文章来源：Kevin的BIM随笔

    传统BIM软件的用户往往对“装配”这个概念不太熟悉，这是因为传统BIM软件不重视这个概念。但如果提到达索系统的CATIA软件，很多人都有这样一个印象：CATIA比传统BIM软件更适合面向制造的精细化设计。那么，这种优势是从何而来呢？前文讨论的3D建模技术只是因素之一，另一个重要因素就是CATIA的模型装配体系。甚至可以说，装配体系是CATIA进行产品数据管理的核心。

    CATIA的装配结构树

    在以CATIA为代表的制造业设计软件中，经常出现三个基本名词：特征、零件、产品。我们可以认为零件是一个物品的最小组件，例如一个螺栓。特征是零件上的一个几何元素，例如螺栓是由螺帽、螺杆和螺纹等几何元素组成。产品则是由多个零件（或者子产品）构成的装配组合，例如一个门锁是由螺栓等多个零件组成。每个产品都可以在不改变装配结构的情况下，把其中的某个零件/子产品替换成同类零件/子产品，例如我们可以把门上的旧锁拆下来换成新锁。这是现实世界中的真实逻辑。

    达索系统的CATIA软件基于3D体验平台，它不仅支持用户自定义对象类型和属性，从而描述每个产品/零件的信息（参见前文“（三）对象的信息管理机制”），还提供了一套逻辑严谨的科学方法，用于描述产品的装配结构。在CATIA中，每个产品都可以自顶向下、逐级分解，同时保留其中的关联逻辑。——如果把一个建筑物作为一个产品，它是由多个楼层装配而成，每个楼层又是由墙、楼板、门、窗等产品装配而成。如果把门视为一个产品，那么又可以把门分解成门框、门板、合页、门锁等产品，其中的门锁又可以分解成螺栓、锁销等零件……如此一级级的分解开来，就形成了一个逻辑上的结构树，每个产品/零件在结构树上都有自己的位置。因此，CATIA的数字模型不仅记录了每个对象自身的信息，还记录了对象之间的关联逻辑，既可以研究产品整体，又可以剖析其内部结构，这是符合数字孪生理念的。

    （插图：在左边的结构树中可以看到，斜拉桥上的每根拉索Cable都是一个单独的产品，挂在“拉索系统”节点下。）

    在创建结构树时，用户可以根据各阶段的不同需求，自行决定分解深度。例如，在建筑的方案阶段只需分解到楼层或者房间，而施工图阶段需要分解到门窗，到了制造阶段再把门窗分解成零件。因此，结构树的深度是逐渐生长的，无需在方案阶段考虑过多的细节，又可在制造安装阶段满足其生产需求，其最终形态取决于项目的应用广度和深度，并无一定之规。例如，下图是两种典型的结构树划分方式，分别针对建筑和铁路工程：

    （插图：典型建筑和铁路工程的结构树划分示意图）

    有了结构树之后，一个直观的好处是，可以很方便地根据逻辑结构在庞大的模型中找到任意对象，就好像使用Windows操作系统中的资源管理器一样。例如，我们要在一段铁路中找到某座桥的第3个桥墩的桩基承台中的某一组钢筋，无需在图形视窗中进行搜寻，只要在结构树上逐级展开相应节点即可。而在浏览/编辑模型时，我们还可以利用结构树决定打开模型的范围和深度。例如，如果我们只要浏览大桥的整体模型，就没有必要打开所有的钢筋显示；而如果我们要设计桥墩内部的钢筋，只需要打开该桥墩即可，也没有必要打开整个大桥模型。这样一来，系统的性能得到优化，可以处理更大的模型。

    （插图：在CATIA中打开单个桥墩模型来设计钢筋，无需打开整个大桥模型）

    结构树的好处还不仅于此。利用结构树，还可以把不同的节点（可以理解为专业任务）分配给不同的人员，实现分布式协同设计。举例而言，在铁路设计中，一旦路线方案完成，就可以在结构树上为每座桥梁、隧道创建相应的节点，然后桥梁、隧道工程师分别在各自的节点下开展设计。设计的成果会自动装配到项目结构树上。结构树不仅可以用于组织设计内容，还可以用于不同专业/人员之间的信息共享。每个专业可以把本专业需要对外共享的数据发布到结构树上，其它专业就可以直接引用这些数据。例如，线路专业把线路成果发布到结构树上，隧道专业就可以引用该线路对象作为隧道中心线；隧道专业的成果发布到结构树上，暖通、电气等专业也可以引用其设计成果作为本专业的设计依据。如果前序专业的设计发生了变化，后序专业的相关设计就可以自动进行更新。这样一来，就实现了真正基于数据共享的协同设计，而不是简单的文件共享。

    综上所述，装配结构树是产品数据管理的利器，它使我们能在不同层面上访问和共享产品数据，同时也为协同设计打下基础。

    AutodeskRevit软件的装配能力

    传统BIM软件往往不具备CATIA这样的装配结构树。当然，如果我们说传统BIM软件完全不具备装配能力，那也是冤枉了它们。以AutodeskRevit软件为例，事实上它也多少提供某些装配技术，但总是感觉差一口气、似是而非。我们从几个具体方面来看。

    首先，从产品的内部构造来看，Revit提供嵌套族技术，可以实现简单的组合式产品。例如，我们可以把一个门族和一个窗族组合起来成为“门联窗”族，如果这个窗族本身有多个款式（即Revit中的“类型”），那么门联窗的款式也可以有相应选择。但是，用户只能选择嵌入族的不同款式，而不能动态增删、替换其中的嵌入族。另外，也不支持自顶向下的逻辑拆分。例如下面两个典型场景，大家可以思考一下：

    场景一：某厂家生产10种不同的门和10种不同的锁，项目中可能用到所有的“门+锁”组合。在CATIA中，只需要制作10+10=20个构件模板，就可以交给建筑师去自由装配。在Revit里面需要制作多少个族、如何嵌套呢？

    场景二：一根30米长的大型箱梁，需要拆分成3米一段的预制节段。如果箱梁的截面形式或者轮廓尺寸发生变更，如何实现预制节段的自动更新？

    （插图：在CATIA软件中实现箱梁的节段拆分，每个节段是箱梁的一个子部件）

    其次，从产品相互关系来看，Revit在不同对象之间传递参数的能力很弱。一般来说，对象A不能直接引用对象B的参数，只能通过参照面、尺寸锁定等机制实现一些基本的几何约束，这在复杂设计中是不够的。例如，如果我们要根据建筑的层高自动设定窗户的尺寸，或者根据管道直径在墙上自动开孔，都无法直接实现。因此，在Revit中很难实现基于参数和规则的自动化设计。（Revit可以通过二次开发或者Dynamo脚本来执行一些自动化任务，但仍然相当繁琐，也不是智能关联的。）

    从项目组织层面来看，Revit提供链接或者工作集方式，可以把项目分解成一些工作包，交给不同的子团队完成。但是，由于Revit没有装配结构树，因此很难管理工作包之间的相互关系，只适合项目逻辑简单、各专业之间依赖性不强的情况。如果专业数量众多、各专业之间的依赖关系错综复杂，Revit就会显得力不从心。像CATIA那样条理清晰的分布式协同设计，在Revit里面是难以实现的。因此，如果只是在Revit中进行翻模那还好说，如果是频繁变更的正向设计，各专业之间的协调仍然相当困难。

    此外，正如本系列前一篇文章“对象的信息管理机制”中谈到的，Revit在机制上不支持自定义对象类型。因此，用户只能使用门、窗这样的预定义对象类型，而不能创建新的对象类型，例如门锁、龙头、浴缸。这不仅给产品的信息管理造成障碍，也从根本上制约了Revit的深化设计能力——从本质上说，Revit的目标是帮助建筑师把面前的构件/子系统组合起来，而不是去深入设计这些构件/子系统本身。举例而言，在Revit中时常看到电梯、空调、配电箱等设备模型，可是这些设备在Revit中仅有一个简单外壳，并不是真正的工程模型。而如果有人试图用Revit去创建一部电梯的工程模型，他一定会感到深深的失望。

    （对于很熟悉Revit软件的用户，不妨再做一点延伸性的思考：Revit中的族包括系统族和可载入族，例如墙和楼板是系统族，而柱和门、窗都是可载入族。然而这两种族的本质区别是什么？关键在于，系统族具有某些特定的装配规则，是用程序固化在软件中的，所以用户无法自己创建系统族。而可载入族不具备这样的规则。）

    总结

    从上面的分析可以看出，Revit作为一款BIM软件，它的装配功能比起CATIA这样的数字孪生建模软件进行了大幅度简化，并针对建筑行业的特点进行了改造。这种做法使其更容易被建筑业用户接受，但也极大牺牲了设计的灵活性。对于LOD300级别（传统施工图设计，我们可以理解为“建筑师眼中的建筑”）的BIM建模来说，这套机制大致够用，但如果我们要深入到LOD400级别（制造和安装工艺，我们可以理解为“工人眼中的建筑”），就会暴露出不足。

    当前的中国建筑行业把装配式建筑作为发展方向，其本质就是把建筑拆解成可预制的构件，并且在施工现场进行装配。在这类项目中，行业不能再用传统眼光来看建筑，而要向制造业学习，以工业化的眼光来看建筑。很明显，传统BIM软件不能很好的支持建筑构件的拆分和装配体系，而源于制造业的CATIA软件能够更好的满足其需求。因此我们认为，在装配式建筑中更有必要选择这样的先进软件。

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