基于Dynamo for Revit的參數(shù)化設(shè)計(jì)在水力機(jī)械設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

(中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，昆明 650001)

1 BIM及參數(shù)化設(shè)計(jì)概述

1.1 BIM概述及參數(shù)化建模的必要性

BIM是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成工程項(xiàng)目中各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)工程各參與方之間的信息傳遞和共享[1]，從根本上解決“信息斷層”和“信息孤島問(wèn)題”[2]。隨著BIM(building information modeling)技術(shù)在水電行業(yè)的快速發(fā)展運(yùn)用，使工程師們逐漸從傳統(tǒng)的二維平面設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向BIM三維設(shè)計(jì)。在BIM技術(shù)將運(yùn)用到水電建設(shè)行業(yè)全生命周期的大背景下，同時(shí)為了減少各階段設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的丟失，這使工程師對(duì)BIM模型的建立標(biāo)準(zhǔn)將越來(lái)越高。

基于Revit平臺(tái)的BIM設(shè)計(jì)通常是通過(guò)建立族的方式進(jìn)行建模。而這類方法一般只適用于標(biāo)準(zhǔn)化的模型構(gòu)建，結(jié)構(gòu)構(gòu)件如墻、梁、板和柱等，機(jī)電設(shè)備一般采用族庫(kù)中自帶的管道附件、橋架及電氣設(shè)備元件等。而對(duì)于水電行業(yè)中復(fù)雜且異形的過(guò)流部件，如蝸殼和尾水管建模設(shè)計(jì)，若采用常規(guī)建族方法：一方面，將增加工程師的建模工作量； 另一方面，對(duì)于不同項(xiàng)目過(guò)流部件不同，模型不能重復(fù)修改使用。因此，結(jié)合尾水管與蝸殼的各自的結(jié)構(gòu)特征，用參數(shù)化設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)尾水管和蝸殼的快速建模，減少工程師的工作量。

1.2 基于Dynamo for Revit的參數(shù)化設(shè)計(jì)概述

Dynamo for Revit(下簡(jiǎn)稱Dynamo)是一款運(yùn)行在Autodesk Revit上的可視化參數(shù)化設(shè)計(jì)插件。Dynamo是通過(guò)基于節(jié)點(diǎn)的可視化編程界面，Dynamo可以讓用戶自由創(chuàng)建參數(shù)化設(shè)計(jì)模型[2-4]，參數(shù)修改、模型數(shù)據(jù)處理，批量關(guān)聯(lián)模型屬性與幾何屬性等，從而提高了工程師的設(shè)計(jì)效率、節(jié)約了設(shè)計(jì)成本。

圖1 Dynamo與Revit交互流程

基于Dynamo的參數(shù)化設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)[5]。

(1)可視化性：Dynamo的可視化編程界面可以在Revit中同步建立模型。

圖2 Dynamo參數(shù)化設(shè)計(jì)界面

(2)參數(shù)化設(shè)計(jì)：高度參數(shù)化及動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)性提高設(shè)計(jì)效率。

(3)模塊化設(shè)計(jì)：通過(guò)自定義相關(guān)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)，采用模塊化的組成結(jié)構(gòu)，能大幅降低工程師模塊使用專業(yè)限制。

(4)設(shè)計(jì)可持續(xù)性：參數(shù)化設(shè)計(jì)模型的不斷累積，在后續(xù)設(shè)計(jì)中通過(guò)調(diào)用相應(yīng)節(jié)點(diǎn)即可使用。

2 蝸殼尾水管的參數(shù)化設(shè)計(jì)

2.1 蝸殼尾水管建模介紹

蝸殼、尾水管是水力發(fā)電機(jī)組中重要的過(guò)流部件，由一定形狀的過(guò)流斷面沿著特定的曲線漸變而成。雖然大多數(shù)電站的蝸殼、尾水管形狀類似，但是它們?nèi)匀挥幸恍┎町?，如斷面形狀不同，斷面?shù)量不同以及部件本身的變截面，斷面數(shù)量多等特點(diǎn)，這使得工程師在Revit常規(guī)建族方法中要花費(fèi)大量的時(shí)間去建模，并且不同的電站該方法就是大量的重復(fù)性工作，耗時(shí)耗力。

針對(duì)蝸殼尾水管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，運(yùn)用Revit中的參數(shù)化建模工具Dynamo將結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)化。在Dynamo中將蝸殼與尾水管的參數(shù)化流程打包為自定義節(jié)點(diǎn)，具有很好的通用性。Revit與Dynamo相結(jié)合的參數(shù)化建模過(guò)程使得工程師只需導(dǎo)入一些參數(shù)即可一鍵生成蝸殼尾水管。

圖3 某水電站蝸殼部件

圖4 某水電站尾水管部件(肘管段)

2.2 參數(shù)化設(shè)計(jì)思路

參數(shù)化設(shè)計(jì)過(guò)程中充分利用廠家提供的蝸殼尾水管單線圖，讀取斷面幾何尺寸數(shù)據(jù)并驅(qū)動(dòng)模型。參數(shù)化設(shè)計(jì)思路如下：

(1)Revit與Dynamo關(guān)聯(lián)；

運(yùn)用Dynamo從單線圖(dwg格式文件)中提取幾何數(shù)據(jù)信息；

圖5 蝸殼單線圖

(3)讀取斷面幾何尺寸數(shù)據(jù)；

(4)將步驟(2)與步驟(3)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)到自定義節(jié)點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)；

(5)Dynamo中運(yùn)行程序，生成Revit模型與Dynamo模型。

2.3 蝸殼參數(shù)化設(shè)計(jì)步驟

(1)從蝸殼單線圖提取信息及處理

從廠家提供的蝸殼單線圖中提取信息。單線圖中表達(dá)了各個(gè)斷面的尺寸大小以及與機(jī)組中心線的位置。

為了建模符合實(shí)際、后期在Revit中操作方便以及模型更加美觀，將單線圖進(jìn)行相關(guān)處理：首先在斷面圖中添加3～5個(gè)輔助斷面輪廓線，使蝸殼流道尾部平穩(wěn)過(guò)渡。其次將斷面輪廓線和其它定位線按圖層歸類。處理后的蝸殼斷面圖如圖6所示。

圖6 處理后的蝸殼單線圖

蝸殼斷面圖是放樣創(chuàng)建蝸殼依據(jù)，通過(guò)Revit中的導(dǎo)入CAD圖形功能可以將蝸殼單線圖導(dǎo)入到Revit的前立面視圖并與參照標(biāo)高與參照平面對(duì)齊并鎖定，如圖7所示。

(3)Revit+Dynamo蝸殼參數(shù)化建模

通過(guò)Dynamo的相關(guān)節(jié)點(diǎn)讀取導(dǎo)入到Revit中的蝸殼斷面圖數(shù)據(jù)，如圖8所示。

圖7 處理后的蝸殼單線圖導(dǎo)入Revit

圖8 Dynamo讀取CAD數(shù)據(jù)

在Dynamo中自定義一蝸殼設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)“金屬蝸殼345°”。為Dynamo中的自定義的“金屬蝸殼345°”節(jié)點(diǎn)輸入?yún)?shù)，并一鍵生成蝸殼模型，如圖9所示。

圖9 Dynamo自定義節(jié)點(diǎn)生成蝸殼模型

(4)蝸殼參數(shù)化設(shè)計(jì)成果

圖10 蝸殼參數(shù)化設(shè)計(jì)成果

2.4 尾水管參數(shù)化設(shè)計(jì)步驟

(1)從尾水管二維圖紙中提取數(shù)據(jù)信息

尾水管單線圖及斷面尺寸如圖11所示。

圖11 尾水管單線圖及斷面尺寸表

從圖11可以看出，尾水管的建立分為錐管段、肘管段和擴(kuò)散段，只需給出每個(gè)斷面尺寸及斷面位置，通過(guò)放樣即可得尾水管三維模型。

羅四強(qiáng)拉著阿里走出來(lái)。阿里顯得精神不振。出了門也不說(shuō)話，低著頭翻著白眼自顧自地走路。誰(shuí)也不知他在想些什么。

將尾水管所有斷面的斷面尺寸數(shù)據(jù)保存到Excel中，并按照錐管段、肘管段和擴(kuò)散段的順序排序，如圖12所示。獲取尾水管的斷面位置線和中心線，如圖13所示。

圖12 尾水管斷面尺寸表

圖13 尾水管斷面位置線和中心線

(2)尾水管斷面位置線和中心線導(dǎo)入Revit

尾水管斷面位置線和中心線是尾水管每個(gè)斷面的定位線，通過(guò)Revit中的導(dǎo)入CAD圖形功能可以將尾水管圖導(dǎo)入到Revit的南立面視圖并與參照標(biāo)高與參照平面對(duì)齊并鎖定，如圖14所示。

圖14 尾水管斷面位置線和中心線

(3)Revit+Dynamo尾水管參數(shù)化建模

通過(guò)Dynamo的相關(guān)節(jié)點(diǎn)讀取導(dǎo)入到Revit中的蝸殼斷面圖數(shù)據(jù)，如圖15所示。

圖15 Dynamo讀取CAD數(shù)據(jù)

將Excel表格中的斷面數(shù)據(jù)鏈接到Dynamo中的自定義節(jié)點(diǎn)“尾水管設(shè)計(jì)—截面放樣”中，同時(shí)為給定其它參數(shù)，實(shí)現(xiàn)Excel參數(shù)表驅(qū)動(dòng)尾水管模型，并一鍵生成尾水管三維模型，如圖16所示。在尾水管設(shè)計(jì)中可以根據(jù)需求建立體量三維模型，如圖17所示。

(4)尾水管成果展示(圖18)

圖18 Revit+Dynamo生成的尾水管三維模型

圖16 自定義節(jié)點(diǎn)“尾水管設(shè)計(jì)—截面放樣”

圖17 生成體量模型

3 總結(jié)

參數(shù)化設(shè)計(jì)較常規(guī)的建模方法相比提高了工程師的設(shè)計(jì)效率，同時(shí)從已生成的BIM模型中獲取模型數(shù)據(jù)，為水力機(jī)械設(shè)計(jì)提供精確的設(shè)計(jì)參數(shù)?？偨Y(jié)參數(shù)化方法在設(shè)計(jì)過(guò)程的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，有如下幾個(gè)特點(diǎn)：

(1)快速建立模型，并達(dá)到很好的可視化；

(2)參數(shù)化模型再利用，通過(guò)剖分模型，提取體型數(shù)據(jù)，為檢修排水量提供設(shè)計(jì)參數(shù)；

(3)模型精度高，可直接用于施工設(shè)計(jì)布置；

(4)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)復(fù)用性好，只需簡(jiǎn)單修改即可用于其它項(xiàng)目工程。

整個(gè)參數(shù)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，Dynamo程序的預(yù)定義功能節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜連接看似繁雜，但參數(shù)化設(shè)計(jì)的邏輯思路已建立好并已經(jīng)打包成自定義節(jié)點(diǎn)，工程師只需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求輸入?yún)?shù)即可”一鍵生成”蝸殼尾水管模型，減少了工程師的工作量提高了工作效率。

在下一步研究中，在參數(shù)化設(shè)計(jì)建模的基礎(chǔ)上，將關(guān)注尾水管和蝸殼的配筋參數(shù)化設(shè)計(jì)問(wèn)題，利用BIM技術(shù)的可視化特點(diǎn)，為現(xiàn)場(chǎng)鋼筋工程施工提供指導(dǎo)。

隨著BIM技術(shù)在水利水電行業(yè)的快速發(fā)展，在水力機(jī)械中復(fù)雜過(guò)流部件的設(shè)計(jì)中，Dynamo等參數(shù)化設(shè)計(jì)利器將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

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