1.1 建筑BIM與Revit概述

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）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。

1.1.1 BIM技術的應用

BIM技術是一種應用于工程設計建造管理的數據化工具，通過參數模型整合各種項目的相關信息，在項目策劃、運行和維護等全生命周期進行共享和傳遞，使工程技術人員對各種建筑信息做出正確理解和高效應對，為設計團隊以及包括建筑運營單位在內的各方建設主體提供協同工作的基礎，在提高生產效率、節約成本和縮短工期方面發揮重要作用。

雖然沒有公認的BIM定義，但大部分相關資料都對“BIM是什么”的問題給出了相似的答案。新領域和新的前沿因素不斷地擴充BIM的內涵，盡管如此，業界仍然給出了一些典型的定義，需要明確強調說明以下幾點。

? “設施”“資產”以及“項目”等詞匯的使用主要為區別于在建筑信息模型中的詞匯“建筑”的概念。為了避免在動詞“建筑”與名詞“建筑”之間產生概念的混淆，許多組織都使用“設施”“項目”或“資產”等詞匯代替“建筑”。

? 更多地關注詞匯“模型”或者“建模”，而不是“信息”，這樣會比較合理。有關BIM的資料文件都強調建模所捕獲的信息比模型或者建筑工作本身更重要，有些專家形象地把BIM定義為“在建筑資產的整個生命周期的信息管理”。

? “模型”通常可以與“建模”互換使用。BIM清晰地表現了模型和建模過程，但最終目標遠不止于此。通過一個有效的建模過程，實現高效地利用該模型（和模型中存儲的信息）才是最終目的。

? BIM也應用于建筑環境的所有要素（新建的和已有的）。在基礎設施范圍中，BIM應用越來越流行，BIM在工業建筑中的應用早于在建筑物中的使用。

? BIM是否與信息通信技術（ICT）或者軟件技術相關？此技術是否已經成熟到能夠使用戶僅注重與過程和人相關的問題？

? 強調BIM的共享非常重要。當整個價值鏈包含BIM，并且技術、工作流程和實踐都已經能夠支持協作與共享BIM時，BIM可能成為“必須擁有”。

綜上所述，BIM的整體定義涉及以下三個相互交織的方面。

? 模型本身（項目物理及功能特性的可計算表現形式）。

? 開發模型的流程（用于開發模型的硬件和軟件、電子數據交換和互用性、協作工作流程以及項目團隊成員就BIM和共有數據環境的作用與責任的定義）。

? 模型的應用（商業模式、協同實踐、標準和語義，在項目生命周期中產生真正的成果）。

1.1.2 Revit與建筑BIM的關系

BIM是以3D設計概念為基礎，把工程項目中的各項信息集成，并建立起包括構件信息、項目質量、進度、成本、運維于一體的建筑模型，也就是說，BIM并不是指某一個軟件或單一的項目，而是整個建筑項目從立項到最終項目完成并交付的建筑生命周期。

Revit僅僅是整個建筑生命周期中的一個實現BIM理念的工具。Revit具有3D可視化設計能力，可建立3D建筑模型，能反映項目各階段的進度與成本，方便進行協調和管理。

1.Revit的優勢特點

Revit作為目前BIM設計軟件中建筑設計方面的常用軟件，具有可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性強等特點。

在應用Revit設計過程中，二維設計向三維動態可視化設計轉變，數據庫替代傳統二維CAD設計通過向業主提供平面圖、立面圖、剖面圖、詳圖，以及設計說明、材料表等設計圖紙方式傳遞和提交設計成果。

Revit在協同設計上為各專業提供了一個工作平臺，各專業可以在同一軟件平臺上進行三維協同設計，但是由于與我國市場的設計需求尚有較大的差距，目前除了建筑專業之外，其他專業因一些基本需求沒有達到要求而很少使用。

BIM是Autodesk公司開發Revit軟件的根本目的，也是相對于二維設計的一次變革。它試圖將所有與建筑相關的信息都集中在一份文件中，包括建筑、結構、水、暖、電，不管在設計階段、施工階段還是運營階段，這些信息都能根據需要進行修改調整，保持持續更新。傳統設計中的藍圖和洽商（即溝通協商）分離的狀態可以得以整合，而建筑的改造也會直接以最新一版圖紙作為設計的基礎，不用花大量時間重新核對舊圖與大量洽商單。這對于所有相關行業來講，是一個很大的優勢。但是，要做到這一點，理論上就要求BIM模型最大可能地包括所有信息，換句話說，各專業設計人員要將全部內容表達出來，在施工過程中，任何一項洽商都需要在同一模型中修改。

2.Revit在施工圖中的應用

下面用一個工程的實際案例進行剖析。大多數人剛開始接觸Revit軟件時，會對它持懷疑態度，例如，功能強大的軟件應用起來是不是更麻煩，學習過程是不是很艱難。

（1）三維建模

三維建模是施工圖設計最關鍵的任務。用戶希望應用Revit準確描述三維形體和空間，并轉換成二維圖形語言進行準確定位，利用BIM可提高工作效率，便于修改，減小工作強度。首先明確工作思路：將復雜任務依據一個統一的邏輯結構進行拆分，分解為幾個中等難度的工作包；繼續向深度擴展，形成金字塔式的樹狀邏輯結構，將中等難度工作包細化為很多個簡單工作，并規范化一系列簡單動作，用以保證簡單工作的完成質量；依照邏輯結構逆向組合工作成果，最終得到解決方案。

具體分為以下幾個步驟：第一步，參照一般施工中混凝土模板的尺寸，采用2m×2m的格網軸線，作為整個建筑平面及空間的基本定位尺度，所有的定位都與這套軸網發生關系；第二步，將垂直墻體和曲面屋頂分離開，分別由不同的人去完成；第三步，將曲面屋頂按一定規律繼續分解，逐個建模，再重新拼裝，完成整個模型，如圖1-1所示。

（2）曲面屋頂及三維空間曲梁

首先分解工作模型。先依照結構變形縫將較長的屋面一分為二，形成東、西兩區，再按照形體分合的變化不同，分解為一個個單獨的曲面屋頂，最后將獨立出來的曲面屋頂解體成為基本的結構構件——主梁、次梁、板、女兒墻和架空屋面板。復雜的曲面模型即被徹底拆分為多個基本的單元構件了。

在分解模型之后，對基本單元構件進行分區定義和編號分組。編號是在軸線這個基本邏輯層面下增設的一個附屬邏輯，這項工作步驟確立本案例每一個基本構成元素的唯一性和空間確定性，以便以后進行工作成果的檢查與修改。將全部構成元素列成一個完整的表格，在表格中可以看到每一個元素的制作負責人、完成程度、區域位置以及難度。小組的每個模型制作成員手中都有一張分區組合圖，這就相當于一份地圖。這份地圖清晰地量化出這項復雜的建模工作如何分工，每人的工作量是多少，如何組合已建成的模塊，工程做到什么位置了，還差哪些區域，哪里出現問題，每個構件需要花多長時間，還需要多長時間等。同時，這種工作方法還有一個好處，就是當我們面對一個個基本模塊時，初次看到整體復雜形體時的恐懼感消失了，取而代之的是思考如何制作這些難度不一的元素。一個一個地完成基本元素的模型制作，如果碰到非常復雜但又無法繼續拆解的單元（例如井字梁和漏斗），就把這個困難的構建建模傳到Autodesk技術部門，請他們想辦法共同解決。這里可以看到任務拆分的另一個好處——便于工作外包。

接下來可以依據分區圖制作基本構件，具體步驟如下。

? 以方案模型為基礎，切取截面并描繪。

? 根據構件編號，以曲面截面為基礎逐一制作構件曲面。

? 將曲面導入Project環境并根據統一的坐標網格定位。

? 根據每個構件性質，賦予它們梁板柱的特性，并將墻體附著在屋面上。

在建模過程中可能會遇到許多困難。其中難度最大的有三塊：一是接待大廳屋面井字梁，二是回程部分的院落“漏斗”，三是空間曲梁。在井字梁的制作過程中，解決撕裂的曲面、在接觸點保持曲率一致、應用UV線進行分割和調整、制作族文件并應用于曲面，耗費了很多時間。同樣，漏斗的制作也很費勁，尤其是分解制作不同曲率的曲面、將族文件的模塊賦予到曲面上并相互連接順暢時，需要反復嘗試許多遍。空間曲梁相對較容易一些，因為它的生成依賴于曲面屋頂，梁頂與屋面頂標高相同，因此提取已生成的屋面構件，在平面內找出梁的中心線，以柱子的中點為梁的兩端點（梁柱居中的情況下），梁投影在空間的端點由此確定，在屋面構件的空間平面內用連續的點連接生成空間多異線，根據結構高度，沿著z軸方向復制梁的實際高度，連接兩條多異線圍合的線框，生成曲梁的中心截面，導入到Revit模型內，給梁的厚度賦值，便生成了空間曲梁，如圖1-2所示。

在墻體、樓梯和窗戶建模方面，Revit幾乎沒有什么障礙，其常規構件庫已經非常豐富了。垂直墻體的高度、厚度可以通過參數驅動進行修改，并具有延伸、倒角功能。樓梯的參數設置很細，踏步、欄桿、扶手等都能方便快速地建起來。唯一的難度在于，像洞窟這樣具有弧形倒角的外龕和窗戶，需要專門制作相應的族文件。一旦把族文件做好，即可在不同位置和高度安插到墻體，并可通過參數改變窗洞的大小和比例，非常方便。

（3）定位

為曲面屋面板、曲梁、任意斷面進行空間定位的問題，是Revit未能解決的問題。事實上我們利用了Rhino結合Grasshopper腳本，才完成了最后的空間定位工作，解決問題的關鍵在于插件Grasshopper腳本，由于所有的空間定位都是依靠編排好的腳本來進行計算的，計算腳本完全因結構構件類型而異，因此必須先編排好腳本，由腳本計算出結構構件的三維定位，之后才能夠向結構專業提供圖紙。

定位具體步驟如下。

1）提取Revit中需要定位的結構構件，導出CAD格式文件。

2）在Rhino中導入CAD文件，在Grasshopper窗口環境下，由已編排好的腳本計算空間定位點的高度。

3）在Rhino中導出CAD格式的文件。

所有平面定位都是以2m×2m網格為基礎的，因此空間定位點也以此為依據，從而形成2m×2m×2m的空間網格坐標系統（涵蓋建筑整體），所有結構構件如異形屋面板、曲梁等均置于這個空間網格中，定位點投影在網格的坐標都是（x，y，z）的模式，x與y方向上的間距均為2m，z方向上的高度在Rhino中由Grasshopper計算得出，定位問題就此完成。定位的精準度完全依賴于選取的網格坐標，網格單位越小，則定位越精準，尤其對于形體比較復雜的建筑來說，定位點越多，越有利于施工，完成的效果自然越符合設計要求。

（4）二維圖紙生成

在傳統的二維設計中，平、立、剖面圖往往是分開畫的。畫剖面的時候，要把平面圖轉來轉去，上下對位才能畫出剖面圖。當建筑空間復雜，層數很多時，很容易出錯。最麻煩的是當所有的圖紙基本完成后，如果需要修改平面，則還得花大量時間重新對位，修改剖面，同時相關的標注、文字、節點詳圖都要修改。在Revit中，所有的平面、立面、剖面、詳圖、尺寸標注都與三維模型緊密關聯，模型的任何地方發生修改，所有圖紙全部自動更新，這樣不僅能節省大量時間，大大提高效率，還不會遺漏修改。在本項目中，由于曲面屋頂的變化豐富，在任意一處的剖面都不一樣，事先也不能完全確定需要剖切的位置，因此這種關聯的優勢更加突顯。用戶只需要做好關聯的設置，即可放心地進行模型的修改。

比較遺憾的是，由于模型中不同構件，如屋面板和墻體屬性不同，不能很好地倒角相交，使得生成的剖面圖不太符合我國的制圖標準，而且目前軟件的本土化程度還遠遠不夠，最后不得不回到CAD中，將圖紙重新整理輸出。

1.1.3 Revit 2021軟件與界面介紹

Autodesk Revit 2021是一款三維建筑信息模型建模軟件，適用于建筑設計、MEP工程、結構工程和施工領域。

1.Revit 2021軟件組成

Revit軟件是由Revit Architecture（建筑）、Revit Structure（結構）、Revit MEP（設備）、Revit鋼結構及Revit預制五款軟件組合成一個操作平臺的綜合建模軟件。這五款軟件集成在Revit 2021軟件界面的功能區中，形成5個選項卡：【建筑】選項卡、【結構】選項卡、【鋼】選項卡、【預制】選項卡和【系統】選項卡，如圖1-3所示。

Revit Structure模塊用于完成建筑項目第一階段結構設計，如圖1-4所示。建筑結構主要表達房屋的骨架構造的類型、尺寸、使用材料要求和承重構件的布置與詳細構造。Revit Structure可以出結構施工圖圖紙和相關明細表。Revit Structure和Revit Architecture在各自建模過程中是可以相互使用的，可以在結構中添加建筑元素，或者在建筑設計中添加結構樓板、結構樓梯等結構構件，因此這兩個模塊處于完成建筑項目的第一和第二階段。

Revit MEP模塊用于完成建筑項目第三階段的系統設計、設備安裝與調試。了解清楚這3個模塊的各自用途和建模的先后順序，在建模時就不會不知從何著手了。

Revit鋼結構模塊是用于建筑鋼結構、鋼混結構設計與建造的功能模塊，目前該模塊在設計功能方面還有待改善，主要問題在于鋼結構的節點少，不符合國標，且操作性較弱，無法滿足項目需求。

Revit預制模塊是Revit 2021軟件中新增的功能模塊，主要用于裝配式建筑設計，是建筑虛擬建造的強力設計工具。

2.Revit 2021結構設計界面

Revit 2021界面是模塊三合一的簡潔型界面，通過功能區進入不同的選項卡。Revit 2021界面包括主頁界面和工作界面。

（1）Revit 2021主頁界面

啟動Revit 2021會打開如圖1-5所示的主頁界面。Revit 2021的主頁界面保留了Revit 2019版本的【模型】和【族】的創建入口功能。

主頁界面的左側區域中包括兩個選項組：【模型】和【族】，下面是兩個選項組的基本功能。

在右側區域的【模型】列表和【族】列表中，用戶可以選擇Revit提供的項目文件或族文件，進入到工作界面中進行模型學習和功能操作。

? 【模型】組：“模型”是指建筑工程項目的模型，要建立完整的建筑工程項目，就要開啟新的項目文件或者打開已有的項目文件進行編輯。【模型】組的選項用于打開或創建項目文件，以及選擇和打開Revit提供的樣板文件進入工作界面的入口工具。單擊【新建】按鈕，彈出【新建項目】對話框，如圖1-6所示。在對話框的【樣板文件】列表中提供了若干樣板，用于不同的規程和建筑項目類型，如圖1-7所示。

? 【族】組：“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，常見的族包括家具、電器產品、預制板、預制梁等。在【族】組中，包括【打開】和【新建】兩個引導功能。單擊【新建】按鈕，彈出【新族-選擇樣板文件】對話框。通過此對話框選擇合適的族樣板文件，可以進入到族設計環境中進行族的設計。

（2）Revit 2021結構設計界面

在主頁界面的【模型】組中選擇一個模型樣板或新建模型樣板，進入到Revit 2021工作界面中，圖1-8為打開一個建筑項目后的工作界面。

圖1-8中的界面元素介紹如下。①應用程序菜單。②快速訪問工具欄。③信息中心。④功能區。⑤選項卡。⑥上下文選項卡。⑦面板。⑧選項欄。⑨項目瀏覽器。⑩類型選擇器。?【屬性】選項板。?繪圖區。?視圖控制欄。?狀態欄。