Button）并用Bitmap Image方法将ico图标插入到面板，实现与计算机的交互。具体流程如图3所示。

创建系统在Revit自定义按钮标签页如图4所示。

3 自动化布设系统设计

3.1 创建参数化族模型

在Revit中选择公制机械设备作为族样板，以《国家建筑标准设计图集》为标准创建抗震连接件、管夹、槽钢立柱、槽钢斜撑等，形成嵌套族[12]。由于各类管道支吊架族模型较为复杂，因此在设计之前对相关基准轴、定位点、参照平面及参照线等进行创建。

Revit 2016中由官方定义了一套数学语法体系，以其中部分支吊架为例进行设计，通过表达式的实现，将各注释进行参数化关联，创建自动化参数关联模型，如图5所示为部分抗震支吊架参照平面设计及参数化关联模型。

图5 a），c）中，L为横梁，W为管道宽度，H为管道高度，图b）中D为管道直径，t1为管道壁厚，t2为管夹直径，对各部件表达式参数化关联，使各类管道支吊架随着管线或管径的变化而变化。以其中一种管道支吊架为例，图6为添加参数界面。

3.2 族模型的载入

Revit API函数中提供了元素过滤器，用来遍历各元素ID。利用Filtered Element Collector收集器，对项目中管道支吊架族进行过滤，实现族模型的载入，具体流程如图7所示。

首先新建“LoadCzFamily”类，创建事务Transaction修改Revit中的文件，本文载入的族均为构建族，首先在内存中重新建立一个独立的拷贝文档，获取参数化族模型文件的路径。然后，采用if语句对当前文档中是否加载目标rvt文件进行判断，若没有，则使用Load Family重載方法将rfa族文件通过程序的方式进行加载。

3.3 间距计算

根据规范[13]要求，在程序中设定计算规则并输入相关参数，实现间距自动计算功能，其中水平管线抗震支吊架间距L可通过式（1）求出。

如图12中，在n点处生成空间坐标系，取长度L在线方向Line Dire上对于Ox，Oy，Oz三个坐标轴方向上的投影坐标（Lx，0，0）（0，Ly，0）（0，0，Lz）来确定第下一节点坐标位置，进行循环布设。由于在程序中生成的支吊架方向默认为原始水平方向，因此需要将支吊架族模型进行旋转，最终与对应的管线方向垂直，本文采用API中提供的Rotate方法，通过元素的Location进行元素旋转。抗震支吊架均布置于直管件，且拐弯处0.6 m进行布设，步骤如下。

1）起始点St确定 首先，获取构件信息集合ele中的管线三维中心线，定义线方向Line Dire并获取起始点St;判断起始点是否有连接件，若有，则在距离St处右侧（0.6+L） m处进行布点。

2）點位布设 对选择管段进行递归识别，判断是否在同一标高。在每个连接件0.6 m处进行抗震支吊架的布置并对管段进行等间距布点，设与点选管段中心线方向Line Dire上每个节点为num_Hangers[i]，其中i={0，1，2，...，n-1，n}。

3）元素旋转 判断管线与水平线形成角度不同情况，生成旋转轴Rot Axis、水平轴Hor Axis，对抗震支吊架旋转角度进行设计，最终垂直于管道三维中心线方向，具体程序流程如图13所示。

如图14所示为创建完成的抗震支吊架自动化布设系统操作界面。

4 抗震支吊架受力计算系统设计

4.1 抗震支吊架受力分析

为方便受力分析计算，根据支吊架实际受力情况对其简化，如图15所示为抗震支吊架计算简图，图中斜撑LG、吊杆HG所受地震力为Fq1，斜撑MK、吊杆IK所受地震力为Fq2，且满足Fq1=Fq2。

式中：MH为管道产生的集中荷载与槽钢横担材料自重产生的均布荷载弯矩叠加;A2为槽钢横梁截面面积;Wh为净截面模量。

4.2 抗震计算程序设计

上文阐述了抗震支吊架各受力部件抗地震力分析的依据和计算方法，下面将重点研究如何在程序中实现计算机自动辅助计算功能并引入到Revit中。

设计思路如图20所示，运用Revit API提供的相应接口构造SelSL类并调用，定义支吊架和管道模型各项参数，遍历IListKz_element list集合中对象名称获取当前Revit文档中的族实例后，用Revit Lookup查看图元相关对应参数进行数值提取。建立非模态窗体，对Button Click触发事件，即编写抗震计算程序，并调用IEvent Handler接口的Execute（）方法，创建收集器collector对当前Revit文档中的族模型信息进行收集。

6 结 语

为解决复杂管道系统中抗震支吊架布置与校核困难这一问题，以实际工程项目为例，结合BIM技术对Revit进行二次开发，设计出抗震支吊架自动化设计系统，有助于工程师快速确定支吊架的设计方案，提高施工效率，为抗震支吊架的设计提供了一种新思路，主要结论如下。

1）设计的抗震支吊架自动化设计系统提高了设计效率，减少了因自动化程度低而造成的时间浪费，缩短了工期;可以自动生成三维可视化的设计方案，提高了设计效率和精度，解决了设计与施工之间的信息偏差问题。

2）建立的自动受力校核系统，通过调用相关API函数，分析抗震支吊架关键受力节点，在一定程度上优化了抗震支吊架布设方案，提高了抗震支吊架的安全性。

3）采用Revit平台二次开发解决类似工程问题是可行的。

针对抗震支吊架族库不完善、初期建模工作量较大等问题，未来将对建模方式进行研究，进一步扩展族库;此外，由于API函数复杂性，控制不同管线的标高是一大难点，今后对于管道不同标高处抗震支吊架自动化设计还需要进一步研究和探索。

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