0 引言

在国家政策的推动下，建筑业逐步从传统的施工转变成绿色低碳、数字化建造，朝着智慧建造方向发展[1]。机电安装作为地铁车站施工最重要的施工环节，承担着给水、排水、消防和电气设备安装等任务，施工质量的好坏对地铁车站运行有重要影响。特别是闹市区地铁车站施工，现场施工场地狭窄、作业环境复杂、材料运输及吊装空间受限，机电管道安装经常出现交叉作业、涉及专业多、难度系数大[2-4]。传统施工是依据CAD图纸进行机电深化设计，但难以表达各管道的空间关系，施工效率低。通过引入BIM技术，利用其可视化、协调性、可模拟性可让机电安装更高效，充分发挥出三维建筑信息模型的价值[5]。

BIM技术起源于国外，当前更多的应用是将其作为生产力工具应用在项目管理、风险把控上，覆盖设计、施工、运营和改造全过程阶段[6-9]。国内对BIM技术进行了多领域和不同角度探索应用，刘卡丁等人[10-11]基于BIM技术对地铁车站中的关系模型进行了碰撞检测分析来深化模型，提前发现碰撞问题。陈鑫尧等人[12]基于二次开发实现了在Revit中对模型进行碰撞检查，钟志锋[13]应用BIM技术在EPC项目进行了全过程信息化管控的探索，邓艺帆等人[14]使用BIM技术在施工阶段进行了研究应用，节省了工程成本。王忠诚等人[15]充分利用BIM可视化特点，对三维管线进行调整、优化、碰撞检查，消除碰撞隐患再施工。这些研究表明，BIM技术及二次开发拓展了Revit建模功能，且可解决工程中实际存在的问题，提升工作效率。

然而BIM技术应用对于机电模型自动拆模技术的深入研究相对较少，传统手动拆解方法存在效率低下、费时、易出错等问题，迫切需要引入自动拆模技术。为解决快速拆模的问题，本文通过编程的方法，基于Revit二次开发，开发自动拆模插件系统，以解决地铁安装工程中的模型拆解问题，探索地铁隧道中机电构件无动火作业装配式安装。

1 基于Revit二次开发的机电安装工程自动拆模方法框架

1.1 开发环境配置

基于官方Revit API文档，通过API接口实现程序集在Revit中的集成与调用。本研究使用Microsoft Visual Studio 2022作为开发环境，采用C#语言进行二次开发，选用框架.Net 4.8。插件系统配置适用于Revit2016和Revit2022版本。

程序入口通过IExternal Application接口实现，并集成至Tab面板；命令按钮功能采用ICommand接口开发。程序集路径通过Add-In Manager加载，完成插件运行与调试。

程序打包使用Advanced Installer 20.2软件进行插件封装。将编译生成的文件添加至封装软件，如图1所示。

插件页面可在Revit软件的功能面板查看，如图2所示。

1.2 开发工程流程

自动拆模插件系统旨在深化施工模型，提高安装效率，减少材料浪费。该系统允许在Revit环境中完成模型的深化设计，从而省去了构件厂商的二次深化过程。模型拆分完成后，系统能够将拆分数据以Excel格式导出，以便直接用于加工生产。图3展示了该插件系统的工作流程。

图1 软件打包图

图2 插件面板图

图3 软件开发流程图

在开发过程中，通过AdminManager工具进行了持续的功能调试，确保每段编码满足既定需求后，方可进入下一开发阶段。在系统架构设计方面，本研究采用了前后端分离的MVVM模式，以提高代码的可维护性和可扩展性。鉴于用户可能需要在前端UI界面与Revit视图进行交互，系统设计采用了非模态窗口，并实现了单例模式，以优化用户体验和系统性能。

1.3 架构设计

根据业务流程插件分为三个模块。第一个模块是管道拆分，主要分为：管线拆分、风管管线拆分、桥架拆分，根据用户输入的标准件长度对Revit机电模型中的不同族类别分门别类地拆分。第二个模块是数据处理，主要功能有明细表、导出GIS、一键出详图、拼装及赋值编码；其中明细表统计管线、风管和桥架的标准件及非标准件的信息。GIS功能是依据项目基点的坐标反算出每个族构件的中心点GIS坐标。一键出详图功能是框选目标族构件可快速生成图纸。拼装及赋值编码功能是对拆分的族构件写入唯一的信息码。第三个模块是模型数据上传，分为项目级信息、族库级信息和族实列构件信息上传至服务器端，系统模块图如图4所示。

图4 自动拆模插件功能模块

在设计上考虑数模分离，依据层次化软件设计思想，设置了三层架构模型，逻辑结构如图5所示。

图5 三层架构设计图

基于层次化设计思想，三层架构模型可以方便地存储内部系统信息，同时可提高系统的稳定性和可靠性。外部数据层主要包括族库信息、项目信息等；接口层由基于Revit的二次开发获得，主要进行功能自定义和扩展；图形平台的功能则体现在应用层，包含图纸生成、参数写入、读取坐标、管件拆分等功能。

1.4 机电管道拆分流程

为达成机电安装工程中BIM模型的自动拆解与组装，本研究设计了一套标准化流程，旨在高效且准确处理水管、风管及桥架系统的构件拆分与组装，相应的业务流程逻辑详见图6。

以水管系统构件拆分为例，其具体步骤如下：

(1）卡箍族检测与加载：系统首先检测项目中是否存在卡箍族。若未加载，则自动完成卡箍族的加载；若已加载，则过滤水管系统中的管道和管件类型，并遍历所有管件，提取并存储模型线信息。

图6 管道拆分业务流程图

(2）管道标准长度处理：根据用户输入的标准长度，遍历所有管道，定位模型线上符合标准长度的目标点并进行数据收集。在目标点位置生成卡箍族以确保其与管道的精准连接。

(3）卡箍族与管道关系构建：通过新建字典列表，存储管道与卡箍族之间的映射关系。随后，根据卡箍族方向执行必要的旋转操作，确保其与管道连接的方向一致。

(4）标准部分管道连接：旋转卡箍族使其与管道方向一致后，利用字典列表筛选与管道匹配的卡箍族，将其加入集合，并按既定顺序完成卡箍族连接件的安装。

(5）末尾管道连接：将末端连接件与管道模型线的终点连接件进行对接，随后生成新的管道并删除原有管道，以完成系统拆分操作。

1.5 构件唯一性编码逻辑

构件编码原则是在先分组基础上进行唯一性编码。具体的自动编码过程如图7所示。

(1）在机电系统中，管道附件卡箍族在机电模型分布较均匀，故以卡箍族中点的为基准点进行组装。筛选视图当中所有的卡箍族实例，提取其中心点位置，加入参考点集合列表中。

(2）用户在UI界面输入包围盒的范围尺寸（长、宽、高），系统将遍历参考点集合，识别出包围盒范围内的所有机电管件。

(3）对于每个包围盒内的所有构件，系统将它们归为一组，并分配一级组码；接着，根据构件的族类别分配二级组码（A～Z）；最后，每个族类别下的构件依据序号分配三级编码信息。

图7 唯一性编码流程图

(4）对于包围盒外的构件，系统将为其单独分组并编码。

对构件编码实际是在Revit项目中的构件属性信息中写入一个命为“分组信息”的字段，内容值依据编码规则获得。

2 自动拆模插件系统应用

2.1 工程概况

广州新城西站项目是广州地铁3号线东延伸线上的一个站，位于番禺区亚运大道与前锋路交接口以西，沿亚运大道敷设，车站全长466 m，标准段宽度33.9 m，基坑开挖最深约19.5 m，单层建筑面积达到15102 m²，是全线在建单层面积最大的车站，如图8所示为新城西地铁车站模型。

图8 地铁车站模型

新城西地铁车站有二层，分为站厅、站台，为明挖地下双层岛式车站；A端端头为预留空间，剩余两端为设备区，中间为公共区。站厅层公共区面积5450 m²，层高5.00 m；两个岛式站台层公共区面积共2446 m²，层高5.15 m。新城西地铁车站项目大，净空要求高，同时机电工程种类繁多，复杂交错，有水系统、风管系统、消防系统、空调系统、强弱电系统等多系统，室外材料堆放场地狭小，安装施工难度大。

2.2 自动拆模应用结果

在Revit三维视图中，通过框选待拆分的模型构件并应用自动拆模插件进行拆分测试，点击“管线拆分”命令后，前端命令窗口弹出，其UI页面详见图9。

图9 管道拆分页面

为实现水管拆分，系统首先载入卡箍族并设定标准关键长度。依次点击按钮：所有管件拆分-生成水平管道-水平垂直管道-生成水平管道-斜管设置-生成水平斜管。风管和桥架的拆分过程类似，仅需输入标准长度，具体拆分结果见图10。

图1 0 拆分结果图

尺寸注释的结果表明，管件根据用户定义的标准件长度自动拆分，并维持了连接件间的关系。对拆分后的管道进行标准件和非标准件统计，结果如图11所示。

运行插件系统功能中的GIS功能获取机电安装构件的安装位置，如图12所示。

构件GIS信息与构件ID相互关联，即可以通过查找ID跳转至构件三维位置处，实现快速定位。

当项目体量较大、机电管道较为复杂时，难以观察中间管件的安装。可在三维视图中框选需要显示的构件，选择视图比例、图框即可生成详图，如图13所示。

图1 1 管道拆分信息

图1 2 构件的GIS坐标

图1 3 一键生成详图

如图13所示，详图中右下角为三维构件，右上角为俯视图、左上角为侧视图、左下角为正视图。当生成不合理的视图时可通过手动激活视图进行相应视图比例的调整。

2.3 拼装及编码应用

对拆分好的机电模型进行分组编码，分组过程中遵循从左到右，从上到下依次编码。同样组内所有构件共享统一组码，如图14所示为模型编码的代码核心方法图。

操作流程是用户先输入包围盒空间的长宽高、后创建参数、拼装编组、再写入参数，最后导出excel，结构如图15所示。

图1 4 拼装分组核心代码图

图1 5 拼装及编组信息码

由图15可知，构件左侧属性栏参数组文字下创建了参数“编组信息”，其值格式为“管道系统-组5”。其中包含构件所属族类别、组信息及组内序号。此过程将BIM模型划分为多个逻辑分组。

成功拆分模型后，本研究采取分层策略上传数据，涵盖项目级、族库级和族实例级。通过将提取的数据上传至服务器，实现项目数据的共享、存储级管理。

3 结论

针对传统机电安装BIM模型的人工拆模方法存在效率低、出错多、数据流通不畅等难题，本研究开发了一款基于Revit平台的自动拆模插件系统，并经测试应用，得出以下结论：

(1）该系统成功实现了机电模型中管道、风管和桥架系统的自动拆分，并将拆分后的数据信息导出，供构件厂商直接加工生产，从而实现了机电施工模型的应用。

(2）通过GIS坐标与BIM构件关联，实现对构件精确查询和定位。

(3）局部快速出详图功能显著提升了施工技术交底的效率。

(4）对构件进行分组编码，确保了写入的构件标识码能够指导机电管道的安装。

(5）实现项目信息、族信息的服务器上传，确保项目数据的完整性和后期协作的便利。

自动拆模系统能够将整个机电模型拆分，实现在地铁车站隧道中直接利用厂商加工生产好的机电构件完全装配式安装，无需再动火作业。

尽管该插件显著提高了拆模效率，但仍存在优化空间：首先，当前版本仅支持对整个模型的拆分，未能实现对特定区域模型的局部拆分；其次，插件目前仅适配Revit的16和22版本，未能覆盖更广泛的用户需求，建议在架构设计时增加对16至22版本的全面支持；最后，在处理大型模型或电脑配置较低时，拆模过程易出现卡顿，需进一步优化拆模算法以提升响应速度。