胡金鵬

（河南省豫北水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，河南 安陽 455000）

1 Dynamo for Revit的概述

Revit系列軟件是專為建筑信息模型（BIM）構(gòu)建的，可幫助設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)、建造和維護(hù)質(zhì)量更好、能效更高的建筑。Dynamo for Revit（下文簡(jiǎn)稱Dynamo），是一款基于Revit的可視參數(shù)化插件。該附加程序，能讓工程設(shè)計(jì)人員針對(duì)工程實(shí)例指定修改參數(shù)，利用參數(shù)修改，實(shí)現(xiàn)建筑物自我分析，自我計(jì)算，從而提高設(shè)計(jì)效率、節(jié)約設(shè)計(jì)成本的可視化編程工具。

圖1 全參數(shù)自分析水閘分析模型

2 Dynamo for Revit應(yīng)用

在現(xiàn)有BIM技術(shù)手段下，revit平臺(tái)在三維建模重復(fù)利用率較低，模型修改缺乏聯(lián)動(dòng)性。由于API二次開發(fā)的專業(yè)性極強(qiáng)，導(dǎo)致現(xiàn)有BIM傳統(tǒng)三維建模技術(shù)出現(xiàn)難以解決數(shù)量龐大且投資較低的中小水利工程的精細(xì)化，效率化建模等問題。

水工建筑物全參數(shù)化模型是我公司BIM設(shè)計(jì)試點(diǎn)項(xiàng)目，通過將當(dāng)前工程行業(yè)發(fā)展迅猛的BIM技術(shù)應(yīng)用到水利工程中，使長期以來設(shè)計(jì)周期長、變更效率低下、管線碰撞、環(huán)境模擬等突出問題得到了有效改善，使我公司業(yè)務(wù)更加適應(yīng)行業(yè)需求。

以全參數(shù)自分析水閘分析模型為例：整個(gè)模型由構(gòu)件組成類和自分析計(jì)算類兩部分構(gòu)成，如圖1所示，首先介紹構(gòu)件組成類。

2.1 構(gòu)件組成類

我公司將5年來水利工程中的中小水閘工程標(biāo)準(zhǔn)化和精細(xì)化，通過將總成模型分割為局部構(gòu)建后進(jìn)行綜合分析，以構(gòu)建形體變化和功能變化兩個(gè)方面把模型總成逐一重新定義分為以下三種類別構(gòu)件，分別是固定件，邏輯變化件和不可控變化件。

由于實(shí)際工程中構(gòu)件數(shù)量龐大且樣式復(fù)雜，本文中列舉了部分實(shí)例。

2.1.1 固定件

工程項(xiàng)目中，固定件最常見的機(jī)電部分，一種方法可使用傳統(tǒng)Revit建模工具，按照機(jī)電型號(hào)相關(guān)參數(shù)制作常見型號(hào)機(jī)電型號(hào)，例如水泵，電柜等，之后導(dǎo)入Revit自適應(yīng)族，得到固定構(gòu)件，如圖2所示。另一種方法可采用inventor+ilogic的方法參數(shù)化機(jī)電設(shè)備，建立常見機(jī)電族庫。

2.1.2 邏輯變化件

邏輯變化件在水閘工程中包括水閘底板，邊墩等構(gòu)件。我們以底板構(gòu)件為例。

首先從水閘底板基礎(chǔ)輪廓上確定如下參數(shù)因子：A，B，C，D，E，F(xiàn)六個(gè)參數(shù)因子即可完整表達(dá)本構(gòu)件幾何信息，如圖3所示。

圖2 機(jī)電族庫示意圖

圖3 水閘底板輪廓圖

之后使用Dynamo經(jīng)由上文所述六個(gè)參數(shù)因子構(gòu)建底板節(jié)點(diǎn)，如圖4所示。

圖4 底板節(jié)點(diǎn)示意圖

初步建立相關(guān)構(gòu)件并完成Dynamo節(jié)點(diǎn)邏輯表達(dá)后，需要全面考慮全參數(shù)化水閘底板的工程表達(dá)細(xì)節(jié)，包括止水表達(dá)，門槽預(yù)留坑等信息。對(duì)于圖3樣例，只考慮預(yù)留門槽坑。在Dynamo邏輯中，門槽預(yù)留坑有關(guān)參數(shù)應(yīng)作為參數(shù)表達(dá)列入底板參數(shù)組，同時(shí)門槽的幾何特征取決于中墩的幾何特性。綜上所述，將門槽預(yù)留坑的兩部分制約因素考慮，得到全水閘模型。如圖5所示。

圖5 全水閘示意圖

其邏輯原理是底板參數(shù)組能夠完全確定底板模型尺寸，且中墩影響下的底板預(yù)留底坑由四個(gè)因素直接關(guān)聯(lián)，分別是否需要底板預(yù)留底坑、中墩個(gè)數(shù)及中墩厚度、門槽深度、底坑深度。其中這四個(gè)關(guān)聯(lián)因素的執(zhí)行步驟可劃分為兩步，分別為邏輯選擇和通過建立模型，使用布爾法則刪減初態(tài)水閘底板模型。

第一步：邏輯選擇實(shí)例。如圖6所示，由選擇節(jié)點(diǎn)Boolen對(duì)應(yīng)邏輯節(jié)點(diǎn)IF來處理是否需要底板預(yù)留底坑因素。

圖6 邏輯選擇實(shí)例圖

第二步，通過建立模型，使用布爾法則刪減初態(tài)水閘底板模型。如圖7所示，將剩余三個(gè)因素中墩寬度，門槽深度，底坑深度構(gòu)建底板門槽預(yù)留坑模型，同時(shí)也應(yīng)考慮“門槽—中墩—邊墩”結(jié)構(gòu)關(guān)系，從而定位門槽預(yù)留坑在底板的幾何位置，最后通過布爾法則將初態(tài)底板模型與定位好的門槽預(yù)留坑模型進(jìn)行實(shí)體刪減。

2.1.3 不可控變化件

這個(gè)構(gòu)件分類中，我們需要再次將其細(xì)分，可以得到兩種子類型，一類是半可控構(gòu)建類，另一類是完全不可控類。對(duì)于半可控構(gòu)建類而言，先將不可控因子暫時(shí)回避，將其看做邏輯化構(gòu)件處理，得到初態(tài)模型。隨后通過人工介入的途徑，將不可控因子帶來的變化特征由初態(tài)模型修正，從而使模型的不可控因子得到表達(dá)。對(duì)于完全不可控類，例如水閘建筑裝飾形式，采用傳統(tǒng)BIM建模手段進(jìn)行處理。

構(gòu)件繪制模塊完成后，我們還應(yīng)在節(jié)點(diǎn)處添加構(gòu)件尺寸信息提取表達(dá)節(jié)點(diǎn)備用。

圖7 布爾法則實(shí)體加工圖例

圖8 凈寬參數(shù)因子示意圖

圖9 數(shù)理計(jì)算示意圖

圖10 自判斷示意圖

2.2 自分析計(jì)算類節(jié)點(diǎn)

自分析計(jì)算類節(jié)點(diǎn)是將Dynamo模型置于單獨(dú)空間中，由節(jié)點(diǎn)分析計(jì)算出建筑物模型的質(zhì)心同時(shí)挪動(dòng)模型使計(jì)算質(zhì)心與空間原點(diǎn)進(jìn)行重合。這樣，由空間坐標(biāo)系形成的八個(gè)空間象限可將建筑物模型的受力方向情況通過象限正負(fù)特性進(jìn)行體現(xiàn)，而受力大小可以通過象限內(nèi)數(shù)值進(jìn)行表達(dá)，從而進(jìn)行受力分析。

自分析計(jì)算類可分為三類：數(shù)理計(jì)算類、空間幾何因素計(jì)算類和規(guī)范檢查類。

2.2.1 數(shù)理計(jì)算類節(jié)點(diǎn)

將水閘寬度計(jì)算因子進(jìn)行羅列，如圖8所示。然后運(yùn)用DynamoMath類節(jié)點(diǎn)經(jīng)行數(shù)理計(jì)算，如圖9所示。其中加入邏輯判讀使程序經(jīng)行自主判斷選擇，如淹沒類型，如圖10所示。水閘凈寬計(jì)算屬于試算法，則應(yīng)當(dāng)經(jīng)行數(shù)據(jù)分析，如圖11所示。

圖11中，最末端的If節(jié)點(diǎn)邏輯分別輸出判斷結(jié)果與最終數(shù)值，還應(yīng)添加人工干預(yù)總寬輸入，并為人工輸入數(shù)值實(shí)現(xiàn)優(yōu)先機(jī)制，優(yōu)先默認(rèn)人工輸入數(shù)值。

從圖12中可以看出，有水閘總寬計(jì)算模塊輸出的數(shù)值結(jié)果導(dǎo)入IF邏輯節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)的判讀優(yōu)先權(quán)取決于水閘總寬節(jié)點(diǎn)是否有數(shù)據(jù)輸入。當(dāng)人工經(jīng)行干涉時(shí)，繪圖模塊優(yōu)先讀取人工既定值經(jīng)行處理；反之，則有前一級(jí)計(jì)算模塊所得結(jié)果經(jīng)行處理。

圖11 試算示意圖

圖12 模塊間邏輯示意圖

2.2.2 空間幾何因素計(jì)算類節(jié)點(diǎn)

在空間幾何因素計(jì)算類中，以構(gòu)建UCS坐標(biāo)空間為基礎(chǔ)。實(shí)現(xiàn)USC坐標(biāo)體系建立。如圖13所示。

圖13 UCS模塊圖

利用建筑物模型單體空間質(zhì)心移動(dòng)技術(shù)節(jié)點(diǎn)，可以在建筑物模型單體空間中，參照實(shí)際工程移動(dòng)模型至實(shí)際坐標(biāo)高程位置信息，使建筑物個(gè)體空間坐標(biāo)與實(shí)際工程坐標(biāo)相統(tǒng)一，最后利用Revit項(xiàng)目鏈接功能實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)。以水閘穩(wěn)定分析模塊為例說明如下：

在這個(gè)模塊中，利用UCS坐標(biāo)變量模塊對(duì)構(gòu)建在模擬空間中進(jìn)行質(zhì)心原點(diǎn)重合移動(dòng)。當(dāng)移動(dòng)完成后，建筑物穩(wěn)定計(jì)算的特征長度不變的，從模塊中提取特征長度，配合計(jì)算類模塊，最終得到穩(wěn)定分析結(jié)果，再將結(jié)果轉(zhuǎn)入繪圖模塊經(jīng)行模型的建立。最后再次通過UCS坐標(biāo)變換節(jié)點(diǎn)模塊將模型空間坐標(biāo)按照實(shí)際工程位置進(jìn)行空間投影，使其擁有自分析，計(jì)算和協(xié)同能力。在恰當(dāng)?shù)年P(guān)鍵點(diǎn)，可加入人工審查節(jié)點(diǎn)，保證計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性。

圖14 計(jì)算結(jié)果示意圖

分析結(jié)果可以用export節(jié)點(diǎn)導(dǎo)向文本格式或CSV格式，從而進(jìn)一步完成工作報(bào)告的內(nèi)容填充。如圖14所示。

2.2.3 規(guī)范參照類節(jié)點(diǎn)

在規(guī)范參照類中，以鋼筋保護(hù)層厚度作為樣例：

在Code block輸入：

t2＝List.Join（｛t3，t4，t5｝）；t6＝List.Sort（t2）；

t7＝List.GetItemAtIndex（t6，1）；

t3，t4，t5分別對(duì)應(yīng)伸縮縫計(jì)算結(jié)果，規(guī)范要求最大伸縮縫，規(guī)范要求最小伸縮縫（無順序要求），如圖15所示。

圖15 規(guī)范范圍模塊示意圖

判斷最后輸出的數(shù)值，當(dāng)計(jì)算結(jié)果小于規(guī)范要求最小伸縮縫，則伸縮縫取值為規(guī)范要求最小伸縮縫；當(dāng)計(jì)算結(jié)果小于規(guī)范要求最大伸縮縫且大于范要求最小伸縮縫時(shí)，則伸縮縫取值為伸縮縫計(jì)算結(jié)果；當(dāng)計(jì)算結(jié)果大于規(guī)范要求最大伸縮縫，則伸縮縫取值為規(guī)范要求最大伸縮縫。

3 技術(shù)亮點(diǎn)

3.1 可視化設(shè)計(jì)

Revit作為建筑工程BIM軟件，可視化水平已相當(dāng)完善。一方面Dynamo作為Revit可視化編輯程序，能夠在Revit中實(shí)時(shí)同步建立好模型，同時(shí)還能夠通過編程提供所需構(gòu)件的全部信息。另一方面利用boundbox控制視角，以滿足日益精細(xì)的設(shè)計(jì)工作。Dynamo for Revit模型同樣可以導(dǎo)入其他三維軟件，比如fuzor、infraworks360、Navsiwork等進(jìn)行項(xiàng)目工程區(qū)虛擬漫游的展示。

3.2 參數(shù)化設(shè)計(jì)

以往采用Revit三維設(shè)計(jì)平臺(tái)的BIM技術(shù)水利工程實(shí)例中，由于地形、地質(zhì)和河道物理特性導(dǎo)致模型自身重復(fù)利用率極低，而建模工作又是BIM技術(shù)中最為基礎(chǔ)和耗時(shí)的環(huán)節(jié)。因此，提高建模速度，使用高度參數(shù)化、動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)性和能夠自我工況分析及應(yīng)力計(jì)算的聯(lián)動(dòng)模型，更適合應(yīng)用于量大且低投資的中小水利工程。模型的每次調(diào)整都會(huì)使模型幾何尺寸和對(duì)應(yīng)參數(shù)列表同時(shí)發(fā)生變化，應(yīng)力計(jì)算節(jié)點(diǎn)模塊會(huì)根據(jù)模型的變更自行判斷尺寸的可行性，同時(shí)按照相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范作為模型修正依據(jù)，大幅提高繪圖效率和設(shè)計(jì)可靠性。

3.3 模塊化設(shè)計(jì)

采用構(gòu)件分類分組后的設(shè)計(jì)模式，可以實(shí)現(xiàn)全參數(shù)化族庫。族庫內(nèi)構(gòu)件間數(shù)據(jù)的傳遞鏈采用統(tǒng)一格式，并利用UCS坐標(biāo)系經(jīng)行定位傳輸，將項(xiàng)目內(nèi)不同構(gòu)件間的空位位置關(guān)系由數(shù)據(jù)鏈的互通關(guān)聯(lián)產(chǎn)生聯(lián)動(dòng)性。即不同的設(shè)計(jì)方案，選用不同的構(gòu)件相互鏈接即可完成大部分的設(shè)計(jì)工作。同時(shí)，模塊化的組成結(jié)構(gòu)，能大幅度降低模塊使用專業(yè)需求，只需要部分人員熟練掌握Dynamo建模和邏輯節(jié)點(diǎn)制作，其他人員具備初級(jí)使用能力即可。

3.4 設(shè)計(jì)可持續(xù)性

建筑物在設(shè)計(jì)過程中，按照水利工程制圖規(guī)范和設(shè)計(jì)規(guī)范，可以不斷的積累相應(yīng)的設(shè)計(jì)模塊。由于將模塊設(shè)計(jì)為后期可利用數(shù)據(jù)鏈重新編輯整合的方式，所以全參數(shù)自分析模型能夠做到一方面逐步完善模型精度可，另一方面逐漸積累各種形式的構(gòu)件模塊和計(jì)算分析模塊。

隨著模塊庫建立及各種計(jì)算模塊的累積，在后續(xù)建筑設(shè)計(jì)中調(diào)入相應(yīng)模塊節(jié)點(diǎn)便可立即使用，快速完成工程模型及算量，從而大大提高設(shè)計(jì)效率。

4 結(jié)語

與西方發(fā)達(dá)國家相比，我國BIM技術(shù)研究并不算晚，但在水利水電BIM設(shè)計(jì)項(xiàng)目中仍然大量采用人工建模，模型參數(shù)化程度較低，且?guī)缀醪淮嬖诼?lián)動(dòng)性，難以將BIM技術(shù)所帶來的高效率、高標(biāo)準(zhǔn)發(fā)揮出來。因此筆者提出以提高設(shè)計(jì)效率，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量為宗旨來重新建立水工建筑物建模理念，使其高度參數(shù)化及具有自我分析計(jì)算能力，從而進(jìn)一步加速推進(jìn)我國水利事業(yè)發(fā)展。

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