基于Revit 的設計模型差異比較自動處理的技術應用

劉月涵 焦柯 霍浩彬 阮浩德 張小良 胡成恩 陳芳 陳祚衡

（1. 廣東省建筑設計研究院有限公司，廣州 510010；2. 廣東省城鄉規劃設計研究院有限責任公司，廣州 510010；3. 廣東省機電設備招標中心有限公司，廣州 510010）

引言

在工程設計領域，由于智慧城市建設的不斷發展，傳統的二維模式已不能滿足要求，三維設計逐漸成為行業的發展趨勢。如Revit、Bentley、Catia 等三維設計軟件已在工程設計中得到了廣泛應用。其中Revit 市場占有率高、通用性、交互性良好。近年來，許多結合各類算法的，基于Revit 平臺的二次開發項目相繼涌現，進一步拓展了其應用范圍。例如，在市政管線設計中，結合地理信息系統（GIS）及遺傳算法，對新建地下管線實現路線優化布置[1]；在交通工程中，通過可視化編程工具實現空間曲線模擬及Revit 自適應構件布置[2]；在能源項目中，采用遺傳算法對天然氣管網規劃進行優化[3]；在裝配式建筑中，結合Python 語言實現標準化設計[4]；在建筑機電工程中，管線系統復雜性且工程數據量大，其碰撞檢測及優化的工作難度大且易出錯，通過調用Revit API 函數進行的二次開發，可以有效提高設計效率[5,6]。

為了解決工程三維設計中的圖紙、模型等資料信息量大、內容變更頻繁、信息交換等復雜問題，本文提供了一種基于Revit 的不同階段BIM 模型的差異比較方法。該方法直接在Revit 平臺內實現了不同階段的版本對比、顯示以及內容過濾[7]。還可以在Revit 平臺中直接打開需要編輯或查看的文件，直接選取所需的工作文件進行對比，而無需借助第三方平臺。對比結果直接在Revit 中呈現，并根據設計人員的需求進行分類展示，這一方法避免了大量文件導入導出、格式轉換等重復操作所導致的信息丟失問題，從而顯著提升三維設計的工作效率和圖紙設計的質量。

1 設計模型差異比較關鍵技術

Revit 中的所有圖元模型都是基于族構建的，族有助于管理模型中的圖元數據。每個族圖元可以定義多種類型，每種類型有不同尺寸、形狀、材質設置或其他參數變量。對模型在不同階段的差異性比較，本質上是對不同族的檢測，用以識別和分析不同類型的族在模型不同階段之間的差異[8]。本文主要包括：構件重疊與內嵌清理、模型分離與合成、基于遺傳算法的管線綜合優化等三個關鍵技術，這些技術主要包括：建立窗體數據庫、窗體搭建、階段文件選擇、文檔處理、對象篩選、文件對比、生成清單、前臺文件顯示比對結果和結果顯示等步驟。

1.1 構件重疊清理

在設計過程中，由于頻繁地進行批量復制粘貼、分模合模等操作，往往會造成大量構件重疊，進而在算量時導致構件被重復計算，從而影響提取模型量的準確性。在Revit 平臺中，構件之間通常存在著緊密的關聯，例如梁與柱、墻與門等。通過審查這些關聯，可以判斷構件是否重疊，或是通過導出構件信息來檢查潛在的重疊問題。例如，可以導出梁的相關信息，檢查其長度和截面尺寸等參數，判斷構件是否重疊。但以上方法僅能初步判斷構件重疊的可能性，仍需進一步地詳細檢查和調整。本研究旨在提供一種應用，可以快速清理構件重疊、內嵌等問題，構件重疊判斷流程如圖1 所示，構件重疊清理流程如圖2 所示。

圖1 構件重疊判斷流程

圖2 構件重疊清理流程

第一步，提取同類構件位置、定位線參數。通過遍歷模型中的族對象提取位置、定位線參數，并使用窗體數據庫調用用戶窗體接口IExternalCommand（外部命令），該接口只包含一個抽象函數Execute()，用于執行命令的邏輯。通過提取當前文件的CommandData對象獲取相關信息。在構件重疊清理的過程中，在前臺打開新版本模型，同時在后臺打開需要比較的舊版本模型，以便進行構件重疊的檢測和處理，比較新舊版本之間的差異；

第二步，判斷位置、定位線是否重疊。利用Revit自定義插件快速找出模型中未包含規定關鍵字的族，幫助識別設計中的問題和風險，并生成文件選擇窗體。使用openFileDialog 類創建實例，并在窗體中顯示可選的關鍵字列表，讓設計人員和BIM 建模人員通過點選關鍵字的方式進行映射，同時將選擇的關鍵字合并到報表中，以便進一步的分析和跟蹤，避免傳統檢查的不透徹、不全面問題；

第三步，判斷構件面積、體積等體量參數。根據BIM 建模標準和設計需求所規定的類型參數名稱，通過插件循環遍歷模型中的構件，判斷每個參數是否為空值，如果參數為空，表示該構件的體量參數未被正確獲取或未定義，進而識別出可能存在的數據問題和模型缺陷。獲取對比文件路徑后，將文件載入到緩存中，相對于同時打開兩個文件，在緩存中進行對比能提高效率，避免頻繁的文件讀取和操作，減少I/O 開銷，從而提高處理速度；

第四步，若判斷獲取失敗時，程序則開啟異常處理，并將所有需要補填參數的族類型匯總到報表中進行批量操作。在階段文件選擇中，對前臺和后臺兩個文件進行對比，在前臺文件中創建窗口，通過階段文件選擇器對后臺文件進行選擇，可以在前臺文件中確認需對比文件的內容，進而減輕工作強度，降低設計出錯概率[7]；

第五步，對重疊和內嵌采取不同的清理模式，明確對應模型中的族實例（Instance）， 通過定位方式在模型視圖中鎖定相關實例，并返回所選文件路徑，通過OpenFileDialog 視圖信息將區域、立面和高度偏移等實例參數返回所選文件的路徑名稱，最后調用文檔處理模塊，獲取路徑名稱并進入下一步處理，構建重疊查找效果如圖3 所示，檢查構件發現重疊原因，效果如圖4 所示。

圖3 通過Dynamo 進行重疊查找

圖4 檢查發現重疊原因

1.2 模型分離與合成

在項目設計過程中，由于設計人員分配和成果提交要求等因素，需要對模型進行專業和樓層等方面的拆分或合成，而手動操作該過程較為復雜。本研究提供的方法可以根據分類標準，快速進行模型的拆分與合成，流程如圖5 所示。模型分離的目的在于滿足從設計、施工再到運營等多個階段的不同應用需求，例如，在設計階段，模型使用人員較多，需按專業和各自負責區域進行劃分；在運營階段，不同類型的設施或不同區域的負責人需要對模型進行劃分，以滿足各自的管理需求；模型合并是在構件重疊清理的基礎上，清理重復內容后進行合并，確保模型數據的唯一性，并為后續項目管理、造價管理和運營管理等提供準確的基礎數據[9]。

圖5 模型分離與合成流程

第一步，將模型中的構件，如建筑元素、設備、管道和結構等構件，按構件的專業（如結構、機電和給排水等）、樓層（如地上樓層和地下樓層）或類別功能（如辦公區、會議室和廁所等）進行分類拆分，根據拆分方式的相關參數對構件進行分類，拆分的目的是將整個建筑模型按照一定的規則或標準進行分組，通過將構件進行分類，可以更好地管理和處理建筑模型的各個部分。在進行構件分類拆分的同時，提取每個構件的定位點。定位點是構件中用于確定其位置的關鍵點和參考點，定位點可以用于生成相對位置信息，方便在模型分離與合成過程中進行路徑相關的操作和信息提取；

第二步，將本類拆分的構件和數據暫存，在內存中創建相應的數據結構，并獲取應用程序實例。通過不同拆分方式的相對應參數，對所篩選的構件進行分類，并獲取當前活動文件實例。通過獲取對比文件路徑，將文件加載到緩存中，相較于同時打開兩個文件，在緩存中進行對比更能有效地提高效率；

第三步，循環判斷下一類拆分方式。在不干擾設計人員的前提下，在后臺自動加載所需的文檔，調用插件提取定位點，并將實例文檔載入。設計人員可以通過選擇文檔路徑，將所需數據信息，如更新模型中的屬性、元數據或其他相關信息，填入到對應的實例中，并將文檔相關數據加載到后臺合成暫存文件，同時判斷文件的加載情況，如加載數據是否完整，錯誤數據及其他異常情況等；

第四步，循環輸出拆分文件合成。程序調用構件篩選模塊，并在后臺同步開啟用戶選擇文檔，以及當前打開的Revit 文件寫入篩選功能模塊。篩選后，將文件流轉至下一步進行處理。判斷是否加載成功，當成功加載時循環輸出文件，直至輸出完成，最后將文件存檔。通過以上優化，可以提高Revit 模型的分離與合成效率，簡化程序復雜度。

1.3 基于遺傳算法的管線綜合比較和優化方法

在搜索最優解方面，遺傳算法是一種廣泛應用且高效的全局搜索智能優化算法，將BIM 技術與遺傳算法相結合，用于優化建筑管線的綜合布局，不僅能夠實現仿真模擬、碰撞檢測和數據建模等功能，還能夠對差異比較性進行優化分析，但這種方法需要大量的數據支持和定量分析。本研究通過將BIM 技術、遺傳算法和管線綜合優化理論有機融合，可以有效提取Revit 提供所有風管、水管和橋架的尺寸標高和橫縱坐標信息，解決建筑管線綜合優化領域數據獲取、定量分析等難題，使管線優化達到管線無碰撞或碰撞結果數量為最低的最佳狀態，調整后重疊構件減少如圖6所示。

圖6 調整后重疊構件減少

第一步，提取Revit 提供所有風管、水管、橋架的尺寸標高和橫縱坐標。在管線區域內以管線直徑為柵格進行劃分，以柵格左上角為原點建立直角坐標系，每個柵格用（x，y）定位，單柵格在允許區域內賦值為1，否則賦值為0；

第二步，適應度函數決定了遺傳算法的效率，根據規范和所有管線之間影響因素，選取適應度評價函數導入所有管線之間最優距離和室內凈高，并以最短距離帶進作為目標函數修正項，從而解決運算中因間斷點而引起的距離過近問題，對所有管線進行全局計算，求導全局最優解；

第三步，Revit 中的所有模型都基于族，在對族進行深入研究的基礎上，對Revit API 進行二次開發，通過校核模型是否滿足建模標準對族進行檢測，從構成模型的可載入族（構建族）、系統族與內建族等族中去拾取，對照建模標準的相關條目，優化到管線無碰撞或碰撞結果數量為最低[10]。

2 技術優勢和通用性

本文提供的基于Revit 的不同階段BIM 模型的差異比較的方法，貫穿從策劃、設計、項目管理到成本控制的設計全過程，為建筑工程全生命周期提供了顯著地效益。通過對不同階段的模型進行差異比較，實現了可控且實時地造價控制過程，為工程管理提供了有力的支持，確保項目在各個階段都得到有效的管理和優化。

2.1 縮短運行時間，提高工作效率

該項技術實現了軟件內原生對比功能，在Revit 平臺內可實現階段版本對比、內容過濾和顯示功能。在實際應用中，無需進行繁瑣的文件格式轉換、導出或上傳，降低了操作的復雜性，提升設計人員的工作效率和設計質量。

通過獲取對比文件路徑，加載文件至緩存，相對于同時打開兩個文件，在緩存中進行對比能有效地提升效率。通過建立過濾器規則，基于對象名稱創建class 過濾器和Category 過濾器，在對象篩選過程中，無需對所有類型進行對比，從而有效地縮小了對比范圍，減少了對比所需的時間。

2.2 保真性高，使用靈活

該項技術在階段文件選擇、文檔處理、文件對比和生成清單等環節都設置了異常處理步驟，以確保后續步驟的準確性。通過前臺和后臺對兩個文件進行對比，在前臺文件中創建窗口，使用階段文件選擇器對后臺文件進行選擇，可在前臺文件確認需對比內容，降低出錯概率。

此項技術通過類別篩選前置執行，實現了單一類別或多類別的對比提升了操作靈活性。在對比結果顯示方面，對比結果以列表形式展示。用戶可自行選擇全部顯示或僅突出高亮單一或多個對象。這種可篩選、可控制、可視化的列表操作方式和結果呈現方式，提升了可讀性和實用性，使設計人員能夠更加精確地比對文件，提升了設計數據質量和準確性。

3 應用效果

在某省中醫院中醫藥傳承創新工程中，設計人員采用差異化對比模型在不同階段的應用，滿足了全過程造價管控的需求。在設計階段，設計人員結合物理性能分析，交通組織模擬全景VR 技術，通過差異化對比設計方案，協助使用方作出決策；在初步設計和施工圖階段的模型中，設計人員能夠及時發現預算編制單位的部分漏項清單；在施工階段，通過差異化對比審核，驗證施工單位的施工優化模型，以確保設計的完整性。

通過對比設計階段和深化階段模型構件的差異，設計人員可以通過構件ID 快速檢索、定位并審閱已經修改的構件，流程如圖7 所示，具體數據如圖8 所示，數據圖表可以清晰地展示深化階段所做的構件修改數量及其比例，具體數據如圖9 所示。這些分析表可以作為造價分析的依據，同時也可以充當輔助工具，如圖10 ～圖11 所示。通過該方法使設計團隊更加高效地掌握項目的變化，準確評估造價情況，并在項目的不同階段作出決策，從而確保項目的質量和效益。

圖7 BIM 模型高效對比方法流程（部分）

圖8 模型設計階段和深化階段構件對比

圖9 模型設計階段和深化階段構件數據比例

圖10 模型設計階段和深化階段結構柱對比（部分）

圖11 模型設計階段和深化階段管道對比（部分）

通過上述項目的實施，設計團隊應用了本研究中的差異化對比方法，并將其應用于造價、性能、設計優化、施工優化和設計決策等多個方面，取得以下成效：

（1）可確保設計的延續性和保真性，采用合理的差異比較工作流程，確保BIM 模型數據在不同建設階段的傳承關系。從項目的初期方案到施工圖落地，通過動態的設計模型對比和實時的對比結果呈現，可以讓設計人員研判當前設計模型是否按原設計意圖進行深化設計，及時糾正偏離最初設計的情況；

（2）對造價復核驗算提供了支持，通過設計模型差異比較，分析變更對構件數量、材料用量、工程量和成本的影響，提高成本估算的準確性，減少成本偏差。通過對比實際施工階段的設計模型與預期的設計模型，量化評估變更前后的差異，及時調整策略以實現預算目標。評估不同設計方案的成本差異，選擇最優方案；

（3）差異化對比的思路還可以擴展到模型清理和分離組合的處理，通過對模型的對比，可以清理設計過程中產生的冗余、重疊等構件，提升整體模型的質量。在設計過程中，根據模型的使用需求，通過對比篩選操作，實現模型自由分離和組合，提高設計靈活性和效率，更全面地服務于設計過程各環節。

4 結論與展望

本研究基于Revit 的不同階段BIM 模型的差異比較方法，實現對比類別篩選的前置執行，以及單類別和多類別的對比，提升了工作效率和設計質量。研究成果可投入使用的項目和場景主要有以下三個方面。

（1）適用于全過程造價控制項目。本研究的目的在于在控價設計項目中，更好地進行各階段的差異比對，在控價設計項目中，具有廣泛的應用前景；

（2）適用于工程智慧運行管理平臺。在智慧運行管理平臺中，本研究可以輔助進行室內空間布局修改、管線調整、新增設備等情況的模型差異對比，并在事前進行工程量估算，輔助業主進行決策；

（3）提高建筑全生命周期內的資源利用效率。本研究不僅適用于模型差異比較，還可衍生出構件重疊檢查、模型合并拆分等工程設計、施工、工程造價計量等工作流。應用該研究可解決建筑設計施工中信息流問題，由點對點傳遞改為系統化、集中化溝通。相較傳統粗放管理，基于BIM 的全模型差異比較精確管控，減少工程變更，提高效率。預計每㎡可節約近500元的人力成本、設計、管理、服務和施工成本。