引言

Revit在BIM技术的发展过程中起着重要的作用，对比传统建筑设计有着协作、数据共享和信息化的特点，不再像传统二维设计串行式作业，而是使各生产阶段相互联系转变为并行式作业^[1]，其超强的互动控制功能，将平面、立体、剖面及明细表等双向联系，一点改动，处处更改，有效减少设计错漏。许多行业实践表明，Revit设计可有效节约生产成本，减少设计变更，提高施工效率。

Revit API是Autodesk公司让Revit能更好地解决用户需要而提供的二次开发接口。已经有不少的开发人员成功地通过Revit API开发Revit与第三方软件的接口。到目前为止，已经能够实现Revit与PKPM、ANSYS、STAAD.Pro、YJK、Bently等软件的模型数据的双向导入和增量更新^[2-6]。宋杰^[1]提供了一个利用Revit和Revit API技术进行的模板转化方式，使用C#编程语言实现了二次开发，将由Revit所获得的数据结果整合为ANSYS APDL命令流格式，以此完成Revit-ANSYS模式的直接转化。秀保娟^[8]通过调用Revit API获得Revit建模数据信息、并在PKPM中建立了Revit模块，研发了Revit-PKPM双向接口软件。王玄玄^[9]运用Revit API转换接口，提取数据最终生成Abaqus可识别的INP文件，实现了Revit中复杂结构模型导入Abaqus进行精确的结构计算分析。

Abaqus被普遍认为是有限元软件操作系统，有助于解析复杂的固态力学构件或流体力学体系，尤其有助于驾驭超大规模、高复杂度问题并解决高度不确定性问题。Abaqus与建模功能强大的软件Revit的接口目前只能够实现结构物理模型从Revit到Abaqus的转换，但对于进行计算分析的约束条件与荷载工况信息的转换研究较少。本文将结合Revit强大的建模功能与Abaqus先进的非线性有限元分析功能进行二次开发，将Revit结构物理与分析模型完整导入Abaqus，实现更精确的复杂构造计算分析。

1.   开发思路

1.1   ACIS模型转换方式

对于Revit模型，在Abaqus中重建模型可通过ACIS的模型转换方式，ACIS是Abaqus软件和Revit软件共同支持的三维几何造型引擎，两者基于此都支持.sat文件的导入和导出，理论上这就为Revit-Abaqus模型转换提供了便捷的接口。但这种方式有以下三方面问题：一是.sat文件只存储结构的几何模型，目前也仅支持以part形式导入Abaqus，因此还需在Abaqus中手动完成材料指派、楼层装配、设置时间步、构件连接、施加荷载及网格划分等步骤；二是导入的模型是一个完整闭合的几何图形，不能直接进行单元网格划分，需要手动切割出单元几何形状，且需要修复填补才能划分出高质量并计算精确的网格；三是通过.sat文件导入可能出现几何数据的丢失或者转换不彻底的情况。

因此基于ACIS的转换方式效果并不理想。本文将对Revit-Abaqus进行二次开发，实现将Revit结构物理模型与结构分析模型数据完整导入Abaqus，无需手动完成part后步骤，一次性导入模型数据完成计算分析。

1.2   Abaqus建模与转换分析

Abaqus有着多种建模的方式：

（1） CAE：在Abaqus中新建CAE直接建模是基本的建模方法，但人工操作工作量大，不能实现自动化，不能实现从Revit直接转入；

（2） 直接填写Keyword文件：写Keyword工作量较大，除非很多相同的部分，简单的装配；

（3） Python script: Python脚本语言简单易懂，并且Abaqus软件中自带的脚本录入开发工具能够读取大量脚本代号，再经过修改与合并，就可以进行Python脚本编辑。还可以把研究变量设定成Python脚本中的函数自变量，建立参数化模型设计脚本，通过修改关键参数即可修改研究变量，可实现对单一因素变化快速模型分析计算的目标^[10]。因此本文将采用Python script方式对Revit与Abaqus进行二次开发。

1.3   Revit-Abaqus转换接口开发思路

在结构设计完成后的Revit模型中包括结构物理模型和结构分析模型数据，其中物理模型数据包含几何尺寸、材质信息、楼层信息等；结构分析数据包含荷载工况、构件两端约束、边界条件信息等。两者都是Abaqus建模并完成计算分析所必不可少的，其在Revit与Abaqus中的模型信息对照如表 1所示。

表  1  Revit与Abaqus模型信息对照

Revit模型可提取数据	Python脚本对应步骤
构件坐标，几何尺寸 材料，截面参数 位置信息	Part property Assembly
边界条件 荷载信息	Interaction load

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基于前面对Abaqus建模方式的讨论，如何将Revit模型数据完整的导出、进而在Abaqus中生成模型并计算是要解决的问题。由表 1可知，Revit可直接获取的数据与Abaqus通过编写Python脚本建模完成计算分析所必需的大量数据吻合，适宜于利用二次开发技术手段来进行数据的提取和转存。因此对于RevitAbaqus转换接口开发, 本文的开发思路是：基于Visual Studio2017平台，利用运行在.NET平台下的C#编程语言调用Revit API接口进行二次开发形成.dll文件，并以插件的形式载入到Revit的附加模块中^[11]运行，提取Revit模型的空间坐标、几何尺寸、材料及材料的密度、泊松比、杨氏模量、荷载位置与大小等信息提取出来，将信息整理好，再写成一个Abaqus可以直接运行的从建模到计算的完整Python script。

2.   模型转换接口开发

2.1   开发流程

程序首先对Revit所有的图元进行筛选，判断是否为某一族类型，将其按照族类型收集并储存起来，遍历集合，按照楼层标高过滤，自下而上将每层族实例的几何信息、材质信息、楼层信息及荷载信息提取出并赋予相应编号后储存，将所有的数据整理输出一个可以使Abaqus运行的Python脚本，模型转换接口实现流程如图 1所示。

图  1  转换接口实现流程图

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2.2   模型转换程序

模型转换到Abaqus主要分为两部分：一部分是建模，一部分是执行模型。对应的程序代码也分为两部分：一是提取Revit模型信息的代码，二是输出为Abaqus可运行的Python脚本的代码。

为了便于建模以及避免梁柱板节点处的问题，本文主要采用梁壳单元在Abaqus中建模，梁，柱采用梁单元，板采用壳单元，以简单二层框架为例，

实现程序如下：

Foreach (Element beam in beamclass)

{

XYZ directionvector ← positionline.Direcation; // 获取梁定位线坐标

Definition section ← sectionproperty.Definition; // 获取梁截面尺寸

Material characteristic ← beam as Material; // 获取材料属性

Lineload beamload ← beam. Lineload; // 获取梁上线荷载

}

s.Spot(point ← (locationlineX，locationlineY)); // 以梁定位线坐标建模

mdb.models.materials.Density(table ← density)El;

astic(table ← ((elasticity，position) ISelectionFilter floorselFilter ← new FloorSelectionFilter(); // 材料指派

Foreach(Reference floor in floorselFilter)

{

BoundingBoxXYZfloorXYZ ← floor_1.get_BoundingBox(doc.ActiveView); // 获取板顶点坐标

Material floormaterial ← floor as Material; // 获取材料属性

Areaload floorload ← floor.Areaload; // 获取板上面荷载

}

s.Spot(point ← (locationlineX，locationlineY));

mdb.models.materials.Density(table ← density) Elastic(table ← ((elasticity，position);

a.translate(instanceList ← (beam-column-floor)，vector ← (X，Y，Z));

mdb.models[‘Model-1’].Tie(beam-column-floor);

mdb.models[‘ Model-1’].Load(beam-columnfloor);

2.3   模型转换要点

2.3.1   几何模型与part建模步骤数据转换

基于Revit“点—线—面—体”的建模方式，分别针对Abaqus采用的梁、壳单元，获取梁柱定位线两端坐标、楼板各角点坐标，根据Abaqus中梁单元的横截面库赋予构件截面属性，再赋予板厚度，在Abaqus完成建模。以筛选出OST_Structural Framing族为例，以下代码实现了梁的模型信息提取与在Abaqus中建模：

LocationCurve beamlocationcurve ← beam as LocationCurve; // 获取梁定位线坐标

double.TryParse(beamsectio，out beamsection); // 获取梁截面尺寸

s.Line(point1 ← (point1，point1Y)，point2 ← (point2X，point2Y))); // 以梁定位线坐标建模

2.3.2   材料截面信息与property材料指派步骤数据转换

根据Abaqus结构分析过程中对材料物理特性的需要，获取Revit结构物理模型中材料名称、材料密度、泊松比及杨氏模量等，在Abaqus建立material并指派给对应特性构件，以筛选出OST_Structural Framing族为例，以下代码实现了梁的材质信息提取与在Abaqus中完成材料指派：

Material bmat ← beam as Material; // 获取材料

ElementId beamad ← bmat.StructuralAssetId; // 获取结构材料编号

mdb.models[‘ Model’].materials[‘ liang]. Density(table ← (density)); // 材料指派

mdb.models[‘ Model’].materials[‘ liang]. Elastic(table ← (elasticity，position)); // 材料指派

2.3.3   模型位置与Assembly楼层组装步骤数据转换

根据Revit模型楼层标高以及构件位置坐标利用平移，旋转等功能在Abaqus中完成装配。以筛选出的OST_Structural Framing族为例，以下代码实现了梁在楼层中的装配：

Element element←collector.Of Class(typeof(Level))First Element(); //获取梁所在楼层

a.translate(instance List←(‘liang), vector←(0, 0, levelj)); //平移操作

2.3.4   边界条件与Interacation构件连接步骤数据转换

一般默认构件之间为刚接，Abaqus中梁柱间利用merge功能使其成为一个part解决“梁—梁”、“梁—柱”、“柱—柱”刚接方式，板与梁柱间采用tie连接的方式，以筛选出的OST_Structural Framing族为例，以下代码实现了梁之间的连接：

Element element a.InstanceFromBooleanMerge

(name ← beam，instances =column); // 梁柱完成刚接

region1 ← a.instances[floor].surfaces[surface]. sets[beam]; // 板与梁柱刚接

2.3.5   荷载工况数据与load构件施加荷载步骤数据转换

Revit模型荷载包括节点荷载、梁上线荷载、板上面荷载以及结构自重，提取各构件作用荷载，在Abaqus中采用施加位移与力的方式完成荷载的施加，以筛选出的OST_Structural Framing族为例，以下代码实现了获取梁上线荷载以及在Abaqus中给梁施加荷载：

if (Math.Abs(liangmax X-lmax X) < 1 & & Math.Abs(liangmax Y-lmax Y) < 1 & & Math.Abs(liangmin X-lmin X) < 1 & & Math.Abs(liangmin Y-lmin Y) < 1 & & (liangmax Z←lmin Z));

liangload[m]←ll Fz; //根据荷载作用边界条件判断并获取梁上线荷载

mdb.models[‘Model-1’].Line Load(name=Load, create Step Name=’Step1’region=region, comp3←beamload); //给梁施加线荷载

2.3.6   划分网格

以下代码实现在Abaqus中对模型进行网格划分：

p. s e e d P a r t (s i z e = s i z e，deviationFactor=deviationFactor，minSizeFactor=minSizeFactor);

按照以上程序完成Revit与Abaqus转换接口开发，实现快速将Revit模型在Abaqus中建模、装配及施加荷载，最后进行计算分析。

3.   案例验证

以某6层2跨框架结构建筑为例，梁柱采用C35混凝土板采用C40混凝土，板厚为100mm，考虑结构自重、梁上承受线荷载、板承受面荷载，验证Revit数据信息导入Abaqus后模型的完整性以及是否存在偏差。在Revit中运行程序，选中该模型，最后生成Python脚本，脚本部分信息如图 2所示。

图  2  脚本部分信息

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将生成的文本导入Abaqus，按照文本内容，由柱、梁、板的顺序依次建立part，如图 3所示。该框架建筑包含36根柱、42根梁、12块板，导入Abaqus后生成分析模型用时6秒，转换程序效率高，在模型构件数目、信息以及构件材质方面都与Revit模型吻合，结果显示，本文开发的接口程序实现模型转换的算法准确可靠。

图  3  建筑模型“柱→梁→板”展示效果

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将梁柱板按照Revit位置信息通过移动、阵列、旋转和平移等操作装配成框架模型。在Abaqus的Interaction步骤中处理梁柱板节点连接问题，然后再依据《建筑结构荷载规范》计算出的梁上线荷载与板上面荷载施加到模型上，划分网格，最后进行计算分析。从建模到完成计算分析完成过程如图 4所示，网格详细划分图以及模型计算应力云图分别如图 5~6所示。

图  4  结构计算分析过程展示效果

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图  5  模型构件网格划分结果展示图

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图  6  模型位移分布图

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本例通过转换接口将Revit物理模型及结构荷载信息提取后导入Abaqus，进行模型建立、材质指派、楼层装配、节点连接、施加约束与荷载、单元网格划分，最后完成计算等一系列操作，验证了转换接口在Revit中的模型与导入后Abaqus中模型完整一致性。

4.   结论

本文针对Revit软件结构三维可视化、参数化的优点与其计算分析功能的不足，Abaqus软件复杂异形模型建模耗时，低效率的不足与其强大的有限元计算分析功能的优势，结合二者优点，提出Revit-Abaqus模型数据转换接口开发思路并进行开发实践，大大提高Revit在结构设计过程进行复杂结构分析的效率，对于反复修改模型重新建模进行计算分析的项目效果尤为显著。

本文基于Visual Studio2017平台，借助C#, Python语言，调用Revit API接口，实现了Revit软件模型数据完整一致的导入Abaqus，通过给出程序开发的详细过程与算法要点与实例验证，表明了基于RevitAbaqus转换接口，可以大大减少建模时间，将Revit中模型的物理与几何信息完整无误的导入到Abaqus中完成计算分析，整个过程无需人工参与修改，具有较大的实用价值，但针对Revit-Abaqus模型数据双向导入问题中将完成计算分析的数据返回Revit中并未涉及，之后可以进行更加深入的研究。