基于1+X建筑信息模型職業(yè)技能等級(jí)證書考核案例的BIM族建模能力提升研究

張紹平，萬雅琴，黃敏，胡佳萍

（1.江西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330200；2.江西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院大數(shù)據(jù)與智慧校園中心，江西 南昌 330200）

0 引言

BIM 技術(shù)應(yīng)用的成果以項(xiàng)目形式呈現(xiàn)，族是構(gòu)成BIM 項(xiàng)目的基本元素，用于組成項(xiàng)目模型[1]。在Revit 軟件中，建模工作的前提是Revit 族的制作[2]。無論哪種BIM 項(xiàng)目模型，都是由各種各樣的族組成的，BIM 模型實(shí)質(zhì)上是族按一定規(guī)則的組合。項(xiàng)目復(fù)雜程度由族的復(fù)雜程度、不同族類型和實(shí)例數(shù)量的多少以及族的空間關(guān)系決定。BIM 從業(yè)人員對(duì)族掌握深度不夠，只會(huì)運(yùn)用系統(tǒng)中自帶族不能滿足工作需求，僅掌握族創(chuàng)建的基本方法而忽視系統(tǒng)性也不能用好族工具。BIM 模型的落角點(diǎn)為族，系統(tǒng)掌握好族的創(chuàng)建方法并靈活運(yùn)用，是滿足BIM模型個(gè)性化需求的必要條件。

國(guó)家通過職業(yè)技能等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)將BIM技術(shù)中族創(chuàng)建技能和應(yīng)用技能落到實(shí)處。當(dāng)前職業(yè)技能等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)分為1+X建筑信息模型（BIM）職業(yè)技能等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和建筑信息模型技術(shù)員國(guó)家職業(yè)技能標(biāo)準(zhǔn)兩種。在1+X 建筑信息模型（BIM）職業(yè)技能等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的職業(yè)技能等級(jí)初級(jí)要求表中，對(duì)BIM 建模方法技能要注中明確了具體要求，即掌握實(shí)體創(chuàng)建方法、掌握實(shí)體編輯方法、掌握實(shí)體屬性定義和參數(shù)設(shè)置方法。在BIM 職業(yè)技能中級(jí)要求表中，對(duì)BIM 模型構(gòu)建技能也作出了明確要求，即掌握專業(yè)構(gòu)件的建模及相關(guān)參數(shù)設(shè)定的方法，掌握專業(yè)構(gòu)件幾何信息和非幾何信息的增加、刪除、修改操作的方法等。在國(guó)家職業(yè)技能標(biāo)準(zhǔn)建筑信息模型技術(shù)員（2021 版）職業(yè)中四級(jí)/中級(jí)工、三級(jí)/高級(jí)工和二級(jí)/技師工作內(nèi)容分別對(duì)應(yīng)創(chuàng)建模型構(gòu)件，模型編輯；創(chuàng)建模型構(gòu)件，創(chuàng)建自定義參數(shù)化圖元；創(chuàng)建自定義參數(shù)化圖元和模型編輯。從中可以看出，隨著工種級(jí)別的提升，對(duì)構(gòu)件創(chuàng)建、參數(shù)化設(shè)備和模型編輯的要求逐步提高。在院校人才培養(yǎng)和從業(yè)人員工種技能方面，都對(duì)族相關(guān)內(nèi)容做出了具體要求，全面掌握這類技能的人才能夠更好地適應(yīng)工作崗位的需求。

1 族的基本知識(shí)

1.1 族的基本概念

族是一個(gè)包含通用屬性參數(shù)集和相關(guān)圖形表示的圖元組合[3]。族可以是二維族，也可以是三維族，并非所有的族都是參數(shù)化的。如實(shí)體構(gòu)件族門、窗、柱等是參數(shù)化的，而二維族中的門窗標(biāo)記族則是非參數(shù)化的。

1.2 族的分類

族根據(jù)其存在和使用形式可以分為系統(tǒng)族、內(nèi)建族和可載入族。系統(tǒng)族能夠根據(jù)項(xiàng)目要求設(shè)置族參數(shù)應(yīng)用即可；內(nèi)建族只能在項(xiàng)目文件中創(chuàng)建，也只能在當(dāng)前項(xiàng)目文件中應(yīng)用；可載入族可以通過族樣板創(chuàng)建，創(chuàng)建完成后載入到不同項(xiàng)目中應(yīng)用的族。

1.3 族參數(shù)

族參數(shù)可以分為實(shí)例參數(shù)和類型參數(shù)，實(shí)例參數(shù)通過類型屬性面板修改，類型參數(shù)通過類型編輯器修改。修改實(shí)例參數(shù)所選中的圖元隨之發(fā)生改變，修改類型參數(shù)無論該類型的圖元是否選種都會(huì)改變。設(shè)置族類別能夠更快地找到族，方便使用。

在滿足人們的個(gè)性需求中，可載入族適應(yīng)性更強(qiáng)、應(yīng)用更廣泛，故而選取可載入族作為進(jìn)階訓(xùn)練。

2 族應(yīng)用情況

2.1 創(chuàng)建基礎(chǔ)構(gòu)件族

BIM 建模應(yīng)用時(shí)，常出現(xiàn)所用族要?jiǎng)?chuàng)建的情形。對(duì)于初學(xué)者來說，往往只能創(chuàng)建基礎(chǔ)構(gòu)件族，而不具備復(fù)雜構(gòu)件族的創(chuàng)建能力。只能創(chuàng)建門族、窗族、異形柱族、變截面梁族等簡(jiǎn)單構(gòu)件，對(duì)族三維形狀創(chuàng)建方式應(yīng)用不熟練。

2.2 調(diào)用常見構(gòu)件族

為了滿足項(xiàng)目中常見構(gòu)件使用的要求，建模軟件系統(tǒng)族庫或第三方族庫創(chuàng)建了常見族，便于使用者調(diào)用。調(diào)用族關(guān)鍵在于找到合適的族，并按要求調(diào)整族參數(shù)。系統(tǒng)族庫需要根據(jù)專業(yè)、類別、族、類型逐步縮小范圍，第三方族庫如族庫大師、廣聯(lián)達(dá)構(gòu)建塢等，通過搜索關(guān)鍵詞查找族更加便捷。當(dāng)無法找到滿足要求的族時(shí)，只好根據(jù)要求創(chuàng)建。

2.3 不能靈活應(yīng)用族創(chuàng)建方法

運(yùn)用基本方法創(chuàng)建族時(shí)，由于對(duì)族三維形狀五種創(chuàng)建方式掌握不全面或了解深度不夠，只掌握一兩種基本創(chuàng)建方式或五種創(chuàng)建方式的基本應(yīng)用的情況居多，導(dǎo)致不能靈活運(yùn)用族創(chuàng)建方法。在實(shí)際應(yīng)用中，未能找到族三維形狀創(chuàng)建方式間的內(nèi)在聯(lián)系，則導(dǎo)致運(yùn)用時(shí)難以滿足復(fù)雜構(gòu)件族創(chuàng)建的要求。

2.4 未系統(tǒng)掌握族創(chuàng)建方法

早期的BIM 從業(yè)人員大多是通過自學(xué)或工作中學(xué)習(xí)的方式掌握BIM 族創(chuàng)建方法，這種方式能夠滿足當(dāng)下工作的需求，但缺乏系統(tǒng)性。BIM 技術(shù)類教材中有族三維形狀創(chuàng)建方法，但存在未拓展單種創(chuàng)建方式的深度和未梳理彼此間內(nèi)在聯(lián)系的情況，讓學(xué)習(xí)者難以領(lǐng)悟創(chuàng)建方法，加大了應(yīng)用的難度。如最基礎(chǔ)的拉伸技能，掌握拉伸的方向問題，最常用的是上下方向的拉伸，前后、左右方向的拉伸有時(shí)也會(huì)用到，但任意方向的拉伸往往被忽略。不能系統(tǒng)地掌握每種創(chuàng)建方法，對(duì)于不同創(chuàng)建方式效果的演變不清晰，僅能滿足簡(jiǎn)易構(gòu)件創(chuàng)建要求，當(dāng)遇到復(fù)雜構(gòu)件時(shí)，阻力較大。

3 族創(chuàng)建方法

3.1 族三維形狀創(chuàng)建

族中三維形狀的創(chuàng)建方式有拉伸、融合、放樣、放樣融合和旋轉(zhuǎn)，無論是實(shí)心形狀還是空心形狀都是采用這五種方式。從路徑和截面兩個(gè)方面用列表將五種創(chuàng)建方式進(jìn)行對(duì)比，探尋其間的內(nèi)在聯(lián)系，具體情況如表1所示。

表1 族三維形狀創(chuàng)建方式表

了解族三維形狀創(chuàng)建五種方式的應(yīng)用要點(diǎn)至關(guān)重要。拉伸是最簡(jiǎn)單的族三維形狀創(chuàng)建方式，其路徑是筆直的直線。由于拉伸路徑要通過所處的平面來呈現(xiàn)，這個(gè)平面可以是上下的面、左右的面、前后的面以及任意的平面，任意平面的拉伸也可以通過前三種平面所創(chuàng)建拉伸構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)；放樣方式，其截面形狀與拉伸一樣都要求是封閉的輪廓，但放樣的路徑更加靈活，可以是直線、曲線、折線，當(dāng)放樣的路徑為直線時(shí)，其創(chuàng)建形狀效果與拉伸一致；融合方式，其路徑為筆直的下線，兩個(gè)截面形狀大小既可以不同，也可以相同，當(dāng)融合兩個(gè)截面相同且在路徑方向上的投影重合時(shí)，其效果與拉伸一致，常常遺漏融合兩個(gè)截面形狀的中心沿路徑方向投影不重合出現(xiàn)偏離的情形，導(dǎo)致融合方式應(yīng)用不充分；放樣融合方式是放樣和融合的綜合，需注意其路徑不能是折線；最后一種方式是旋轉(zhuǎn)，其截面形狀是封閉的輪廓，旋轉(zhuǎn)的中心是筆直的直線，旋轉(zhuǎn)所創(chuàng)建的形狀要與圓聯(lián)系起來，如圓柱、圓錐和球等。

在深入了解五種創(chuàng)建方式要點(diǎn)后，還需進(jìn)一步探究各種方式間的內(nèi)在聯(lián)系，這也是建模從業(yè)人員和學(xué)習(xí)者容易忽略的地方。當(dāng)放樣的路徑為直線時(shí)就退化成了拉伸；當(dāng)融合兩個(gè)截面形狀沿路徑方向投影重合時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)；放樣和融合兩者都能實(shí)現(xiàn)的，放樣融合自然也可以實(shí)現(xiàn)。而旋轉(zhuǎn)只能實(shí)現(xiàn)與圓形相關(guān)的形狀，若拉伸創(chuàng)建的形狀為矩形柱，旋轉(zhuǎn)則實(shí)現(xiàn)不了。融合能創(chuàng)建的形狀，哪些方式能實(shí)現(xiàn)，需要具體分析，通過具體實(shí)例用其他方式驗(yàn)證，以此鞏固系統(tǒng)并達(dá)到靈活應(yīng)用的效果。

3.2 族參數(shù)設(shè)置

族參數(shù)中最重要的是材質(zhì)和尺寸，族參數(shù)的設(shè)定體現(xiàn)了用戶在創(chuàng)建族時(shí)對(duì)族在項(xiàng)目中預(yù)期工作性能的意圖[4]。設(shè)置族構(gòu)件的材質(zhì)，選定族中相關(guān)構(gòu)件，通過屬性面板中的材質(zhì)設(shè)置，根據(jù)需要既可設(shè)定成實(shí)例材質(zhì)也可以設(shè)置成類型參數(shù)。尺寸參數(shù)設(shè)置，創(chuàng)建族時(shí)通過參照平面標(biāo)注出間距。選擇任一標(biāo)注的數(shù)據(jù)，進(jìn)入“修改/尺寸標(biāo)注”上下文選項(xiàng)卡，點(diǎn)擊選項(xiàng)欄中的“標(biāo)簽”，選擇“添加參數(shù)”，在彈出對(duì)話框中添加名稱，完成尺寸參數(shù)設(shè)置[5]。

4 族遞進(jìn)式訓(xùn)練

合理的訓(xùn)練案例，有針對(duì)性地對(duì)族創(chuàng)建進(jìn)行訓(xùn)練，才能系統(tǒng)地掌握族的知識(shí)，達(dá)到運(yùn)用自如的效果。挑選的訓(xùn)練案例遵循由易到難的原則，按拉伸、融合、放樣、放樣融合和旋轉(zhuǎn)順序進(jìn)行。考慮到案例的嚴(yán)謹(jǐn)性和獲取性，以“1+X”建筑信息模型（BIM）職業(yè)技能等級(jí)考試中案例為主。

4.1 拉伸

案例一：2021 第三期初級(jí)實(shí)操題一，空心磚模型創(chuàng)建，如圖1所示。

圖1 創(chuàng)建空心磚模型

該題主要訓(xùn)練的是上下方向的拉伸，既可用一次性實(shí)心拉伸創(chuàng)建，也可以先創(chuàng)建長(zhǎng)方體實(shí)心拉伸，再創(chuàng)建內(nèi)部空心拉伸。五種族創(chuàng)建形狀的方式，出現(xiàn)截面輪廓時(shí)要滿足輪廓封閉、首尾相連、不得交叉的要求。

案例二：2019 年第二期初級(jí)實(shí)操一，柱體模型創(chuàng)建，如圖2所示。

圖2 創(chuàng)建柱體模型

該題創(chuàng)建過程中，拉伸方向不再只限于上下方向。柱體可以用上下方向的拉伸，中間腹板結(jié)構(gòu)可以用前后方向的拉伸，頂部結(jié)構(gòu)可以用左右方向的拉伸，建模時(shí)拉伸方向應(yīng)用比較全面。題中給出了三維圖，降低了識(shí)圖難度。有時(shí)題中對(duì)創(chuàng)建族三維形狀方式的考核，不局限于某一種，而是多種方式一起考核。

4.2 融合

案例一：2021 第二期初級(jí)實(shí)操一，柱基模型創(chuàng)建，如圖3所示。

圖3 創(chuàng)建柱基模型

該題除了考核拉伸外，還考核了融合。中間的形狀是由上下兩個(gè)不同矩形融合成的棱臺(tái)，上下方向形狀的融合是最常見的，也最容易掌握。融合運(yùn)用時(shí)，需要區(qū)分融合的底面和頂面。默認(rèn)先創(chuàng)建的底面形狀，再創(chuàng)建頂面形狀。

案例二：2019 第二期中級(jí)結(jié)構(gòu)工程方向?qū)嵅俣Ｍ戎Ｐ蛣?chuàng)建，如圖4 所示。

圖4 創(chuàng)建牛腿柱模型

該題主要考核拉伸和融合，斷面處的空心形狀除空心拉伸外，還要用到前后方向的融合。

案例三：沿路徑方向投影中心不重合時(shí)融合應(yīng)用。

不同方向的融合應(yīng)用較多，而中心不重合案例較少，難度加大。如圖5 所示的Y形柱。

圖5 Y形柱創(chuàng)建

該題考核的是拉伸和融合，雖然是上下方向的融合，但兩個(gè)圓形的中心在上下方向投影未重合，很多人創(chuàng)建Y 形分支時(shí)首先想到的不是融合，而是放樣或族轉(zhuǎn)。運(yùn)用放樣和旋轉(zhuǎn)，要配合空心剪切才能實(shí)現(xiàn)，不能一次性實(shí)現(xiàn)。只要能理解并運(yùn)用融合底部和頂部?jī)蓚€(gè)形狀沿路徑方向投影中心可以不重合這一要點(diǎn)，建模就容易多了。

4.3 放樣

放樣運(yùn)用時(shí)，關(guān)鍵要能夠快速確定放樣路徑和輪廓。

案例一：2020 第一期初級(jí)實(shí)操一，仿交通錐模型創(chuàng)建，如圖6所示。

圖6 創(chuàng)建仿交通錐模型

仿交通錐模型從上到下分別可以用放樣、融合和放樣創(chuàng)建。難點(diǎn)在于確定放樣路徑和放樣輪廓，如果能夠快速確定，那么難度就降低了。上部三角錐放樣路徑是底部的矩形，輪廓為直角三角形；底部八邊形，底座放樣路徑為正八邊形，輪廓為主視圖中的半個(gè)形狀。在放樣中截面形狀與路徑垂直，牢牢抓住這個(gè)要點(diǎn)，有利于靈活運(yùn)用。

案例二：2020 第四期初級(jí)實(shí)操一，裝飾門洞模型創(chuàng)建，如圖7所示。

圖7 創(chuàng)建裝飾門洞模型

門洞內(nèi)框主要考核放樣的應(yīng)用，放樣路徑為圓形，輪廓為大樣圖中的凹槽形。通過兩個(gè)案例可知，放樣關(guān)鍵在于確定放樣路徑和輪廓，放樣的路徑形狀變化較多。

4.4 放樣融合

放樣融合綜合了放樣與融合兩種方式的特征，特別要注意放樣融合的路徑不能為折線，也是與放樣路徑最大的區(qū)別。放樣融合是由兩個(gè)截面形狀和一條路徑來創(chuàng)建形狀的，一般來講融合能實(shí)現(xiàn)的，放樣融合一定能實(shí)現(xiàn)；放樣能實(shí)現(xiàn)的，只要路徑中沒有折線，放樣融合就能實(shí)現(xiàn)。近四年1+X真題中未出現(xiàn)一定要用到放樣融合才能創(chuàng)建的模型。可以應(yīng)用前述放樣和融合的案例，對(duì)放樣融合創(chuàng)建方式進(jìn)行訓(xùn)練。

4.5 旋轉(zhuǎn)

在應(yīng)用旋轉(zhuǎn)時(shí)，最主要是找出旋轉(zhuǎn)的中心和旋轉(zhuǎn)的截面，需要強(qiáng)調(diào)的是，旋轉(zhuǎn)的截面只能取半個(gè)形狀，如圓柱只能取中心截面矩形的一半，圓錐也只能取三角形中的半個(gè)即直角三角形，球只能取中心截面圓形的半圓。

案例一：2020 第一期初級(jí)實(shí)操二，儲(chǔ)水箱模型創(chuàng)建，如圖8所示。

圖8 創(chuàng)建儲(chǔ)水箱模型

該題主要考核拉伸和旋轉(zhuǎn)，中間桶身需要用到上下方向的旋轉(zhuǎn)創(chuàng)建。桶身的左視圖是一個(gè)圓形，主視圖中桶身的上半部分作為旋轉(zhuǎn)的截面，中線作為旋轉(zhuǎn)軸。理清了這些要點(diǎn)，就能快速創(chuàng)建桶身。

案例二：2020 第二期初級(jí)實(shí)操一，球形噴口模型創(chuàng)建，如圖9所示。

在熟練掌握三維形狀創(chuàng)建方式后，可以敏銳地發(fā)現(xiàn)其考核的是旋轉(zhuǎn)。外部形狀可以用沿著左右方向的軸線旋轉(zhuǎn)，里面的空心形狀也可以沿左右方向旋轉(zhuǎn)，但旋轉(zhuǎn)之后要將內(nèi)部形狀整體轉(zhuǎn)動(dòng)60°才能滿足要求。

通過對(duì)族創(chuàng)建三維形狀五種方式9個(gè)案例的分析，全面展示了各種創(chuàng)建方式的應(yīng)用，對(duì)于應(yīng)用中的難點(diǎn)進(jìn)行了深入剖析。上述案例側(cè)重族三維形狀的創(chuàng)建和材質(zhì)設(shè)置，未考核形體尺寸參數(shù)化。尺寸參數(shù)化能夠滿足族不同類型的使用需求，也需要加以訓(xùn)練。尺寸參數(shù)化主要是通過創(chuàng)建參數(shù)平面，將截面輪廓線與參照平面鎖定，進(jìn)而對(duì)參照平面進(jìn)行標(biāo)注設(shè)定標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)尺寸參數(shù)設(shè)置。參數(shù)化族真正做到了所見即所得，體現(xiàn)了BIM 技術(shù)的巨大優(yōu)勢(shì)[6]。打牢族三維形狀創(chuàng)建方式的基礎(chǔ)后，對(duì)族材質(zhì)設(shè)置和尺寸參數(shù)化進(jìn)行練習(xí)，將有效提升族創(chuàng)建能力。

5 結(jié)論與展望

族作為BIM 模型創(chuàng)建中最關(guān)鍵、最靈活的組成部分，很多人從業(yè)多年仍然只掌握最常用的族創(chuàng)建方式，未能系統(tǒng)地掌握族創(chuàng)建理論知識(shí)，建模運(yùn)用時(shí)存在一定的困難。通過列表將族三維形狀創(chuàng)建的五種方式進(jìn)行對(duì)比，探究了彼此間的內(nèi)容聯(lián)系。按照由易到難遞進(jìn)原則，結(jié)合1+X 建筑信息模型（BIM）職業(yè)技能等級(jí)證書中的真題訓(xùn)練，力求在系統(tǒng)掌握族創(chuàng)建方式理論的基礎(chǔ)上，進(jìn)行針對(duì)性的實(shí)操訓(xùn)練，從而提升族建模水平。

①族創(chuàng)建方法靈活多樣。實(shí)現(xiàn)一個(gè)族模型創(chuàng)建的方式往往不只一種，常常多種方式能創(chuàng)建同一個(gè)形體的情形。掌握好族創(chuàng)建的理論知識(shí)并能熟練應(yīng)用后，族建模時(shí)可以達(dá)到一形多解的水平。有時(shí)一個(gè)形狀既能一步創(chuàng)建，也可以分步實(shí)現(xiàn)。仿交通錐頂部的三角錐既可以用放樣一性次創(chuàng)建，也可以先用拉伸創(chuàng)建一個(gè)長(zhǎng)方體，再用空心拉伸剪切兩次實(shí)現(xiàn)，最終呈現(xiàn)的建模效果相同。

②族參數(shù)化的應(yīng)用。本文側(cè)重系統(tǒng)講解族創(chuàng)建理論和運(yùn)用族創(chuàng)建三維形狀的方式，對(duì)于參數(shù)化實(shí)操闡述不夠充分。在掌握并能靈活應(yīng)用族創(chuàng)建方式后，參數(shù)化就顯得更加重要，需要進(jìn)一步強(qiáng)化訓(xùn)練。常規(guī)矩形、圓形尺寸參數(shù)化較容易，異形形狀參數(shù)化難度較大，需要強(qiáng)化練習(xí)才能掌握。

③通過應(yīng)用促進(jìn)族創(chuàng)建技能提升。應(yīng)用是技能提升的重要保障，文中以1+X 建筑信息模型（BIM）真題為例介紹了族創(chuàng)建方式。BIM 從業(yè)人員由于工作崗位要求不同，創(chuàng)建族的需求也不同，如創(chuàng)建機(jī)電設(shè)備族、橋梁族構(gòu)件等。系統(tǒng)地掌握了族創(chuàng)建方法后，在各自專業(yè)內(nèi)選擇適當(dāng)?shù)淖暹M(jìn)行練習(xí)。觸類旁通將大大提升BIM 建模水平，為BIM 技術(shù)應(yīng)用提供有力保障。