基于BIM 技術的參數化構件信息管理研究

文／張 雪 青島理工大學建筑與城鄉規劃學院 碩士研究生

劉學賢 青島理工大學建筑與城鄉規劃學院 副教授 碩 士

引言

近幾年來，為有效提高人均勞動效能，國家正全面推進數字產業化以及建筑類企業數字化發展，建立覆蓋建筑全生命周期的數據采集、傳輸和匯聚體系，并深入挖掘數據價值。建筑行業也意識到數字設計和自動化建模工作流可以一定程度上提高工作效率，并且在建筑工程中開始嘗試將一些大批量與機械化相關的工作交付給軟件自動創建。建筑工程項目的構件眾多且類別相似，在項目建模過程中基于BIM 技術的參數化特征，建立起支持實時修改的參數化構件，可以在建筑設計階段滿足對建筑構件的需求，實現建筑模型與構件模型的雙向鏈接。

1 參數化構件的技術支持

BIM（Building Information Modeling）的意義主要依賴于建筑各專業不同軟件間信息傳遞和交互共享的能力，由于建筑信息模型不容易在個人之間存在溝通成本與分散數據的版本問題，所以構件資源的積累與共享則可以借用其優勢依附于這類BIM 軟件工具來執行。BIM 系統是一個收集、建立信息并將信息傳遞給有操控功能的軟硬件系統，其包括生成、操作、存儲和傳遞建筑信息的所有軟件，不能將其局限于一組狹窄的模型編寫平臺。由于每款BIM 軟件的差異性，在選擇合適軟件進行各階段設計時，需要綜合考慮工程的實際情況和不同階段的專業使用需求[1]。如今民用建筑領域普及程度較高的仍為Autodesk 系列，可幫助建筑師在項目的設計、建造等階段優化設計與管理項目信息，也可作為參數化建模的BIM核心軟件。

Dynamo 可視化編程平臺作為Autodesk Revit 探索參數化方案設計和自動化建模的應用程序，可以幫助設計師實現工程文檔管理與模型自動創建、更改等內容。對于參數化構件的建立來說，Dynamo 通過Revit 內部API應用程序接口（Application Programming Interface）的直接連接，不僅可以對構件圖元進行參數化修改實現對幾何形體的動態控制，也可以對構件的信息進行管理實現數據的導入導出（圖1）。它的工作原理是明確執行目的后組織節點來表達與控制模型，并形成一個可重復執行的程序。這種Revit 內置Dynamo 的形式為參數化構件的管理提供方法，也為計算機程序自動控制模型特征提供了途徑。

圖1 建筑構件在BIM 模式下的參數化應用（圖片來源：作者自繪）

2 基于BIM 的構件參數特性

根據在建筑工程項目中構件參數的添加及擴展應用，發現構件參數具有獨立于構件的實際使用特性——功能屬性與信息屬性。探討BIM 模式下構件各參數名稱的定義、梳理參數的特性將有利于設計師在建筑工程項目中對參數化構件進行高效使用與管理。

2.1 構件參數類型與參數名稱的功能屬性

在添加構件參數的過程中，不僅需要關注不同特點、單位的參數類型的區分，還需要注意的是類型參數或實例參數的區分與利用。類型參數與實例參數可以從修改數據后變化對象的不同進行功能上的區分，載入項目中構件的類型參數修改后所引起變化的對象為該構件的全部實例，而載入項目中構件的實例參數修改后所引起變化的對象為當前該構件實例。根據兩者的區別與軟件中操作修改的復雜程度可將傾向于決定類別的功能性質信息設定為類型屬性，將傾向于決定當前實例在項目中可調整使用的獨立信息設定為實例參數。例如建筑構件——“柱”，在長、寬、高（a、b、h）三種幾何特征中，長和寬的組合可以形成決定柱類別性質的信息，因其可以在保持幾種固定組合的情況下完成在整個項目的使用；柱高（h）由于需要在材料、樣式、截面不更改的情況下根據項目不同位置的需求進行次數不等的調整，故將其作為實例參數更加適合。在建立構件的過程中面臨各種參數的設定，如族參數、共享參數以及進一步按構件尺寸、形態、材質等通用屬性分類的參數類型，可根據參數的功能屬性、設計師對構件的使用習慣與構件自身具有的特性來判斷。

2.2 構件參數內容的信息屬性

構件參數化的實現主要是使用參數對幾何信息與屬性信息的關聯與調整，一方面可以利用數值參數直接對組成構件的幾何元素賦予一種空間約束，另一方面還可以通過指定公式或邏輯語言改變構件的幾何信息或屬性信息。在調整構件模型時只需調整這幾種參數內容，模型就會自動根據事先定義的規則作出改變，實現構件的可控變化來滿足需求[2]。然而，在實際使用中，公式函數等參數內容多數用來建立具有類似特征又互不相同的構件幾何體并間接地提供精確的幾何信息，數值與邏輯語言作為參數的內容在構件中直接發揮出作為屬性信息的作用（圖2）。

圖2 參數化構件建立過程（圖片來源：作者自繪）

在建筑工程項目構件信息模型的使用過程中，有復雜且多樣的構件信息能夠在生產過程中消除不確定因素從而指導生產。因此若參數化構件包含的此類構件信息能夠與建筑設計過程進行有效整合，在需要的時間被方便地獲取，就可以說構件的建模過程不僅僅包括在物理實體層面對虛擬三維空間的表述，還包括了信息管理層面的“建模”工作。基于參數化建模技術的特點，使模型具備了幾何信息與屬性信息的快速修改能力，而構件的詳細信息要在工程項目中得到及時地利用還需要借助BIM 模式下的參數化建模技術。

3 Dynamo 中參數化構件管理應用要點

本研究選取一個參數化過程展示較為直觀的陽臺BIM 模型作為案例（圖3），以此了解在Revit 中建立參數構件模型，并利用Dynamo 具有的信息管理功能實現構件信息修改與導入導出的過程，操作軟件為Revit 2020學生版。

圖3 由水平陽臺板與豎向陽臺板組成的陽臺（圖片來源：作者自繪）

3.1 構件模型參數設置與管理原理

該構件模型在建立中將水平板的長度、寬度，豎向板的高度、厚度等尺寸設為方便調節的實例參數，將水平板厚度設為類型參數，可視情況添加結構等屬性參數。幾何參數模型建立基本步驟包括：（1）設置參照平面并進行尺寸標注；（2）將有需要與模型產生關聯的尺寸進行參數設置；（3）利用幾何體建模命令創建模型，并與參照平面鎖定以驅動實體形狀改變（圖4）。通過該案例參數關聯過程可以發現信息依附于參數名稱，所以通過構件參數的名稱執行標簽式的檢索，就可以實現對屬性參數信息、幾何參數信息的有效操作。在Revit 中提取工程量的途徑可通過明細表進行提取，用以導出圖元屬性，包括體積、面積、長度、構件名稱、材質等相關信息。但是，借助Dynamo 可以從實際需求出發對工程構件信息進行篩選并直接進行導入導出，相比這種構件基礎參數批量輸出的方式，針對特定參數名稱的標簽式檢索輸出會更加靈活。

圖4 參數化三維模型創建步驟（圖片來源：作者自繪）

3.2 構件參數調取與修改

正如前文中提到的在Revit 中類型參數與實例參數的不同，在Dynamo 中對所需類型參數或實例參數的操作也要注意區分，不過在檢索方法上僅需替換或增加某節點即可。在Dynamo 可視化編程中實例參數的操作主要分為三個步驟：（1）選取Revit 模型中待分析的構件圖元作為分析對象；（2）取得其所有的實例屬性或按名稱讀取特定的實例屬性；（3）針對要編輯的屬性進行修改（圖5）。針對類型參數的操作僅需要增加一個轉換類別的節點，如圖6 紅色序號1。

圖5 Dynamo 界面中利用節點實現調取實例參數并修改的目的（圖片來源：作者自繪）

圖6 Dynamo 界面中利用節點實現調取類型參數并修改的目的（圖片來源：作者自繪）

3.3 構件信息導入與導出

Excel 交互、Revit 自動生成明細表、數據化分析等內容作為自動化表單這一概念的具體操作，都可以實現構件信息的導入導出，其中Excel 特定數據輸入至構件圖元、依據參數名稱導出Excel 數據都是通過Dynamo 與Excel良好的交互性以及Dynamo 中可信息管理的特點實現的。數據導入部分的操作分為三個主要步驟：（1）選取Revit 模型中待分析的構件圖元作為編輯對象；（2）選取文件所在位置從電子表中讀取所要添加的數據；（3）根據參數名稱添加表格數據為構件圖元屬性信息（圖7）。數據導出部分的操作大致也可以分為三個主要步驟：（1）依據參數名稱取得構件中所具有的圖元信息；（2）將參數名稱添加在所提取的圖元信息列表的第一列；（3）將數據導入Excel 并設定表格格式（圖8）。經過以上幾個步驟，基于Dynamo 可視化編程進行的篩選圖元特定屬性數據進行管理的工作基本完成，證明了通過對構件參數的靈活運用的確可以減少一些無效率的修改工作，為BIM模式中建筑構件信息的利用提供了途徑。

圖7 選取Excel 表格數據為構件增加或修改信息（圖片來源：作者自繪）

圖8 根據構件參數名稱將參數內容導出至Excel 表格（圖片來源：作者自繪）

結語

本文基于Revit 及Dynamo 應用程序，通過對參數化構件特性的研究，探討了構件的信息化管理，通過模型參數的修改與導入導出等實際操作表明了參數化構件的建立更有利于BIM 在全生命周期的使用。隨著BIM 技術不斷發展，有越來越多的BIM 軟件平臺提供了可視化編程或二次開發，設計師可以根據實際需求探索參數化構件的更多功能。要逐漸實現最高程度的信息利用效率需要專業應用程序的開發定制，但參數化構件模型或建筑信息模型應作為減輕使用者負擔的工具而使用，對信息管理執行的操作應使其不斷簡化，讓設計師只需做到模型提取和使用即可，建立參數化構件庫直接從中挑選相應構件并賦予其相關屬性是未來的應用方向。參數化構件庫的建立將推動BIM 技術發展，并加快推動建筑業信息化水平。