基于BIM的施工深化自动出图系统设计与开发.pdf
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1、2023 年 8 月 图 学 学 报 August2023第 44 卷 第4期 JOURNAL OF GRAPHICS Vol.44No.4 收稿日期:2022-10-31;定稿日期:2022-12-31 Received:31 October,2022;Finalized:31 December,2022 基金项目:国家重点研发计划项目(2020YFD1100604)Foundation items:National Key Research and Development Program of China(2020YFD1100604)第一作者:陈菁(1989),女,工程师,本科。主要研究
2、方向为 BIM 深化设计、数字建造相关内容。E-mail: First author:CHEN Jing(1989),engineer,undergraduate.Her main research interests cover detail design on BIM,digital construction and other related content.E-mail: 通信作者:余芳强(1987),男,高级工程师,博士。主要研究方向为智慧建筑、施工与运维。E-mail: Corresponding author:YU Fang-qiang(1987),senior engineer
3、,Ph.D.His main research interests cover intelligent building,construction and operation and maintenance.E-mail: 基于 BIM 的施工深化自动出图系统 设计与开发 陈菁1,余芳强1,易思坤2,仇春华1,曹盈1(1.上海建工四建集团有限公司,上海 201103;2.长沙恩为软件有限公司,湖南 长沙 410007)摘要:针对现有 BIM 软件绘制施工深化图纸效率低且不便利的现状,提出了一种基于 BIM 的施工深化图纸自动生成技术和系统。该技术通过对施工深化模型中常规族与异形族的梳理,研究族
4、识别及信息匹配技术,保证生成图纸中构件族参数信息完整;通过提取模型中构件尺寸、定位、工程属性等信息,自动生成标注并输出二维图纸;通过预制视图样板控制图纸的图线、图层等图面标准,保证生成的图纸、图面符合一般制图要求;然后开发了 BIM 出图系统,并根据输出的图纸制定了图纸评价标准用于验证出图系统的落地性,最后结合评价标准将出图系统进行工程应用。应用结果表明,BIM 出图系统能够快速、自动生成符合工程标准的图纸,在保证了图纸质量的同时,提升了出图的效率。关键词:BIM;模型出图;二次开发;异形构件识别;自动标注 中 图 分 类 号:TP 391 DOI:10.11996/JG.j.2095-302
5、X.2023040801 文 献 标 识 码:A 文 章 编 号:2095-302X(2023)04-0801-09 Design and development of automatic drawing system for construction deepening based on BIM CHEN Jing1,YU Fang-qiang1,YI Si-kun2,QIU Chun-hua1,CAO Ying1(1.Shanghai Construction No.4(Group)Co.,Ltd,Shanghai 201103,China;2.Changsha Enwei Softwar
6、e Co.,Ltd,Changsha Hunan 410007,China)Abstract:In response to the low efficiency and inconvenience of current BIM software for drawing construction detailing drawings,a technology and system for the automatic generation of such drawings based on BIM was proposed and developed.This technology explore
7、d the conventional family and special-shaped family in the construction detailing model,and studied family identification and information matching technology,thus ensuring the completeness of the parameter information of the component family in the generated drawings.By extracting the information of
8、 the component size,positioning,engineering attributes,and other information in the model,we automatically generated labeling and output 2D drawings.Drawing lines,layers,and other drawing standards were controlled through prefabricated view templates to ensure that the generated drawings meet genera
9、l drawing requirements.A BIM drawing system was then developed,and a drawing evaluation standard was formulated based 802 建筑与城市信息模型 2023 年 1 on the output drawings and used to verify the feasibility of the drawing system.Finally,the drawing system was applied in engineering in combination with the e
10、valuation standard.The application results showed that the BIM drawing system could quickly and automatically generate drawings that meet engineering standards,thus ensuring both the quality and efficiency of drawings.Keywords:BIM;model drawing;re-development;identification of special-shaped compone
11、nts;automatic labeling 随着我国的经济快速发展,建筑领域的发展也逐渐加快,建筑的造型复杂多变。随着建筑构件形体的日趋复杂,图纸中需要表达的信息越来越多,导致绘制图纸的工作量巨大。特别是施工过程中使用的施工深化图纸,需要集成各类结构构件的几何形体、施工措施以及施工注意事项等信息在一张图纸中,工作量大。在传统图纸绘制工作中,需要依靠人工梳理设计图纸中构件尺寸及定位信息并集成汇总和绘制,工作繁琐且低效1。而目前 BIM 技术广泛应用于建筑施工中2,利用 BIM 技术将三维模型经过剖切、投影等几何运算方式转化为二维图纸技术是一种较新的设计方式3。BIM 出图技术根据模型的几何信息
12、与工程信息自动生成的图纸,可以实时反映工程情况,保障了图纸的准确性4。但目前基于 BIM 的出图主要有以下问题:(1)BIM 常用软件如 Autodesk Revit 等自身的制图需要人工添加构件尺寸与空间的定位标注和重点标识信息,仍存在大量人工工作,效率有待提升5。其次 Revit 主要是国外的软件,由 BIM 导出的图纸在字体样式、标注样式、图层、图例表达上不符合国内施工深化图的制图规范要求6。(2)现有的 BIM 出图插件主要面向设计阶段的出图7,针对施工深化图纸的信息表达方式、图纸的配置信息有所欠缺。更为重要的是施工阶段的深化模型中特殊构造较多8,而基于 BIM 的插件对异形族的识别效
13、果不佳。本文旨在梳理归纳施工阶段土建深化图纸要素,研究基于 BIM 的出图技术与流程,结合 BIM软件工程制图的特点及难点,通过二次开发设计BIM 出图系统,实现施工深化自动出图9,以减少施工技术人员原本工作中低效的绘图工作。1 BIM 自动出图技术思路 基于 BIM 的出图系统主要包括以下技术要点(图 1):以 Revit 模型为研究对象,利用出图系统中族识别的规则匹配 Revit 族属性,另外本系统针对施工深化模型中异形构造族进行拓展研究,从而使出图系统可准确识别工程模型中的各种族;梳理施工深化图纸标注原则,确定标注形式以及标注的关键元素。通过对 Revit API 标注接口的研究,实现自
14、动批量生成标注10;参考 CAD 制图标准中对图面信息的规定,定制美观、合规的视图样板,保证出图系统输出高质量的土建深化图纸。图 1 自动出图方法流程 Fig.1 Flow chart of automatic drawing method BIM 出图系统的技术流程包括以下步骤:(1)根据Revit模型中标高信息创建楼层视图。基于模型的出图最优先的需要确定其视图,首先需要根据 Revit 模型划分的标高系统定义楼层,随后根据楼层或模型标高创建出一个视图,并设置一个范围。(2)从模型中读取数据匹配系统中出图系统截面库,完成模型族识别。录入 BIM 软件自带构件库以及自定义构件,按构件种类、截面
15、形状分类,形成一个记录各种截面的库11。出图系统读取当前Revit 中已加载的族,分类列出读到的类型截面族,将 Revit 族类型参数匹配本系统预制的族类型参数并进行截面信息、属性等匹配设置,使本系统正确识别 Revit 族,即完成了模型族识别。(3)根据图纸图面一般标准,预制视图样板,设置图纸的线型线宽、颜色、字高、填充样式。根据视图样板对原模型视图样板进行迭代替换。选择Revit“管理”中“传递项目标准”,将预制视图样板的设置复制替换当前项目的设置。第 4 期 陈菁,等:基于 BIM 的施工深化自动出图系统设计与开发 803 (4)基于模型最终输出的图纸需要做定义区分,根据需求定义图纸的种
16、类。基于施工深化图的出图研究,图纸的子类包括平面布置梁板图以及竖向墙柱图。首先定义一个出图基类,并提供视图生成的功能,即调用出图范围(视图生成)模块,从该基类中派生出梁板及墙柱 2 个出图子类,最后根据需要选择不同出图子类。(5)根据选择出图条件自动生成施工深化图。系统自动根据上述流程读取到数据将三维模型转化为二维图纸并生成构件的各种尺寸标注12,如截面标注、标高标注、洞口标注等,以及构件到轴线的定位标注,如洞口定位、梁定位、墙柱定位等。2 族识别研究 一般的构件族如矩形梁、矩形柱、圆柱等常规截面的族,出图系统通过内置的截面库,预先录入BIM 软件的标准构件库中族并确定截面信息的文字描述格式【
17、Type=截面类型;h=xxx;b=xxx;】。根据族库的来源方式,浏览到族所在目录;从目录加载族文件时,族文件被加载到当前项目中。系统读取族文件类型参数 getSymbolpara(),通过类型参数,获取常规截面的构件族截面参数 FamilyInstance.Symbol.LookupParameter().AsValueString(),根据获取的参数匹配系统内置截面库的族类别、截面参数等信息。但只考虑常规截面的构件族识别并不适用于实际工程,施工深化需要体现建筑造型细节构造,如隔震沟槽、墙饰条、楼板边缘装饰等异形线性构造。然而现有出图软件对模型中的异形构件族识别存在欠缺,导致生成的图纸中异
18、形构造缺失使得图面信息不完整。针对上述问题,本文出图系统研究异形构件自动识别技术,利用出图系统自动读取 BIM 深化模型中异形构造构件族的几何面信息,再通过为构件族按截面库描述格式输入类型注释匹配截面库中读取构件族的几何边,使出图系统识别构件截面中每一条边并能准确定义,使生成其投影面与剖面上的标注或注释可以对应添加注释的边。首先为异形族添加族参数(图 2)。将本文出图系统截面库的映射规则写入 Revit 族类型中。Revit参数化的族,其族内部参数根据截面库的映射规则,添加类型注释【b=】【b1=】【tw1=】【h=】【h1=】等确认每一条边信息的族参数的“=”后面,写上族内控制截面边长、弧长
19、的参数名称。图 2 异形族自动识别装置示意图 Fig.2 Schematic diagram of the automatic identification device for aliens 随后利用 Revit API 筛选出线性构件族。通过识别构件族的 Location 属性,其值是 LocationCurve类型,则判断其为基于一条参照线进行拉伸变化的线性族。筛选构件族后需获取构件族的几何面信息,包括构件族的截面及顶面,构件的截面确定构件的尺 804 建筑与城市信息模型 2023 年 寸信息,而顶面则确定构件的定位信息。首先自动获取异形构件截面信息,通过获取异形构件的基线,将三维几何图
20、形中与基线相交的面(指 Revit中基线与截面垂直)识别为构件的截面。利用 Revit API 提供的构件族的 GeometryElement 值,其记录了构件族的三维几何信息,包括构件族面 Face 和组成面的边 Edge。获取所有与基线 LocationCurve相交的面 Face,即获取构件截面几何信息。其次自动获取异形构件顶面信息,同样利用 Revit API 提供构件族的GeometryElement值获取构件族的三维几何信息。Revit 提供的面 Face 的法向 Normal,是朝向模型外的,判断面 Face 的法向 Normal 与基线LocationCurve 的方向垂直且与
21、(0,0,1)方向形成锐角,即判断出面 Face 为顶面,获取构件顶面的几何信息。最后系统将自动获取的异形线性构件几何信息输入截面库,并与截面库中该形状的截面规定的描述参数对应。根据自动获取的线性模型几何信息生成截面并自动生成截面每一条边默认参数a1,a2,a3 和 a4 等,并将模型信息录入截面库。将控制族类型中截面形状的参数,与截面库中该形状的截面规定的描述参数对应,截面库中的默认参数 a1,a2,a3 和 a4 等匹配族族类型注释中的 b,b1,tw1、h 和 h1 等参数,从而 Revit 族类型参数匹配本文出图系统截面库内参数,完成族识别。3 自动标注算法实现 本文出图系统基于 Re
22、vit 平台自动生成施工深化图纸,通过 Revit API 接口实现模型识别、标注族的载入以及自动成图。实现 API 访问 2 种命令接口,即 External Command 和 External Application外部应用方式。通过外部工具 Add-In Manager 加载所有 External Command 完成具体功能开发13。通过实现 External Application 来添加自己的应用。3.1 用于自动标注的 Revit API 接口 出图系统生成的施工图数据,可通过 Revit 提供的接口呈现出来,主要包括以下几种 Revit 数据交互方式:(1)收集器 Filte
23、redElementCollector 接口获取模型数据。此接口通过 Revit 获取出图要用到的基本数据,包括收集 Revit 中全部元素,根据指定的ID、视图将元素集合。具体表现在模型的族名称、族参数、模型的几何数据等数据的收集。收集器通过过滤器过滤族类型或族实例等元素筛选需要的模型数据。方法见表 1。(2)通过 NewFamilyInstance Method 接口载入族,族创建为出图系统中最基础的应用之一,在Revit 图面生成构件的各种二维族详图符号、注释符号,如截面标注、标高标注、洞口标注等,均通过此接口实现。(3)通过 NewDimension Method 接口创建尺寸标注,具
24、体包括临时性尺寸标注、永久性尺寸标注及高程点尺寸标注。出图系统的首要功能为标注构件与轴网之间的关系,此接口用于 Revit 图面生成正交构件到轴线的定位,如标记尺寸、距离、角度等。通过 ItemFactoryBase 对象的创建函数,实现尺寸标线的创建。方法见表 2。表 1 收集器 FilteredElementCollector 的主要方法 Table 1 The main method of FilteredElementCollector 基本函数名称 说明 FilteredElementCollector(Document)构造一个新的 FilteredElementCollector
25、,将搜索和过滤文档中的元素集 FilteredElementCollector(Document,ElementId)构造一个新的 FilteredElementCollector,将搜索和过滤视图中的可见元素,ElementId 为视图的 ID FilteredElementCollector(Document,ICollection(Of)构造一个新的 FilteredElementCollector,将搜索和过滤一组指定的元素 ContainedInDesignOption 添加一个设计选项 DesignOption 过滤 表 2 标注创建 NewDimension Method 的主要
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