基于Revit的城市轨道交通车站主体BIM模型参数化建模研究

万涛

（中铁第四勘察设计院集团有限公司 城市轨道与地下工程设计研究院，湖北 武汉 430063）

0 引言

参数化设计是指零件或部件的形状比较定型，用1组参数约束该几何图形的1组结构尺寸序列，参数与设计对象的控制尺寸有显式对应，当赋予不同的参数序列值时，就可驱动达到新的目标几何图形，其设计成果是包含设计信息的模型［1］。参数化设计是电脑辅助设计的核心技术，可使设计人员从大量烦琐的设计、计算、绘图工作中解脱出来，提高设计效率［2］。BIM技术的核心建模软件Revit具有强大的参数化设计功能，可通过参数输入直接生成模型实体，且携带大量信息。在城市轨道交通设计领域，车站的土建BIM模型由于功能复杂、构件众多，采用Revit软件建模时，在软件平台自身设定的局限下，建模操作步骤繁多、准确性较差、设计效率低下，难以满足设计需求。针对该问题，利用Revit软件的API接口［3］进行二次开发，形成一套功能完整的软件，载入软件后利用其功能基本实现城市轨道交通地下二层标准车站主体模型的“一键创建”，大大提高基础模型的创建效率。

1 设计思路

1.1 标准化模块拆分

一个完整的BIM模型由大量基本单元构件组成，构件间彼此关联，相互制约，整体呈现一定的规律性［4］。因此必须对零散的构件进行整理归纳，分析其创建行为，属于同类的统一收纳至模块化的工具箱中。

经过对模型创建需求的梳理，确定标高工具、主体工具、轴网工具、梁柱工具、公共区工具、出入口工具（拟下阶段单独开发）六大工具箱，分别实现标高创建、主体结构构件创建、轴线创建、梁体柱体创建、公共区（付费区）的构件创建、出入口创建等功能。结合设计人员使用Revit的绘图建模习惯，将六大功能依序排布，前一模块为后一模块运行的基础。具体功能模块划分见图1。

图1 功能模块划分

1.2 参数控制策略

（1）标高设置模块。主要包含标高族的创建，其思路是利用外部窗口直接调用内部标高创建命令，生成标高，并自动修改平面视图名称。

（2）主体创建模块。模块本身包含车站主体墙体、楼板的创建。首先通过车型的选取控制车站站台长度以及限界尺寸。在站台长度方面，增加设备小端长度（经验值）和设备大端长度（经验值）以及两端盾构井长度（盾构模式下），自动求和后生成车站长度数值，确定车站纵向的实体边界。在站台宽度方面，设定站台宽度值及外墙厚度值，以及前述的车型参数直接映射的车站横向限界值，自动求和后即为车站宽度数值，确定车站横向的实体边界。车站高度方面，由于前一步骤标高的整体控制，该步骤中只需输入顶板、中板、底板的厚度即可根据定位信息生成模型实体。

（3）轴网创建模块。该模块主要进行轴网布置，包括横轴、纵轴创建、轴号自动排布等。针对地铁车站轴网特点，一般纵向中跨会布置楼梯电梯组合，空间要求跨度较大，轴网间距会异于其他位置，所以首先应控制纵向中跨尺寸并成为其他轴线定位的基准；其次，分别输入以中跨为基准的左右两侧的跨距和数量，生成全部车站轴网，并自动排序。在双柱模式下，还可以通过输入横向轴网间距来控制横向轴线间的距离，进而对横向上的柱间距进行定位。

（4）梁柱创建模块。主要进行梁体、柱体的建模，其思路是基于上一步骤中已生成的轴网，通过识别轴线交点，在交点处自主生成柱体，梁体则随主体线性生成。在操作层面，输入柱的位置、柱的截面形状及尺度、拟生成柱体的轴线等参数，实现所需柱体的自动创建。

（5）公共区创建模块。主要进行楼梯、扶梯、栏杆扶手、洞口、信息中心等构件的创建。基于车型的选择，可根据预设产生对应的公共区边界（一般由站位中心处左右各几个柱跨控制），楼扶梯（洞口）、栏杆、闸机、客服中心等则沿边界按照常规设计方案布置。

另外，基于参数控制生成的各类实体均需调用族库构件。因此，在模型创建之前，需将族文件内置于软件资源库中，并保证在Revit环境下始终处于运行状态［5］，等待随时调用。各模块内部参数映射关系见图2。

图2 各模块内参数映射关系

1.3 模型标准

BIM标准是为统一BIM技术在模型建立、数据传递、项目交付、文件格式等方面规定的条文性准则，为BIM技术的高效应用提供保障［6］。为使最后制作的输出结果具有一致性，各个模块构件组（族）均需在统一的标准下创建。在对构件（族）调用之前，软件预设了一套统一构件创建标准，在构件命名、模型细度上均作出了规定。各项族文件均按照标准创建，创建合格的构件可以录入软件的资源库，以供调用。由于软件本身尚处于初级阶段，目前构件暂按照LOD 200［7］的标准创建，构件精度基本接近初步设计精度。

2 参数化模型创建

2.1 界面介绍

软件界面基于前述的六大模块组合而成，并辅以对应图标方便用户更加直观地进行功能选取，软件界面见图3。

图3 软件界面

2.2 用户登录

点击用户管理功能按钮，输入用户名及密码即可登录软件，获得软件的使用权限。登录验证通过则该工具及其他功能模块亮显，否则保持功能图标灰色（不可用状态）。

2.3 标高设置

点击标高按钮，弹出创建标高功能菜单，其中默认以站台板顶面标高为±0.000，分别输入轨面标高、站厅层标高以及车站顶板标高的参数值，创建竖向定位基准。其中在默认设置中，站厅层、站台层标高基准为建筑楼板装饰面。设置成功后显示各平面命名均已自动修改为地铁车站的习惯命名（见图4）。

图4 标高设置

2.4 车站主体

车站主体设计功能区分了4种模式，分别为：盾构模式、两端暗挖、左侧暗挖、右侧暗挖。

以常见的两端盾构模式为例：首先选取地铁车型，预设了4B、5B、6A、6B、8A、8B这6种车型；其次根据设计需求分别设置高度、宽度、长度等栏目内的参数，一键生成车站主体模型。

创建完成后的车站主体如需要修改参数，再次点击相同或不同模式主体设计功能按钮，修改完成后可重新生成车站主体模型（见图5）。

图5 车站主体模型（盾构模式）

2.5 轴网

（1）轴网快速生成。点击轴网快速生成按钮，可任意选择单柱轴网或双柱轴网2种模式。单柱轴网模式下，横向轴网（平行于车站的轴线）间距显示为灰色不可用，软件自动生成以站台中心线、上下侧墙内边线为基准的3条横向轴线。

建立纵向轴网（垂直车站的轴线）时可输入中间跨轴线距离，再分别输入左端纵向轴网间距和数量，其输入模式为间距×数量，或分别输入每一跨的间距。输入完成后确定即可快速生成轴网（见图6）。

图6 根据轴网命令创建的轴网

（2）绘制轴网及轴网自动编号、标注。通过绘制轴网功能，可直接调用Revit轴网命令，手动绘制轴线。临时增加的轴线序号，则利用自动编号功能重新梳理全部轴线编号，将轴号排序自动归正。点击轴网标注命令，轴网可自动进行轴间距及总间距2道尺寸标注。

2.6 梁柱

梁柱的空间定位依赖轴网创建模块创建的轴网，通过对轴网交点的捕捉和识别，确定柱体的空间位置。点击创建梁柱功能，可选择柱的空间位置及柱体形式，输入柱体的长、宽参数，梁体的宽、高参数，最后选择需要生成柱体的轴线，完成柱体的分布确定（见图7）。

图7 梁柱参数控制及实体生成

2.7 公共区布置

（1）楼扶梯。点击楼扶梯功能按钮，弹出选项框。在位置选择上提供左侧或右侧（基于中心里程）2个选项，样式上则有两扶和一扶一楼2种选项。以6A车型的车站设计为例，3部扶梯、2部楼梯、垂直电梯均位于付费区［8］，即两扶、一扶一楼、T型楼梯和电梯的组合，其位置边界依照设计经验基本固定。经过选择，一键生成付费区楼扶梯布置。其中，楼梯根据标高模块中的输入数据调用系统族自动计算生成，扶梯和电梯则根据该数据调用资源库中的自建族，位置则依赖软件内部预设的参数进行控制。

（2）绘制栏杆、布置闸机及客服中心。该命令即手动绘制栏杆，同Revit栏杆扶手功能，在平面位置上绘制路径生成栏杆实体。点击布置闸机功能按钮，软件自动调用资源库中的闸机模型，并将其定位在预设的定位点上，实现自动布置闸机模型，公共区布置见图8。

图8 参数控制及一键生成的楼扶梯、闸机、客服中心布置

3 结束语

使用基于Revit二次开发的技术，对于重复量较大、规律性很强的工作，能够大大简化操作过程，高效、快速地实现需求功能［9］。基于Revit的二次开发软件，通过行使其功能，提高城市轨道交通地下二层车站主体土建BIM模型的创建效率，提升了模型构件创建的准确性，解放了设计师的生产力，促进了设计成果的有效输出，为模型建立提供了新方法［10］。目前版本仅为第一阶段样例产品，功能较为初级且不够稳定，尚不能完全满足最终模型要求，下一阶段将在功能上继续完备，并对模型成果建立更细致的标准，以进一步提高软件的应用能力。