BIM专业软件

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关于Revit与3D3S建筑信息模型的数据转换
随着计算机硬件与软件技术的迅猛发展, 计算机辅助设计在建筑领域的应用也得到了长足的发展, 大量的计算机建筑辅助设计软件相继涌入市场, 尽管各个软件都基于唯一的建筑实体模型, 却因为仅仅支持自己的数据标准, 因而本专业软件间、相关专业软件间的数据交换与共享成为建筑设计集成化技术的瓶颈。针对以上问题, 不外乎两种解决之道: 各应用软件自行开发相互数据交换与共享的接口, 如同济大学的3D3S 软件9. 0 版本便提供了由 PKPM软件的SAT W E 模型文件的导入接口和至A NSYS,SAP2000 模型文件的导出接口。然而此解决方案并未根本解决建筑模型的数据交换与共享问题; 一个真正的完全开放的建筑产品数据表达与交换国际标准的产生才是充分实现数据交换与共享的基础。IAI( International A lliance for I nteroperability) 组织定义的IFC(Industry Foundatio n Classes) 标准便是一个获得建筑领域专业人士广泛支持的ISO 标准。本文研究的内容就是介绍如何应用IF C 标准实现建筑模型自动生成结构模型文件。IFC 标准与Revit IFC 标准本质上是建筑物和建筑工程数据的定义, 值得注意的是其建立在拥有大量成熟研究结果的ST EP 项目基础上, 例如ST EP 的几何定义和建筑工程核心模型, 全世界基于EXPRESS的领先研究成果都可以很容易地引入I FC。尤其是ST EP 中的建筑结构模型的发展能够有效应用在IFC 项目中。1997 年1 月,IAI 发布了IF C 信息模型的第一个完整版本( IFC1. 0 版本) ,2006 年2 月发布了IFC2x 版本3( 简称IF C2x3) , 本文就是基于该版本实现数据转换。国际上三大CAD 应用软件开发商Autodesk 公司、Bentley 公司和Graphisoft 公司均已经接受并支持IFC 标准, 本文就是采用Autodesk 公司的Revitar chitecture 和Revitstructure 软件导出的IFC 模型文件转换为结构模型文件。尽管IFC 的文档是完全开放的, 然而其所采用的ST EP 文件格式的复杂性以及IF C 建筑模型本身的复杂性都使得IFC 开发并非易事。因此很多公司开发了旨在为IF C 开发者提供方便的IFC 工具包, 通过这种工具包开发者就不需要将大量的时间花在底层支持平台的研发上。目前常用的IF C 工具包有EPM T echnology AS 公司的EDM modelConver ter , Eur ostep 公司的IF C Classic T oolbo x, T N O Environment and Geosciences 公司的IF C engineDL L 等。本文就是基于IF C engine DLL 工具包实现IFC 文件的建筑模型信息提取。3D3S 与结构模型文件3D3S 的结构模型文件的一般表达格式如下:1) 注释:以$或!或\或/ 开头的字符串表示是注释, 注意其中不能有空格。2) 定义结构体系:ST RU N o。3) 定义长度单位:U NITNo。4) 生成节点:N 节点号坐标x 坐标y 坐标z。5) 生成单元:E单元号节点1节点2。6) 定义节点约束:Con 节点号X( 0 1) Y( 01) Z( 01)RX( 0 1) RY( 01) RZ( 01) 。∀ ∀因篇幅限制, 文件的表达格式在此未表示完全, 可查阅3D3S使用手册。IFC 文件到3D3S 文件的数据转换数据结构:主要采用的几种数据结构有节点、单元、楼层三种数据结构。节点的数据结构:Calss Node{Int NodeI D; / / 节点的索引号Double CoordinateX, CoordinateY , CoordinateZ;/ / 节点的三维坐标值Int ConstraintT ype; / / 节点的约束类型A rraylist NodeInElements; / / 节点所属单元链表} ;单元的数据结构:Class Element{Int ElementI D; / / 单元索引号A rraylist NodesInElement; / / 单元内节点链表Int Sect ionT y pe; / / 单元截面类型Int ProperT y pe; / / 单元材性类型Int ContainedI nF loor; / / 单元所在楼层Int ElementT y pe; / / 单元类型} ;楼层的数据结构:Calss Floor{Int FloorI D; / / 楼层索引号Double Elevation; / / 楼层顶标高Double F loorHeig ht; / / 楼层层高
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Revit在建筑施工图中的运用
信息技术的浪潮正在席卷全球,对于建筑领域,各种三维数字化设计软件在建筑师的创作过程中扮演着越来越重要的角色,帮助他们张开想象的翅膀,将虚拟变为现 实。国内外的一些前卫建筑师,已经将软件与人的智慧进行完美结合,创造出前所未有的建筑形象和空间体验。当然,传统的社会观念、行业体制、设计方法和施工 手段仍然制约着建筑师的探索,尤其是在大体量建筑的设计建造中。在上海欧特克中国研究院的支持下,敦煌莫高窟游客中心的施工图设计成功应用 Autodesk Revit 2010测试版软件,为建筑师提供了全新的体验。这其间的收获有经验,也有教训,值得我们了解和分享。 地处戈壁边缘,面对茫茫大漠,敦煌莫高窟游客中心如同风吹过沙丘一般从大地中生长出来,蜿蜒起伏,自由奔放。几组自由曲面的屋顶不断交织、扭转、分离,有 的甚至开满孔洞,像沙漏一样落地。室内主要公共空间将结构的曲面井字梁暴露出来,如同洞窟中的藻井分格。立面窗户借鉴洞窟在崖壁上开洞的方式,在双层墙体 上设置弧形倒角的外龛……这些复杂的形体变化赋予这组建筑极具特色的外观,但是同时也成为施工图设计中的难点。考虑到造价和当地的施工水平的限制,我们选 择现浇钢筋混凝土而非钢结构作为建筑的主体结构材料,因此三维空间曲面混凝土造型的定位,就成为需要解决的核心问题。如何建模,如何定位,如何能在任意位 置切出剖面、引出节点详图,如何保证对将来施工具有实际的指导作用,这些实实在在的问题已经冲淡了方案阶段的创作激情,必须静下心来一一解决。三维建模 三维建模是本次施工图设计最关键的任务。我们希望应用R e v it能够准确描述三维形体和空间,并转换成二维图形语言进行准确定位,利用BIM的优势提高工作效率,便于修改,减小工作强度。首先明确工作思路:将复杂任务依据一个统一的逻辑结构进行拆分,分解为几个中等难度的工作包;继续向深度 扩展,形成金字塔式的树状逻辑结构,将中等难度工作包细化为很多个简单工作,并规范化一系列简单动作,用以保证简单工作的完成质量;依照逻辑结构逆向组合 工作成果,最终得到解决方案。具体分为以下几个步骤:第一步,参照一般施工中混凝土模板的尺寸,我们采用2m×2m的格网轴线,作为整个建筑平面及空间的 基本定位尺度,所有的定位都与这套轴网发生关系;第二步,将垂直墙体和曲面屋顶分离开,分别由两个人去完成;第三步,将曲面屋顶按一定规律继续分解,逐个 建模,再重新拼装,完成整个模型。曲面屋顶及三维空间曲梁 首先我们分解工作模型。先依照结构变形缝将较长的屋面一分为二,形成东、西两区,再按照形体分合的变化不同分解为一个个单独的曲面屋顶,最后将独立出来的 曲面屋顶解体成为基本的结构构件——主梁、次梁、板、女儿墙和架空屋面板。于是,复杂的曲面模型被彻底拆分为许多基本的单元构件。 在分解模型之后,我们对基本单元构件进行分区定义和编号分组。编号是在轴线这个基本逻辑层面下增设的一个附属逻辑,这个工作步骤确立本案每一个基本构成元 素的唯一性和空间确定性,以便以后进行工作成果的检查与修改。我们将全部构成元素列出一个完整的表格,在表格中可以看到每一个元素的制作负责人、完成程 度、区域位置以及难度。于是我们小组的每个模型制作成员手中都有一张分区组合图,这就相当于一份地图。这份地图清晰地量化出这项复杂的建模工作如何分工, 每人的工作量是多少,如何组合已建成的模块,我们做到什么位置了,还差哪些区域,哪儿出现问题,每个构件需要花多长时间,还需要多少时间等等。同时,这种 工作方法还有一个好处,就是当我们面对一个个基本模块时,初次看到整体复杂形体时的恐惧消失了,取而代之的是思考如何制作这些个难度不一的元素。我们一个 一个地完成基本元素的模型制作,如果碰到非常复杂但又无法继续拆解的单元(例如井字梁和漏斗),我们就把这个困难的构建建模传到Autodesk技术部 门,请他们想办法共同解决,如果他们也没辙,甚至可以动用美国总部的资源。这里可以看到任务拆分的另一个好处——便于工作外包。 接下来就可以依据分区图制作基本构件了。由于时间有限,经过欧特克技术人员的简单培训,我们项目组的成员只能硬着头皮上马,边学边干。具体步骤分为:以方 案模型为基础,切取截面并描绘;根据构件编号,以曲面截面为基础逐一制作构件曲面;将曲面导入project环境并根据统一的坐标网格定位;根据每个构件 性质,赋予它们梁板柱的特性,并将墙体附着在屋面上。我们大部分时间都是在重复以上四个步骤,但是由于建筑形体非常自由,没有重复构件,因此基本构件的数 量极多,工作量很大。不用说,在建模过程中,我们遇到了许多困难。其中难度最大的三个内容,一是接待大厅屋面井字梁,二是回程部分的院落“漏斗”,三是空 间曲梁。对于井字梁的制作过程,如何解决撕裂的曲面,在接触点保持曲率一致,如何应用UV线进行分格和调整,制作族文件并应用于曲面,都让我们花了大力 气。同样,漏斗的制作也很费劲,如何分解制作不同曲率的曲面,如何将族文件的模块赋予到曲面上并相互连接顺畅,其间反反复复地尝试了许多遍。空间曲梁相对 较容易一些,因为它的生成依赖于曲面屋顶,由于梁顶与屋面顶标高相同,因此提取已生成的屋面构件,在平面内找出梁的中心线,以柱子的中点为梁的两端点(梁 居柱中的情况下),梁投影在空间的端点由此确定,在屋面构件的空间平面内用连续的点连接生成空间多异线,根据结构高度,沿着z轴方向拷贝梁的实际高度,连 接两条多异线围合的线框,生成曲梁的中心截面,导入到Revit模型内,给梁的厚度赋值,于是空间曲梁便生成了。墙体、楼梯、窗户应当说,Revit在规 则几何体建模方面几乎没有什么障碍,其常规构件库已经比较丰富了。垂直墙体的高度、厚度可以通过参数驱动进行修改,并具有延伸、倒角功能。楼梯的参数设置 很细,踏步、栏杆、扶手等都能方便快速地建起来。唯一的难度在于,像洞窟这样具有弧形倒角的外龛和窗户,则需要专门制作相应的族文件。一旦把族文件做好, 即可在不同位置和高度安插到墙体,并通过参数改变窗洞的大小和比例,非常方便。定位 为曲面屋面板、曲梁、任意断面进行空间定位这个问题,是Revit最终没能解决的问题。事实上我们利用了Rhino结合Grasshopper脚本,才完 成了最后的空间定位这个工作,解决问题的关键在于插件Grasshopper的脚本,由于所有的空间定位都是依靠编排好的脚本来进行计算的,计算脚本完全 因结构构件类型而异,因此必须先编排好脚本,由脚本计算出结构构件的三维定位,才能够向结构专业提图。 定位具体步骤分为:第一,提取R e v it中需要定位的结构构件,导出CAD格式文件;第二,在Rhino中导入CAD文件,在Grasshopper窗口环境下,由已编排好的脚本计算空间定位 点的高度;第三,在R h i n o中导出C A D格式的文件,整理后提给结构专业。 所有平面定位都是以2m×2m网格为基础的,因此空间定位点也以此为依据,从而形成2m×2m×2m的空间网格坐标系统(涵盖建筑整体),所有结构构件如 异形屋面板、曲梁等均置于这个空间网格中,定位点投影在网格的坐标都是(x,y,z)的模式,x与y方向上的间距均为2m,z方向上的高度在Rhino中 由Grasshopper计算得出,定位问题就此完成。定位的精准度完全依赖于选取的网格坐标,网格单位越小,则定位越精准,尤其对于形体比较复杂的建筑 来说,定位点越多,越有利于施工,完成的效果自然越符合设计要求。二维图纸生成 在传统的二维设计中,平、立、剖面图往往是分开画的。画剖面的时候,要把平面图转来转去,上下对位才能把一个剖面图画出来。当建筑空间复杂,层数很多时, 往往画得晕头转向,还容易出错。最要命的是当所有的图纸画得差不多了,突然平面改了,您还得花大量时间重新对位,修改剖面,同时相关的标注、文字、节点详 图一起连锁反应,都得改。在Revit中,所有的平面、立面、剖面、详图、尺寸标注都与三维模型紧密关联,模型的任何地方发生修改,所有图纸全部自动更 新,这样不仅能节省大量时间,大大提高效率,还不用担心遗漏修改。在本项目中,由于曲面屋顶的变化丰富,在任意一处的剖面都不一样,事先也不能完全确定需 要剖切的位置,因此这种关联的功能显示出了非常准确和即时显示的好处。我们只需要做好关联的设置,即可放心地进行模型的修改了。比较遗憾的是,由于模型中 不同构件,如屋面板和墙体属性不同,不能很好地倒角相交,使得生成的剖面图不太符合我们的制图标准,而且目前软件的本土化程度还远远未达到我们传统的表达 习惯,最后我们不得不回到CAD中,将图纸重新整理输出。Revit软件的优缺点 功能强大,界面直观,协同设计。Revit在协同设计上的确为各专业提供了一个工作平台,各专业可以在同一软件平台上进三维协同设计,这一点前景非常好。 但是由于与中国市场的设计需求尚有较大的差距,目前除了建筑专业之外,其它专业都因一些基本需求没有达到要求而不得不放弃使用。 BIM是Autodesk公司创建Revit软件的根本目的,是相对于二维设计的一次变革。它试图将所有与建筑相关的信息都集中在一份文件中,包括建筑、 结构、水、暖、电,不管在设计阶段、施工阶段还是将来运营阶段,这些信息都能根据任何情况进行修改调整,保持持续更新。传统设计中的蓝图和洽商分离的状态 可以得以整合,而建筑的改造也会直接以最新一版图纸作为设计的基础,而不用花大量时间重新核对错误百出的老图与无数张洽商单。这对于所有相关行业来讲,是 一个很大的优势。但是,要做到这一点,理论上就要求B IM模型应最大可能地包括所有信息,换句话说,各专业设计人员要将全部内容表达出来,在施工过程中,任何一项洽商都需要在同一模型中修改。 对于施工图设计来讲,三维模型可以关联所有的平、立、剖图纸,能避免传统设计中可能出现的改了这儿,忘了那儿的现象,大大提高出图效率,这是Revit作 为三维设计软件的优势。有较强的曲线建模能力,通过方法的探索能生成复杂形体,但是曲面建模尚需改进。就参数化设计的使用程度而言,Revit能方便地对 建筑构件的尺寸进行改变,也可以通过族文件对局部构件进行参数驱动控制,对于形体较为简单的建筑,它的表现应该不错。 根据本案的实际情况,当三维模型转化为二维图纸时,存在一个最基本的问题,就是针对中国市场施工图设计的本土化计问题,应当适应各专业的相关国家标准(计 算标准、制图标准),与当前工程师的制图习惯相结合。传统的制图标准已经在工程师、施工单位间进行了多年的使用,作为外来版本的Revit软件,有很多地 方需要根据中国的情况进行再研发,这也是我们建议欧特克中国研究院在下一阶段花大力气解决的重要问题。
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计算企业对BIM投入的ROI
在应用新的BIM体系之后,公司的生产经营效率较传统方式有什么变化? 我们提供符合本企业实际的“收入”“成本”的经验公式: 其中,A为劳动力成本(人/月);B为劳动力产值(人/月);C为劳动工具中硬件投入成本;D为劳动工具中软件投入成本;E为培训期间损失的生产效率(%);F为培训之后增长的生产效率(%);G为平均附加费用(第二年开始,含软硬件升级及速博服务等);H为培训周期(月);N为投入时间(年);n为劳动工具更新周期数(一般3年为一周期);a为A的年持续增长平均修正系数(参照中国CPI模拟取值为1.1);b为F的年持续增长平均修正系数(根据国内设计管理经验模拟取值为1.18)。c为常规CAD工作效率下的年持续增长平均修正系数(根据国内设计管理经验模拟取值为1.08)。 在上述公式中,其回报主要体现在员工的生产效益上,B×(12N−H)×(1+F)×b(N−1)代表员工通过提高工作效率、降低人力成本而产生的年均增长盈利产值;(12×N-H) 则表示有效的生产周期(一年中);投资主要体现在软硬件投入、培训期间损失的产值、劳动力成本及平均年附加投入费用。在同国外同行的交流中,我们发现国际上应用BIM水平比较高的建筑设计企业,BIM体系的ROI一般高于400%。 不增加设计收费就一定不能做BIM吗?ROI值从理论上已经清楚地回答了这个疑问。 需要增加设计收费才能做BIM的建筑设计企业,恰恰是没有能在BIM中取得合理回报,所以对于增加的工作量和增加的成本,只有提高收费这一条被动应对的选择;而对于真正应用BIM的建筑设计企业,生产效率提高如此之多,提高收费就变成充分非必要的条件。在2011年里,至少有数十万平方米的设计业务,甲方根本不知道国恒公司应用BIM方式为他们提供了优质的设计,自然,也没有谈到收费涨价的事;但是项目团队整体提高了效率,减少了工作和修改的时间及强度,所以企业和个人得到了合理的回报。
基于REVIT和3D3S的建筑信息模型的数据转换(二)
4. IFC文件到3D3S文件的数据转换4. 1 数据结构主要采用的几种数据结构有节点、 单元、 楼层三种数据结构。节点的数据结构:Calss Node{Int NodeID; / / 节点的索引号Double CoordinateX, CoordinateY, CoordinateZ;/ / 节点的三维坐标值Int ConstraintType; / / 节点的约束类型Arraylist NodeInElements; / / 节点所属单元链表};单元的数据结构:Class Element{Int ElementID; / / 单元索引号Arraylist NodesInElement; / / 单元内节点链表Int Sect ionType; / / 单元截面类型Int ProperType; / / 单元材性类型Int ContainedI nFloor; / / 单元所在楼层Int ElementType; / / 单元类型};楼层的数据结构:Calss Floor{Int FloorID; / / 楼层索引号Double Elevation; / / 楼层顶标高Double FloorHeight; / / 楼层层高Arraylist ElementsInFloor; / / 楼层内单元索引号}4. 2 算例 本文用 VC# . NET 在 Visual Stuido2005编译环境下编程, 开发出数据转换接口。当建筑师完成建筑模型后,导出建筑模型的 IFC 文件,然后通过本文研究的 IFC 模型文件转换接口,自动提取该建筑模型中结构构件的几何信息、 截面信息和材料信息。本例中,结构构件包括混凝土柱、梁、墙(带门窗洞口)、板构件以及型钢柱、梁构件。将IFC 文件转换成 3D3S数据文件后,利用 3D3S软件的数据导入接口实现该建筑的结构模型的自动生成。 本文所做工作不能完全代替结构工程师的经验与知识,仅仅是帮助工程师摆脱了繁乱复杂的重复建模过程,使得其集中精力于结构的优化设计中,进而提高建筑结构设计的水平和质量。5 . 结论和待续的工作 本文基于 TNO公司的 IFC engine DLL 开发工具包, 开发了IFC 建筑模型数据转换接口,将 Autodesk 公司的 Revit 软件构建的建筑模型自动生成 3D3S软件的结构模型。IFC 标准一直在不断的更新和扩展中, 最新版本 IFC2x4 于2010 年 5月发布,因此本文开发的转换接口仍需要做相应的改善。 本转换接口已可提取建筑模型的几何信息、 截面信息和材料信息,但完整的结构模型仍需要荷载、 约束等信息,因此如何从建筑模型最大程度上提取荷载和约束信息将是很值得研究的课题。
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BIM实用技巧:Revit 2016中的结构工程增强功能
BIM实用技巧:Revit 2016中的结构工程增强功能 钢轮廓:结构剖面类别的结构柱和框架图元为柱和框架图元提供了新的尺寸标注参数。 高程参数:可使用以下字段改进注释和明细表: 顶部高程(梁、支撑、结构楼板和基础底板) 顶部核心高程(多层结构楼板和基础底板) 底部核心高程(多层结构楼板和基础底板) 底部高程(梁、支撑、结构楼板和基础底板) 参照标高高程(梁和支撑) 释放和构件力:若要加快文档编制、连接设计及细节设计,您可以指定柱、梁和支撑的构件和力。此数据可以录入明细表和添加到注释标签。 桁架弦旋转:旋转桁架时,可以指定桁架弦杆是随桁架旋转,还是与桁架放置平面对齐。 局部坐标系:在处理分析荷载时以下局部坐标系 (LCS) 增强功能可用 局部坐标系小控件现在显示在弯曲梁和弧形墙上面。 在施加沿主体局部坐标系方向的主体荷载时,局部坐标系控件显示在图元上,以显示荷载方向。 正确显示沿局部坐标系方向的曲线分析图元的荷载。 区域荷载:在施加区域荷载时以下增强功能可用。 您可以将主体面荷载施加于弧形墙的曲面上。 您可以应用投影表面荷载。选择“投影荷载”参数,以将正确缩放的荷载应用到投影角度值。 钢筋显示性能:为了提高性能以更快地打开和更新视图,Revit 仅重新生成在屏幕上可见的钢筋。此外,如果钢筋在屏幕上显示的很小,则它将显示为简化线,而不管指定给视图的详细程度如何。 钢筋放置:在放置钢筋时以下增强功能可用。 钢筋偏移:在“钢筋限制条件”对话框中,您现在可以指定钢筋对主体的限制条件和与盖的偏移距离。 “钢筋限制条件”对话框:现在不用关闭该对话框就可以缩放、平移和调整视图。 钢筋圆角:在指定钢筋舍入的默认设置时,您可以舍入到最接近的增量、下一个更高的增量或下一个更低的增量。 锁定钢筋平行于主体面:现在,在放置过程中可以使用 Shift 键精确地将钢筋与任何主体面平行放置。 路径中的钢筋形状:若要改进混凝土的加固细节设计,您可以在路径钢筋系统中指定主筋和分布筋的钢筋形状。 钢筋明细表:若要改进钢筋记录,您现在可以将以下参数和字段纳入明细表和标记: 主体标记显示承载钢筋的结构图元的名称。 主体数显示承载钢筋的相同结构图元的数量。 “按图元计算的数量”显示计算的每个主体的钢筋总数的值。 Structural Analysis Toolkit for Autodesk Revit: 提供下列增强功能: 重力分析: 除静态分析之外,还可执行重力分析。 这种分析类型通过推断荷载的流动路径,可确定垂直荷载从模型顶部传到模型底部的方式。 结果浏览器:可显示和浏览重力分析的结果类型。 执行分析:可以同时执行一批分析。 在“在云中分析”对话框中,可以指定用于若干个分析的类型和参数。 网站 - 3D Structure Viewer: 可以在 3D Structure Viewer 中显示静态分析和重力分析的结果。 此外,还可显示详细结果。构件和曲面的结果在局部坐标系 (LCS) 中显示。 网站 - 3D Structure Viewer:在移动设备上,可以使用手势缩放、平移和旋转模型。 网站 - 项目页面:您可与协作者共享分析。 协作者无法编辑结果,并且无法下载到 Revit 项目。 他们可以查看分析结果、查看报告,然后选择下载是否包含结果的 Robot 模型。 网站 - 面板:可以单击“分析”选项卡 > “结构分析” > “打开面板”打开网站上的Autodesk 360 Structural Analysis 面板。 列表:通过单击“分析”选项卡 > “结构分析” > “消息”可以启用和禁用包含所执行分析相关信息的消息列表。 Revit - Robot 集成:更新截面尺寸发生变化的 Revit 模型时,该链接会检查Robot 的截面尺寸与载入 Revit 项目的族类型之间的兼容性。 如果它识别出与 Robot 截面兼容的某个族类型,则会用它更新 Revit 模型。 。 Revit - Robot 集成:可以指定哪些标高转换为 Robot 模型的楼层标高以及哪些标高作为结构轴线。 Revit - Robot 集成:在 Revit - Robot 链接过程中,会传输荷载的方向。 荷载在局部坐标系或全局坐标系中显示,具体取决于在 Revit 中是如何对其定义的。
BIM实用技巧:Revit快速装饰墙开洞
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