1、关于 BIM 结构平面简图三维重建的探讨摘要:本文分析了 PKPM 软件生成的建筑结构平面简图的工程对象类型和描述方式特征， 提出了一种基于 BIM 技术的三维模型重建方法 该方法以 DXF 格式的结构平面简图为处理对象，以 Revit 二次开发为主要技术路线，交互为辅助手段讨论了从 PKPM 模型到 Revit 模型的转换策略，为利用重建结果进行更高层次工作打下基础。 关键词:结构平面简图，三维重建， 二次开发 中图分类号： TU2 文献标识码： A 1、引言 经济和科技高速发展的同时，人类活动对社会造成了沉重的能源负担和严重的环境污染; 同时建设中还存在土地资源利用率低、水污染严重、建筑耗
2、材高等问题。在这种情况下，BIM 就孕育而生了，同时随之而来的是 BIM 软件，Revit 就是其中之一。Autodesk Revit 作为当今最强大的基于 BIM 的三维建模软件，在国际上得到了广泛的应用，特别是在美国，已经成为了建筑业不可或缺的软件。但是由于其本土化程度不高，初学者不容易快速掌握等缺点，在我国并没有快速普及。 PKPM 作为我国自主开发的结构建模分析计算软件，良好地结合了我国的结构设计规范，因此在国内设计院中应用广泛。但是 PKPM 在三维建模功能上较为薄弱，又没有强大的 BIM 技术的支持，因此对于结构设计师来说，不利于长远发展。 本文旨在分析 PKPM 软件生成的结构平
3、面简图的特点，利用 Revit 强大的三维建模功能， 提出一种利用结构平面简图在 Revit 环境下进行三维模型重建的方法， 以便在 PKPM 图形格式封锁的 情况下， 实现 PKPM 模型到 Revit 模型的转化， 为利用重建结果进行更高层次工作打下基础 2、建筑信息模型简述 所谓 BIM( Building Information Modeling，建筑信息模型)，指基于先进的三维数字设计和工程软件所构建的 “可视化” 的数字建筑模型，能够为建筑师、结构工程师、开发商，乃至最终用户等各环节人员提供“模拟和分析”的科学协作平台，帮助他们利用三维数字模型对项目进行设计、建造及运营管理。这个概
4、念最早是由美国乔治亚技术学院建筑与计算机专业的查克伊斯曼博士于 30 年前提出 BIM 技术是对建筑物理和功能特征的数字式表达，从建筑物诞生起，为建筑物整个生命周期提供可信赖的信息共享知识资源。BIM 的理念是建立涵盖工程全生命周期的信息库， 实现各个阶段 不同专业之间的信息集成和共享。 BIM 技术创建的建筑信息模型实现了多个设计学科之间的协调 在整个建筑生命周期中(包括设计、施工、设备、管理阶段)使用建筑信息模型具有强大的优越性。根据特殊需要，可以将数据表现为 3D 模型或者传统的 2D 施工图，或者转化为二进制信息输出到其他能量分析、结构分析、预算、项目管理等软件中 BIM 可以用于方案
5、设计 建筑分析、结构设计、施工图、运作管理等各个方面。 3 、Revit 二次开发 Revit 系列软件( 如 Revit Architecture RevitStructure Revit MEP) 是由 Autodesk 公司开发的，用于进行建筑信息模型的设计平台，它是一个设计和记录系统，支持建筑项目所需的设计、图纸和明细表、 建筑信息模型可提供用户需要使用的有关项目设计、范围、数量和阶段等信息。在 Revit 模型中，所有的图纸、二维视图和三维视图以及明细表都是同一个基本建筑模型数据库的信息表现形式。在图纸视图和明细表视图中操作时， Revit 将收集有关建筑项目的信息，并在项目的其他所
6、有表现形式中协调该信息 Revit 参数化修改引擎可自动协调在任何位置进行的修改，即整体结构模型将随模型某一处的修改而协调改变，就是所谓的参数化模型 4 、结构平面简图三维重建的实现 4.1 PKPM 结构平面简图的特点与其他建筑结构图相比，PKPM 软件生成的结构平面简图主要有以下特点: (1) 信息简单性: PKPM 软件生成的结构平面简图以楼层为单位进行绘图; 各层中的部件都以平面图描述，特别是柱和梁，分别用直线 多段线及尺寸文字进行描述。 (2) 内容简要化: 除了对梁、板、柱的必要文字描述，图中没有钢筋、 符号、标注等。 (3) 资料量较少: 其他建筑结构图部件种类繁多，数量巨大，而
7、结构平面简图就不存在如此巨大的数据量 PKPM 结构平面简图的以上特点为三维模型重建创造了有利条件。 4.2 重建方案的基本思路与策略 利用结构平面简图在 Revit 中进行三维模型重建的思路可以概括地表示为如图 1 所示。 开发技术路线选择基于 BIM 技术的 Revit 二次开发 Revit 软件提供的应用程序编程接口，可以利用 C 和 VBNET 等主流编程语言进行应用程序的开发，再加上 Revit 强大的三维建模功能和建筑信息模型技术，Revit 二次开发正逐渐成为软件二次开发的主流。 根据拓扑关系，重建策略可以简略地概括为:绘图比例梁截面柱截面梁位置梁实体重建柱位置柱实体重建 ( 1
8、) 绘图比例: PKPM 软件生成的结构平面简图比例为 11000，而 Revit 中绘图比例设为 1:1，因此在进行三维重建过程中必须考虑到这一点，应该利用 Revit API 将从 DXF 文件中读取的各点坐标放大 1 000 倍，以便在 Revit 中生成实际尺寸的三维模型。 由于 Revit 默认以坐标原点作为导入基点，因此可不作考虑。 ( 2) 梁截面: 梁截面尺寸描述为文本信息，因此主要针对 DXF 文件中实体段关键字为 TEXT 的实体，MTEXT 为多行文本可不作考虑 因此只要在 DXF 文件中匹配关键字，然后由相关的组码获得对应的组值。对于梁与其截面尺寸文本信息的匹配，主要方
9、法是在梁线中点的右下方或左下方设置搜索区域， 将搜索到的 TEXT 实体与之匹配。 针对 DXF 文件每行输出的特性，利用 C#对 DXF 文件逐行读取 首先查找组码 “0”，然后判断其下一行是否为“TEXT” ，如果返回结果为是，则继续依次查找组码“ 10“、 “ 20” 和 “1”，如果返回结果为否，则继续往下查找 其中查找结果存储在中间数组中，存储文字信息的坐标值和文字内容。 ( 3) 柱截面: 柱截面描述在 DXF 文件中体现在实体段关键字为3DFAC 的实体。首先查找组码“0” ，然后判断其下行是否为“3DFACE” ，如果返回结果为是，则依次查找组码“10” 、 “20”、 “1“
10、 、 “21”、 “12”、“22”、 “13”、及“23” ，并将查找结果存储于中间数组中，存储矩形柱截面的四个点坐标值，如果返回结果为否，则继续往下查找。 ( 4) 梁位置: 根据梁线( LINE) 的两个端点能够确定梁的水平位置; 垂直位置可以通过将梁限制条件中的参照标高设置为上一层标高， 或将梁起始标高偏移确定。查找方法与上述类似，首先查找组码 “0”，然后判断其下行是否为“LINE” ，如果返回结果为是，则依次查找组码“10” 、“20”、 “11”及“21” ，得到梁线两个端点的坐标值，如果返回结果为否，则继续往下查找。 ( 5) 柱位置: 由上述查找结果中的 4 个点坐标得到柱截
11、面中心点坐标，以此确定柱的水平位置; 垂直位置可以默认创建，即柱底面限制标高为当前视图标高，顶部限制标高为上一层标高( Revit 中创建柱的默认条件) 5、结语 本文提出了一种基于 BIM 技术的以 DXF 格式结构平面简图为处理对象，以 Revit 二次开发为主要技术路线的三维模型重建方法， 并应用于实际工程，在一定程度上促进了三维重建在工程领域的实用化。但是由于建筑三维重建还面临着复杂多变的实际情况，要实现三维模型重建的通用化还存在较大的困难。本文提出的方案及实例是相对简单的，主要考虑的是梁、柱等最基本构件的三维重建，而对于楼板、剪力墙、变截面梁、斜梁等特殊结构构件考虑较少。因此今后还要继续对此三维重建方法进行改进，为利用重建结果进行更高层次工作打下基础。 参考文献 1季俊 张其林，杨晖柱，等高层钢结构 BIM 软件研发及在上海中心工程中的应用J 东南大学学报，2009 2王祎，谢步瀛二维建筑结构图的三维模型重建J 工程图学学报，2006
