BIM視角丨面向工程設計院的BIM軟件二次開發

作者丨張可心

來源丨中國汽車工業工程有限公司

摘要：BIM技術具有天生的優良基因，能夠為從事工程設計和總承包的設計院提供巨大動力。論文結合筆者所在工程設計院的業務特點、設計流程和BIM技術掌握進度，針對性闡BIM軟件二次開發的思路和規劃，并對兩種開發形式進行對比。經過為期兩年的實踐，自主開發過程取得良好效果，說明該規劃具有較大的理論和實際意義，值得借鑒。

1 引言

隨著國內建設和工程設計行業的迅猛發展，傳統的二維設計模式將逐漸淡出舞臺主角，取而代之的是三維信息建模（BIM）。由于其表達形式更加直觀、易讀，無論建設方、設計方 還是施工方都能很快地全面掌握項目信息，從而降低了項目參與各方，尤其是非專業人士對項目信息的理解難度，減少了項目變更，提升不同專業間和不同參與方之間對項目的協同能力。

由于三維BIM在項目各個階段都能帶來巨大的優勢，因此，國內各大工程軟件開發公司加緊開發步伐，推出各自的BIM二次開發軟件來爭奪BIM高地。

然而，在現有客觀條件下，各設計院將長期面臨二維與 維共存的設計方式，想要讓已經從事了多年二維設計的工程師接受三維設計模式，必將是一個長期復雜的過程。那么如何將設計院現有的二維設計思想轉換到三維設計中，同時又盡可能地保留二維設計積累下來的經驗和習慣，是現階段設計院在項目中應用BIM必須要考慮的問題。因此，針對某一設計院進行定向研發，提供既保留傳統二維設計的優點，又能兼顧三維設計優勢的工具，成為二維設計向三維設計平穩過渡的可行方案。

2 BIM開發方式的比較

目前，有兩種方式來實現工程設計院的開發需求。一種是成立BIM開發部門進行工具的自主研發；另一種是技術外包，即與專業的軟件開發公司簽訂開發協議，設計院提出開發需求，由軟件公司來配合實現功能。

這兩種開發方式各有其優缺點：自主開發方式能節約成本，開發針對性強，定制化程度高，但既懂專業技術又會開發的人才稀缺，招募困難；技術外包方式節省設計院時間，開發效率高，但無法形成自身的BIM核心能力，技術發展受制于軟件公司，而且開發周期長，費用昂貴，定制化需求也經常得不到及時滿足。因此，對于具備一定軟件開發能力的工程設計院，采用自主開發的方式來定制BIM是更優的選擇。

筆者通過對所供職的A設計院的業務特點和設計流程進行調研，提出了與之相適應的BIM軟件自主二次開發規劃。經過兩年的實踐探索，開發過程基本按照規劃的思路推進，且開發效果較好。因此，筆者將為該設計院制定的開發規劃進行整理歸納，以供其他同類的工程設計院在BIM開發的規劃方面參考和借鑒。

3 二次開發規劃

對于三維軟件的開發應遵循由點到面，由淺入深的原則。即從單個軟件入手，作精作深入之后再移植到其他相關軟件。 同時，針對某一特定地三維設計軟件進行的二次開發，也要遵循一定的順序。首先要讓開發出來的插件滿足大部分設計人的基本需求，讓使用者能比較順暢地使用三維軟件；然后再進行擴展，開發各個專業的建模工具，以滿足目前圖紙翻模型的需求；之后要開發與三維設計相關的工具，逐漸讓使用者脫離 二維設計；最終，開發進程會逐漸介入到其他軟件和平臺，形成全專業的BIM大協同。

由于目前國內工程設計行業使用范圍最廣的三維設計軟件是歐特克公司的Revit，其開發平臺也最為完善和易用，因此，將優先基于該軟件進行二次開發。

3.1 第一階段：翻模

為了讓二維設計人員能夠更順利地轉換到三維設計環境中，并進行簡單的專業協同，開發人員首先要開發一批能滿足土建及公用設備等各專業通用的建模工具，比如創建視圖類工具、定位工具、可見性控制工具、構件基本操作工具等，用這些工具來彌補Revit軟件自身功能的缺失，滿足Revit建模的基本需求。在此基礎上，再開發各個專業所特有的建模和批量處理工具，比如管線調整、對齊、翻越等，以進一步提高專業的建模效率。

在這個階段的開發過程中，會有人提出“走捷徑”的想法，即通過二次開發來實現將二維圖紙轉成三維Revit模型的功能。但經過多次論證，這個想法被否定。這主要基于以下兩方面考慮：首先，二維圖紙中的構成要素是線條，缺乏必要的屬性信息，單純的轉換要么技術難度高，要么需要用戶補充的信息量過大，實現過程困難；其次，二維圖紙翻三維模型的過 程只是一個過渡階段，最終會是三維設計取代二維設計，那時也就不存在翻模的過程，所以即便現在開發出相關的插件，也不能具備長期可持續有用性。

3.2 第二階段：設計

在滿足設計人員使用三維軟件進行建模糾錯的需求之后，開發工作就要進入下一個階段，即通過開發一系列的工具來實現完整的三維設計。由于當前絕大多數工程師對于二維設計流程及思維習慣根深蒂固，因此，這個特定階段開發的三維設計工具需要在延續二維設計思路的前提下，盡量引導設計人員接受三維設計思想，以降低設計人員平臺遷移難度。

在這個設計階段，開發人員要做的主要工作是設計計算工具、材料統計工具、管道匯總工具和標注出圖工具的開發。

1）設計計算工具—將各個專業在二維設計軟件中常用的計算和設計工具遷移到三維軟件中，同時根據三維模型的特有優勢來進行必要的改進，能夠最明顯地提高設計工程師對于三維軟件的親和度，用戶上手快，三維設計的推廣速度也會加快。

2）材料統計工具—借助已建立的三維模型來統計工程材料用量，能夠補充和完善二維設計中材料統計所缺失的功能，提高統計的精確性，這在工程概預算和招投標中都會起到巨大的作用。

3）管道匯總工具—在三維設計中，進行管道匯總和排布支吊架是非常便利的，能夠避免二維管匯的頻繁比對專業圖紙、專業協調不暢、細節照顧不到等諸多問題。基于這樣的先天優勢，進行管道匯總工具的開發，能夠提高管匯質量，降低碰撞干涉概率。

4）標注出圖工具—由于國家并未出臺具有實際應用意義的的三維出圖標準，因此，一段時間內都要面臨模型和圖紙共存的狀態。然而，由于三維模型的表達方式會與二維圖紙存在一些差異，要將三維模型轉換成施工用的二維圖紙，就必須開發必要的標注出圖工具，通過對模型進行特定的調節和標注，來盡量符合二維出圖標準。

3.3 第三階段：拓展

前兩個階段的開發成果，基本上已經能夠滿足設計人員從二維設計遷移到三維設計平臺的需求。在此基礎上，開發人員需要做進一步的開發工作，進行各種方向和階段的拓展，來 進一步發揚BIM的優勢。比如進行方案階段的快速建模，施工階段的工程管理等。此外，二次開發工作還將介入到與Revit相關聯的下游軟件，進行功能的增強和補充，比如對Navisworks的檢查碰撞和施工模擬工具進行必要的改進，以提高工作效率；對二維Auto CAD進行適當的開發，來更平滑地進行二三維交互。

由于某些工程設計院的機電設備專業還會使用到其他平臺的一些軟件，比如Inventor、Microstation等，開發人員也可以對其基本功能進行適當的改進，來與Revit和Navisworks等軟件進行協作。對此，需要對上述軟件進行細致的調研，根據軟件用戶群體的數量和重要性，安排軟件二次開發的優先順序。

3.4 第四階段：協同

工程設計院的設計人員在三維設計上順利開展的同時， 不可避免地需要一個專門針對三維項目的集成管理平臺，來統一協調設計過程和管理設計成果，形成真正意義上全專業的整合。由于三維的協作過程與二維設計協同過程差異很大， 因此，這個平臺不能繼續沿用傳統的二維協同平臺，而只能自行開發。通過協同平臺，開發人員根據工程設計院特有的設計風格和工作流程進行定制，幫助其改善專業提資流程，實現專業間模型和數據的交互，管理項目進度和成果，延長設計成果生命期等。在此基礎上，開發人員還可將自身多年來開發出來的工具進行整合，比如建立專有的服務器存放模型，開發模型的網頁瀏覽功能，給模型輕量化，在較差的現場施工網絡環境下能夠輕易地瀏覽模型，來進行現場的施工和管理等。

至此，工程設計院實現了全專業的BIM變革，徹底擺脫二維設計。

4 實現的必要因素

以上所述是針對工程設計院的BIM開發規劃。要成功實現上述4個階段，需要工程設計院在以下方面進行大力支持：

1）足夠重視三維開發工作，努力培養開發團隊，加大資金引進開發人才，整合現有的開發人員，并對其進行外派培訓；

2）注重設計院普通員工的BIM軟件培訓學習工作，做好宣傳，并提供適當的獎勵措施；

3）加大BIM設計項目分配比例，提高員工的BIM參與度，防止員工對于三維軟件“學而不用”的現象發生；

4）主動承接各類BIM項目，積極迎合和拓展BIM市場需求，進而強迫自身轉型升級；

5）開展研討會和座談會，收集用戶需求，發掘和聚攏有興趣和能力的人才。

5 結語

當前，工程建設行業正處在一個技術變革的時期，如何應對這一變革，步入三維設計時代，將關系到相關企業的未來發展和國際地位。如果我們能夠通過BIM定制開發，盡早實現 全專業的三維設計和BIM協同，將會對工程設計院在國內外的業務開展產生巨大的促進作用。

參考文獻

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【2】馮延力.鴻業科技BIM系列軟件的研發之路[C].北京：信息化推動工程建設工業化—第四屆工程建設計算機應用創新論壇論文集，2013.