(廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院，廣州 510010)

1 背景

Revit軟件的主要功能是在三維模型環(huán)境中，充分利用Revit族搭建可視化三維模型。從Revit的建模角度和最終CAD二維圖紙成果出發(fā)，實(shí)現(xiàn)BIM正向設(shè)計(jì)，不僅需要設(shè)置Revit樣板文件(包括對(duì)線樣式，對(duì)象樣式，管道顏色和圖層顏色等)[1]，而且還要準(zhǔn)備充足的族構(gòu)件，便于在設(shè)計(jì)過(guò)程能夠?qū)崟r(shí)調(diào)用。

族是構(gòu)成Revit文件的基礎(chǔ)元素，在Revit軟件中，族的類(lèi)型包括系統(tǒng)族和外載入族兩種形式，如圖1所示。系統(tǒng)族存放在Revit項(xiàng)目文件或項(xiàng)目樣板中，主要用于創(chuàng)建項(xiàng)目的基本圖元，如標(biāo)高、軸網(wǎng)、視圖、墻、樓板、天花板等。外載入族可作為一種獨(dú)立格式的文件存放，包括體量族、模型類(lèi)別族和注釋類(lèi)別族，并有獨(dú)立的族編輯工具，允許軟件使用者自定義創(chuàng)建。

族的管理對(duì)象包括系統(tǒng)族和外載入族，系統(tǒng)族只能依托于項(xiàng)目和樣板文件存在，對(duì)于這一類(lèi)型的族主要通過(guò)樣板定制過(guò)程中，進(jìn)行存儲(chǔ)和設(shè)置，不同類(lèi)型的工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目可以對(duì)樣板文件獨(dú)立設(shè)置，在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中可以直接調(diào)用。外載入族的存儲(chǔ)管理同樣可以利用Revit樣板文件進(jìn)行存儲(chǔ)，但由于族類(lèi)的種類(lèi)繁多，后期導(dǎo)致樣板文件比較繁重，可利用族庫(kù)管理工具進(jìn)行歸檔存儲(chǔ)。下文主要就族庫(kù)的應(yīng)用管理展開(kāi)分析，分析建設(shè)BIM正向設(shè)計(jì)族庫(kù)工具的功能需求，以及系統(tǒng)架構(gòu)。

圖1 Revit族類(lèi)型

2 常見(jiàn)族庫(kù)工具的功能

目前，國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的族庫(kù)主要有Revit自帶族庫(kù)和第三方插件族庫(kù)，如天正族庫(kù)、鴻業(yè)族庫(kù)、探索者族庫(kù)、構(gòu)件塢、族庫(kù)大師等。軟件自帶的族庫(kù)通過(guò)劃分專(zhuān)業(yè)類(lèi)型，利用文件夾歸類(lèi)存儲(chǔ)，滿足基本的建模需求。

第三方族庫(kù)插件主要利用Revit SDK對(duì)Revit進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，在Revit中主要通過(guò)繼承接口類(lèi)IExternalCommand和IExternalApplication實(shí)現(xiàn)外部命令和外部應(yīng)用的加載[2]，開(kāi)發(fā)族庫(kù)插件，通過(guò)項(xiàng)目文件調(diào)用工具命令，實(shí)現(xiàn)族構(gòu)件的集成管理。對(duì)比現(xiàn)有的幾個(gè)族庫(kù)的管理功能，基本功能有歸類(lèi)、存儲(chǔ)、檢索、三維預(yù)覽、族編輯等。如圖2所示。

1)歸類(lèi)：以樹(shù)狀列表或文件夾目錄架構(gòu)，按照專(zhuān)業(yè)類(lèi)型，工程實(shí)施階段，類(lèi)型進(jìn)行劃分歸類(lèi)；

2)存儲(chǔ)：存儲(chǔ)的方式包括云存儲(chǔ)和本地計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)，根據(jù)已有分類(lèi)排序方式，軟件使用者可將族構(gòu)件存儲(chǔ)到對(duì)應(yīng)類(lèi)型的目錄文件中。

3)檢索：族庫(kù)插件通過(guò)搜索引擎技術(shù)，軟件使用者可通過(guò)搜索工具查找需要的族構(gòu)件。

4)三維預(yù)覽：通過(guò)Revit API開(kāi)發(fā)接口，軟件使用者在調(diào)用和下載族構(gòu)件的同時(shí)，可通過(guò)預(yù)覽窗口功能篩選適用的族構(gòu)件。

5)族編輯：通過(guò)Revit API開(kāi)發(fā)接口，軟件使用者可通過(guò)相應(yīng)的命令按鈕，跳轉(zhuǎn)至Revit“族編輯器”，查看族的參數(shù)信息和編輯族；

圖2 族庫(kù)基本功能

3 常見(jiàn)族庫(kù)工具存在的問(wèn)題

實(shí)現(xiàn)Revit平臺(tái)下的BIM正向設(shè)計(jì)，從實(shí)施的主體元素和最終的成果表達(dá)分析，主要包括兩個(gè)方面，分別為各專(zhuān)業(yè)的三維模型以及二維CAD圖面表達(dá)。各專(zhuān)業(yè)的三維模型通過(guò)族搭接形成，且各設(shè)計(jì)階段模型的精細(xì)度不同，要求構(gòu)件族能以不同的模型精度進(jìn)行表達(dá)。而各專(zhuān)業(yè)的二維CAD圖紙主要通過(guò)Revit軟件導(dǎo)出，在模型的平面視圖中需要添加注釋族[1]，用于圖面表達(dá)的注釋功能。如房間定位信息、注釋信息和機(jī)械設(shè)備安裝定位信息等內(nèi)容。

因此，不同于以往采用翻模形式的逆向BIM設(shè)計(jì)過(guò)程，整個(gè)正向設(shè)計(jì)實(shí)施過(guò)程需要用到的族構(gòu)件比較多，族構(gòu)件的集中式管理[3]顯得更加重要?，F(xiàn)有的分散的族構(gòu)件可能存在以下問(wèn)題：

1) 分散的族構(gòu)件在維護(hù)和更新過(guò)程只能通過(guò)設(shè)計(jì)人員打開(kāi)對(duì)應(yīng)的文件，逐一排查現(xiàn)有族構(gòu)件的時(shí)效性，效率較低；

2) 不同的項(xiàng)目有不同的BIM實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，模型的應(yīng)用深度不一致，設(shè)計(jì)人員就同一族構(gòu)件多次建模，耗費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間和工作量；

3) 不同設(shè)計(jì)人員建模習(xí)慣不一致，相互理解對(duì)方族庫(kù)較為困難，不便于族共享；

4) 不同設(shè)計(jì)人員由于個(gè)人專(zhuān)業(yè)類(lèi)型不同，對(duì)于族構(gòu)件的類(lèi)型需求不同，獨(dú)立建設(shè)自身專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)庫(kù)，不利于族的集成管理；

5) 常規(guī)的文件夾分類(lèi)管理，難以支撐日后以BIM三維設(shè)計(jì)工作為主的設(shè)計(jì)模式下，對(duì)族構(gòu)件的需求，設(shè)計(jì)人員無(wú)法高效的檢索到需求的族構(gòu)件；

6) 逆向設(shè)計(jì)的BIM實(shí)施過(guò)程并不完全要求最終的模型成果滿足傳統(tǒng)的二維CAD圖面表達(dá)深度需求，現(xiàn)有精度族構(gòu)件要在正向設(shè)計(jì)過(guò)程延續(xù)使用，需要繼續(xù)深化；傳統(tǒng)的CAD設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員需要在二維圖面上補(bǔ)充相關(guān)設(shè)備信息，族采取實(shí)體和設(shè)備參數(shù)信息分開(kāi)表達(dá)，難以保證設(shè)計(jì)人員出現(xiàn)遺漏或編寫(xiě)錯(cuò)誤的情況。

4 正向設(shè)計(jì)族庫(kù)管理功能建議

從使用功能分析，現(xiàn)階段搭建的各類(lèi)族庫(kù)工具難以滿足BIM三維設(shè)計(jì)過(guò)程族的使用深度要求。從族庫(kù)的管理需求分析，現(xiàn)階段的族構(gòu)件的分散式管理，缺乏及時(shí)的更新和維護(hù)，降低了族構(gòu)件的重復(fù)利用率，耗費(fèi)資源。而族構(gòu)件作為Revit的基本元素，實(shí)現(xiàn)Revit的正向設(shè)計(jì)，族構(gòu)件管理顯得極為重要。族庫(kù)工具的功能建議增加以下內(nèi)容，如圖3所示：

4.1 獨(dú)享數(shù)據(jù)空間

同一套集成的族構(gòu)件包括不同的專(zhuān)業(yè)和種類(lèi)，各專(zhuān)業(yè)是設(shè)計(jì)人員每次都需要對(duì)整套族構(gòu)件檢索和調(diào)用，這并非明智之舉。各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員擁有自己的獨(dú)立賬戶(hù)，根據(jù)自己的專(zhuān)業(yè)類(lèi)型和工作習(xí)慣，創(chuàng)建自己的族庫(kù)數(shù)據(jù)空間，實(shí)現(xiàn)族構(gòu)件的快速檢索和調(diào)用。

圖3 族庫(kù)管理功能

4.2 批量上傳

族庫(kù)的建立是一個(gè)集成的過(guò)程，設(shè)計(jì)人員很難在一定的時(shí)間段內(nèi)繪制出所有的族構(gòu)件，且需要保證族構(gòu)件的實(shí)時(shí)更新，以替代過(guò)時(shí)和不需要的族構(gòu)件。因此更新和維護(hù)族庫(kù)，要求族庫(kù)工具能夠批量上傳族構(gòu)件。

4.3 便捷下載

族文件集成管理后，為保證BIM設(shè)計(jì)項(xiàng)目的順利實(shí)施，設(shè)計(jì)人員應(yīng)能調(diào)用族庫(kù)中的族構(gòu)件，以及防止族構(gòu)件調(diào)用過(guò)程文件的損壞。因此調(diào)用族構(gòu)件，不僅要求族庫(kù)工具能夠下載文件到本地，同時(shí)也需要合理的緩存空間，提高下載的速度和質(zhì)量。

4.4 二、三維族關(guān)聯(lián)

為保證工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目的實(shí)際需求，以及滿足各個(gè)設(shè)計(jì)階段的模型應(yīng)用深度需求，族庫(kù)工具中提供的符合設(shè)計(jì)模型表達(dá)的族構(gòu)件，既要滿足三維模型的可視化表達(dá)，也需要滿足二維圖面表達(dá)。要求族庫(kù)工具擁有三維的模型族庫(kù)和二維圖塊族庫(kù)，且兩者之間存在相互連接關(guān)系，在查詢(xún)?nèi)S族構(gòu)件的同時(shí)能索引到相關(guān)的二維族構(gòu)件，提過(guò)設(shè)計(jì)過(guò)程族構(gòu)件的調(diào)用和切換效率。

4.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

Revit中族類(lèi)型眾多，每一種族包含有較多的幾何信息和參數(shù)等屬性信息，高效的族構(gòu)件繪制方式就是利用參數(shù)化的編輯功能，通過(guò)參數(shù)驅(qū)動(dòng)尺寸、形狀、材質(zhì)等內(nèi)容變換族的類(lèi)型，實(shí)現(xiàn)一模多用。且相關(guān)參數(shù)信息將編輯在對(duì)應(yīng)的族構(gòu)件中，要求族庫(kù)工具在調(diào)用族構(gòu)件的同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)查詢(xún)族構(gòu)件的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，以滿足設(shè)計(jì)人員快速調(diào)用合適的族構(gòu)件。

4.6 快捷檢索

族庫(kù)中除了含有三維族庫(kù)，還包括輔助性的二維圖庫(kù)，按照專(zhuān)業(yè)和類(lèi)型存儲(chǔ)歸檔，種類(lèi)繁多，不利于設(shè)計(jì)人員下載調(diào)用。要求族庫(kù)工具能有相應(yīng)的族構(gòu)件檢索功能，通過(guò)類(lèi)別、名稱(chēng)、屬性等多種條件或組合對(duì)族進(jìn)行檢索，以滿足設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)族構(gòu)件的快速查找。

5 族庫(kù)應(yīng)用拓展

BIM技術(shù)的深入應(yīng)用在于能夠?qū)崿F(xiàn)工程項(xiàng)目各個(gè)階段模型向下繼承性[4]，滿足于正向設(shè)計(jì)的族庫(kù)體系建設(shè)，除了完成工程設(shè)計(jì)階段族的應(yīng)用功能外，對(duì)于各類(lèi)機(jī)械設(shè)備在工程項(xiàng)目施工和運(yùn)維階段也有一個(gè)比較重要的作用。關(guān)鍵在于如何將設(shè)備廠商的機(jī)械設(shè)備族深入應(yīng)用到工程項(xiàng)目各個(gè)階段中去。因此，建議族庫(kù)管理系統(tǒng)能夠?qū)又髁髟O(shè)備廠家的族庫(kù)管理系統(tǒng)，完善BIM設(shè)計(jì)模型，推動(dòng)工程項(xiàng)目后期施工和運(yùn)維階段的精細(xì)化實(shí)施。兩者的對(duì)接主要有以下優(yōu)勢(shì)：

1) 設(shè)備廠商擁有各類(lèi)機(jī)械設(shè)備的參數(shù)，具備建立及更新自己的族庫(kù)基本條件，由設(shè)備廠商搭建的機(jī)械設(shè)備族精細(xì)化程度高，便以設(shè)計(jì)師、工程師實(shí)時(shí)調(diào)用，增加使用者的簡(jiǎn)便性及準(zhǔn)確性；

2) 正向設(shè)計(jì)技術(shù)的推進(jìn)，對(duì)族的要求比較高，要求各類(lèi)機(jī)械設(shè)備的族構(gòu)件有更高的模型精度，且具備二維審圖與三維表達(dá)的兩面性。而對(duì)于各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)師而言，本身工作強(qiáng)度大，族參數(shù)資料采集困難，因此只能完成LOD300深度的族文件，由設(shè)計(jì)人員完成全部的族庫(kù)的創(chuàng)建是不現(xiàn)實(shí)的。由廠商提供設(shè)備模型，既能夠減低設(shè)計(jì)人員的多次建模的能耗，也能夠提高模型的精細(xì)度。

3) 由設(shè)備廠家提供的機(jī)械設(shè)備族，在引進(jìn)工程項(xiàng)目前，可以?xún)?yōu)先查看相關(guān)的技術(shù)參數(shù)、外形尺寸和外觀造型，在三維模型完成預(yù)拼裝，形成設(shè)備廠商自身的技術(shù)流線，為企業(yè)產(chǎn)品的宣傳有正面的作用，設(shè)備廠商主要根據(jù)自身生產(chǎn)的設(shè)備類(lèi)型，建立自己品牌的設(shè)備族庫(kù)。因此，針對(duì)設(shè)備的造價(jià)而言，族庫(kù)的維護(hù)更新費(fèi)用不高。由設(shè)計(jì)人員最終對(duì)接的設(shè)備廠家不止一家單位，由此消耗的人力物力資源相對(duì)而言較高。因此由設(shè)備廠商創(chuàng)建族庫(kù)，設(shè)計(jì)師下載使用并建庫(kù)，創(chuàng)建設(shè)計(jì)院與廠家的數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)動(dòng)非常有必要。

6 正向設(shè)計(jì)族庫(kù)運(yùn)行架構(gòu)

正向設(shè)計(jì)族庫(kù)建設(shè)的主要目的，從族的使用者角度分析，在于實(shí)現(xiàn)族構(gòu)件的共享和高效利用，減低設(shè)計(jì)人員重復(fù)勞作，避免浪費(fèi)資源。對(duì)于這一點(diǎn)，特別是在大的設(shè)計(jì)院中，工程設(shè)計(jì)類(lèi)型多樣、專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員配置齊全和人員較多的環(huán)境下，族構(gòu)件的共享顯得更加重要。另外，在設(shè)備廠家不一，產(chǎn)品類(lèi)型的多樣化的環(huán)境下，族庫(kù)的建設(shè)作用也不容小覷。族庫(kù)使用者需要借助合適的平臺(tái)架構(gòu)達(dá)到這些目的。對(duì)于正向設(shè)計(jì)族庫(kù)運(yùn)行系統(tǒng)架構(gòu)的建設(shè)，主要從以下幾個(gè)方面展開(kāi)分析：

從族構(gòu)件信息存儲(chǔ)的方式分析：在推進(jìn)正向設(shè)計(jì)的過(guò)程中，以三維模型為主的設(shè)計(jì)路線，族構(gòu)件的數(shù)量變得越來(lái)越多，加上族構(gòu)件本身需具備反映構(gòu)件參數(shù)的信息，對(duì)于族構(gòu)件的存儲(chǔ)空間有要求更高。因此，建議考慮利用數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化存儲(chǔ)空間。

從族構(gòu)件調(diào)用搭建模型的方法分析：族構(gòu)件是在Revit項(xiàng)目文件中使用，調(diào)用非本項(xiàng)目?jī)?nèi)的族構(gòu)件，需要通過(guò)外部載入，這就要求族庫(kù)管理工具需要有滿足于在Revit項(xiàng)目中運(yùn)行的功能。需要考慮利用Revit API提供的二次開(kāi)發(fā)接口，實(shí)現(xiàn)在項(xiàng)目中的族庫(kù)管理。

從族庫(kù)管理工具與設(shè)備廠商對(duì)接的方式方法分析：設(shè)計(jì)人員對(duì)族構(gòu)件的使用，可以通過(guò)企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)的形式，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)人員之間的內(nèi)部協(xié)同，提高族構(gòu)件的安全性。與設(shè)備廠商族庫(kù)的對(duì)接需要有獨(dú)立于內(nèi)部族庫(kù)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)空間，避免與內(nèi)部的數(shù)據(jù)空間交叉，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)連接。雙方設(shè)計(jì)人員可利用互聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)上傳發(fā)布的形式，實(shí)現(xiàn)族構(gòu)件的共享，并將族下載到本地族庫(kù)工具中。

綜合以上三點(diǎn)內(nèi)容的分析，正向設(shè)計(jì)族庫(kù)運(yùn)行架構(gòu)如圖4所示。

圖4 正向設(shè)計(jì)族庫(kù)運(yùn)行架構(gòu)

7 工程應(yīng)用

某商業(yè)辦公項(xiàng)目，運(yùn)用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目全過(guò)程管理，其中，在機(jī)械設(shè)備族BIM技術(shù)應(yīng)用方面推廣較為深入，主要是針對(duì)大型機(jī)械設(shè)備。在建設(shè)單位明確設(shè)備廠商采購(gòu)單位后，為落實(shí)工程運(yùn)維階段的BIM模型精度的實(shí)施要求。設(shè)備廠商需求結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙基本參數(shù)要求，搭建LOD400的機(jī)械設(shè)備族。各類(lèi)機(jī)械設(shè)備需要按照實(shí)際尺寸進(jìn)行繪制，并補(bǔ)充相關(guān)技術(shù)參數(shù)信息，以便在利用模型運(yùn)維管理過(guò)程，能夠?qū)崟r(shí)查看相關(guān)的設(shè)備信息。主要實(shí)施方案如下：

1) 在設(shè)計(jì)階段由設(shè)計(jì)單位利用常規(guī)機(jī)械設(shè)備族放置在整體工程模型中，滿足管線綜合和機(jī)房設(shè)備預(yù)安裝的需要；

2) 在落實(shí)設(shè)備采購(gòu)商后，明確要求對(duì)主要的機(jī)械設(shè)備需要提供BIM三維模型，包括相關(guān)的技術(shù)參數(shù)信息也需要在模型中表達(dá)，如圖5所示。

圖5 水泵族和參數(shù)

3) 設(shè)備廠商在繪制完設(shè)備模型時(shí)，同時(shí)需要提交設(shè)備模型與管線的預(yù)拼裝效果，用于檢驗(yàn)?zāi)Ｐ桶惭b的可行性，如圖6所示：

圖6 風(fēng)機(jī)盤(pán)管預(yù)拼裝

4) 最后提交到建設(shè)單位和BIM顧問(wèn)單位進(jìn)行模型審核，最終替換原先的設(shè)備模型。

8 總結(jié)

族作為Revit軟件的基本組成元素[5]，核心是正確創(chuàng)建，有序管理、快速檢索、高效調(diào)用和定期更新。本文主要分析現(xiàn)階段部分族庫(kù)工具的應(yīng)用功能和分散式族管理對(duì)促進(jìn)正向設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的影響，對(duì)族庫(kù)的建設(shè)提出以下三點(diǎn)：

1) 族構(gòu)件建議采用集中式管理。整個(gè)族庫(kù)管理功能包括基本功能、獨(dú)享數(shù)據(jù)空間、批量上傳、便捷下載、二三維族關(guān)聯(lián)等內(nèi)容。集中式族管理將有利于工程設(shè)計(jì)人員，在以BIM正向設(shè)計(jì)為主導(dǎo)的工作中提高工作效率，帶動(dòng)BIM技術(shù)的發(fā)展。

2) 對(duì)接全專(zhuān)業(yè)族庫(kù)的廠家及軟件商的族庫(kù)，形成數(shù)據(jù)互補(bǔ)及有效管理，以此促進(jìn)工程項(xiàng)目運(yùn)維階段的BIM技術(shù)應(yīng)用發(fā)展。

3) 族庫(kù)管理工具的運(yùn)行架構(gòu)包括底層的族存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)人員內(nèi)部運(yùn)行的Revit接口和與設(shè)備廠商對(duì)接的Web接口。