陈云浩 杨新元 于 鑫 蒋绮琛
(中国建筑第八工程局有限公司，上海 200122)
近年来，越来越多的设计企业、施工企业加大了在BIM领域的科技研发投入和应用推广力度，BIM技术已经成为全行业的研究热点和应用趋势。由于人工建模的模型标准化程度偏低、模型创建效率偏低及模型精准化程度偏低，所以制约了BIM技术深入应用的进程。
针对上述问题，本文对面向多专业的BIM模型高效建模技术进行介绍。该技术涉及土建自动建模技术、钢筋自动翻样技术、模板自动翻样技术、机电自动建模技术以及装饰自动建模技术。
面向多专业的BIM模型高效建模技术以Revit为基础数据平台进行插件开发[1]，能将多专业(钢筋、模板、机电、粗装)CAD图纸不失真地读入Revit基础数据平台，其组成如图1所示。
图1 面向多专业的BIM高效建模技术组成
在此基础上，通过插件研发，Revit基础数据平台能够对CAD图纸中的各类标注、图层自动辨识，并基于辨识的结果自动创建相应的BIM模型。
本文采用了“基础数据平台+插件”的方法实现BIM快速建模。
2.1 基础数据平台
通过对国内相关产品进行研究，同时结合中建八局已有的BIM工程实践经验，总结出一个适合于插件开发的基础数据平台应具备如下技术特征[2]：
(1)基础数据平台和CAD数据之间应具有良好的数据兼容性；
(2)基础数据平台支持数据(如族)的参数化设计，能够满足企业灵活的创新需求；
(3)基础数据平台应具备数据联动性，即满足“一处修改、处处修改”；
(4)基础数据平台能够对建筑物进行虚拟展示和预定的测量分析功能；
(5)基础数据平台应支持多种格式(图形化数据、非图形化数据)，能够支持工程项目管理对数据的要求。
基于上述分析，本文选择市场占有率较高的Revit作为基础数据平台，进行插件开发。
2.2 插件介绍
插件是一种遵循统一的二次开发接口所编写的程序，其用途是：在程序开发中，所有的程序被区分为主程序(基础数据平台)和插件两部分。一方面，在主程序保持不变的情况下，通过插件能够实现对主程序功能的完善；
另一方面，主程序通过二次开发接口，能够对插件进行调用，实现对主程序功能的拓展。
2.3 BIM快速建模插件的设计架构
本研究采用的BIM快速建模插件的设计架构如图2所示。
图2 BIM快速建模插件的设计架构
2.4 技术介绍
要实现基于Revit平台的高效建模，主要体现在快速化、标准化和自动化三个方面[3]。
快速化表现为在软件中增加快速建模功能组件，使建模过程中原来无法实现的功能，或者本来需要多个步骤来实现的功能，通过二次开发进行优化，简化为一个可交互的功能。
标准化表现为建立企业标准化构件库[4]和标准化的建模样板，标准化构件库让使用者可以快速方便地从内置或位于云端构件库中快速调取各类标准化形状和属性的构件，无需自行创建构件；
而标准化的建模样板则内置了符合企业、项目习惯的建模规则如视图样式、管道系统配置，调用的构件库、出图规则等。本文采用国内设计院制定的CAD图层管理标准为先决条件[5]，图层命名格式如图3所示。
图3 中文图层命名格式
自动化表现为基于CAD图形识别的快速翻模技术，能够高效抓取和识别二维图纸中的关键信息如各类标注、图层，通过辨识的结果分析生成三维模型，提高首次创建模型时的效率。同时为了能更准确、精确地生成三维模型，还需要建立完善的标准化构件库，以使生成三维模型时能准确地调用最合适的构件。
本文通过程序开发人员和工程技术人员的互动交流，共同梳理出二次开发需求。
3.1 土建自动建模技术
土建专业中实现梁、板、柱和墙的快速建模功能[6]，以梁的快速建模功能为例：
(1)启动“创建梁”功能，开始对CAD数据中梁的图层和标注的辨识；
(2)程序自动完成梁的名称、尺寸及编号的辨识，如图4所示；
图4 梁的图层和标注的辨识示例
(3)程序自动将完成梁的类型的辨识，并对一些约束条件(梁的宽高比、最大梁宽、最小梁宽及最短梁长)进行设置，以确保梁BIM数据的正确创建；
(4)程序自动完成梁BIM数据的创建，创建结果如图5所示。
图5 梁BIM数据的创建示例
此外，土建快速建模技术还包括：依据楼层标高对柱进行自动分段功能；
梁自动分段功能；
板自动分割功能；
墙自动平梁、板底功能；
依据墙自动生成对应的砌块功能等。
3.2 钢筋自动翻样技术
(1)“构件编码”功能对每一个构件进行编码，便于能够精准定位到每一个构件的每一根钢筋[7]。以最多见的梁柱构件为例，基于“从上到下、从左到右”的顺序，对梁、柱构件进行编码；
(2)“下料设置”功能用于调整和钢筋下料有关的计算设置，包括：比重设置、弯钩设置、锚固设置、搭接设置及节点设置等，通过这些设置使钢筋翻样更贴近工程实际情况；
(3)“智能下料”功能基于遍历计算，得到所有的下料结果，并寻优出最符合下料规则的下料结果。同时，还能够将当前计算涉及的定尺长度、钢筋截断位置及接头数据存储，便于后续同类场景的移植复用；
(4)“钢筋显示”功能用于快速显示钢筋的3D模型(如钢筋长度、位置、截断位置及接头)，便于工程技术人员对下料结果进行快速查验，如图6所示；
图6 钢筋显示示例
(5)“下料明细”用于能看构件的详细计算内容，便于人工查验并修改；
(6)“料表查验”功能用于对钢筋下料结果进行汇总，便于人工查验和对量[8]。
3.3 机电自动建模技术
(1)“喷淋翻模”功能基于CAD图纸，自动创建喷淋BIM模型[9]。具体的管道参数包括：管道类型、系统类型、楼板参照标高、楼板的偏移及火灾危险等级等参数；
喷淋头参数包括：喷淋头类型及楼板的偏移等参数，如图7所示；
图7 喷淋翻模示例(喷淋头参数设置)
(2)“风管翻模”功能基于CAD图纸，自动创建风管BIM模型。设置包括风管类型、系统类型、风管标高、标高偏移、对齐方式、风管设备及设备偏移等参数；
(3)“桥架翻模”功能基于CAD图纸，自动创建桥架BIM模型(含)。设置包括桥架类型、桥架标高及对齐方式等参数；
(4)对于单根管道的支吊架，可以沿着管道和桥架，自动创建支吊架BIM模型，同时也支持多管综合支吊架的布置；
(5)支吊架计算查验用于选取一根管道，基于计算确定适宜的支吊架。查验则用于对支吊架详细数据进行人工查验，便于修改，如图8所示；
图8 支吊架查验示例
(6)墙体开洞用于选取风管、水管及桥架的BIM模型后，自动创建相应洞口，如图9所示；
图9 墙体开洞示例
(7)管道避让用于基于参数设置，实现管道的半自动避让，如图10所示；
图10 管道避让
(8)除上述功能外，还开发了如添加保温层、管道标注、管道类型管理等便捷功能，用于提高机电自动建模效率。
3.4 装饰自动建模技术
(1)粗装建模用于基于CAD图纸，自动创建粗装BIM模型，包括：地板、地砖、墙面层、墙面砖、屋面砖、梁抹灰、天花、吊顶、踢脚线及波打线等[10]，如图11所示；
图11 粗装建模示例(参数设置)
(2)墙面抹灰用于基于前面或房间，自动创建墙体抹灰BIM模型，梁面抹灰用于基于约束条件，自动创建梁面抹灰BIM模型；
(3)墙体砌块用于砌块BIM模型的自动创建，设置包括砌块长、砌块宽、砌块高、水平灰缝厚度以及竖向灰缝宽度等参数。墙面排砖用于基于选取的墙面，自动创建墙砖BIM模型，如图12所示；
图12 墙体砌块设置示例
(4)吊顶地砖用于基于选取的吊顶和地砖参数，自动创建地砖BIM模型，吊顶具体的设置包括：长、宽、厚、横缝、纵缝、方向、净空高度、建筑面厚、类型、材质以及分割点等参数；
地砖具体的设置包括：长、宽、厚、横缝、纵缝、方向、高度偏移、类型、材质、分割点以及灰缝材质等参数，如图13所示；
图13 吊顶地砖示例
(5)构件展开面积用于对梁、柱、板、墙的展开面积进行自动计算。
以“济南绿地西河中心”项目为例，该项目是位于山东省济南市的商业综合体，建筑高度185.95 m，地上43层、地下3层，建筑面积15万m2。结构形式为钢筋混凝土结构，项目效果如图14所示。
图14 济南绿地西河中心项目
应用过程中发现，CAD图纸识别自动化建模依赖于设计图纸质量[11]，对于CAD图纸中存在的问题，比如“设计图纸由Revit无法识别的插件创建”、 “图层混乱，不统一”、 需要进行“图形分解或另存为Revit能识别的格式”以及“将有效内容复制到新建图形，并清理设计图纸”这样的操作。
除此之外，BIM快速建模插件能否实现各类构件的快速建模，除程序开发是否成功外，另一个关键因素就是CAD数据是否能够满足一定要求。因此，BIM快速建模前，对CAD数据进行再一次校核就显得至关重要。设计图纸校核的主要内容有：构件的几何图形是否完整；
构件的标注是否完整，标注指向是否明确；
构件的标准、轮廓线及文字所对应的图层是否规范。增加了这些“准备工作”后，CAD图纸的识别率可以提高到90%以上。
综合分析使用软件后的效率提升，取项目的两个相似的标准楼层(约2 500m2)做对比，完成建筑、结构、机电、装饰各专业的模型创建。使用了高效建模软件，即“快速建模功能组件+标准化构件库+自动化建模”的总时间主要由“CAD图纸处理+自动翻模+手动修改查漏补缺”三部分组成，总时间为10小时，手动翻模各专业耗时总和则在20小时以上。
通过将多专业(钢筋、模板、机电、粗装)CAD图纸不失真地读入Revit基础数据平台。在此基础上，通过插件研发，Revit基础数据平台能够对CAD图纸中的各类标注、图层进行自动辨识，并基于辨识的结果自动创建相应的BIM模型。工程实践显示，本成果在BIM模型创建的“快速化、标准化、自动化”等方面实现了不同程度的性能提升。
目前本软件已经在中建八局的1 000多个项目上进行了广泛应用，注册用户数超过5 600人，成为BIM技术助力项目高效建造的有力支撑。
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