revit曲线建模

Revit软件完美勾勒自由曲线莫高窟游客中心起舞戈壁

本文TAG：Revit软件完美勾勒自由曲线莫高窟游客中心起舞戈壁2011/3/17

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Revit软件完美勾勒自由曲线莫高窟游客中心起舞戈壁

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中国建筑设计研究院为敦煌莫高窟游客中心设计的方案基于本土地域环境，运用低技术的策略实现建筑的节能，将流沙、飞天、莫高窟这些极具大漠风情的代表元素高度抽象和整合，塑造出一组在戈壁边缘、茫茫大漠之中翩翩起舞的彩带，优雅而飘逸。整个建筑充满强烈的流动感，若干条自由曲面的形体互相交错、婉转起伏，巨大的体量和尺度恰似沙漠中的地景艺术，自由奔放，使得建筑充满了张力（图1）。

图1 敦煌莫高窟游客中心与地域环境的结合

敦煌莫高窟游客中心的建筑采用了很多异形设计，尤其体现在屋面上，几组自由曲面的屋顶互相交织，彼此分离。在适当的地方将屋顶延伸至地面，犹如沙漏一般自然滑落，而在内部一些主要的公共空间内也将曲面的井字梁结构暴露（图2），采用现浇混凝土作为主体结构和材料，呈现结构的美感和材料的质感。然而感性的建筑形态需要理性技术的支撑，在浪漫的建筑背后隐藏的是巨大的工作量和对新的表现技术的摸索和应用。

图2敦煌莫高窟游客中心内部天花

敦煌莫高窟游客中心复杂的形体、三维的曲面屋顶和相关建筑构件作为建筑最大的特色对于整个设计理念的表达起着至关重要的作用，因此其三维模型的建立是本次施工图设计最大的难点和最关键的环节，如果采用传统的二维设计方式将非常难以描述，在施工过程中也很难精确定位，无法保障后续施工。而运用BIM 的Revit Architecture软件进行建模是设计能够实现的重要保证。建筑师采用基于BIM的Revit Archit ecture软件实现三维空间曲面混凝土造型的定位，以便在任意位置可以切出平面、立面、剖面，引出详图，并转化为二维图纸指导施工。

BIM提升效率

建筑师将复杂的建模问题进行梳理和分解，尽量使其变得更具条理和简单化，建模思路如图3所示。在确定格网轴线之后，建筑师把复杂形体分离成曲面屋顶和垂直墙面两大部分，将复杂的屋顶分为若干组单独屋面，并将每个屋面解体为建筑的基本构件，即梁、板、女儿墙、屋面等，使得复杂的形体和结构构件变得简单明了（图4、图5）。分离后的垂直墙体的建模相对容易，一旦曲面屋顶的模型建立，将会自动捕捉到墙体的高度，只需在墙体上做出相应的门窗构件即可。分解模型的好处在于基于BIM平台，每个模型制作成员都能很清楚地量化出复杂建模工作的分工、工作量和进展程度，以便整体协调配合，提高工作效率。

图4 曲面屋顶建模分区图

图曲面屋顶构建拆分图

Revit实现复杂曲面的三维建模

由于异形结构构件形体自由，基本没有重复构件，因此在利用Revit软件的基本构件建模时也耗费了一定的精力，其中最为困难的是曲梁、井字梁和院落空间中的“漏斗”。曲梁的生成有赖于曲面屋顶，曲梁最上部的标高与屋顶的标高相同，以此获得曲梁的形体和位置（图6）。井字梁和“漏斗”则利用UV线进行分格和调整，制作族文件，并将其赋予到曲面上完成建模（图7）。

图6 曲梁建模

图7“漏斗”建模

Revit实现垂直墙面的不规则构件

屋面虽然是非常自由的曲面，但墙体是竖直的，较为规整，而Revit Architecture拥有丰富的族库，建筑师通过参数控制可以快速建出墙体、楼梯、窗户、栏杆、扶手等一系列细部构件（图8）。唯一较为复杂的构件是具有弧形倒角的外龛和窗洞建模，建筑师利用Revit可以制作族文件的功能，单独设定窗户的比例

大小定义一组族文件，将其安插在墙体相应的位置，非常方便（图9）。

图8 垂直墙体及相关构件建模

图利用族文件功能创建弧形倒角窗洞

BIM实现二维图纸的生成

通过各部分构件的分组建模和基于BIM平台的模型整合，建筑的总体模型得以建立。在此建筑师又用到B IM另外一个优势，即从三维模型转化为二维图纸，包括从整体的平面引出局部的平面、局部的详图（图1 0）。这一关联非常具有优势，在传统画图纸的过程中，一张图修改，其他的图都要跟着改，工作量很大。运用BIM，只需修改一处，其他图纸的相关数据也会随之自动调整，包括尺寸标注等都能自动修改，这一功能大大节省了工作时间，提高了工作效率。

图10 二维图纸生成

在敦煌莫高窟游客中心项目中，Revit Architecture直观的界面、强大的曲线建模功能为复杂的设计提供了有力的支持，同时也为后续工作积累了经验，通过运用BIM大大提高了工作效率，我们相信BIM的应用具有非常好的发展前景。

AutoCAD结合MATLAB实现公式曲线曲面的精确绘制

本文TAG：AutoCAD结合MATLAB实现公式曲线曲面的精确绘制2011/6/27

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AutoCAD结合MATLAB实现公式曲线曲面的精确绘制

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一、引言

用AutoCAD绘制平面公式曲线（如渐开线、心形线）、空间公式曲线（如螺旋线）以及公式曲面（如马鞍形曲面）是比较困难的，一般情况下，需要用AutoCAD开发程序编程，但多数程序比较复杂，尤其是公式曲面的绘制程序，需要多层嵌套循环，复杂且运行效率低。

快速且精确地绘制各种公式曲线、曲面恰恰是MATLAB的长项，但是MATLAB绘制的图形却不能直接用于机械零件设计。其中非常关键的一点，就是MATLAB绘制的曲线、曲面分别是由有限个点连接而成的折线和空间网格构成的，而在AutoCAD中绘制的曲线、曲面也是如此。因此，只需要把在MATLAB中绘制的公式曲线、曲面上所有的点坐标数据都提取出来，若能让AutoCAD正确识别，那么我们就可以在Aut oCAD中精确地绘制这些曲线、曲面了。

本文介绍了一种快速、精确地绘制各种公式曲线、曲面的方法，即在AutoCAD中通过调用经过Excel 处理的MATLAB数据实现。

二、AutoCAD和MATLAB的特点

MATLAB是非常优秀的科学计算、信号处理以及图形显示软件，它有自身的语言，与其他高级语言相比，MATLAB提供了一个人机交互的数学环境，并以矩阵作为基本的数据结构，可大大节省编程时间。另外，MATLAB不仅语法规则简单，容易掌握，调试方便，还可以存储中间结果，这使得MATLAB既可以快捷、精确地绘制各种公式曲线、曲面，又可以很方便地提取中间数据。

在工业设计领域，AutoCAD不仅被广泛应用于平面绘图，也可以用于三维建模，但在曲线、曲面造型方面不是很理想。它是开放型的人机交互系统，有多种语言接口，与外界的数据交换很灵活，这些特点使得它与MATLAB的结合成为可能。

三、结合MATLAB在AutoCAD中绘制曲线、曲面的原理及方法

1.原理

MATLAB中的矩阵数据虽然很容易提取，但由于它不是AutoCAD能识别的格式，因此不能直接被Aut oCAD调用，需要先用Excel对从MATLAB中提取的数据进行编辑，转换成AutoCAD可以识别的格式，才能在AutoCAD中绘出曲线、曲面。

2.方法

由于在AutoCAD中绘制平面曲线、空间曲线和曲面的绘制命令不同，且数据结构也不同，因此结合M ATLAB的绘制方法也稍有区别。这种绘制方法的关键就是把数据格式转换成AutoCAD的绘制命令所需要的数据格式，只要熟悉AutoCAD的数据结构，就可以举一反三。

在这三者中最复杂的是绘制公式曲面的数据结构，下面就以一个马鞍形曲面的绘制为例来介绍这种方法，数学模型如公式(1)所示。

(1)利用MATLAB得到公式曲面数据

1)在MATLAB中绘制出曲面

在MATLAB中输入如下命令：

[th,r]=meshgrid((0:5:360)*pi/180,0:.05:1); %在极坐标系下设置一个73×21的网格矩阵，即圆周方向分为73份，半径方向分为21份，总共分了1533个点，节点越多，图形越精确%

[X,Y]=pol2cart(th,r); %转化为笛卡儿坐标系%

Z=X+i.*Y;

F=abs((Z.^4-1).^(1/4));

surf(X,Y,F); %显示曲面的立体图形%

S=[X(:) Y(:) F(:)]; %把X、Y、F 3个矩阵中的数据存储到矩阵S中%

运行后得到曲面图形，如图1所示。

图1 MATLAB中绘制的曲面

2)提取点坐标

在MATLAB的“Workspace”窗口中可以看到S是个1533×3的矩阵，即表示有1533个点的坐标，每个点有三个坐标参数，双击打开S，则弹出“Array Editor：S”窗口，窗口表格中的数字就是矩阵的数据。

先将全部数据复制到剪贴板，下面用Excel对坐标数据进行数据处理。

(2)利用Excel编辑曲面数据

打开Excel，将保存在剪贴板里的数据粘贴到Excel表格里，得到三列数据，每列1533行。其中，A、B、C列中的数据分别是曲面上各点的笛卡儿坐标系中的X、Y、Z值，而在AutoCAD中的笛卡儿坐标系的点坐标的输入形式为“x，y，z”，所以我们需要对A、B、C列的数据间加个“，”。

方法是：点选中D1（D表示第D列，1表示第1行）格，在公式栏里输入“=A1&","&B1&","&C1”后回车，再将光标放到D1格的左下角，当光标变成黑色十字时，按住鼠标左键向下拖动，一直到D1533格，这时D列的数据格式已经变成了“X，Y，Z”，就可以被AutoCAD正确读取了。复制D列数据到剪贴板后，就可以在AutoCAD中绘制曲面了，如图2所示。

图2 在Excel中编辑后的曲面数据

3.在AutoCAD中绘制曲面

在AutoCAD中运行3dmesh（三维网格）命令，命令行提示“Enter size of mesh in M direction:”，输入“73”后回车，命令行提示“Enter size of mesh in N direction: ”，输入“21”后再回车，（即73×21的网格矩阵），然后在命令行中粘贴剪贴板中的数据，程序将自动运行，结束后就得到了马鞍形曲面，如图3所示。

图3 网格矩阵为73×21的马鞍形曲面

特别需要注意的是，在运行3dmesh命令时的网格矩阵一定要和MATLAB中的相同，否则将得到错误图形或运行出错。如果输入的网格节点数不等于1533，则命令运行出错；如果输入成21×73的网格，则命令执行结束后将得到错误的图形，如图4所示。

高效CAD教程之3D快捷分模

本文TAG：高效CAD教程之3D快捷分模2011/7/13

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高效CAD教程之3D快捷分模

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在使用三维CAD软件进行模具设计的过程中，分模是必不可少的，而且也占据着重要的地位、分模的快捷与否。直接影响到我们的设计效率。而分模有自动分模与手动分模。还有一些三维CAD软件能做到自动加手动的方式。

一般而言，如果选择手动分模。虽然保证了质量，但忽视了效率。如果选择自动分模,速度是提高了，但质量也就难以保证。而如果能够做到自动加手动的方式分模，则不但可以满足设计效率而且也可以保证质量。全新推出3D2011就能实现自动加手动分模的方式，接下来我就为大家介绍一下：

创建分型线

单击模具工具栏上的按纽，可以进行分型线的创建。沿着产品的分型轮廓，可以迅速选取分型线，这就为自动创建分型面奠定了基础。如下图所示为分型线(图一)：

分型面的生成

单击模具工具栏上的按纽，可以进行分型面的自动创建，方法简单，一步生成，而且不光滑的面，还可以通过手动的添加进行曲面的生成，如下图的红色框。手工生成的面，不需要进行缝合，便可直接作为分型面修剪型芯、型腔。此功能较好的处理了UG里面所说的间隙问题：

修剪平面成型芯/型腔区域

单击模具工具栏上的按纽，通过刚生成的面，以及模仁，可以较为清晰有步骤的进行一次性修剪出型芯与型腔，此功能也是中望3D2011的新功能，这一功能的改善，较好的给我们提供了分模的快捷路径。如下图所示，按步骤进行选取模板型芯、型腔、分型面，(图三) 则自动生成我们所需要的上模、下模。

如此简便的自动加手动分模，操作简单，易用。相信大家认真去练习，将会很快上手，它将会成为我们模具设计的好帮手。

【中国BIM门户注】请登录以下网页下载付心建先生的关于“概念体量”设计的PPT介绍材料：https://www.360docs.net/doc/9b18407514.html,/bbs/viewthread.php?tid=763&extra=

三、概念设计工作流程介绍

在介绍流程之前，有两个概念先做一个介绍，一个叫体量，另外一个叫形状。在Revit

里面，体量的概念是指在建筑模型的初始设计中使用的三维形状，整个建筑是由多个形状拼起来的，这里所说的形状仅仅只是一个单独的几何体，它有可能是立方体、球体或者圆柱体、不规则体等，体量是由一个或多个形状拼接和连接组成的。

下面笔者就概念设计的工作流程做一个简单的介绍。

第一步：绘制形状轮廓。进入到概念体量的环境当中，前面也介绍了该环境，它跟项目环境和族环境是不一样的，是一个独立的环境。在这个环境当中首先通过各种创建曲线的工具，可以创建一个矩形或者一个圆或者椭圆或者样条曲线都可以。

第二步：创建形状。创建好作为建筑形状的轮廓或者路径之后，我们选择创建好的轮廓和路径，使用“创建形状”命令，点击之后，Revit软件会根据我们选择的轮廓和路径会去自动的判断它有可能创建出的一些形状，比如一些拉伸的形状，或者是旋转的或者是沿着一个路径扫略创建出的形状。软件会列出所有可能创建的形状选项让你去选择，用户根据这些选项选择自己需要的形状，选择好之后，一个三维形状就创建好了。

第三步：编辑形状。创建好的形状有可能不是我们需要的，比如我们刚才创建的形状有可能是立方体，我们在实际建筑中大部分的情况是，比如下面截面会大一点，上面截面小一点，这时候我们可以进行编辑形状，借助三维控件工具，可以拖拽顶点或者轮廓线，使它改变成想要的尺寸，这是对形状的编辑。

第四步：有理化处理表面。有理化主要是处理建筑的表面形式，例如国家游泳中心水立方外层ETFE膜结构中有一些六边形，而且它是重复的，我们可以把每几个小方格里放一个

六边形的形状放进去，这样整个建筑的造型就非常漂亮了。

有理化处理表面的具体流程本文第四部分将会做详细介绍。

第五步：体量研究。您可以将概念设计体量模型引用到Revit Architecture项目文件中，并继续对其进行修改。将体量导入到Revit Architecture的项目环境当中后，在项目环境里面，我们可以选取我们刚才做成的一些曲面、斜面生成幕墙系统、墙、楼板、屋顶等;可以生成体量楼层，然后对体量模型楼层面积、外表面积、体积和周长分析，可将这些值统计在明细表中去。

值得一提的是，如果发现在项目环境里这个体量可能不是您想要的形状，这时可以在项目环境里选中体量，回到概念设计环境里对概念体量进行编辑，编辑好之后再加载到项目环境里去，使用“更新到面”工具可以让已创建的墙和楼板自动匹配修改后的体量形状。

除了概念设计环境之外，Revit Architecture软件在项目环境里还提供了另外一种比较快捷的概念设计的环境，我们称之为内建体量的环境，内建体量的环境，它的操作界面跟本文前面提的概念设计环境是基本一致的，可以在里面创建各种各样的形状和体量，对它进行编辑以及有理化。功能上基本没有什么区别，唯一的区别在于我们用在位体量创建的体量，它只能够应用在当前的项目环境当中，没有办法独立存成另外一个文件，在其他的工程当中去应用。

四、有理化处理表面流程介绍

(1) 分割表面。

选中需要进行有理化的表面，然后应用“分割表面”命令。表面可以通过UV 网格(表面的自然网格分割)进行分割，分割好之后会发现选择的表面会被分割成多个均匀的小方格，如图5所示。在表面中填充图案时，UV 网格可充当指导。UV 网格用在概念设计环境中，相当于XY 网格。表面的默认分割数为：12x12(英制单位)和10x10(公制单位)。用户可根据需要自定义分隔数或者分隔线间距。

在最新发布的Revit 2011系列软件中，可以根据标高、参照平面、模型线分割表面。

图5

(2) 在表面中填充图案。

分割表面后，可以为其填充图案。这一阶段仍属于项目的概念设计阶段，可以快速预览并编辑填充图案的表面。类型选择器中提供了一个填充图案集，可以应用到所选分割表面上。如图6所示，左侧为分割的表面，右侧为应用的六边形填充图案。

图6

应用填充图案后，这些填充图案成为表面的一部分，并需要特定数量的表面单元，具体数量取决于填充图案的形状。在规划构件设计的分割数和填充图案时，这一点是重要的考虑因素。需要说明注意的是，在应用填充图案后，分割表面处于隐藏状态，可以通过“表面显示”来打开。

(3) 应用填充图案构件族。

可以使用“基于公制幕墙嵌板填充图案”族样板(Curtain Panel Pattern Based.rft)，来创建灵活的参数化构件，如图7、8所示。这些参数化构件可载入概念体量族中，并应用到已分割和已填充图案的表面，如图9所示。

图7

图8

图9

四、案例分享

(1)实际工程案例：敦煌研究院莫高窟游客服务设施项目。Revit Architecture局部模型，图中天井造型使用Revit Architecture概念设计环境中的分割面功能，然后使用三维填充图案构件实现表面有理化。

(2)用户通过API函数对概念体量进行表面有理化。

(图片来源：https://www.360docs.net/doc/9b18407514.html,/)

(3)在Revit Architecture概念体量中，自定义不均匀分隔线(上密下疏)，然后使用三维构建进行表面有理化。

(4)在Revit Architecture概念体量中创建自定义形状，用户可以自定义形状控制点位置，并对控制点位置进行任意修改。

五、结束语

Revit Architecture软件的概念体量设计是一个很强大的功能，概念设计环境里面也提供非常强大的二次开发的功能，读者可以通过Revit Architecture软件的API程序，去创造非常复杂的高阶的曲线。Revit Architecture 2011软件已经发布，其中增强的概念设计功能相信会让我们耳目一新，由于篇幅有限，笔者不能一一列举所有功能，更多功能需要读者在实际的设计过程中去应用和体会。

【中国BIM门户注】请登录以下网页下载付心建先生的关于“概念体量”设计的PPT介绍材料：https://www.360docs.net/doc/9b18407514.html,/bbs/viewthread.php?tid=763&extra=

建筑信息模型，又称为BIM，是在项目建造之前以数字化方式对其关键物理特性和功能特性进行探索的综合过程，可以帮助提高项目交付速度、减少成本，并降低环境影响。借助BIM，设计人员可在整个过程中使用协调一致的信息设计出新项目，可以更准确地查看并模拟项目在现实世界中的外观、性能和成本，还可以创建出更准确的施工图纸。

人类总喜欢打破常规，创造新奇，人类设计和建造的“现代建筑”也不例外。众所周知，自由形状的建筑越来越多，例如鸟巢、水立方、上海塔、阿联酋迪拜布吉大楼等等。为了帮助建筑师创建各种自由形状的建筑体量，Autodesk软件从2011版本起引