軌道交通工程Revit族庫系統設計與開發

丁建洋++付后國++應宇墾

摘要：BIM在工程建設中的應用日益廣泛，在BIM軟件Revit的應用過程中，族是核心元素，成為應用單位知識積累的重要載體。本文根據集團標準化工作的要求，設計了基于Revit和Web的族庫管理系統，對集團工程中的族進行查詢、瀏覽更新等，實現族在集團中的共享和協作，為集團族庫的建設和完善奠定良好基礎。

關鍵詞：建筑信息模型；Revit；族；族庫

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）11-0005-03

建筑信息模型（Building Information Modeling）是以建筑工程項目的各項相關信息數據作為模型的基礎，進行建筑模型的建立，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。

近年來，BIM技術在我國工程建設中也得到了越來越多的應用，一些知名的設計單位已經在項目設計中開始應用BIM技術，一些大型施工企業也已將BIM技術應用于項目管理。

BIM技術在我國軌道交通行業中的應用目前尚處于起步階段，一些設計單位、咨詢單位在上海、深圳等地的軌道交通車站設計中對BIM技術進行了嘗試[1-2]。由于軌道交通項目系統復雜、專業種類多，各種信息類型復雜，信息共享和溝通不便，參與方多、協調難、項目周期長、傳統信息傳遞模式導致項目中的信息流失和傳遞不流暢問題嚴重。目前BIM技術在軌道交通領域中的應用主要集中在采用相關軟件對車站的管線綜合設計進行管線碰撞檢查及裝修效果的模擬等方面，由于缺乏統一的BIM應用實施標準及整合各參與方的信息管理平臺，BIM模型數據重復利用的附加值非常低，BIM應用的深度和廣度也遠遠不夠，且最終很難將竣工模型應用于運營維護中，這就沒有體現BIM的核心價值。

1 族與族庫

Autodesk Revit軟件專為建筑信息模型 （BIM）而構建，從設計、施工到運營的協調、可靠的項目信息為基礎為應用企業構建集成流程[3]。通過采用Revit軟件，建筑公司可以在整個流程中使用一致的信息來設計和繪制創新項目，并且還可以通過精確實現建筑外觀的可視化來支持更好的溝通，模擬真實性能以便讓項目各方了解成本、工期與環境影響。

在Revit 中，族是其核心，它貫穿所有的建筑設計項目。族是一個包含通用屬性（稱作參數）集和相關圖形表示的圖元組[4]?？珊唵卫斫鉃橐慌惤ㄖこ虡嫾募?，如門、窗、空調等。使用Revit越多，累積的族越多，效率提高得越快。一個族可以無限次的使用在任何需要的地方。雖然AutoCAD 中也有“塊”這種類似的概念，但是族的編輯和使用比塊要簡單得多，有效的多。

Revit族庫就是把大量Revit族按照特性、參數等屬性分類歸檔而成的數據庫。相關行業企業或組織隨著項目的開展和深入，都會積累到一套自己獨有的族庫。在以后的工作中，可直接調用族庫數據，并根據實際情況修改參數，便可提高工作效率。Revit族庫可以說是一種無形的知識生產力。族庫的質量，是相關行業企業或組織的核心競爭力的一種體現。

2 Revit族庫系統設計

族在BIM流程中占有重要地位，可以說是BIM模型的基礎，同時也是企業的核心資產和知識積累。

軌道交通族庫的創建及信息封裝基于本集團“軌道交通工程的建筑信息模型交付標準”、“建筑信息模型建模技術標準”和“設施設備編碼體系”，族庫的創建是在這些具體的標準體系指導下進行，是標準體系的有機組成部分。

本族庫的目的主要有：

1）提取Revit軟件中族的完整信息，無論是否在Revit環境中，都能實現族的瀏覽和管理。

2）通過外部數據庫存儲Revit族的完備信息，能夠在組織內實現族的協作共享，提高組織的工作效率。

3）通過多種安全技術提高在協作共享過程中產生的安全性問題，保護族的知識產權。

本族庫系統架構如圖1所示。系統基于BIM數據庫和文件服務器，通過Web服務平臺，在Revit系統中和Web瀏覽器中進行族的相關操作。針對Revit族繁多、管理不便等問題，通過Revit族管理系統實現族的查詢、預覽、快速創建等，提高族的利用效率。能夠方便進行族的查詢、檢查以及加密/解密安全性管理、族備份等，以使建立的族在集團工作中得到有效復用。

本族庫管理系統主要功能如圖2所示，包括：

驗證：對各單位創建的族，根據軌道交通信息編碼標準，對族的參數命名、完備性、約束、模型的幾何邏輯等進行檢查，對不合格項進行修改提示，以保證最后提交的族符合公司及軌交的標準。

自動命名和編碼：對于驗證通過的族，根據族所附帶的屬性，對族進行自動命名和編碼，并存入族庫中，供設計使用。

分類及查詢：對族庫中的族構件根據編碼按照專業、類別等進行分類，并可通過類別、名稱、屬性等多種條件或組合對族進行檢索。

加密/解密：對族文件進行加密以保護知識產權。

族的使用管理：通過用戶權限管理限制不同用戶進行族的導入導出操作，并通過日志管理等措施記錄用戶所進行的操作，使操作可追溯，以限制用戶違規使用受保護的族。

數據備份及版本管理：通過數據的周期性備份以保證數據的安全，記錄族的版本信息，當族更新后可根據需要對實例進行自動更新。

系統開發中的關鍵技術包括：

1）Revit中族信息的提取

族是用戶使用Revit軟件過程中的關鍵因素之一，Revit中族的類型眾多，包含有較多的幾何信息和參數等屬性信息，并可通過參數驅動尺寸、形狀、材質等的變化。本項目將通過Revit API提取各族的完整的幾何信息和屬性信息，為后續的管理奠定基礎。

2）數據庫設計

Revit中族的定義和使用非常靈活，包含尺寸、形狀、材質等各類信息，不同的信息，其類型、存儲格式、數據大小等各不相同，本項目將設計靈活的數據庫表結構，以記錄不同族的不同類型的參數，以及族的版本等信息；并通過日志等方式記錄用戶上傳、下載族等關于族的動作信息，通過靜態與動態相結合的方式，實現對族的全面管理。

3）三維族的Web顯示

Revit中族的參數定義靈活，可驅動族產生幾何形狀、尺寸等復雜的變化，雖然在Revit插件中可通過API函數進行族的三維顯示，但離開Revit環境，在Web端進行族瀏覽時，需要根據所提取并記錄在數據庫中的幾何信息，在Web瀏覽器中構建包含曲線、曲面的復雜幾何實體，并實現消隱、色彩等三維效果。

4）族的安全保護

族是Revit圖元的基礎，被視為BIM應用組織的核心資產之一，本項目開發的族庫管理系統在提供組織內方便的族共享和協作的同時，必須通過數字安全技術保證族的內容安全。本項目將通過BIM模型和BIM族庫的加解密技術研究，開發出符合BIM模型的數據簽名技術，保證服務平臺內數據文件的安全，同時提高知識產權保護意識。

圖3所示為所開發系統中的查詢界面。

本系統具有以下特點：

交互簡單：通過Revit插件和Web方式，以簡單的操作實現對族的管理；

信息完備：能夠提取完整的族參數等信息，離開Revit環境也能實現族信息的管理；

安全性高：通過文件加密、水印等多種方式保護族的數據安全與知識產權；

便于管理：通過分類、查詢等方式，提高族管理的邏輯性；

便于協作：通過Revit插件和Web相結合，實現族的上傳、下載、更新，便于族在組織內共享和協作。

高效智能：能夠方便地實現Revit中單個族或批量族的加載與更新。并能夠智能識別族的版本信息，保留歷史痕跡，實現智能更新。

3 族庫建設

通過所開發的族庫管理系統，可幫助集團建設適合自身工程需要的族庫。族庫建設的主要內容包括：

1）族庫的分類標準與存儲的目錄結構

族是創建項目的基本單元，Revit族是根據CSI Masterformat2004 進行分類，為便于族庫的查找、管理、維護，方便企業內外的溝通、形成企業或行業應用標準，族庫需要進行結構化的管理。因此需要對族按照行業、項目實施流程及運維管理等原則性需求進行分類，最終的成果是分類標準文檔及管理平臺中的目錄樹狀結構。

2）族及項目的命名規則

為方便對族文件或項目文件的識別、溝通，形成不同團隊間及企業的溝通標準，為保障項目及族庫文件管理系統的有效工作，避免BIM基礎數據冗余，本項目制定簡明扼要、統一的文件命名規范及索引表，并作為項目或企業實施規范的一部分予以制度化的落實。

3）信息編碼字段

族及項目的分類編碼：分類編碼是工程算量、運維管理及各種二次開發數據庫對接識別的依據，因此族的分類應經過慎重的論證。充分地考慮到軌道交通行業的實施特點，本項目制定了統一標準和可衡量的檢查制度，提供了自動化的檢查工具，并進行定期制度化的培訓。信息編碼是企業統一維護的信息標準，貫徹到項目實施的全生命周期。

4）共享參數

族的共享參數是封裝基本的管理信息、材料信息、運維信息的技術手段。為保障在實施過程中不會出現不同的標準體系下的共享參數同時出現在管理字段中，本項目創建了全公司或本項目唯一的共享參數表，用于管理族庫中添加的與運維相關的管理信息。對于企業級的共享參數表需要進行制度化的維護和更新。

5）族樣板與項目樣板

族樣板及項目樣板文件是進行建族及創建項目的開始文件，因此各種技術標準及文檔的落實在樣板文件中就不需要每次針對各個管理科目進行人工校核。

所有的樣板文件作為標準的一部分提交到管理平臺上，開放給所有的建模人員，并設置屬性為只讀，進行制度化的維護和管理。

6）族庫的升級與維護

族文件的升級、軟件版本更新后，為保證項目實施的可靠性，族庫中的族文件應進行相應的升級，以滿足最新版本的實施要求及企業與時俱進的管理需要。因此對族文件及項目文件進行制度化的升級管理是為了避免出現大量的溝通障礙、滿足最新的管理科目、并和總包、分包企業進行制度化對接的需要。文件升級與維護規程作為標準的一部分進行提交。

4 結束語

族是BIM應用企業知識積累的重要載體。族庫系統開發是本集團標準化體系建設的一項重要工作。本文所開發的族庫交互方便，信息完備、安全性高，為集團族庫建設和完善奠定了良好的基礎，在集團的軌交工程設計中得到廣泛應用，提高了工程設計的效率和質量。

參考文獻：

[1] 何關培. BIM 和 BIM 相關軟件[J]. 土木建筑工程信息技術， 2010， 2（4）： 110-117.

[2] 薛忠華， 謝步瀛. Revit API 在空間網格結構參數化建模中的應用[J]. 計算機輔助工程， 2013 （1）： 58-63.

[3] 王珺. BIM 理念及 BIM 軟件在建設項目中的應用研究[D]. 西南交通大學， 2011.

[4] 歐特克（中國）軟件研發有限公司，Autodesk Revit 二次開發基礎教程[M]，同濟大學出版社，2015