萬濤

（中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司 城市軌道與地下工程設(shè)計研究院，湖北 武漢 430063）

0 引言

參數(shù)化設(shè)計是指零件或部件的形狀比較定型，用1組參數(shù)約束該幾何圖形的1組結(jié)構(gòu)尺寸序列，參數(shù)與設(shè)計對象的控制尺寸有顯式對應(yīng)，當(dāng)賦予不同的參數(shù)序列值時，就可驅(qū)動達到新的目標(biāo)幾何圖形，其設(shè)計成果是包含設(shè)計信息的模型［1］。參數(shù)化設(shè)計是電腦輔助設(shè)計的核心技術(shù)，可使設(shè)計人員從大量煩瑣的設(shè)計、計算、繪圖工作中解脫出來，提高設(shè)計效率［2］。BIM技術(shù)的核心建模軟件Revit具有強大的參數(shù)化設(shè)計功能，可通過參數(shù)輸入直接生成模型實體，且攜帶大量信息。在城市軌道交通設(shè)計領(lǐng)域，車站的土建BIM模型由于功能復(fù)雜、構(gòu)件眾多，采用Revit軟件建模時，在軟件平臺自身設(shè)定的局限下，建模操作步驟繁多、準(zhǔn)確性較差、設(shè)計效率低下，難以滿足設(shè)計需求。針對該問題，利用Revit軟件的API接口［3］進行二次開發(fā)，形成一套功能完整的軟件，載入軟件后利用其功能基本實現(xiàn)城市軌道交通地下二層標(biāo)準(zhǔn)車站主體模型的“一鍵創(chuàng)建”，大大提高基礎(chǔ)模型的創(chuàng)建效率。

1 設(shè)計思路

1.1 標(biāo)準(zhǔn)化模塊拆分

一個完整的BIM模型由大量基本單元構(gòu)件組成，構(gòu)件間彼此關(guān)聯(lián)，相互制約，整體呈現(xiàn)一定的規(guī)律性［4］。因此必須對零散的構(gòu)件進行整理歸納，分析其創(chuàng)建行為，屬于同類的統(tǒng)一收納至模塊化的工具箱中。

經(jīng)過對模型創(chuàng)建需求的梳理，確定標(biāo)高工具、主體工具、軸網(wǎng)工具、梁柱工具、公共區(qū)工具、出入口工具（擬下階段單獨開發(fā)）六大工具箱，分別實現(xiàn)標(biāo)高創(chuàng)建、主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件創(chuàng)建、軸線創(chuàng)建、梁體柱體創(chuàng)建、公共區(qū)（付費區(qū)）的構(gòu)件創(chuàng)建、出入口創(chuàng)建等功能。結(jié)合設(shè)計人員使用Revit的繪圖建模習(xí)慣，將六大功能依序排布，前一模塊為后一模塊運行的基礎(chǔ)。具體功能模塊劃分見圖1。

圖1 功能模塊劃分

1.2 參數(shù)控制策略

（1）標(biāo)高設(shè)置模塊。主要包含標(biāo)高族的創(chuàng)建，其思路是利用外部窗口直接調(diào)用內(nèi)部標(biāo)高創(chuàng)建命令，生成標(biāo)高，并自動修改平面視圖名稱。

（2）主體創(chuàng)建模塊。模塊本身包含車站主體墻體、樓板的創(chuàng)建。首先通過車型的選取控制車站站臺長度以及限界尺寸。在站臺長度方面，增加設(shè)備小端長度（經(jīng)驗值）和設(shè)備大端長度（經(jīng)驗值）以及兩端盾構(gòu)井長度（盾構(gòu)模式下），自動求和后生成車站長度數(shù)值，確定車站縱向的實體邊界。在站臺寬度方面，設(shè)定站臺寬度值及外墻厚度值，以及前述的車型參數(shù)直接映射的車站橫向限界值，自動求和后即為車站寬度數(shù)值，確定車站橫向的實體邊界。車站高度方面，由于前一步驟標(biāo)高的整體控制，該步驟中只需輸入頂板、中板、底板的厚度即可根據(jù)定位信息生成模型實體。

（3）軸網(wǎng)創(chuàng)建模塊。該模塊主要進行軸網(wǎng)布置，包括橫軸、縱軸創(chuàng)建、軸號自動排布等。針對地鐵車站軸網(wǎng)特點，一般縱向中跨會布置樓梯電梯組合，空間要求跨度較大，軸網(wǎng)間距會異于其他位置，所以首先應(yīng)控制縱向中跨尺寸并成為其他軸線定位的基準(zhǔn)；其次，分別輸入以中跨為基準(zhǔn)的左右兩側(cè)的跨距和數(shù)量，生成全部車站軸網(wǎng)，并自動排序。在雙柱模式下，還可以通過輸入橫向軸網(wǎng)間距來控制橫向軸線間的距離，進而對橫向上的柱間距進行定位。

（4）梁柱創(chuàng)建模塊。主要進行梁體、柱體的建模，其思路是基于上一步驟中已生成的軸網(wǎng)，通過識別軸線交點，在交點處自主生成柱體，梁體則隨主體線性生成。在操作層面，輸入柱的位置、柱的截面形狀及尺度、擬生成柱體的軸線等參數(shù)，實現(xiàn)所需柱體的自動創(chuàng)建。

（5）公共區(qū)創(chuàng)建模塊。主要進行樓梯、扶梯、欄桿扶手、洞口、信息中心等構(gòu)件的創(chuàng)建?；谲囆偷倪x擇，可根據(jù)預(yù)設(shè)產(chǎn)生對應(yīng)的公共區(qū)邊界（一般由站位中心處左右各幾個柱跨控制），樓扶梯（洞口）、欄桿、閘機、客服中心等則沿邊界按照常規(guī)設(shè)計方案布置。

另外，基于參數(shù)控制生成的各類實體均需調(diào)用族庫構(gòu)件。因此，在模型創(chuàng)建之前，需將族文件內(nèi)置于軟件資源庫中，并保證在Revit環(huán)境下始終處于運行狀態(tài)［5］，等待隨時調(diào)用。各模塊內(nèi)部參數(shù)映射關(guān)系見圖2。

圖2 各模塊內(nèi)參數(shù)映射關(guān)系

1.3 模型標(biāo)準(zhǔn)

BIM標(biāo)準(zhǔn)是為統(tǒng)一BIM技術(shù)在模型建立、數(shù)據(jù)傳遞、項目交付、文件格式等方面規(guī)定的條文性準(zhǔn)則，為BIM技術(shù)的高效應(yīng)用提供保障［6］。為使最后制作的輸出結(jié)果具有一致性，各個模塊構(gòu)件組（族）均需在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)下創(chuàng)建。在對構(gòu)件（族）調(diào)用之前，軟件預(yù)設(shè)了一套統(tǒng)一構(gòu)件創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)，在構(gòu)件命名、模型細(xì)度上均作出了規(guī)定。各項族文件均按照標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建，創(chuàng)建合格的構(gòu)件可以錄入軟件的資源庫，以供調(diào)用。由于軟件本身尚處于初級階段，目前構(gòu)件暫按照LOD 200［7］的標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建，構(gòu)件精度基本接近初步設(shè)計精度。

2 參數(shù)化模型創(chuàng)建

2.1 界面介紹

軟件界面基于前述的六大模塊組合而成，并輔以對應(yīng)圖標(biāo)方便用戶更加直觀地進行功能選取，軟件界面見圖3。

圖3 軟件界面

2.2 用戶登錄

點擊用戶管理功能按鈕，輸入用戶名及密碼即可登錄軟件，獲得軟件的使用權(quán)限。登錄驗證通過則該工具及其他功能模塊亮顯，否則保持功能圖標(biāo)灰色（不可用狀態(tài)）。

2.3 標(biāo)高設(shè)置

點擊標(biāo)高按鈕，彈出創(chuàng)建標(biāo)高功能菜單，其中默認(rèn)以站臺板頂面標(biāo)高為±0.000，分別輸入軌面標(biāo)高、站廳層標(biāo)高以及車站頂板標(biāo)高的參數(shù)值，創(chuàng)建豎向定位基準(zhǔn)。其中在默認(rèn)設(shè)置中，站廳層、站臺層標(biāo)高基準(zhǔn)為建筑樓板裝飾面。設(shè)置成功后顯示各平面命名均已自動修改為地鐵車站的習(xí)慣命名（見圖4）。

圖4 標(biāo)高設(shè)置

2.4 車站主體

車站主體設(shè)計功能區(qū)分了4種模式，分別為：盾構(gòu)模式、兩端暗挖、左側(cè)暗挖、右側(cè)暗挖。

以常見的兩端盾構(gòu)模式為例：首先選取地鐵車型，預(yù)設(shè)了4B、5B、6A、6B、8A、8B這6種車型；其次根據(jù)設(shè)計需求分別設(shè)置高度、寬度、長度等欄目內(nèi)的參數(shù)，一鍵生成車站主體模型。

創(chuàng)建完成后的車站主體如需要修改參數(shù)，再次點擊相同或不同模式主體設(shè)計功能按鈕，修改完成后可重新生成車站主體模型（見圖5）。

圖5 車站主體模型（盾構(gòu)模式）

2.5 軸網(wǎng)

（1）軸網(wǎng)快速生成。點擊軸網(wǎng)快速生成按鈕，可任意選擇單柱軸網(wǎng)或雙柱軸網(wǎng)2種模式。單柱軸網(wǎng)模式下，橫向軸網(wǎng)（平行于車站的軸線）間距顯示為灰色不可用，軟件自動生成以站臺中心線、上下側(cè)墻內(nèi)邊線為基準(zhǔn)的3條橫向軸線。

建立縱向軸網(wǎng)（垂直車站的軸線）時可輸入中間跨軸線距離，再分別輸入左端縱向軸網(wǎng)間距和數(shù)量，其輸入模式為間距×數(shù)量，或分別輸入每一跨的間距。輸入完成后確定即可快速生成軸網(wǎng)（見圖6）。

圖6 根據(jù)軸網(wǎng)命令創(chuàng)建的軸網(wǎng)

（2）繪制軸網(wǎng)及軸網(wǎng)自動編號、標(biāo)注。通過繪制軸網(wǎng)功能，可直接調(diào)用Revit軸網(wǎng)命令，手動繪制軸線。臨時增加的軸線序號，則利用自動編號功能重新梳理全部軸線編號，將軸號排序自動歸正。點擊軸網(wǎng)標(biāo)注命令，軸網(wǎng)可自動進行軸間距及總間距2道尺寸標(biāo)注。

2.6 梁柱

梁柱的空間定位依賴軸網(wǎng)創(chuàng)建模塊創(chuàng)建的軸網(wǎng)，通過對軸網(wǎng)交點的捕捉和識別，確定柱體的空間位置。點擊創(chuàng)建梁柱功能，可選擇柱的空間位置及柱體形式，輸入柱體的長、寬參數(shù)，梁體的寬、高參數(shù)，最后選擇需要生成柱體的軸線，完成柱體的分布確定（見圖7）。

圖7 梁柱參數(shù)控制及實體生成

2.7 公共區(qū)布置

（1）樓扶梯。點擊樓扶梯功能按鈕，彈出選項框。在位置選擇上提供左側(cè)或右側(cè)（基于中心里程）2個選項，樣式上則有兩扶和一扶一樓2種選項。以6A車型的車站設(shè)計為例，3部扶梯、2部樓梯、垂直電梯均位于付費區(qū)［8］，即兩扶、一扶一樓、T型樓梯和電梯的組合，其位置邊界依照設(shè)計經(jīng)驗基本固定。經(jīng)過選擇，一鍵生成付費區(qū)樓扶梯布置。其中，樓梯根據(jù)標(biāo)高模塊中的輸入數(shù)據(jù)調(diào)用系統(tǒng)族自動計算生成，扶梯和電梯則根據(jù)該數(shù)據(jù)調(diào)用資源庫中的自建族，位置則依賴軟件內(nèi)部預(yù)設(shè)的參數(shù)進行控制。

（2）繪制欄桿、布置閘機及客服中心。該命令即手動繪制欄桿，同Revit欄桿扶手功能，在平面位置上繪制路徑生成欄桿實體。點擊布置閘機功能按鈕，軟件自動調(diào)用資源庫中的閘機模型，并將其定位在預(yù)設(shè)的定位點上，實現(xiàn)自動布置閘機模型，公共區(qū)布置見圖8。

圖8 參數(shù)控制及一鍵生成的樓扶梯、閘機、客服中心布置

3 結(jié)束語

使用基于Revit二次開發(fā)的技術(shù)，對于重復(fù)量較大、規(guī)律性很強的工作，能夠大大簡化操作過程，高效、快速地實現(xiàn)需求功能［9］?；赗evit的二次開發(fā)軟件，通過行使其功能，提高城市軌道交通地下二層車站主體土建BIM模型的創(chuàng)建效率，提升了模型構(gòu)件創(chuàng)建的準(zhǔn)確性，解放了設(shè)計師的生產(chǎn)力，促進了設(shè)計成果的有效輸出，為模型建立提供了新方法［10］。目前版本僅為第一階段樣例產(chǎn)品，功能較為初級且不夠穩(wěn)定，尚不能完全滿足最終模型要求，下一階段將在功能上繼續(xù)完備，并對模型成果建立更細(xì)致的標(biāo)準(zhǔn)，以進一步提高軟件的應(yīng)用能力。