0 引言

　　随着工业4.0的提出，建筑业对信息化、智能化生产模式的需求日益增高，BIM技术作为建筑业信息化、智能化的关键技术，其Revit软件集成建筑、结构、机电于一体，应用于越来越多的设计工作中。为了满足更多用户需求，Revit开放API数据接口，Revit二次开发人员可以基于DLL数据库实现数据的传递和共享。2017年2月，国务院办公厅《关于促进建筑业持续健康发展的意见》提出，加快建筑信息模型(BIM)在工程建设项目策划、设计、施工和运营维护的全过程管理，实现工程建设项目全生命周期的数据共享和信息化管理^[1]。《意见》同时也提出，坚持标准化设计、工厂化生产、信息化运输、装配式施工，不断提高装配式建筑在新建建筑中的比例。装配式建筑以其节能环保、施工速度快、受施工限制少等优势被推上城市化发展的快车道，方兴未艾。

　　相比传统现浇生产模式，装配式建造方式需要各利益相关者及时进行信息沟通，特别是装配式标准化设计人员与预制构件厂间的信息沟通^[2]。设计人员需要根据预制构件厂的标准模数设计符合设计、验收规范的图纸，及时传递至预制构件厂，管理人员根据下料单、施工大样图派发施工任务，最终完成PC构件的生产。然而，从设计到生产的整个过程中，涉及的设计人员众多，传递的数据种类繁杂，传统流水线生产模式易加工出错，导致信息传递效率低下，无法实现预制构件厂与设计人员的信息沟通，严重阻碍装配式建筑实现信息化管理的进程^[3]。本文提出一种基于Revit API的数据接口进行深化设计与构件加工的数据交换研究，旨在打通设计人员与构件生产管理人员间的信息交互，并以开发的P-BIM数据共享平台进行案例分析，实现深化设计与构件加工间的信息沟通，建立统一的数据交互格式，提高深化设计与构件加工间的信息共享效率。

　　1 前期研究及面临的问题

　　1.1 前期研究

　　目前，越来越多的利益相关者不仅关注三维模型的可视化，而且注重项目参与方之间的数据集成。集成建设项目的几何信息和非几何信息，以满足不同专业、不同利益相关者实现建设项目的数据共享和信息交互^[4]。在深化设计与构件加工间，缺乏互操作性问题是当前面临的主要阻碍。美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)的一项研究发现，由于互操作性问题造成的效率损失可能导致158亿美元的额外成本^[5]。在传统制造模式中，PC构件的设计与生产信息断裂，数据重复利用率低下，经常出现施工人员加工出错，造成材料浪费的现象。BIM技术的引入，为实现计算机辅助加工，提高生产效率提供了契机。

　　Revit API主要应用领域包含建筑设计、结构设计、协同设计、绿色建筑分析、建筑可视化、供应链管理、知识管理等^{[6,7,8,9,10,11]}。所使用的BIM软件为Revit系列软件，开发的API数据接口主要基于微软公司的Microsoft Visual Studio(C++)和Autodesk Revit2014-2017，开发的语言环境是C++或VB.NET。

　　在预制构件深化设计阶段，需要对构件进行拆分设计、三维预拼装，集成功能模块化的智能产品体系进行预制构件的设计、制造，有利于设计人员提高设计效率。相关学者基于BIM技术在装配式建筑中的应用展开了一系列研究，包含深化设计、构件加工、施工现场安装等。在深化设计阶段，YUAN等将制造与装配(design for manufacture and assembly,DFMA)引入预制建筑设计中，开发面向DFMA的参数化设计流程。在构件加工阶段，王正凯等研究深化设计与构件加工的数据交换协议。在施工安装阶段，LI等^[12]提出基于物联网技术的预制构件管理平台，利用BIM和虚拟现实(VR)技术实现全过程的可见性和可追溯性，提高日常运营和方案决策效率。已有文献缺乏对PC构件在深化设计与构件加工之间的研究。然而，深入研究计算机辅助加工，能够提高PC构件的生产效率，减少操作人员的出错率。

　　在信息共享和数据互操作性方面，王兴冲等^[13]提出GFC数据在机电安装工程中的数据共享路径研究;赖华辉等^[14]提出基于IFC标准的BIM数据共享与交换技术路线，并自主研发基于IFC的BIM协同平台SJTUBIM，为解决建设项目的数据交互提供一条有效途径;鲁少虎等^[15]提出基于P-BIM的总承包信息管理系统，进行机电专业工厂化预制加工的管理;何清华等^[16]基于国内BIM软件市场的32款软件进行信息交互性研究，提出BIM技术在国内应用的阻碍主要在于各参与者的协同交流及数据的流通问题。在实际的数据传递过程中，通过IFC文件格式进行信息共享会产生很多限制。BIM技术最常见的是数据交换，在数据交换过程中，存在的主要问题是数据丢失、几何信息误表示等，数据丢失通常是由于IFC文件格式与软件自身数据格式之间的结构差异造成的。因此，IFC数据格式的信息共享存在局限性。相关研究对BIM技术在建设项目不同专业之间的数据交互提供了坚实基础，但建设项目不同阶段之间的信息共享和数据交互仍面临巨大难题。针对装配式建筑，PC构件在深化设计与构件加工之间的数据互操作性研究还是空白，缺乏合适的数据共享方式和数据传递格式。

　　1.2 面临的问题

　　国内外学者研究热点聚焦于装配式建筑的参数化设计、工厂生产、施工安装等阶段。装配式建筑主要面临产业链复杂、过程不连续、互操作性差、缺乏实时信息可见性和可追溯性等难题^[17]。对于PC构件，主要面临以下3个问题。

　　1)构件标准化缺失在深化设计阶段，PC构件需要进行拆分设计、三维预拼装。然而，在方案规划阶段，几乎没有考虑PC构件标准化设计的问题，导致深化设计阶段构件拆分的形状和尺寸规则不一，尚未达到工业化生产的要求。

　　2)生产效率低、成本高上游数据传递不及时，深化设计图纸不满足生产要求，流水线生产模式人员操作错误，欠缺先进设备进行自动化生产，严重影响PC构件的生产效率。由于一系列的模具摊销成本和人工成本，导致生产成本高昂，行业处于微利甚至亏本状态，阻碍了预制构件厂商的积极性。

　　3)自动化水平不高国内装配式建筑正处于初级发展阶段，缺乏自动化生产设备、生产交互协议，管理人员缺乏专业素质、专业技能，导致PC构件生产质量参差不齐。

　　为提高PC构件的生产质量、生产效率，减少资源浪费，解决PC构件深化设计到构件加工间的信息阻碍，避免信息交互过程中参数信息不足、几何信息误表示、重复输入数据混淆等问题，深入研究深化设计与计算机辅助加工技术的互操作性至关重要。

　　2 API数据交互路线

　　P-BIM数据共享平台借助Revit API开发特定功能满足数据交互的需求，API主函数通过调用API命令接口IExternalCommand和IExternalApplication实现数据之间的交互和共享。P-BIM数据共享平台依托IExternalApplication接口的OnShutdown和OnStartup实现平台界面的管理。Revit通过注册．addin文件识别和加载外部文件，通过Addin Manage加载进入Revit，保存成为．addin文件，加载成为Revit可视化管理平台。P-BIM数据共享平台基于WPF应用程序实现数据交互事件的启动、关闭以及界面间的启动和关闭，前期开发的主要是针对设计与生产间的数据交互，后期将致力于设计与设计、设计与施工之间的数据交互研究。

　　2.1 多专业数据传递

　　API数据交互路线如图1所示，设计阶段将产生大量的建筑模型、结构模型、MEP模型以及PC构件生产大样图。不同BIM设计软件之间的信息传递主要以．rvt或．dwg格式为主，其他格式为辅，如．xls,.def,.pln,.dae,.xml,.mdb等。实际设计过程中，建筑设计、结构设计、MEP设计并非按照流水线进行，而是建筑方案设计出来后，建筑、结构、MEP的初步设计就已经同步进行。如图2所示，经Revit完成建筑设计后，通过P-BIM数据传递路线，实现建筑数据传输至结构设计PKPM软件内，完成PC构件的深化设计工作。

　　2.2 多阶段数据传递

　　PC构件的全生命周期包含设计、生产、运输、施工和运营维护5个阶段，每个阶段按照需求获得相应的数据信息，将极大提高设计效率、生产效率、运输效率及施工效率。本文提出基于Revit API的数据接口，以实现设计信息与生产信息的互通共享。

　　图1 API数据交互路线 

　　图2 多专业数据传递 

　　深化设计人员根据预制构件厂的标准模数进行拆分设计，拆分设计需要充分考虑预制构件厂的标准化要求、第三方物流公司的运输要求、施工单位的安装要求、预制构件配筋构造要求、结构受力合理性等方面。深化设计人员设计完成的PC构件外墙，通过数据交互输出，最终形成PC构件下料单(．xls)、钢筋加工大样图(．dwg)、预埋件大样图(．dwg)等。

　　若在预制构件厂生产预制外墙时发现钢筋工程设计出现问题或者混凝土强度等级不满足现行规范要求，预制构件厂可以将存在问题的工程图通过数据导入发送至BIM数据库，BIM数据库依据特定问题匹配相应的结构工程师，结构工程师完成设计后导出数据，发送至预制构件厂，经确认无误后完成构件生产任务。

　　预制构件厂管理人员返回的数据采用．xml或．mdb格式，通过P-BIM共享平台的数据导入，可以将预制构件厂上传的数据格式输出为．rvt格式的三维模型，输出的模型会用特殊颜色显示有误的构件。设计人员根据预制构件厂的反馈信息进行改进和优化，导入．xml或．mdb格式文件，及时发布钢筋工程修改函，实时将数据返回至预制构件厂。

　　3 案例分析

　　本文的研究案例为深圳市某住宅小区，用地面积34 996.48m²，总建筑面积152 168.50m²,1A～1D栋预制率17.71%,2,4栋预制率16.56%，采用的PC构件包括预制外墙、预制楼梯、预制内墙板。项目采用BIM技术和移动互联网技术，实现了标准化设计、工业化生产、装配化施工、一体化装修和信息化管理。结合成熟的内浇外挂复合墙板技术和铝模现浇工艺技术，形成一整套独具特色的外墙预制装配体系。

　　3.1 数据交互实施路线

　　本案例分析的数据交互路线主要研究多阶段间的数据交互，即从设计阶段到生产阶段的数据交互。数据导出时可选择导出MDB文件路径，导出时可以隐藏其主体结构，后台数据库依据前端用户的选择设置相应的参数，以使导出的数据充分满足预制构件厂加工的需求。数据交互体系中，通过FilteredElementCollector和ElementClassFilter过滤出所属类别的元素，并导出特定格式以满足预制工厂的需求。通过P-BIM数据共享平台也可以管理预制构件的物料情况，过滤出用户所需构件的钢筋和混凝土工程量，为预制构件厂采购钢筋和混凝土提供直接依据，为业主计算预制构件成本提供准确数据，为运营管理拆除阶段的资源化管理提供基础数据源。

　　3.2 深化设计

　　施工图设计完成后，设计人员将Revit设计的叠合板模型，通过P-BIM数据共享平台过滤出建筑设计数据，深化设计人员在Revit内进行三维模型预拼装，模拟施工现场的各种情形。根据运输尺寸、吊装重量、生产模数化完成构件拆分，自动统计出预制率、构件工程量。设计完成的模型可以导出为．dwg数据，传递至预制构件厂，以完成装配式建筑项目的信息化管理。

　　PC构件深化设计在建筑方案和施工图设计阶段进入PC构件的全生命周期，深化设计尽量做到建筑模数化、构件标准化，同时协调建筑、结构、水电、装修等专业，制定最优设计方案。设计人员除需要考虑PC构件外形设计外，需兼顾PC构件的节点连接设计、构件允许承受荷载等。经过深化设计的模型，采用BIM软件进行相关结构分析、三维仿真模拟、管线综合分析、碰撞检测以及室内装饰装修等工作。经一系列分析后的模型，有利于提高数据在设计与生产阶段之间的传递效率，同时也能提高数据在设计与设计软件之间、设计与施工管理软件之间、设计与运营管理软件之间的信息交互。导出深化设计后的图纸。

　　3.3 构件生产

　　构件生产阶段的数据主要涉及2个方面:(1)接收设计人员发送的数据;(2)反馈设计有误的信息。设计人员深化完成的图纸上传之后，预制构件厂管理人员根据需求接收数据，组织技术负责人进行图纸审查，设计图纸检查无误后，即可根据施工进度计划安排预制构件生产计划。如果在图纸审查过程中，发现图纸中存在设计错误，预制构件厂管理人员在模型对应的位置标记出来，附上设计中存在的问题，数据通过P-BIM数据共享平台上传至模型中央数据库，设计人员根据反馈信息检查图纸及模型，对产生错误的部分及时更改并返回至预制构件厂。

　　工人根据检查合格的图纸，按照预制构件生产的时间节点，完成项目预制构件的生产任务。在构件生产阶段，工厂同时收到设计单位深化后的加工图纸、下料单、节点大样图等，以下料单为基准，限额限料完成生产计划。

　　3.4 数据交互分析

　　P-BIM数据共享平台前期的开发主要服务设计阶段和构件生产阶段，设计单位和预制构件厂间的数据传递存在诸如信息沟通不及时、产业链断裂等问题，平台旨在解决装配式建筑全过程数据无法共享难题，将PC构件的图纸和物料通过平台传输到预制构件厂，实现设计信息与生产信息的对接。P-BIM数据共享平台有如下优势。

　　1)数据交互功能提供设计单位与预制构件厂商的信息沟通，设计信息按照．xml格式或．mdb格式进行传递，预制构件厂商返回数据的格式也可以采用．xml或．mdb，物料清单通过Excel文件进行传递，便于工程量的汇总与统计。

　　2)设计人员可以根据需求，选择导出数据的格式，P-BIM数据共享平台除支持．dwg,.pdf外，也支持．xls,.xml,.mdb等格式，便于预制构件厂商根据需求接收数据。平台反馈系统能实时收到对应ID发送过来的信息，弹出即时消息框，以使用户及时处理问题。

　　3)平台的物料查询功能允许查询预制构件的钢筋和混凝土工程量，导出Excel文件，便于预制构件厂商备料。碰撞检测能为模型进行实时检测，检查构件间是否存在冲突。

　　P-BIM数据共享平台的不足之处是面临数据格式多样时，后台程序代码会出现报错，处理消息方面还存在很大的优化空间。Revit API数据接口的开发是一个不断优化和完善的过程，后期在设计之间、设计与施工之间还需进一步开发和研究。

　　4 结语

　　随着可持续化发展战略的持续推进，装配式建筑因其建造速度快、施工限制少、建筑垃圾产生少而被大力推广。同样，装配式建筑也因面临PC构件标准化缺失、生产效率低下、自动化水平不高等难题而制约其发展。基于此，提出一种基于Revit API接口的数据交互方式，开发P-BIM数据共享平台，实现深化设计与构件加工间的信息共享和数据交互。利用IExternalCommand和IExternalApplication接口实现P-BIM数据共享平台功能，调用FilteredElementCollector和ElementClassFilter过滤出数据交互的构件，基于Visual Studio下的WPF应用程序实现数据共享事件的启动和关闭。平台的碰撞检测提供预制构件与其他水电管件的碰撞检查，物料查询支持Excel文件，实现设计信息与生产信息的对接。最后以深圳市某住宅项目进行数据交互研究，论证得出P-BIM数据共享平台的优势是能进行信息的实时传递，能够满足多种数据传递格式，但在平台测试过程中，后台程序代码会出现报错情况。P-BIM数据共享平台后期将致力于优化信息平台，开发设计与设计、设计与施工之间的信息传递功能，提高预制构件的量、价合一性，形成涵盖设计信息、生产信息、运输信息、施工信息的综合性管理平台，提高装配式建筑精细化管理水平。