基于1+X建筑信息模型職業技能等級證書考核案例的BIM族建模能力提升研究

張紹平，萬雅琴，黃敏，胡佳萍

（1.江西建設職業技術學院，江西 南昌 330200；2.江西建設職業技術學院大數據與智慧校園中心，江西 南昌 330200）

0 引言

BIM 技術應用的成果以項目形式呈現，族是構成BIM 項目的基本元素，用于組成項目模型[1]。在Revit 軟件中，建模工作的前提是Revit 族的制作[2]。無論哪種BIM 項目模型，都是由各種各樣的族組成的，BIM 模型實質上是族按一定規則的組合。項目復雜程度由族的復雜程度、不同族類型和實例數量的多少以及族的空間關系決定。BIM 從業人員對族掌握深度不夠，只會運用系統中自帶族不能滿足工作需求，僅掌握族創建的基本方法而忽視系統性也不能用好族工具。BIM 模型的落角點為族，系統掌握好族的創建方法并靈活運用，是滿足BIM模型個性化需求的必要條件。

國家通過職業技能等級標準將BIM技術中族創建技能和應用技能落到實處。當前職業技能等級標準分為1+X建筑信息模型（BIM）職業技能等級標準和建筑信息模型技術員國家職業技能標準兩種。在1+X 建筑信息模型（BIM）職業技能等級標準的職業技能等級初級要求表中，對BIM 建模方法技能要注中明確了具體要求，即掌握實體創建方法、掌握實體編輯方法、掌握實體屬性定義和參數設置方法。在BIM 職業技能中級要求表中，對BIM 模型構建技能也作出了明確要求，即掌握專業構件的建模及相關參數設定的方法，掌握專業構件幾何信息和非幾何信息的增加、刪除、修改操作的方法等。在國家職業技能標準建筑信息模型技術員（2021 版）職業中四級/中級工、三級/高級工和二級/技師工作內容分別對應創建模型構件，模型編輯；創建模型構件，創建自定義參數化圖元；創建自定義參數化圖元和模型編輯。從中可以看出，隨著工種級別的提升，對構件創建、參數化設備和模型編輯的要求逐步提高。在院校人才培養和從業人員工種技能方面，都對族相關內容做出了具體要求，全面掌握這類技能的人才能夠更好地適應工作崗位的需求。

1 族的基本知識

1.1 族的基本概念

族是一個包含通用屬性參數集和相關圖形表示的圖元組合[3]。族可以是二維族，也可以是三維族，并非所有的族都是參數化的。如實體構件族門、窗、柱等是參數化的，而二維族中的門窗標記族則是非參數化的。

1.2 族的分類

族根據其存在和使用形式可以分為系統族、內建族和可載入族。系統族能夠根據項目要求設置族參數應用即可；內建族只能在項目文件中創建，也只能在當前項目文件中應用；可載入族可以通過族樣板創建，創建完成后載入到不同項目中應用的族。

1.3 族參數

族參數可以分為實例參數和類型參數，實例參數通過類型屬性面板修改，類型參數通過類型編輯器修改。修改實例參數所選中的圖元隨之發生改變，修改類型參數無論該類型的圖元是否選種都會改變。設置族類別能夠更快地找到族，方便使用。

在滿足人們的個性需求中，可載入族適應性更強、應用更廣泛，故而選取可載入族作為進階訓練。

2 族應用情況

2.1 創建基礎構件族

BIM 建模應用時，常出現所用族要創建的情形。對于初學者來說，往往只能創建基礎構件族，而不具備復雜構件族的創建能力。只能創建門族、窗族、異形柱族、變截面梁族等簡單構件，對族三維形狀創建方式應用不熟練。

2.2 調用常見構件族

為了滿足項目中常見構件使用的要求，建模軟件系統族庫或第三方族庫創建了常見族，便于使用者調用。調用族關鍵在于找到合適的族，并按要求調整族參數。系統族庫需要根據專業、類別、族、類型逐步縮小范圍，第三方族庫如族庫大師、廣聯達構建塢等，通過搜索關鍵詞查找族更加便捷。當無法找到滿足要求的族時，只好根據要求創建。

2.3 不能靈活應用族創建方法

運用基本方法創建族時，由于對族三維形狀五種創建方式掌握不全面或了解深度不夠，只掌握一兩種基本創建方式或五種創建方式的基本應用的情況居多，導致不能靈活運用族創建方法。在實際應用中，未能找到族三維形狀創建方式間的內在聯系，則導致運用時難以滿足復雜構件族創建的要求。

2.4 未系統掌握族創建方法

早期的BIM 從業人員大多是通過自學或工作中學習的方式掌握BIM 族創建方法，這種方式能夠滿足當下工作的需求，但缺乏系統性。BIM 技術類教材中有族三維形狀創建方法，但存在未拓展單種創建方式的深度和未梳理彼此間內在聯系的情況，讓學習者難以領悟創建方法，加大了應用的難度。如最基礎的拉伸技能，掌握拉伸的方向問題，最常用的是上下方向的拉伸，前后、左右方向的拉伸有時也會用到，但任意方向的拉伸往往被忽略。不能系統地掌握每種創建方法，對于不同創建方式效果的演變不清晰，僅能滿足簡易構件創建要求，當遇到復雜構件時，阻力較大。

3 族創建方法

3.1 族三維形狀創建

族中三維形狀的創建方式有拉伸、融合、放樣、放樣融合和旋轉，無論是實心形狀還是空心形狀都是采用這五種方式。從路徑和截面兩個方面用列表將五種創建方式進行對比，探尋其間的內在聯系，具體情況如表1所示。

表1 族三維形狀創建方式表

了解族三維形狀創建五種方式的應用要點至關重要。拉伸是最簡單的族三維形狀創建方式，其路徑是筆直的直線。由于拉伸路徑要通過所處的平面來呈現，這個平面可以是上下的面、左右的面、前后的面以及任意的平面，任意平面的拉伸也可以通過前三種平面所創建拉伸構件的旋轉實現；放樣方式，其截面形狀與拉伸一樣都要求是封閉的輪廓，但放樣的路徑更加靈活，可以是直線、曲線、折線，當放樣的路徑為直線時，其創建形狀效果與拉伸一致；融合方式，其路徑為筆直的下線，兩個截面形狀大小既可以不同，也可以相同，當融合兩個截面相同且在路徑方向上的投影重合時，其效果與拉伸一致，常常遺漏融合兩個截面形狀的中心沿路徑方向投影不重合出現偏離的情形，導致融合方式應用不充分；放樣融合方式是放樣和融合的綜合，需注意其路徑不能是折線；最后一種方式是旋轉，其截面形狀是封閉的輪廓，旋轉的中心是筆直的直線，旋轉所創建的形狀要與圓聯系起來，如圓柱、圓錐和球等。

在深入了解五種創建方式要點后，還需進一步探究各種方式間的內在聯系，這也是建模從業人員和學習者容易忽略的地方。當放樣的路徑為直線時就退化成了拉伸；當融合兩個截面形狀沿路徑方向投影重合時也可以實現；放樣和融合兩者都能實現的，放樣融合自然也可以實現。而旋轉只能實現與圓形相關的形狀，若拉伸創建的形狀為矩形柱，旋轉則實現不了。融合能創建的形狀，哪些方式能實現，需要具體分析，通過具體實例用其他方式驗證，以此鞏固系統并達到靈活應用的效果。

3.2 族參數設置

族參數中最重要的是材質和尺寸，族參數的設定體現了用戶在創建族時對族在項目中預期工作性能的意圖[4]。設置族構件的材質，選定族中相關構件，通過屬性面板中的材質設置，根據需要既可設定成實例材質也可以設置成類型參數。尺寸參數設置，創建族時通過參照平面標注出間距。選擇任一標注的數據，進入“修改/尺寸標注”上下文選項卡，點擊選項欄中的“標簽”，選擇“添加參數”，在彈出對話框中添加名稱，完成尺寸參數設置[5]。

4 族遞進式訓練

合理的訓練案例，有針對性地對族創建進行訓練，才能系統地掌握族的知識，達到運用自如的效果。挑選的訓練案例遵循由易到難的原則，按拉伸、融合、放樣、放樣融合和旋轉順序進行?？紤]到案例的嚴謹性和獲取性，以“1+X”建筑信息模型（BIM）職業技能等級考試中案例為主。

4.1 拉伸

案例一：2021 第三期初級實操題一，空心磚模型創建，如圖1所示。

圖1 創建空心磚模型

該題主要訓練的是上下方向的拉伸，既可用一次性實心拉伸創建，也可以先創建長方體實心拉伸，再創建內部空心拉伸。五種族創建形狀的方式，出現截面輪廓時要滿足輪廓封閉、首尾相連、不得交叉的要求。

案例二：2019 年第二期初級實操一，柱體模型創建，如圖2所示。

圖2 創建柱體模型

該題創建過程中，拉伸方向不再只限于上下方向。柱體可以用上下方向的拉伸，中間腹板結構可以用前后方向的拉伸，頂部結構可以用左右方向的拉伸，建模時拉伸方向應用比較全面。題中給出了三維圖，降低了識圖難度。有時題中對創建族三維形狀方式的考核，不局限于某一種，而是多種方式一起考核。

4.2 融合

案例一：2021 第二期初級實操一，柱基模型創建，如圖3所示。

圖3 創建柱基模型

該題除了考核拉伸外，還考核了融合。中間的形狀是由上下兩個不同矩形融合成的棱臺，上下方向形狀的融合是最常見的，也最容易掌握。融合運用時，需要區分融合的底面和頂面。默認先創建的底面形狀，再創建頂面形狀。

案例二：2019 第二期中級結構工程方向實操二，牛腿柱模型創建，如圖4 所示。

圖4 創建牛腿柱模型

該題主要考核拉伸和融合，斷面處的空心形狀除空心拉伸外，還要用到前后方向的融合。

案例三：沿路徑方向投影中心不重合時融合應用。

不同方向的融合應用較多，而中心不重合案例較少，難度加大。如圖5 所示的Y形柱。

圖5 Y形柱創建

該題考核的是拉伸和融合，雖然是上下方向的融合，但兩個圓形的中心在上下方向投影未重合，很多人創建Y 形分支時首先想到的不是融合，而是放樣或族轉。運用放樣和旋轉，要配合空心剪切才能實現，不能一次性實現。只要能理解并運用融合底部和頂部兩個形狀沿路徑方向投影中心可以不重合這一要點，建模就容易多了。

4.3 放樣

放樣運用時，關鍵要能夠快速確定放樣路徑和輪廓。

案例一：2020 第一期初級實操一，仿交通錐模型創建，如圖6所示。

圖6 創建仿交通錐模型

仿交通錐模型從上到下分別可以用放樣、融合和放樣創建。難點在于確定放樣路徑和放樣輪廓，如果能夠快速確定，那么難度就降低了。上部三角錐放樣路徑是底部的矩形，輪廓為直角三角形；底部八邊形，底座放樣路徑為正八邊形，輪廓為主視圖中的半個形狀。在放樣中截面形狀與路徑垂直，牢牢抓住這個要點，有利于靈活運用。

案例二：2020 第四期初級實操一，裝飾門洞模型創建，如圖7所示。

圖7 創建裝飾門洞模型

門洞內框主要考核放樣的應用，放樣路徑為圓形，輪廓為大樣圖中的凹槽形。通過兩個案例可知，放樣關鍵在于確定放樣路徑和輪廓，放樣的路徑形狀變化較多。

4.4 放樣融合

放樣融合綜合了放樣與融合兩種方式的特征，特別要注意放樣融合的路徑不能為折線，也是與放樣路徑最大的區別。放樣融合是由兩個截面形狀和一條路徑來創建形狀的，一般來講融合能實現的，放樣融合一定能實現；放樣能實現的，只要路徑中沒有折線，放樣融合就能實現。近四年1+X真題中未出現一定要用到放樣融合才能創建的模型?？梢詰们笆龇艠雍腿诤系陌咐?，對放樣融合創建方式進行訓練。

4.5 旋轉

在應用旋轉時，最主要是找出旋轉的中心和旋轉的截面，需要強調的是，旋轉的截面只能取半個形狀，如圓柱只能取中心截面矩形的一半，圓錐也只能取三角形中的半個即直角三角形，球只能取中心截面圓形的半圓。

案例一：2020 第一期初級實操二，儲水箱模型創建，如圖8所示。

圖8 創建儲水箱模型

該題主要考核拉伸和旋轉，中間桶身需要用到上下方向的旋轉創建。桶身的左視圖是一個圓形，主視圖中桶身的上半部分作為旋轉的截面，中線作為旋轉軸。理清了這些要點，就能快速創建桶身。

案例二：2020 第二期初級實操一，球形噴口模型創建，如圖9所示。

在熟練掌握三維形狀創建方式后，可以敏銳地發現其考核的是旋轉。外部形狀可以用沿著左右方向的軸線旋轉，里面的空心形狀也可以沿左右方向旋轉，但旋轉之后要將內部形狀整體轉動60°才能滿足要求。

通過對族創建三維形狀五種方式9個案例的分析，全面展示了各種創建方式的應用，對于應用中的難點進行了深入剖析。上述案例側重族三維形狀的創建和材質設置，未考核形體尺寸參數化。尺寸參數化能夠滿足族不同類型的使用需求，也需要加以訓練。尺寸參數化主要是通過創建參數平面，將截面輪廓線與參照平面鎖定，進而對參照平面進行標注設定標簽實現尺寸參數設置。參數化族真正做到了所見即所得，體現了BIM 技術的巨大優勢[6]。打牢族三維形狀創建方式的基礎后，對族材質設置和尺寸參數化進行練習，將有效提升族創建能力。

5 結論與展望

族作為BIM 模型創建中最關鍵、最靈活的組成部分，很多人從業多年仍然只掌握最常用的族創建方式，未能系統地掌握族創建理論知識，建模運用時存在一定的困難。通過列表將族三維形狀創建的五種方式進行對比，探究了彼此間的內容聯系。按照由易到難遞進原則，結合1+X 建筑信息模型（BIM）職業技能等級證書中的真題訓練，力求在系統掌握族創建方式理論的基礎上，進行針對性的實操訓練，從而提升族建模水平。

①族創建方法靈活多樣。實現一個族模型創建的方式往往不只一種，常常多種方式能創建同一個形體的情形。掌握好族創建的理論知識并能熟練應用后，族建模時可以達到一形多解的水平。有時一個形狀既能一步創建，也可以分步實現。仿交通錐頂部的三角錐既可以用放樣一性次創建，也可以先用拉伸創建一個長方體，再用空心拉伸剪切兩次實現，最終呈現的建模效果相同。

②族參數化的應用。本文側重系統講解族創建理論和運用族創建三維形狀的方式，對于參數化實操闡述不夠充分。在掌握并能靈活應用族創建方式后，參數化就顯得更加重要，需要進一步強化訓練。常規矩形、圓形尺寸參數化較容易，異形形狀參數化難度較大，需要強化練習才能掌握。

③通過應用促進族創建技能提升。應用是技能提升的重要保障，文中以1+X 建筑信息模型（BIM）真題為例介紹了族創建方式。BIM 從業人員由于工作崗位要求不同，創建族的需求也不同，如創建機電設備族、橋梁族構件等。系統地掌握了族創建方法后，在各自專業內選擇適當的族進行練習。觸類旁通將大大提升BIM 建模水平，為BIM 技術應用提供有力保障。