Revit二次开发在建筑照明中的应用

Revit二次开发在建筑照明中的应用

张学甲

中铁七局集团有限公司勘测设计研究院郑州450048

摘要：电气照明设计是电气设计的核心部分，其设计的合理性与人们生活品质息息相关。随着社会进步及生活水平提高，照明设计的规范标准和要求也越来越严格。与其相对应的是，照明设计软件目前仍然停留在二维CAD软件，其设计效率较低。

与此同时，BIM的发展给电气照明设计带来了新模式。本文通过Revit软件的二次开发，制作了电气照明设计插件，增加了点照度计算、平均照度计算及功率密度计算方法，弥补软件相关的不足，方便照明设计，推动BIM技术发展。

关键词：照明；Revit；API；

0前言

《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB55015-2021自2022年4月1日起开始实施，其中3.3.7条列举了关于照明功率密度和照度标准值要求，相比较《建筑照明设计标准》GB50034-2013，此新规范将后者的普通条文升级到了强制性条文，说明国家对节约能源和合理照明设计的要求越来越高。

在目前的电气照明设计中，CAD仍然是广大设计人员首选的设计软件，然而受限于其二维设计的局限性，三维空间元件信息无法充分表达，因此实际设计中，无法直接通过软件自动计算照度和功率密度，仍然需要设计人员根据在确定灯具数量、功率、排布方式后，后通过计算器进行计算，得到需要的数据。此种方法效率较低，过程繁琐，信息化程度不高。

由于Revit在建筑设计中仍然没有像CAD一样广泛使用，二维平面设计仍然是制图的主流，同时电气设计在建筑设计中没有建筑、结构的比重大，因此Revit软件中电气插件开发在整个行业中有关二次开发内容的比重较小，与建筑、结构有较大差距，从Revit的面板栏即可看出，“建筑”、“结构”分别为一栏，电气与其他专业集成在了“系统”栏，打开电气的工具栏内容也不多，需要优化的空间很大。

Revit软件属于专业为BIM设计的一款属于平台级别的建模软件，其中配备了十分强大的三维建模功能而建筑信息模型，具备的特点即是可视化、参数化，通过Revit软件，可以充分发挥其三维空间信息的优势，自动识别灯具的安装高度、灯具参数等内容，进而可以实现自动计算照度和功率密度，方便检查是否满足规范要求。通过Revit自带的API（Application Programming Interface），将编写的程序加载到软件当中，Revit API是建立在Revit产品基础至上的。它是一个类库，需要在Revit运行时才能够工作。通过强大的API，可以添加用户基于API开发的插件来扩展和增强Revit的功能和应用。同时，使用SDK（software development kit）中RevitLookup和AddinManager等软件访问模型中的图形数据、参数数据，进而对元素进行各种操作。

1 开发工具及开发流程

1.1 Revit软件属于一款非常出色的平台级别的建模软件，功能强大，但是很难满足具体某个专业的设计人员需求，因此它提供了开源的API接口，通过其接口，可以使技术应用范围相对较大并且应用价值也更加理想。

其开发工具主要通过以下几个软件实现：

（1）Microsoft Visual Studio：此平台是微软公司开发的用于开发者编写程序的软件，可通过多种语言进行编写，如Python、C#、Linux等语言。本文通过C#语言进行编程，完成软件的二次开发。值得注意的是，本文使用的是Revit2019是基于.NET4.7运行环境的，因此也需要Visual Studio的版本为至少2017版以上。

（2）Revit SDK：即Revit的工具和使用程序，包含RevitAPI.chm、RevitLookup和AddinManager等软件。RevitAPI.chm是Revit开发中最常使用的一款文件，类似于开发的工具书，里面包含了所有RevitAPI的方法、相关类以及类的成员。编程中使用的调用属性均可以通过RevitAPI.chm进行查找，类的功能、属性在文件中均有解释。RevitLookup是欧特克公司自研的插件，不用通过代码即可在Revit中直观看到API对象，在日常使用中可以查询元件的详细参数，也可以看到参数在软件中的命名，编程时直接调用。AddinManager可以在Visual Studio编程结束后，在Revit中调用Visual Studio的dll文件，查看具体功能是否实现，方便编程过程中的调试。也可以在编程结束后，在程序封装到addin文件后，AddinManager直接调用addin文件，方便后期的使用。

1.2 通过外部应用(IExternalApplication)和外部命令（IExternalCommand）结合的方式开发点照度、平均照度、功率密度计算工具，通过外部应用的方式添加菜单和工具条，通过外部命令的方式实现点照度、平均照度、功率密度计算。工作流程图如图2-1所示

图2-1 Revit二次开发流程图

2数据的抓取与处理

2.1使用到的命令

（1）外部命令IExternalCommand。IexternalCommand是API用户通过外部命令来扩展Revit时必须在外部命令中实现的接口。包含如下内容：

UIApplication：创建菜单；

UIDocument：用户和文档的交互；

Application：处理文档；

Document：处理元素。

前两类分别访问UI交互级别的应用和文档类，后两者则分别访问其他内容的用户和文档类。本文在VisualStudio中使用到了UIDocument、Document。通过外部命令功能，调取Revit API中关于房间面积、灯具高度等参数，实现的Revit和Visual Studio的交互，即用户界面和编程软件、前端和后端的信息传递。

（2）外部引用IexternalApplication。Revit插件开发者可以通过此功能实现来添加应用。每次Revit启动时，会自动加载指定目录下的addin文件。因此编程结束后，将程序封装到addin文件，并放入指定文件夹。Revit即可以通过addin文件来识别和加载实现IexternalApplication的外部插件。本文在编程完成初步的功能，已经实现点照度、平均照度、功率密度计算等目标时，把功能封装到插件中，方便今后调取使用。

2.2提取面积数据。

获取元素的方式主要有三种：

（1）通过ID获取元素，由于Revit中的元素都有一个ID，可以通过ID来直接从文档中获取元素，命令为Document.GetElement(new ElementID(30));

（2）.通过过滤器获取元素，过滤器方式是API里使用最广的方式，也是Revit推荐使用的方式。需要创建收集器与过滤器来获取用户想要的元素，命令为FilteredElementCollector=newFilteredElementCollector（doc）；

（3）通过选择，使UIDocument的Selection属性，用户可以获得被选中元素的集合。命令为Uidocument.Selection.GetElementIDs()

本文在操作中，并不是大面积的选择房间进行照度计算和功率密度计算，仅仅为选定的某一个房间。因此本文选择了最后一种获取元素的方式，即调用了Uidocument的Selection属性。

在Revit中，有许多功能已经在软件中实现，如墙面积、地面面积等，这些数据可以通过LookUp软件进行查看。同时，通过Visual Studio软件的编程，提取LookUp的中面积数据，方便进行后续操作。面积数据在LookUp中存储于ParameterSet，日常操作中可以在Snoop Parameters界面中看到。面积数据如下图所示

图2-2 LookUp中面积属性

在二次开发里，需要将其中的房间面积数据提取出来。值得注意的是，在照度及功率密度计算公式中，常规要求选取的是地面面积，而在Revit的操作中，设计师通常是由上向下俯视，这种视角不利于地面的选取，需要选定指定剖面才能看到地面面积。而房间的地面面积是和屋面面积相等的，这时可以通过抓取房屋屋面面积的方式，得到地面面积。

Visio Studio软件中，通过命令

Selection sel = uidoc.Selection;

Reference r = sel.PickObject(ObjectType.PointOnElement);

Element element = doc.GetElement(r);

Ceiling ceiling = element as Ceiling;

首先令用户选择一个屋面，此时，如果用户不小心没有选择到屋面，则需要做出设定，让用户重新选择。通过命令

Ceiling ceiling = element as Ceiling;

if (ceiling == null)

return Result.Failed;

直到用户选择一个面以后，通过命令

Parameter parameter =ceiling.get_Parameter(BuiltInParameter.HOST_AREA_COMPUTED);

  double area = parameter.AsDouble()

取得所选屋面的面积。抓取的数据即是LookUp中可以看到的AsDouble中的数据，由于Revit是国外软件，所有数据的单位都是英制单位，因此其中的数据是单位是平方英尺，需要乘0.092903转化为平方米数据，这样才能在后续的计算中得到正确的结果。此模型所得面积为14.4平方米。

2.3 识别灯具，获得光通量和功率。

在Revit中，每个构件都有自己的命名。在软件自带的灯具族中，灯具是以灯具“形式-安装方式-数量-功率”来命名的，如下图

图2-3 灯具族的命名

识别灯具中命名，就可以获得灯具的功率，获得功率后，根据《室内照明用LED产品能效限定值及能效等级》GB 30255-2019 和《普通照明用LED平板灯能效限定值及能效等级》GB 38450-2019相关规定，室内能效至少为三级，即60lm/W（色温<3500）和70lm/W（色温≥3500），依据《建筑照明设计标准》GB50034-2013规定，常见的如办公室、商场、控制室等场所的色温为3300~5300。因此选择灯具能效为70lm/W。以50W灯具为例，其光通量为3500lm。通过抓取灯具功率，同时获得了功率和光通量，一举两得。

2.4 抓取灯具安装高度。

Revit中灯具通常是族，以族实例（FamilyInstance）形式存在。而族在三维中有多个标高，不方便准确抓取和计算。在数学计算中，通常将物体定义为一个点，因此可以选择灯具安装的顶面作为所需要抓取的高度。本设计中灯具采用吸顶安装，灯具的安装高度和屋面的高度是一致的，即选择了屋顶高度作为灯具高度。在前文中已经将屋顶的面积成功抓取，同抓取面积的方法一样，但是修改了抓取的参数。在日常操作的属性界面中，同面积一样，LookUp中也有屋面的高度，方便日常查看。如下图所示

图2-3 LookUp中高度属性

通过程序处理，获得了屋面的高度。同样的，AsDouble数据中存储的是英尺数据，需要乘0.3048转化为米。此模型灯具高度为3.5m。

3 数据计算

3.1 点照度计算。根据《照明设计手册》（第三版）第五章：照度计算公式（5-1），点光源照度为，R为点光源到计算点距离，为光强，单位cd。由公式可以看出，照度与光源到地面距离的平方成反比。本文中设定光强为3500cd，R即是灯具安装高度，为上文提取的自标高的偏移量，为3.5m。

计算结果如下

图2-4 点照度计算结果

3.2 平均照度计算。根据《建筑照明设计》（第三版）第五章：平均照度计算公式（5-39），平均照度计算公式为，其中n为光源数量，为光源光通量，U为利用系数，K为维护系数。利用系数设定为0.8，维护系数设定为0.8.

计算结果如下

图2-5 平均照度计算结果

3.3 功率密度计算。根据《建筑照明设计规范》GB50034-2011条文说明，功率密度（LPD）单位是W/m2，为灯具功率/房间面积。值得一提的是，条文特意强调，不应使用照明功率密度限值作为设计计算照度的依据。LPD值近作为校验和评价的指标。

计算结果如下

图2-6 功率密度计算结果

4 插件封装

制作UITab，在Revit的面板上，添加照明计算的插件，在照明计算插件的内部包含有三个内容，分别为点照度计算、平均照度计算、功率密度计算。

（1）第一步，创建一个RibbonTab；

application.CreateRibbonTab(“照明计算”);

（2）第二步，在刚才的RibbonTab中创建UIPanel；

RibbonPanel rp=application.CreateRibbonPanel(“照明计算”，“点照度计算”)；

RibbonPanel rp=application.CreateRibbonPanel(“照明计算”，“平均照度计算”)；

RibbonPanel rp=application.CreateRibbonPanel(“照明计算”，“功率密度计算”)

创建三个按钮实现照明计算的三个功能。

（3）第三步，指定程序集的名称以及所使用的类名；目的是将上述三个按钮和程序中的功能链接起来，保证程序的成功调用。以功率密度计算为例，需要将程序集的路径(string assemblyPath)、命名空间及类名(照度计算.LDP)输入进去。

（4）第四步，创建PushButton，程序为PushButtonData，以功率密度计算为例，需要输入4个参数。参数1：在程序内部的名称（InnerNameRevit），程序内部的名称必须唯一，不能重复；参数2：按钮上显示的名称(功率密度)，按钮上的名称是可以重复的，不会报错，例如“功率密度”；参数3：程序集路径（assemblyPath）;参数四：程序使用到的命名空间及类名（照度计算.LDP）

（5）第五步，将PushButton添加到面板中。添加的面板内容可以是文字，也可以是图标，大图标限定32px，小图标限定16px，输入图标路径（string imgPath）和将路径下的图标赋值进去（pushButton.LargeImage=new BitmapImage(new Uri(imgPath));）

（6）第六步，Revit加载应用插件。通过输入Loaded Applications功能，加载生成的插件，同时由于是已经不需要在进行调试，因此加载的时候可以把Loaded Commands内的dll文件点掉。加载成功后，会再Revit面板上生成新功能。需要注意的是，通常加载程序是Revit2014，因此生成的addin文件会存放在2014文件夹内，本文使用的Revit是2019版本，需要将2014文件夹的addin文件复制到2019文件夹，这样Revit打开时就会有新的面板出现。如下图所示。

图2-7 插件封装后面板新增功能

5结论及展望

5.1 总结

现在电气照明设计领域的自动化程度不高，而规范对于照明设计的要求越来越高，此两者存在发展不平衡的矛盾。二维平台由于软件自身特性限制，已经很难满足设计功能的要求。

本文完成的工作：

（1）本文基于Revit软件和Visual Studio软件，通过抓取Revit中的Uidocument中灯具功率数据、房间面积数据、屋面高度数据，进而对数据进行处理，根据现行规范，套入照度计算、功率密度计算公式，实现了三维软件中某个房间的点照度计算、平均照度计算、功率密度计算。

（2）在功能完善后制作了插件，可以在软件打开后自动存在于面板栏，方便后期使用时调用功能，在实际使用中解决了二维软件无法自动计算三维参数的难题。本文通过插件的实现，丰富了电气三维软件设计的插件，方便了照明设计，提高了建筑电气设计效率。

5.2 展望

虽然已经完成了照明设计插件的功能，初步实现了电气设计的自动计算，但是目前仍然有几方面需要继续加深研究。（1）目前Revit自带的有关灯具的族数量不够多，灯具类型不够完善，因此在后期设计中需要补充灯具的种类，可以通过制定几种标准的灯具，将功率、安装方式、光源数量确定下来。（2）一个建筑有多个房间，不能依靠人力一个房间一个房间的标记，需要程序自动将所有房间的平均照度，功率密度计算出来，列一个表格。这时编程中就不用能Pick命令，而需要要Filter过滤器功能，把平面中所有的房间面积和所有灯具属性分别提取出来，进行每个房间的计算，再将计算结果以表格的形式罗列出来。

随着三维设计市场的逐渐扩大，软件功能的逐渐丰富，二次开发人员增多，插件也越来越完善，设计的便利性会增强，进而推动三维软件的推广，整个循环会形成正反馈，推动软件不断发展。目前已经有公司专门进行三维软件的开发，做了国产三维软件，结合国内BIM技术的发展，凭借三维软件自带强大的建模能力和信息化模式，必将在国内建筑电气化占有一席之地。直到三维软件设计便利性和二维软件一样时，二维软件就会面临淘汰，建筑电气设计智能化、自动化在未来也有望实现。

参考文献

[1]卢世碧,李健梅,李雪松等.AUTODESK REVIT二次开发基础教程[M].上海,同济大学出版社,2015:5-13．

[2]王鑫.基于Revit软件的建筑电气设计分析[J].现代建筑电气,2016(10):7-9．

[3]杨娜.基于建筑信息模型的电气照明自动设计研究[D].上海:华东交通大学,2021．

[4]王晅.BIM技术下照明设计方法研究[D].天津:天津大学,2017．

[5]王韶霞,崔玉礼.AutoCAD二次开发技术在煤矿的应用[J].煤炭技术,2013,32(6):165-166．

[6]谢伟双,陈利强,周云凯等.BIM技术在变电站工业化项目中的应用研究-以110kV龙华中心变电站为例[J].山东建筑大学学报,2018,33(4):84-89.

[7]李咏红.CAD二次开发方法研究与实现[D].成都:电子科技大学,2004

[8]邓波,李云,程广仁.BIM技术在施工企业中应用方式的探究[J].山东建筑大学学报,2014,29(2):182-186.