BIM室内建筑信息提取的研究

第1章绪论1.1研究背景及意义随着科学技术的飞速发展和各个产业信息化的加快，我国已经发展成为世界上最大的建筑市场之一，但建筑领域技术的更新发展却跟不上发展，信息化建筑产业远远落后。在以CAD为传统建模核心的建筑行业中，存在着很多问题，如严重的材料损失、信息交互表达不明确、信息易丢失和效率低下等，因此，当下急需于一种新技术和新概念来改变这种状况。BIM（BuildingInformationModeling，建筑信息模型）技术早在2002年由Autodesk提出。BIM技术中所提出的建筑信息模型是构件化的，不仅包含有几何信息，还包含非几何信息，如材料、制造商等；是参数化的，构件之间相互连接，不存在隔离，不存在孤立；是可维护的，可以实现并消除信息孤岛；是可共享的，参与到项目中的每个参与者都可以在建筑信息平台上获得所想所需的信息；是可视化的，所看到的模型都是所得到的信息和数据。目前在我国工程建设行业中，尚不能在建筑生命周期中完全的应用BIM技术，大多数还是停留在碎片化的利用BIM技术中。BIM技术更多的还是作为一种辅助手段应用在工程技术中。更多的还是先用传统的CAD软件进行二维设计，然后再由专业的人员根据创建好的二维图纸进行翻模，建立三维模型。Revit软件发展到现在，已经可以作为BIM技术的核心软件之一，本文基于实际工程需要，利用C#编程语言对Revit进行二次开发技术。相比传统CAD的点线面几何元素，BIM将墙、柱、窗等用参数化进行描述，Revit建筑模型信息的构件参数是相关联的，建模师对单个构件进行修改信息，相应的建筑信息数据也会修改，设计工作的效率不仅会大大提高，而且还可以避免信息在交互过程中的错漏问题。二次开发可以将其需要的对象进行数据信息的提取，其意义在于设计师可以将其数据转换成图形，方便对建筑结构进行重现，还可以对其需要进行室内定位的系统提供真实且完整的建筑信息。1.2国内外研究现状目前在美国、欧洲、日本、澳大利亚、新加坡等国家BIM技术的应用和发展都达到了一定的水平，技术水平相对比较成熟，制度标准相对完善[1]。目前，对于相应的BIM系统软件来说，建模软件与分析软件之间已经实现了数据交互，如Revit系列软件与结构软件Robot实现了结构分析模型互导[2]，从而实现了各专业之间的协同设计，不需要做相应的复杂处理，就可以生成满足外国规范的施工图[3]。EastmanC等[4]就业主方、设计方、施工方、运维方等提出了BIM企业级的应用指导方案。BilalSuccar等[5]就各利益相关方提出BIM的成果交付框架。关于Revit二次开发，国外的一些国家，尤其是北欧的一些国家，在这方面已经进行了相当长时间的研究。国外对Revit二次开发的研究主要分为以下方面：（1）BIM自动建模;（2）基于BIM的建筑能源分析研究;（3）施工风险管理;（4）建筑成本估算；（5）优化项目进度（6）基于Revit二次开发的结构计算与分析；（7）能源领域的研究与开发。其中，基于Revit等BIM软件的能源领域，BIM二次开发在最近几年正受到越来越多的国外学者的关注[6]。近年来BIM在国内建筑业形成一股热潮，但由于应用环境和相关人才的缺少，我国的BIM应用水平还处于初期发展阶段，且大量的BIM软件处于正在开发或者还在探索前进的路上。相关BIM软件的商家和开发商正在倡导发展和使用BIM，此外，政府单位、建筑业及其它各行业专家、建筑设计院等单位、施工方和许多科研高校也在推动BIM的发展，但目前在我国，BIM技术的相关文件并未完善BIM技术使用的标准。对于Revit软件的二次开发研究，国内起步较晚，我国Revit二次开发进入成长阶段的标志是东经天元公司在2011年开发出R-StarCAD插件。同年北京盈建科软件有限责任公司开发了盈建科建筑结构设计软件系统(YJK)[7]。综合来看，国内对于Revit软件的二次开发研究主要集中在结构计算、施工管理、便捷式模型建立及标注等几个领域[6]。但BIM技术缺乏适合国内市场需求并且成本可行的技术体系，所以BIM二次开发的技术在国内的发展还需要时间去努力和改善。1.3研究方法AutodeskRevit是为建筑信息模型而设计的系列软件，为建筑学专业、结构学专业、设备管理专业等提供以BIM为核心的强有力支持。在Revit中，所有的视图与族的属性皆来源于同一个建筑模型数据库。对Revit三维模型中的任意一处构件或图元进行参数的修改都会对整个模型相应的建筑信息自动关联和协调，从而进行信息数据的同步修改。Revit的开放性为用户轻松访问模型的图形数据、参数属性、实现创建、修改、删除模型元素等功能提供了便利，RevitAPI允许使用者通过任何与.NET兼容的语言来编程扩展Revit的功能，从而不断完善和扩展插件，以拓展其BIM应用的使用范围。供应商提供了通过编程方式使用RevitAPI类管理Revit模型的机会。RevitAPI可用于访问数据图形模型（创建、更改和删除模型元素），获得对模型参数的访问权限（读取和更改模型元素的属性），将模型数据导出为其他格式，以及更多。Revit软件具有内置的代码编辑器SharpDevelop，它允许C＃、Python、VisualBasic.NET为Revit创建插件。本文将应用Revit2016、VisualStudio2015、RevitSDK工具包、AddInManager等开发工具，并利用已有的工科楼CAD图纸以及实际的探查与量取数据，在Revit上对工科楼进行3D模型的重建，用C#语言进行编程，从而对Revit进行插件的二次开发，进而对建筑信息模型进行数据的提取。1）利用现有的CAD图纸对工科楼进行三维模型的重建，对比实际建筑，对数据不足之处以及图纸上没有标注的地方进行实地考察，并记录数据，再对三维模型进行修改，建出较为完整的工科楼建筑。2）将VisualStudio2015作为工具，.NETFramework4.5.2作为平台，使用C#语言对Revit进行二次开发，开发的插件再对工科楼三维模型进行数据信息的提取。

第2章BIM技术概述BIM思想源于20世纪70年代，目前相对较完整的是美国国家BIM标准的定义：“BIM是设施物理和功能特性的数字表达；BIM是一个共享的知识资源，是一个分享有关这个设施的信息，为该设施从概念到拆除的全寿命周期中的所有决策提供可靠依据的过程；在项目的不同阶段，不同利益相关方通过在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映各自职责的协同工作”[11,12]。BIM技术是运用三维数字技术为基础，在这个基础上，对建筑项目中的所有相关数据进行集成，整合为一种工程数据模型。BIM技术从建筑项目的设计到建筑管理的建筑全生命周期，对其设施和工程进行数字化表达。这同时还是一种数字化方法，将BIM技术应用于设计、建造、管理的方法，可以在建设项目中显著的提高效率和降低管理风险。2.1BIM技术特点BIM技术以信息化为基础，具有可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性、一体化性、参数化性、信息完备性八个特点，如图2-1所示：BIMBIM图2-1BIM技术的特点1）可视化：BIM的可视化包括机电的管道碰撞、建筑设计、项目施工和设备操作几个方面。可视化异于传统建设的方面是，BIM将以往图纸的点线面形式换成形象具体的三维立体模型。这种可视化思路能够将BIM三维建筑模型的构件参数信息相互关联，实现构件信息的同步修改和反馈。由于整个项目建设的过程都是可视化的，所以不仅仅用于效果展示，在项目建设的设计、施工、管理方面也可以在可视化下进行。2）协调性：设计、施工和业主单位之间在建设项目时始终都需要进行工作方面的协调。若是在其中的协调工作没有配合好，那么会因为信息沟通不到位产生各种问题，这说明在建筑项目中，协调起着多么重要的作用。例如暖通专业在项目进行管道布置的作业时，由于不同专业的图纸不相同，出现与其它专业碰撞的协调性问题只能在之后花时间进行解决。但BIM技术在项目设计前期就可以对各专业进行碰撞问题的协调，并提供数据。协调作用还可以对防火、排水及其它专业的布置问题进行协调，在保证效率的同时让项目良好的运转。3）模拟性：BIM技术不仅能模拟出设计好的模型，还能对在模型中进行现实中不易进行的模拟，如模拟建筑能源的节能、模拟紧急火灾疏散演练、热能传导模拟等；还可以对建筑项目的设计阶段进行三维建筑及其项目施工时间的模拟（4D模拟），这样可以根据项目设计和建筑施工模拟实际施工，从而对施工方案进行修改以保证指导施工的合理性。同时还可以进行5D模拟（基于4D模型加造价控制），从而实现成本控制；在建筑后期进行管理时，还能进行紧急情况的模拟，如地震、海啸、火上爆发、沙尘暴等灾难级情况的模拟。亦或是消防疏散日常性的模拟。4）优化性：项目建设的过程就是一个不断优化的过程。当然也不能说传统的建筑工程就不存在优化，但BIM能让工程在设计、施工、管理等方面进行更好更合理的优化。优化可以是建筑信息方面的优化，可以是设计和施工方面时间占比的优化，更可以是工程项目过程中复杂且不必要事物的优化。5）可出图性：BIM模型不仅能绘制常规的建筑设计图纸及构件加工的图纸，还能通过对建筑物进行可视化展示、协调、模拟、优化，并出具各专业图纸及深化图纸，使工程表达更加详细。6）一体化性：一体化指的是BIM技术可进行从设计到施工再到运营贯穿了工程项目的全生命周期的一体化管理。项目设计方面，建筑、机电、给排水等各专业能够通过BIM将对于同一个模型的设计进行整合，这能够直观的显示各专业设计碰撞后出现的问题，促成工程建设的一体化。工程施工方面，BIM可以对建筑进度、质量和成本方面进行模拟和管理，同步修改和提供数据。管理方面，提高建筑管理的效益和成本的降低，为业主、开发商和设计单位提供便利与透明。7）参数化性：参数化建模指的是通过参数(变量)而不是数字建立和分析模型，简单地改变模型中的参数值就能建立和分析新的模型。构件作为BIM中的基本单位，修改构件参数可以让其它相关部分自动反应，参数化就是在变化构件的基础上，BIM能够维护其它不变的构件参数信息。8）信息完备性：BIM可以对建筑模型对象进行完整的数据信息描述。包括三维几何信息、拓扑设备信息、构件结构信息、建筑性能信息、材料信息、工程设计信息、施工成本信息、建筑质量信息、逻辑信息、安全性能信息、人力资源信息、材料损耗信息等。2.2BIM平台介绍建筑工程中的信息交互在BIM中是非常重要的内容，各软件平台间可以在同一项目中共享数据信息，交换数据信息。近年来，建筑行业的效率低下，信息共享和交流的效率低下，以及不能及时同步和传递信息都是造成效率低下的主要原因之一。建筑业中的信息庞大复杂，更是有各个项目建设的多个专业参与其中，如何高效的利用信息对于解决建筑行业的效率低下是个很好的解决办法，BIM技术和其为建筑服务的理念为这一目标带来了可能。但在工程建设项目中，不同专业的侧重点和信息点不是完全一样的，这就导致不能使用单个软件对问题进行解决，要想使得数据信息的最大化利用和建设工程效益的最大化，必须需要不同专业不同软件的相互协作。BIM涉及范围之广，软件之多，按照其功能特性的不同，可分为建筑建模、结构、水暖电、能耗、仿真、可视化、渲染、4D模拟、碰撞检查等等，如表2-1所示。

表2-1BIM类主要软件序号软件类型主流产品1核心建模AutodeskRevit2可视化3DMAX，Lumion3钢结构TeklaStructures4碰撞检测Navisworks5虚拟漫游Navisworks，Fuzor6机电MagiCAD7地形场地Civil3D8异形构件dynamo9运维管理Archibus10协同管理AutodeskA3602.3BIM技术的应用建筑产业的信息化离不开BIM。BIM以其拥有的数字化技术，能够为三维建筑模型提供信息库。该信息库能够为模型提供完整的，与实际建筑一致的工程数据。信息库中含有构件的几何信息、材料信息；还拥有非构件的状态信息。借助于这个三维模型和包含该三维模型所有工程信息的信息库，显著提高了建筑项目的信息化程度，还能为相关方提供一个信息交互和共享的平台。BIM应用技术解放了“建筑工程生命周期信息的延伸应用”，BIM应用技术在整个建筑工程生命周期起着非常重要的作用，BIM工程信息可以在一个阶段建置后持续延伸整合运用到下一阶段，甚至延续应用到设施启用及营运管理。在设计阶段，建设项目可以在BIM上提前实现，设计信息，设计意图以及设计理念和思想都能通过BIM实现交流，业主和设计方以及相关人员都能通过BIM对当前建筑设计的规范、要求和创意提出想法和意见，BIM还能对当前建筑设计项目进行时间和成本上清晰的表达。还可以基于BIM进行参数化设计，BIM协同设计，以及项目分析。施工方面，基于当前建筑信息化程度较低，在工程算量，成本方面都面临着浪费大、效率低的问题。采用BIM技术，可以很好的对施工方面进行效率的提高和成本的降低，还能有效的在各方人员之间进行良好的信息沟通，节约了大量时间成本。还可以基于BIM的工程造价技术，对工程项目的实施生成造价清单，减少材料和人工成本的浪费，还能对工程建筑构件进行模拟，实时模拟工程设计施工的每一步。早期有研究[13]对比了传统的竣工文档交付方式和利用BIM自动生成文档的方法，并推断以后将实现竣工文档交付全自动化。Becerik-Gerber等[14]提出金字塔形状的数据结构形式，并明确了项目各参与方提供数据的职责。陈沉等[15]研究了基于同一数据平台下的信息模型如何从设计单位无缝传递给施工单位和业主单位。建筑物完成后，进入到建筑管理运营阶段，这时候就可以用到BIM技术对于建筑信息资源的管理。BIM可以从建筑的设计到施工，再到结束可以记录完整的一系列的信息，方便相关人员在运营是进行监管。BIM技术集成了项目中的各种相关信息，由于其信息数据的数字化表达，大大提高的工程管理的效率。对比传统运营过程，其发生运营人员和施工方信息不同步、维修记录丢失等问题出现的情况大大降低。现代建筑的设计内容十分广泛，设计师们通过建筑设计想要表达的思想及理念已越来越超出传统设计的内容。传统CAD技术对于建筑内涵、建筑风格、建筑设计的反馈已慢慢的落后于时代，通过BIM技术，利用BIM的可视化、模拟性、优化性等优点，可以创造出更好的信息交换平台，可以对各流程的信息沟通环境进行优化，可以更完整且清晰的表达设计思想和设计意图。由于建筑工程的实施需要多部门进行合作，有时会发生因为信息不同步而导致的错误偏差出现，利用BIM技术可以建立数据，将各个环节需要的人员、建筑、材料等信息录入实时动态数据库中，既可以将整个项目数据化，又可以使得信息能够实时更新到每个环节，避免信息错漏出现成本浪费的问题。在施工过程中，BIM技术集成了项目中的各种相关信息，由于其信息数据的数字化表达，大大提高的工程管理的效率。在项目变更过程中，BIM可以通过三维模型使得设计可视化，并且可以模拟整个过程，大大减少了成本和时间。综述，BIM应用的技术十分广泛，其在建筑建设全生命周期中可以带来显著的效益。美国斯坦福大学整合设施工程中心(CIFE)根据32个项目总结了使用BIM技术的效果：消除40%预算外变更；造价估算耗费时间缩短80%；通过发现和解决冲突，合同价格降低10%；项目工期缩短7%及早实现投资回报[16]。

第3章工科楼BIM建模3.1Revit软件简介Revit系列软件是专为建筑信息模型(BIM)构建的，为水、暖、电等不同专业提供了BIM技术的解决方案。发展到今天，Revit已成为我国建筑业BIM体系中使用最广泛的软件之一。Revit可帮助建筑设计师设计、建造和维护质量更好、能效更高的建筑。还支持可持续设计、碰撞检测、施工规划和建造，同时让工程师、承包商与业主各部门之间更好地沟通协作。在建筑设计过程中的所有变更都会在相关设计与文档中自动更新，实现更加协调一致的流程，获得更加可靠的设计文档。Revit是最先引入建筑社群并提供建筑设计和文件管理支持的软件。但其基础技术，建筑信息化模型以及参数化变更引擎在经过设计和优化后，可以支持整个建筑企业的信息建立和管理。建筑信息化模型是一种先进的数据库基础结构，可以满足建筑设计和制作团队的信息需求。Revit软件将此信息基础结构的功能扩大到建筑项目的厂房设计、结构配置、土木大地工程敷地、机电空调水电、施工四维模拟等设计工作中，提供业主单位可视化与数据化的决策依据。3.1.1样板文件Revit提供了样板文件，包括，建筑样板、构造样板、结构样板、机械样板，不同的样板适用于不同专业的情况，样板设置了统一标准，这为设计提供了相当大的便利。样板包括了族、设置（如单位、填充样式、线样式、线宽和视图比例）以及几何图形，工程师在设计时可以直接在上面进行工作，样板文件为设计大大提高了工作效率。不同样板文件的参数设置不完全相同，如下图3-1，3-2，3-3，3-4，3-5，3-6：图3-1建筑样板文件图3-2建筑样板门参数图3-3建筑样板窗参数图3-4结构样板文件图3-5结构样板门参数图3-6结构样板窗参数3.1.2族文件Revit族是某一类别中图元的类，是根据参数（属性）集的共用、使用上的相同和图形表示的相似来对图元进行分组。一个族中不同图元的部分或全部属性可能有不同的值，但属性的设置是相同的。族作为Revit软件的最基本构成要素，是一个功能强大的概念，它是包含相关图元组和具有通用性的参数集[17]。Revit的族分为标准构件族、内建族、系统族。各种族文件可以相互载入形成嵌套族。族参数可以分为实例参数和类型参数两种类型，下面对这两种类型进行说明[18]：1）类型参数：是控制族中同一个类型的控制参数，当类型参数发生变化时，那么这个类型的所有个体都会发生改变。2）实例参数：是控制当前族个体的控制参数，当实例参数发生变化时，只有当前的族个体发生改变。如果对实例参数进行创建，那么在创建的参数名后面将自动加上“默认”两个字[19]。添加族参数有两种方法：一种是在绘制图元时，在尺寸标注处直接利用工具栏中的“标签”按钮设置参数。另一种是直接进入图元属性对话框，在属性框中右侧点击添加参数设置。族的类型参数可以自己创建，也可以使用Revit提供的，如下图3-7，3-8：图3-7门族的类型参数图3-8窗族的类型参数3.1.3RevitAPIRevit软件除了自身功能的强大外，Revit还提供了协助调用外部命令的程序接口API，使得设计人员通过编写外部程序批量操纵和访问Revit。RevitAPI是开发者对Revit各功能进行访问的大门，能够实现对建筑模型的可视化操作和参数分析的集成。工程师可以根据的自己的个性化需求来扩展软件功能或对软件功能进行修正，而作为软件开发者也可以访问信息模型中的构件，以及查询、变更构件属性和创建新的构件实现对相关数据信息的计算分析等等[20]。在软件方面的应用可以具体可以做到以下的这些功能[21]：1）访问模型的图形数据和参数数据；2）创建、修改、删除模型元素；3）创建插件来完成对UI的增强；4）创建插件来完成对一些重复工作的自动化；5）集成第三方应用来完成诸如连接到外部数据库、转换数据到反洗应用等；6）执行一切种类的BIM分析；7）自动创建项目文档。RevitAPI是集成的数据库函数，可以为软件提供各种应用类的功能接口，促进Revit的可视化功能和技术分析的信息集成，使用者可以根据操作需求进行功能的研发与拓展。RevitAPI是.NetAPI，允许使用者通过任何与.NET兼容的语言来进行编程，如：VisualBasic.Net、C#、C++/CLI、F#等都可以调用API。对于RevitAPI来说，其稳定性非常良好，而通过RevitAPI研发出来的Revit系列产品的稳定性也是有保障的[22]。随着RevitAPI不断的迭代更新和API功能的不断完善，Revit已能够借助API接口更好的为BIM进行服务，更好的在建设项目的全生命周期中适应需求。Revit功能的不断增加开发者可以通过RevitSDK文档对API的用法进行了解，根据其中的说明可以实现对建筑模型的数据信息访问，并根据需要进行查询、开发以及变更信息。3.2工科楼Revit建模流程与方法在建筑工程中应用BIM模型的需求可分为两个阶段：（1）设计阶段需求利用BIM模型，可以尽早发现初步设计中可能存在的设计问题，通过3D协调的方式，对设计方案进行论证和设计优化。通过对项目的多方案进行比较，在满足建设单位要求的项目定位和使用功能的基础上，提高设计要求，尽可能的降低变更。（2）施工阶段需求在满足工程整体实施进度的基础上，有效协调施工范围内的进度安排，尽可能减少项目单体之间的施工影响，保证项目按进度要求进行实施。利用BIM模型对整体施工方案、构件吊装方案、关键分部分项工程、设备安装等进行模拟和优化，进行基于BIM的3D协调，并将BIM技术应用于施工管理中，逐渐形成以BIM为基础的施工管理关键技术和关键流程。另外，利用BIM5D技术进行工程量统计，辅助工程管理。3.2.1建模流程BIM建模工作分为三个阶段完成：模型建立、各专业协同优化、虚拟仿真漫游。1)模型建立根据设计员提供的图纸分专业进行模型建立，这个阶段主要是将图纸中的几何信息转化为三维模型。建模的要点是保持“图模一致性”，将设计图纸的信息真实的建立在三维模型中。2)各专业协同优化模型建立完成后，不同专业可能存在设计碰撞问题。为发现并解决这一问题。需要进行设计碰撞的检查。本文利用BIM软件的检索功能，检索同专业构件之间以及各专业构件之间可能存在的碰撞问题。进一步，根据碰撞检查的结果，对前期建立的模型进行设计优化，以协调解决各专业的设计碰撞问题。最后，对三维模型进行空间管理，并将BIM软件内的优化成果转化为施工图更新。3)虚拟漫游（可视化）最终设计的结果，将在BIM模型中实现3D模型的可视化设计,可实现对整体BIM模型进行虚拟漫游。从而不仅实现所见即所得，并可进一步验证设计优化的结果。将所有二维平面上的设计信息以三维模型和漫游视频的形式进行可视化交底，并将漫游视频作为阶段性成果保存留档。充分协调后，该三维设计模型则作为接下来施工阶段的BIM模型数据，为下一步的技术应用奠定基础。3.2.2建模方法1）建模准备阶段图纸检查：设计阶段建立BIM模型的依据通常是审核过后的施工图纸。在建立BIM模型之前必须对施工图进行全面的检查，包括图纸的完整性，图纸与图纸之间是否存在信息矛盾，图纸本身是否有错误等。确定以上信息后，才能保证建模所参照的图纸正确可靠。建模底图的处理：设计图纸包含的信息十分广泛，建立BIM模型时，需要把图纸上不必要的信息进行整理。如对不必要的图框，设计说明文字等进行删除；填充区域，无用标注等图层直接隐藏，目的是为了过滤无用信息，确保用于建模参照的底图干净整洁。下图3-9为经过整理后的工科楼1楼二维图纸，删除了原先图纸上存留的机械楼部分图纸：图3-9工科楼1楼二维图纸2）建立模型本文将使用工科楼CAD图纸，对湘潭大学工科楼进行模型的重建，但工科楼建成年代久远，数据不完善，只能依靠现有二维图纸以及人工测量数据进行三维模型的创建。因人力及技术设备有限，工科楼有些数据难以测量，只能将工科楼实际模型部分还原，暂不能做到完全100%还原工科楼模型。建立模型的第一步就是进行样板文件的选择，本文选择的是建筑样板（图3-11），接着可以看到的是建筑样板的绘制构件的选项卡（图3-12），我们根据二维图纸先进行轴网的建立（图3-13，3-14），再对楼层平面进行建立（图3-15）。图3-11工科楼样板文件的选择图3-12建筑样板的绘制选项卡图3-13工科楼轴网的建立图3-14工科楼立面轴网的建立图3-15工科楼南北楼楼层平面的建立在立面中，要将轴网拉到楼层标高之上，才能进行模型的绘制。由于工科楼分南北两楼，且标高南北楼同层楼标高不一致，需要建立多个楼层标高，并分别进行楼层的绘制。在Revit中物理信息是墙体图元的基础参数，软件中通过创建不同的墙类型来记录和整合数据。材质和面层详细信息是墙体图元的附加信息。同一种墙体可能存在多种几何数据，但是材质参数和面层信息却是固定不变的。因此定义不同的墙体类型按功能进行分类：建筑墙、结构墙、幕墙。具体类型再按此规则进行二级分类。在建立墙体模型前，需要设置以下参数：族与类型、构造参数、图形参数、材质参数、标识数据参数等。族与类型是墙体这个分类下的二级分类。构造参数对应LOD300要求的面层详细信息、材质参数对应LOD200要求的材质信息，图形参数、标识数据参数对应三维到二维的制图表达。下图3-16为可修改的墙参数，可以根据需要获得自己想要的墙，包括几何参数、结构、表面和截面图形表现和外表面颜色表现；还能对墙体的结构和材料的构成进行选择和修改（图3-17，图3-18）：图3-16墙类型及参数设置界面图3-17墙的结构设置界面图3-18墙的结构材质设置界面这里便是BIM软件建立三维模型和二维设计制图的区别所在。三维设计软件，模型实体和参数必须是同时被创建的，模型和参数信息一一对应。而二维设计软件是先绘制平面几何信息，再通过标注和说明对设计内容进行定义。设置完墙体参数后，只要在合适的平面视图中绘制即可生成墙体三维模型。后续调整墙体任何信息只要在“属性”界面的“编辑类型”功能中对相应参数的数值进行修改便可更新。3）三维模型的可视化利用BIM建模软件构建一个基于基础的建筑信息模型并且传达建筑的设计意图。建模软件是面向BIM的第一步，其中关键是三维模型数据库的属性、数量、手段和方法。三维成像的BIM模型是信息模型的基础。可视化的BIM模型大大拓展了设计师的思路，帮助建筑师更好的论证各类建筑外形的可实施性和建筑外形的可靠性。BIM模型的这一特点有助于建筑设计师设计出更出色的建筑作品，推动建筑设计的向前发展。从项目推进的角度考虑，BIM模型具备更详细的各专业设计信息，可以帮助建筑项目的各参与方在项目前期更好的理解整体建筑设计，为项目各项工作的开展起到积极推进的作用。下图1-13，1-14，1-15为工科楼整体模型图、内部模型图以及工科楼北楼内部模型图：图1-13工科楼模型图1-14工科楼内部模型图图1-15工科楼北楼二楼内部模型图第4章工科楼建筑信息的提取4.1Revit二次开发技术Revit为广大开发者提供了RevitSDK（软件开发包），其中包括：初学者说明文档、开发者常用帮助参考文档、实例程序代码等资料。同时在Revit2015SDK中还提供二次开发实用小工具包括了：用户开发的插件Add-inManager；查看Revit模型中元素的内容属性工具RevitLookup；介绍Revit软件安装信息及修改插件的.addin文件RevitAddInUtility.chm。SDK基本涵盖了Revit的API用法，使得开发者们可以随意访问建筑模型中的元件，对其进行属性查询、变更及添加元件等相关功能操作，用户可以根据自己的需求来扩展Revit相应功能，在很大程度上方便了软件使用者，提高工作效率。二次开发技术有利于Ｒevit推广和应用，是实现功能本地化的重要工具。它可以大大提高模型建立的速度，提高协同设计效率，辅助三维出图，有利于满足项目的特定需要。4.1.1插件加载配置AddInManager:a、在RevitSDK安装目录下找到“Add-InManager”文件夹；b、将“Add-InManager”文件夹中的“AddInManager.dll”、“Autodesk.AddInManager.addin”复制到“C:\ProgramData\Autodesk\Revit\Addins\2016”；c、之后用记事本的方式打开“Autodesk.AddInManager.addin”；d、将其中的“[TARGETDIR]AddInManager.dll”改为“Add-InManager”文件夹下“AddInManager.dll”的路径。4.1.2开发方式当在MicrosoftVisualStudio平台上使用C#语言对Revit进行二次开发时，一般有两种方式：一种是外部命令法，另一种是外部应用法。1）外部命令：外部命令是通过IExternalCommand来添加自己的应用。Revit通过.addin文件来识别和加载外部插件，其基本原理是Revit没有其他命令在运行或者没有处于编辑模式，那么已经注册了的外部命令（ExternalCommand）就可以被激活。插件被选中，外部命令对象将被创建出来，并且执行Execute函数。执行完毕，外部命令对象被销毁。当使用外部命令方式进行软件开发时，主要分以下几步进行操作[23]：（1）需要新建类，并从IExternalCommand接口派生；（2）然后重载IExternalCommand.Execute()方法；（3）添加用户代码实现命令功能。Execute()方法中有三个参数类型ElementSet、refstring、ExternalCommandData，分别代表对象集合传出参数、提示字符串传出参数、应用程序和文档对象获取参数。外部应用程序的创建可以用以上方法来添加控件和按钮，但新建类由IExternalApplication接口派生，需要实现OnStartup()和OnShutdown()方法，在命令执行时不需重新启动Revit.exe，只要重新加载就可以了[18]。IExternalCommand是RevitAPI用户通过外部命令来扩展开发是必须实现的接口。IExternalCommand接口里面只有一个抽象函数Execute，重载这个函数来实现IExternalCommand。2）外部应用：插件开发者可以通过实现IExternalApplications来添加自己的应用。Revit同样通过.addin文件来识别和加载实现IExternalApplication的外部插件。IExternalApplication接口有两个抽象函数OnStartup和OnShutdown，参数都是UIControlledApplication类型。用户可以通过实现了IExternalApplication的外部应用中重载Onstartup和OnShutdown函数，在Revit启动或者关闭是定制所需的功能。还可以在附加模块中新建Ribbon按钮和控件。本文以VS2015为工具，以.NETFramework4.52为平台，使用C#语言和外部应用法对Revit2016进行二次开发技术，进而对工科楼模型进行建筑信息的提取。4.2建筑信息的提取对BIM模型信息的提取主要分为两大内容[24]：一是BIM模型中所有的构件清单，二是所有构件所带有的属性参数。BIM模型的所有数据都是以工程项目的构件比如墙、门、窗等为核心展开的，而每个构件都是其本身各种属性数据的整合。RevitAPI对于建筑构件的分类细度比较大，比如结构柱的族类型下就包含圆形柱、方形柱等类型，然而在工程项目施工过程中，并不会因为柱子的族类型不同而影响施工工序，因此将RevitAPI中的构件个体映射至较高层级的类上，然后再根据每个构件的属性参数来确定其工程量。4.2.1主程序流程下图4-1为建筑信息提取的主程序流程图：图4-1主程序流程图程序的准备工作如下：1）打开VS2015，创建类库；2）添加相关引用RevitAPIUI.dll、RevitAPI.dll，将上述两个引用的“复制到本地”属性改为False，以免编译生成很多不需要的东西；3）在命名空间中添加引用：usingAutodesk.Revit.UI;usingAutodesk.Revit.DB;usingAutodesk.Revit.UI.Selection;usingAutodesk.Revit.ApplicationServices;usingAutodesk.Revit.Attributes;usingAutodesk.Revit.Utility;4）添加相关代码：[Transaction(TransactionMode.Manual)][Regeneration(RegenerationOption.Manual)]将上面的相关接口添加后，就可以对Revit进行二次开发程序的编写。5）完成以上步骤，然后进行代码的编写，程序编写完成后就可以在Revit的附加模块中的外部工具对程序进行加载，从而完成数据的提取。进行二次开发的提取数据需要对所提取的对象进行过滤，要想对Revit中的对象进行过滤，首先必须使用收集器将过滤到的对象进行存储，同时它也对当前文档中的对象提供了过滤的功能。在过滤操作时，可以直接使用快速过滤器和慢速过滤器，被过滤到的对象就直接被存储到收集器中。本文的二次开发相关代码函数如下：Ribbon函数可以在Revit附加模块中添加按钮插件（如图1-17的GetBIMData），利用这个按钮，可以直接对当前三维建筑模型进行门墙数据的提取；FilteredElementCollector函数可以过滤选取元素，如选取墙、门或窗，也可以获取当前三维模型中的所有门和窗的信息；墙的长度可以从墙的Location属性间接获取，或者读取wall的“长度”参数的值；Element.Location属性是用来获取元素的位置，Location可以转化为LocationPoint和LocationCurve，如果这个元素是点，则转化为LocationPoint，如果是直线或者曲线则转化为LocationCurv；在制作族的时候，族文件中的几何体具有自己的坐标系。当加载族文件到Revit模型文件中，插入改族实例到模型后，族实例中的几何体具有自己的坐标。从族实例获取几何体的几何信息有两种方法：1）FamilyInstance.GetOriginalGeometry()方法：获取这个族实例在被剪切，合并等操作之前的几何数据GeometryElement。其数字是相对于Revit的模型坐标系；2）FamilyInstance.Geometry属性：可以获得这个族实例经过后期处理（剪切，合并等）之后的几何数据（GeometryElement)。4.2.2数据的提取针对于三维模型中的构件进行提取的数据，将大部分构件设计成了自定义对象，有些略复杂的构件是由一些基本图元构成的，而被看成自定义对象的建筑构件又被组码和组码说明来分类，一共分为三种情况，面对这三种情况，将该类型的构件如以下四种提取方法进行数据提取，前三类属于自定义对象，而第四类不属于自定义对象。1）第一类为建筑构件属于提供组码及组码说明。如一些基本构件，墙、门、窗、楼板等等。2）第二类建筑构件属于提供组码但不提供组码说明。如一些略复杂楼梯构件，双分楼梯，交叉楼梯，剪刀楼梯，三角楼梯，自动扶梯等等。3）第三类为建筑构件属于组码和组码说明都不提供。如一些常用的屋顶构件，平面屋顶、人字屋顶。4）第四类为建筑构件不是自定义对象，由基本构件元素组成。如电梯、楼板、梁等。本文编写了提取墙和楼板的数据的程序，在Revit的附加模块上新建了GetBIMData插件（图4-2），利用GetBIMData插件，通过元素过滤器为需要提取的对象数据进行数据提取，包括其几何信息和材料信息（图4-3，图4-4，图4-5），如图提取信息后将其存储D盘中（图4-6，图4-7，图4-8）：图4-2GetBIMData插件图4-3建筑信息门的数量数据提取图4-4建筑信息载入的门窗族文件数据提取图4-5建筑信息提取后数据的保存图4-6楼板和墙数据的储存图4-7楼板的提取数据图4-8墙的提取数据数据表示为：原点坐标XYZ、方向向量、长宽高、材质。具体的构件信息需要利用其它插件进行查看，目前研究技术有限，只能编写程序对建筑信息模型进行门和墙数据信息的提取，后续的开发研究还需要完善。要完整描述一个构件信息，需要从BIM模型中提取出BIM数据，空间实体就是对复杂事物和现象进行简化抽象得到的结果，它们的一个典型特征是与空间位置有关，都具有一定的几何形态、属性特征、时间特征和空间关系对以上四个特征分析，总结出六点来描述建筑构件信息，通过其中的六点来确定数据提取的目标[25,26]。语义：主要是对象的命名，例如构件、模型等命名，以及要提取构件的各种属性的命名。用来对其进行拾取。几何：主要是包括构件的几何信息，例如长度、面积、体积等一些重要几何属性，主要描述构件形状特征。定位：主要指相对前文档的位置信息，采取相对定位的方式来描述。属性：主要指构件属性数据主要包括建筑构件的结构用途、材质等。空间关系：主要指实体在空间位置引起的关系。时间：主要指构件数据采集发生的时段或时刻。时间特征不作为建筑物数据抽取的中要内容。为了创建出完整的－维模型，BIM数据应该尽量完善，满足应用需求，尽可能的全面进行抽取。因此数据抽取的目标是尽最完备的抽取出述筑构件语义、几何、定位、属性、空系数据，这样的数据是具有全面性[27]。4.2.3数据的保存传统的数据存储通常指：将需要的数据或者数据流按照一定的规则存储在一定的存储介质中，而在BIM行业中数据存储不仅指实体数据的存储，三维模型作为承载数据的媒介，也是另一种形式的数据存储，而存储标准通常指的是三维模型的建模标准或者将数据存储在三维模型中遵循的规则。BIM三维模型存储了大量的数据信息，如何将这些信息准确而完整的提取出来，并传递给其他软件利用，这是BIM需要解决的最重要的问题之一。对于BIM数据建模过程中的数据存储标准，一直是各个国家BIM发展进程中重要的关注点之一。在2006年，美国国家标准与技术研究院将IFC标准为国际通用的数据储存标准。IFC作为BIM交换标准，能够很好的支持多源信息集成。通过IFC标准，可以更快更准确的在BIM中进行信息的交互，数据的更好交互让各个专业的协同可以做的更好。本设计将从工科楼三维建筑模型中提取的数据存储在TXT文本中，数据的后续利用需要将TXT中的数据转存到其它文件或更改到其它格式。提取的数据包括所提取构件的长宽高、方向向量等几何信息，可以为室内建筑的定位提供强有力的信息依据。BIM提取的数据信息还能转化为IFC格式，解析IFC文件将相应的数据赋值输出，实现IFC-JS转换，通过WebGL技术进行相应数据的读取，使得包含建筑物信息的Revit3D模型在移动终端中快速重建[29]，通过RevitAPI，采用开发的二次插件自动获取模型的属性参数及几何参数等相关参数信息，以IFC作为中间存储数据和数据输出文件格式，并利用WebGL浏览器对形成的建筑信息模型图形进行渲染处理。通过以上程序，实现了在移动端快速查询Revit模型建筑对象的属性信息，快速浏览建筑对象的三维实体模型等功能，从而方便快捷地指导施工现场的工程实施。

结论BIM在当前信息化时代是非常重要的，其所带来的优势能够解决传统设计的施工效率低下、成本损失高、信息交互不完整的问题。BIM信息数据的获取，更是给建筑设计带来了极大的便利，极大的提高了效率。本文结合二次开发的技术以及数据提取的研究，形成了一套较为完整的方案，并结合实际模型进行数据提取的测试，证明的BIM数据信息提取的可行性。本研究是利用AutodeskRevit2016、VisualStudio2015，以.NETFramework4.5.2平台，使用C#语言对BIM模型进行插件的开发，进行了BIM二次开发室内建筑信息提取的研究，全文的主要总结如下：1）分析了当前BIM及其二次开发的国内外的研究，结合当下中国工程建筑的现状，提出了对BIM进行二次开发进而提取数据的想法。2）列出了BIM技术的特点，得到其二次开发对于工程实际的意义。3）简述了二次开发的流程，包括其开发环境的配置，以实际模型为对象，证明了二次开发的可行性。Revit的二次开发为实际工程提供了新的思路与方法，但还不能广泛运用，仍需要探索与研究。由于此次研究涉及到不同领域，本文还有很多进步的地方，需要在今后的学习中不断完善：1）本文的二次开发用到的三维模型，是在有限条件下建立的，在数据以及信息精度上还有很多不足之处，这还需要不断改善的。2）对于计算机编程方面，经验比较欠缺，暂时只能提取到有限的数据，对于RevitAPI的应用还不太深入，这需要在以后进行计算机编程方面的深入学习。3）本次课题是面向实际工程的，但在建筑工程专业方面基础较为浅薄，所想和所看都有漏洞之处，在以后还是需要继续吸取经验进行学习的。4）二次开发的后续研究与实际应用，需要各方面知识的不断补充，后续研究者需要进行相关方面的深入研究。

参考文献[1]贺灵童.BIM在全球的应用现状.工程质量,2013,(03):12-19.AutodeskAsiaPteLtd.[2]AutodeskRevitStructure2012应用宝典.上海:同济大学出版社,2012.[3]SmithDeke.Anintroductiontobuildinginformationmodeling.JournalofBuildingInformationModeling,2007,1(2):12-14.[4]EastmanC,TeicholzP,SacksR,etal.BIMHandbook:AGuidetoBuildingInformationModelingforOwners,Managers,Designers,EngineersandContractors[J].AustralasianJournalofConstructionEconomics&Building,2011,12(3):101-102.[5]BilalSuccar.Buildinginformationmodelingframework:Aresearchanddeliveryfoundationforindustrystakeholders.Automationinconstruction,2009.[6]白云星,刘云鑫.Revit二次开发研究进展及未来展望[J].科学技术创新,2019(06):81-82.[7]徐迪.基于Revit的建筑结构辅助建模系统开发［J］．土木建筑工程信息技术，2012，4(03):71-77．[8]DickinsonJ,PardasaniA,AhamedS,etal.Asurveyofautomationtechnologyforrealizingas-builtmodelsofservices[C]//ImprovingConstructionandUseThroughIntegratedDesignSolutions.Espoo,Finland,2009:1-14.[9]Becerik-GerberB,JazizadehF,LiN,etal.ApplicationareasanddatarequirementsforBIM-enabledfacilitiesmanagement