[營建知訊轉載]從幾個Revit術語初探其BIM模型元件組構技術 郭榮欽 (2012.01)

國立臺灣大學土木工程學系　工程資訊模擬與管理研究中心　郭榮欽執行長
 
Revit 建築資訊模型(BIM)平台是一套設計與文件管理系統，提供建築專案所需的設計、圖面和明細表等。由於我國工程界在BIM技術應用上，使用Revit的比例較高，若要學習BIM技術，嘗試瞭解Revit組構BIM模型元件的原理確有其必要。
在 Revit 模型中，所有圖紙、2D 和 3D 視圖及明細表，都是用來展示同一建築模型之基礎資料庫中的資訊。當建模者在圖面和明細表視圖中工作時，Revit 會在背後默默收集此一建築專案的資訊，並自動調整此資訊在整個專案中和其他有連帶關係的視圖之呈現方式。Revit 的「參數設變引擎」(parametric change engine)會自動協調建模者在任何作業模式(模型視圖、圖紙、明細表、剖面和平面等)中所做的變更。
 
一、從「參數化」談到「元件」與「專案」
Revit軟體工具系列，包括Revit Architecture、Revit MEP、Revit Structure等，都是以「參數化」的概念來架構整個模型，參數化建模是BIM技術的重要基礎。術語「參數化」是指組構此模型的所有元件(elements：官方文件譯成元素)之間的關係，元件是Revit組構建築資訊模型的基本元素，大致可分成(1)模型元件(Model Elements)、(2)基準元件(Datum Elements)、(3)視圖特有元件(View-Specific Elements)三類，如圖一所示。Revit 透過參數化的機制實作出其模型的組構元件間協調和變更管理的功能，這個機制就是所謂「參數設變引擎」。這些關聯關係一部分係軟體系統自身預設的，而一部分則是建模者視需要所賦予的，定義這些關係的數值或特性，就稱為參數；故稱為參數化的操作。在任何時候去更改一個專案模型中的任何元件， Revit 的參數設變引擎會自動協調整個專案模型中的變更。例如一個與樓板或屋頂邊緣相關連的外牆，當此外牆被移動時，樓板或屋頂和該外牆仍會保持連接狀態。 而由此參數化機制來架構建築物實體基本構件間的組成關係，就衍生出幾個重要的術語。

由於BIM意味著一棟建築物在其生命週期的冗長過程中，和它相關的所有資訊之整合，而一棟建築物從規劃之初，都會以工程專案(Project)稱之，Revit軟體即在一個檔案中，試圖將一個工程專案的建築資訊模型空間主要元件都能組構在一起。由於一棟建築物除了建築主體架構以外，尚有機電與給排水等維生系統、以及建築結構骨架等力學分析系統等，雖都屬同一建築物空間之相關資訊，但因涉及專業技術的作業獨立性，才有如上所述之三套Revit軟體供三種專業工程師操作，但最終仍然可以將三個個別發展的檔案以同一工程專案密切地組合在一起。在 Revit 中，所謂「專案(Project)」，和吾人熟悉的「工程專案」相當接近；Revit裡頭的「專案」是設計作業的單一資訊資料庫，也可以說就是建築資訊模型(Building Information Model，簡稱BIM)。一個Revit專案檔涵蓋了建築資訊模型的所有資訊，從幾何圖形到非幾何等靜動態資訊都包括在內。這整套資訊包含了用於設計模型、專案視圖和設計圖紙輸出的所有元件。Revit企圖用一個專案檔將工程專案的所有資訊都整合在一起，建模者只需要集中心智來關注此單一的檔案，就可以對專案資訊模型進行建置與維護。若有模型需做變更，參數設變引擎會將變更動作即時反映在所有相關聯的區域（包括平面視圖、立面視圖、剖面視圖、明細表等）中。

圖一、Revit建築資訊模型之基本元件組構圖（參考網路Revit官方文件重新編製）

二、樓層(Level)在Revit中，「樓層」(Level)是組構模型的重要基準元件(Datum Elements)，一個樓層(Level)代表一個無限的水平平面，它可當作以某樓層(Level)為主體(Hosts)之元件的參考值(Reference)，例如圖一之屋頂(Roofs)、樓板(Floors)或天花板(Ceilings)等。通常，建模者在建模之初就應先將樓層定義好(包括樓層名稱與高程)，因為樓板平面視圖會同時產出。
圖二左邊影像展示了Revit Architecture 的3D 視圖，由其樓層 1 工作平面切過，則得到圖二右邊的對應樓板平面視圖。

圖二、建築物3D視圖及由其產出之壹樓樓板平面視圖

三、品類(Categories)
Revit軟體是個仍持續在蛻變與發展的建模工具，近年來，每年度推出的新版中，從其官方說明文件，大致可以窺見其在介面操作功能的調整，及對建築資訊模型底層資料結構的逐漸改進跡象。設計師在Revit中建模時，會將參數化建築元件不斷地加入到工程專案中。Revit 則會在背後默默地按照品類(Category)、族群(Family)、類型(Type)和實作元件(Instance，官方文件譯為「例證」)等基本架構對系統元件(Elements)進行歸類與組合（如圖三）。在模型圖中看到的所有參數化建築元件都是一種族群類型的實作元件，每個元件都含有兩組屬性來控制元件的外觀與行為，即：類型屬性(Type Properties，或稱類型參數：Type parameter)，及實作元件屬性(Instance Properties，或稱實作元件參數：Instance parameter)。

圖三、Revit模型元件分層歸類基本架構

「品類」是定義元件的身份和行為的最高階類別。當吾人啟動指令要建立一個窗戶時，系統會自動辨別該元件係屬於窗的品類。而這個品類也會設定建築模型中元件的基本角色，決定它會和哪些元件互動，以及指定將它包含到所建立的任何窗的明細表中。
品類是用來為建築設計建立模型或歸檔的元件群組。從「元件可見性與圖形顯示」的管控可將品類分為：
(一)、模型品類(Model Categories)：例如牆、樑、柱等。
(二)、註解品類(Annotation Categories)：例如標籤、文字註釋等。
(三)、解析模型品類(Analytical Model Categories)：例如量體分析、能源分析等。
(四)、匯入的品類(Imported Categories)：例如由CAD匯入的DWG平面參考圖。
 
四、族群(Family)
族群是在品類之下，將元件類型做邏輯性分類的一個層級，它有命名，但沒有ID關鍵代碼。族群分組係以(1).具有共同的參數 (屬性) 集、(2).相同的用法以及(3).類似的圖形表現法的元件分在一個族群類別為原則。族群內不同元件的某些或全部的屬性可能具有不同的值，但屬性集（名稱和意義）是相同的。族群有三種類別：
(一)、系統族群(System families)
系統族群包含用於創建基本的建築元件，如牆壁，地板，天花板，樓梯在建築模型的族群類型。系統設定（會影響專案環境並包含圖層、網格、圖紙和視埠等類型）也是屬於系統族群。
系統族群是Revit預先定義好的（包括系統族群的性質集及圖形表現法），並保存在樣板檔和工程專案中，它不能由外部檔案載入到專案中，也不能將它們儲存到專案外。它不能創建、複製、修改、或刪除系統的族群，但可以備份（副本）和修改系統族群內的類型來創建客製化系統類型的族群。
(二)、可載入族群(Loadable families)
可載入族群是指用來建立建築元件和某些註解元件的族群。可載入族群通常來自購買、交付，或安裝到建築模型中的建築元件，例如窗、門、櫥櫃、裝置、家具和植栽。專案工程常有因地制宜的說明文件與客製化的註解元件、建模單位常用的工程符號和標題欄框等。
由於可載入族群具有客製化的本質，它是建模者在 Revit Architecture 中最常建置和修改的族群。和系統族群不太一樣的地方是，可載入族群係建立於外部的 .rfa 檔案，經由匯入動作載入到專案中。若該族群包含許多的類型，可以建立類型目錄，載入專案時可以僅挑所需的類型載入。Autodesk Seek網站（如圖四）透過 Web服務，可使設計人員找尋、預覽、下載 BIM常用之族群元件模型、DWG圖庫和規格表等；它提供了一個製造廠商們向設計師與消費者指定或推薦建築產品的獨特聯繫平台。
建立可載入族群時，可以從樣板開始著手，樣板隨附於軟體中，並且包含所要建立族群的資訊。可以繪製族群的幾何圖形、建立族群的參數、建立其包含的變化或族群類型、決定它在不同視圖中的可見性和詳細等級，並於使用它在專案中建立元素之前先加以測試。Revit Architecture在2010版時，特別為族群編寫<<族群指南>>的自學課程，對於族群的原理與實作範例有詳細說明。

圖四、Autodesk Seek網站提供許多族群元件檔供下載（摘自Autodesk Seek網站）

(三)、內建族群(In-place families)
在Revit Architecture 2012中已改為In-place Elements。內建族群係在一件工程專案的實作環境下所建立的客製化元件族群。如果某件工程專案需要的模型元件，係不太會在其他專案重複被使用的幾何圖形，就可建立此內建族群元件。
由於預期內建元件在專案中會做有限的使用，因此每個內建族群大都只包含單一類型。我們可以在一個專案中建立多個內建族群，並且可以在專案中放置同一內建元件的多個複本。有別於系統族群和可載入族群，吾人無法複製內建族群類型來建為多種類型。
在圖五中某工程專案的品類「門」的族群表，多數為可載入族群，或內建族群。選擇一種族群名稱(如『單開-矩形』)後，續按類型(T)的下拉表(如圖六)，而其下為對應所選之類型的參數表(或稱屬性表)。

圖五、Revit Architecture中某工程專案模型之品類「門」的族群表

五、類型(Type)
Revit的「類型」(Type)與「實作模型元件」(Instance)可說是BIM技術展現模型資訊(“I” - Information)最重要的元素。一件工程專案模型中的所有類型與實作元件，都有唯一的ID關鍵值，Revit系統靠這些ID關鍵值關聯起整個模型各個元件間的關係。當Revit模型透過ODBC轉成資料庫檔案時，其主要的資料表(Tables)也以品類（就是實作模型元件Instance的資料表）和類型為主。
多數族群都可以視需要衍生多種類型，圖六「單開-矩形」的「門」族群，就有12種衍生的類型。類型有時亦可以看成指定不同尺寸的族群，如 30” X 42” 或 A0 標題欄框(title block)。型式(style)也是類型之一，例如標註的預設對齊或預設角度型式。
「類型」在Revit軟體中是個非常重要的角色，建模者在組構模型的各種實作元件時，善用類型的歸類，可以有效地抑制模型檔案容量的不當膨脹。

圖六、品類「門」的「單開-矩形」族群的諸多「類型」列表

六、實作元件(Instance)
實作元件是建模者實際建置於工程專案中的實作模型元件（個別元件），在建築模型（模型實作元件）中或在圖紙（註解實作元件）上，都有其特定的位置。建模者在一工程專案檔中所建構的模型，其組成的所有幾何元件或非幾何元件，都是一個個的實作元件，它在模型檔案中是實體存在的資訊，有固定唯一的ID值對應著它。當模型檔案用ODBC轉到資料庫後，資料庫中會有各個品類的資料表，以及品類類型的資料表。品類資料表中就是該品類的所有實作元件資料紀錄，例如圖七就是品類「門」的「明細表」包含所有門的「實作元件」統計表。

圖七、品類「門」的「明細表」包含所有門的「實作元件」統計表

七、類型和實作元件屬性之間的差異
前面說過，Revit的「類型」(Type)與「實作模型元件」(Instance)，是BIM模型中表達其幾何與非幾何屬性資訊(“I” - Information)中最重要的元素。在一個Revit族群中的所有參數，都是在定義這個族群的元件屬性。它們可以容納多元的資料類型，從簡單的幾何尺寸和材料性能，到HVAC的氣流和結構載重的資訊。當一個.rfa族群被載入到一個工程專案，本質上它至少繼承了一種類型，例如：門、窗、冷水機組、水源熱泵等，在族群中存在的一些類型，其所定義的參數對其所屬的每個插入點或實作元件，都是相同的屬性。出現在一個族群中的類型的參數，即被稱為類型屬性。
當族群因需要而被選放到模型檔案中的同時，建模者必須選擇其中一種類型放入（如圖六）。一旦一個插入點被選定，建模者就等於已經創建了族群類型的一個實作元件。這個新的實作元件有它自己的參數，稱為「實作元件屬性」。
當吾人在為一個族群定義參數時，要決定定義為一個實作元件屬性或是一個類型屬性，需考慮一些原則。一般情況下，參數值的變化頻率較高者，較可能是一個實作元件屬性。模型中的公式對參數的依賴性也有關係，一個實作元件屬性，可以在其公式中引用類型和實作元件的屬性值，但一個類型屬性只能在其公式中引用其他的類型屬性值。
 
八、小結
Revit檔案的大小會受檔案中所含變數的多寡所影響，其中之一是過度使用實作元件的屬性。每一次在Revit中建立一個實作元件，系統就會回到其所屬類型中建立一個該類型屬性值的參考表，但對每一個新的實作元件，也會在該模型資料庫中新產生一個對應的實作元件屬性值。可想而知，組構的模型規模愈大，或實作元件表達的愈細，元件量便會暴增；建模者如果對此沒有一套正確的管理技巧，該模型檔案就會像氣球充氣一般地迅速變大。
 
參考文獻
[01] http://wikihelp.autodesk.com/Revit/enu/2012/Help/Building_Design_Suite
[02] Revit 2012使用指南 http://wikihelp.autodesk.com/Revit/cht/2012/Help/0000-Revit_使用0
[03] Shawn C. Zirbes(March 31, 2010),” Type versus Instance Parameters in Revit: When to Use What?”, AECbytes Tips and Tricks Issue #49
[04] Dan Stine (April 21, 2010) ,“Revit Architecture 2011 User Interface”, AECbytes Tips and Tricks Issue #50