Dynamo在曲面幕墻建模中的應(yīng)用研究

吳開興 馬文妙 苗雪菲

摘 ?要：隨著社會的不斷發(fā)展和進(jìn)步，人民對生活水平的追求、審美也隨之提高。而獨(dú)特新穎多變的幕墻越來越符合人們的建筑審美。傳統(tǒng)方案不能簡單快速地解決此類設(shè)計(jì)。文章敘述了曲面幕墻建模時(shí)面臨的問題，結(jié)合具體項(xiàng)目案例，利用Dynamo完成了曲面幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且對生成的曲面進(jìn)行了幕墻網(wǎng)格劃分等工作。結(jié)果表明，Dynamo可視化編程和參數(shù)化建模的邏輯思維大大提高了幕墻模型的生成和修改速度，同時(shí)填補(bǔ)了Dynamo在曲面建筑幕墻研究方面的空缺。

關(guān)鍵詞：Dynamo;Revit;參數(shù)化建模;曲面幕墻

中圖分類號：TU17;TU247 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）13-0127-04

Abstract：With the continuous development and progress of society，the peoples pursuit of a high standard of living and aesthetic appreciation have also increased. The unique，novel and changeable curtain wall is more and more in line with peoples architectural aesthetics. However，traditional solutions cannot solve such designs simply and quickly. In this paper，the problems faced in modeling of curved curtain walls are described. Combined with specific project cases，the structural design of curved curtain walls is completed using Dynamo，and the generated surface is meshed by curtain wall. The results show that the logical thinking of Dynamo visual programming and parametric modeling greatly improves the speed of the generation and modification of curtain wall models，and at the same time fills the gap of Dynamo in the study of curved building curtain walls.

Keywords：Dynamo;Revit;parametric modeling;curved curtain wall

0 ?引 ?言

近年來，隨著國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步，造型獨(dú)特的建筑日益增多，人們對建筑裝飾效果的要求也越來越高，具有現(xiàn)代抽象感與外觀新穎感的曲面幕墻的出現(xiàn)深受大家的歡迎與喜愛。而它的造型獨(dú)特等優(yōu)點(diǎn)卻成為了施工者的難點(diǎn)，在曲面幕墻的建模方面可能會面臨幾個(gè)問題：

（1）傳統(tǒng)的二維圖紙難以體現(xiàn)曲面幕墻的具體真實(shí)效果。

（2）施工者往往缺乏曲面幕墻設(shè)計(jì)的知識經(jīng)驗(yàn)，并不理解設(shè)計(jì)者的構(gòu)想是什么，需耗費(fèi)大量的時(shí)間與精力去和設(shè)計(jì)者溝通。

（3）如果想對幕墻的某個(gè)部分進(jìn)行修改時(shí)，那么便要推翻之前所建好的部分重新開始，導(dǎo)致了人力、財(cái)力資源的浪費(fèi)。

Revit軟件是專門為建筑工程領(lǐng)域開發(fā)的建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）軟件，其解決了上述問題。但Revit應(yīng)用也有一定的局限性，主要體現(xiàn)在復(fù)雜線形、異形曲面等建筑建模方面上存在建模繁瑣、效率低下等劣勢，而身為Revit的插件，Dynamo可視化編程的出現(xiàn)，解決這一難題。目前，Dynamo在公路、橋梁等[1，2]方面的應(yīng)用有了一定的研究，但Dynamo在針對于曲面幕墻工程中的應(yīng)用尚處于初級階段。本文主要針對我校一餐廳建筑物外墻進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究，解決設(shè)計(jì)中遇到的以上難題。

1 ?概述

1.1 ?Dynamo概述

Dynamo[3]作為Revit軟件的參數(shù)化設(shè)計(jì)建模插件運(yùn)行，為Revit的使用者開創(chuàng)了更多元的應(yīng)用模式，可以實(shí)現(xiàn)Revit自身無法實(shí)現(xiàn)的功能，其功能豐富且強(qiáng)大。在實(shí)際工作中，人們可以遵循一定的流程，不斷地根據(jù)上一步的結(jié)果和某些條件來進(jìn)行下一步的操作。而Dynamo中的節(jié)點(diǎn)及其組織方式，就是總結(jié)了這些內(nèi)在的邏輯規(guī)則來設(shè)計(jì)的。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有自己的基本功能，用戶通過對不同的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行排布和組織，來完成特定的目標(biāo)任務(wù)。若具有一定的邏輯知識，即使沒有編程經(jīng)驗(yàn)的人，根據(jù)對問題的分析及思考，也能想出一套通過目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的輸入、處理、輸出功能和算法的解決方案來處理相對應(yīng)的問題。

Dynamo的出現(xiàn)是為了方便建筑師實(shí)現(xiàn)參數(shù)化編程，但是，當(dāng)用到一定的深度后，會發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)太多，整理起來非常不便，且有些功能無法通過節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。而Dynamo中的Python節(jié)點(diǎn)不光可以擴(kuò)展Dynamo的功能，還可以使用幾行簡潔的代碼替換許多節(jié)點(diǎn)。Python節(jié)點(diǎn)是可視化編程環(huán)境中的腳本接口，可以在庫中的Core>Scripting下找到Python節(jié)點(diǎn)。作為一種靈活的編程腳本語言，Python不僅可以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)功能，還可以引入第三方函數(shù)，從而大大提高參數(shù)化設(shè)計(jì)的便利性。

1.2 ?參數(shù)化設(shè)計(jì)概述

21世紀(jì)是信息時(shí)代，信息技術(shù)的發(fā)展給建筑行業(yè)帶來了革命性的發(fā)展：由手工繪圖到CAD圖紙，再到當(dāng)前的BIM技術(shù)。建筑工程的各參與方都在追求高效、可行、便捷的方案來實(shí)現(xiàn)自己的目的，參數(shù)化的理念隨之誕生并越來越深入人心，應(yīng)用也越來越廣闊。

何謂參數(shù)化？參數(shù)化[4，5]就是指對象與對象之間相互關(guān)聯(lián)的內(nèi)在邏輯關(guān)系，當(dāng)其中一個(gè)對象的參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，與之關(guān)聯(lián)的對象亦會發(fā)生相應(yīng)的變化，也就是說可以通過數(shù)值、公式或邏輯語言來改變對象屬性，實(shí)現(xiàn)對象的可控變化來滿足需求，比人工建模的模糊調(diào)整更準(zhǔn)確、更符合邏輯。參數(shù)化建?？梢栽谠O(shè)計(jì)階段通過參數(shù)調(diào)整實(shí)現(xiàn)多種方案的對比，也可以方便、快捷地實(shí)現(xiàn)后期方案更改階段。參數(shù)化建模不僅能夠打破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的限制，并且可以大大提高模型的生成和修改速度，提高了工作效率。

2 ?Dynamo在曲面幕墻的應(yīng)用

2.1 ?項(xiàng)目概況

該項(xiàng)目為本校一餐廳建筑物，該建筑地上三層，層高5.1 m，結(jié)構(gòu)總高度15.8 m，建筑面積10 870.07 m2。由于建筑一層和二層的曲面幕墻的長度不同，所以對曲面幕墻分為兩部分進(jìn)行參數(shù)化建模。

2.2 ?項(xiàng)目分析

本文主要是根據(jù)其原始設(shè)計(jì)圖紙利用Dynamo對曲面幕墻進(jìn)行詳細(xì)建模，建筑的其他部分在Revit中實(shí)現(xiàn)。其幕墻的整體由曲線組成，曲線的形狀主要由四個(gè)不同半徑的圓弧組合而成，如圖1（a）所示。由于兩層曲面幕墻的長度不同，所以所建立的每層曲線也不同，如圖1（b）所示。

2.3 ?參數(shù)化建模

2.3.1 ?Revit建模過程

（1）分別在標(biāo)高1、標(biāo)高2樓層平面上利用“模型線”畫出曲面幕墻底部的輪廓線，以及在標(biāo)高3樓層平面畫出二層曲面幕墻頂部的輪廓線。這些輪廓線方便后期被Dynamo拾取線使用。

（2）新建一個(gè)族，選擇“自適應(yīng)公制常規(guī)模型”樣板，創(chuàng)建相應(yīng)尺寸的自適應(yīng)四邊形嵌板，為空間曲面進(jìn)行網(wǎng)格劃分做準(zhǔn)備。

2.3.2 ?Dynamo建模過程

2.3.2.1 ?一層曲面幕墻的建模

建模思路如下：

曲面幕墻建模的思路大致分為：拾取在Revit中建立的模型線圖元，選擇圖元的指定參數(shù)的點(diǎn)，根據(jù)點(diǎn)生成線，線生成面的原理，最終生成曲面;創(chuàng)建UV點(diǎn)陣面，可通過控制UV參數(shù)的數(shù)值改變點(diǎn)陣面上點(diǎn)的密集程度，然后對點(diǎn)陣面上的點(diǎn)按組劃分;自適應(yīng)幕墻嵌板與劃分的點(diǎn)一一附著。

在Dynamo中操作主要分為以下5個(gè)部分，分別對應(yīng)圖2的part1～5。

第1部分：這一部分僅包含兩個(gè)節(jié)點(diǎn)。第一個(gè)節(jié)點(diǎn)：Select Model Element，用于選擇模型結(jié)構(gòu)中使用的元素類別;第二個(gè)節(jié)點(diǎn)：Element.Geometry，使用第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸出作為輸入，通過這個(gè)節(jié)點(diǎn)獲取與該對象關(guān)聯(lián)的所有幾何圖形作為輸出。如圖2中的part1所示，該部分提供了對模型線元素的訪問。

第2部分：由兩組節(jié)點(diǎn)組成。首先是對參數(shù)進(jìn)行定義;然后是使用前一組的參數(shù)作為Curve.PointAtParameter節(jié)點(diǎn)的輸入，這樣便能獲取指定參數(shù)處模型線上的點(diǎn)，然后放在一個(gè)列表中，如圖2的part2。

第3部分：與第2部分類似，這部分由兩組節(jié)點(diǎn)組成。根據(jù)第2部分生成的點(diǎn)，使用NurbsCurve.ByPoints節(jié)點(diǎn)生成NurbsCurve。基于前面所創(chuàng)建的NurbsCurve，使用Surface.ByLoft放樣生成平面。通過這個(gè)平面創(chuàng)建UV點(diǎn)陣面，利用Dynamo中的Number Slider滑塊節(jié)點(diǎn)將UV參數(shù)的數(shù)值添加到可視化編程接口中，通過添加可控參數(shù)，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況對UV網(wǎng)格進(jìn)行調(diào)整。

第4部分：該部分只用到了一個(gè)節(jié)點(diǎn)，便是Python Script。Dynamo中的Python Script節(jié)點(diǎn)，可以通過Python語言的輸入，來實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)更高效、更精簡的處理。即利用Python Script實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣曲面所有的點(diǎn)按4個(gè)一組進(jìn)行劃分，程序代碼如下：

Import clr

clr. AddReference（‘ProtoGeometry）

from Autodesk.DesignScript.Geometry import *

#該節(jié)點(diǎn)的輸入內(nèi)容將存儲為IN變量中的一個(gè)列表。

dataEnteringNode =IN

data=IN[0]#將輸入的數(shù)據(jù)賦予到變量data中

result=list（）#創(chuàng)建一個(gè)用以裝載結(jié)果的空列表

for i in range（len（data）-1）：#遍歷每條線

current_ line=data[i]#當(dāng)前的線

next_ line=data[i+1]#下一條線

for k in range（len（current_line）-1）：#獲取線上的每一個(gè)點(diǎn)

node=list（）#嵌板點(diǎn)組

#將點(diǎn)按4個(gè)為一組劃分

node. append（current_ line[k]）

node. append（current_ line[k+1]）

node. append（next_ line[k+1]）

node. append（next_ line[k]）

result. append（node）

#將輸出內(nèi)容指定給OUT變量。

OUT=result

第5部分：僅有一組節(jié)點(diǎn)。利用自適應(yīng)構(gòu)件的自適應(yīng)能力，將在Revit中建立的自適應(yīng)四邊形幕墻嵌板作為familyType輸入AdaptiveComponent.ByPoints節(jié)點(diǎn)中，使嵌板一一附著在一組4個(gè)的點(diǎn)陣上，曲面幕墻便生成了。

圖3為一層曲面幕墻的最終模型。

2.3.2.2 ?二層曲面幕墻的建模

二層曲面幕墻與一層的相比，多出一個(gè)半徑為19 700.0 mm一段圓弧所形成的曲面，具體的建模流程參考一層曲面幕墻的建模。

2.3.2.3 ?其他部分的建模

該建筑除幕墻建模以外的部分，比如墻、窗戶、門、柱等構(gòu)件類型在Revit軟件中搭建，最終該建筑的整體模型效果圖如圖4所示。

3 ?建模分析

對該高校建筑物項(xiàng)目來說，整個(gè)建模過程基于Dynamo及Revit軟件，通過在Dynamo中不同節(jié)點(diǎn)的排布在Revit中建立了曲面幕墻的模型，實(shí)現(xiàn)了模型的參數(shù)化創(chuàng)建。以下是對建筑的建模思路以及使用Dynamo+Revit優(yōu)勢的闡述。

（1）該工程是通過Dynamo+Revit相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)的，二者相輔相成，其優(yōu)勢則顯現(xiàn)了出來，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：1）在Dynamo拾取了Revit中建立的模型線，也可拾取Revit中的其他元素。并且可以瀏覽可輸入格式的文件，具有強(qiáng)大的信息交互、傳遞及管理功能。2）在Dynamo利用自身節(jié)點(diǎn)可驅(qū)動在Revit中生成曲面幕墻模型，兩者的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。3）通過Dynamo建立曲面幕墻模型，保存該模型的Dynamo邏輯算法的文件，并且可以多次通過文件修改模型，不需要重新建立模型。而且修改相關(guān)的參數(shù)，便能驅(qū)動Revit生成新的模型，大幅度提高了建模的效率。另一方面，可以逐漸積累各種邏輯算法模塊，這便于在其他后續(xù)項(xiàng)目中繼續(xù)使用。

（2）在Dynamo工作界面中調(diào)用了大量的Dynamo節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)連接看似繁瑣，但梳理清需求，明確輸出結(jié)果，就能夠形成一個(gè)完整的思路和方法。本文曲面幕墻的建立就是根據(jù)Dynamo中“點(diǎn)線面體”的思想來實(shí)現(xiàn)的。其過程為：1）獲取指定參數(shù)處模型線的點(diǎn)。2）使用點(diǎn)生成曲線的節(jié)點(diǎn)生成曲線。3）采用線生成面的節(jié)點(diǎn)放樣生成曲面。4）將在Revit中建立的自適應(yīng)嵌板族附著在曲面上便生成了曲面幕墻的三維模型。Dynamo中點(diǎn)線面體的節(jié)點(diǎn)劃分如表1所示。

4 ?結(jié) ?論

本文基于Dynamo的參數(shù)化和可視化程序結(jié)合的實(shí)施方法，對曲面幕墻的建立及應(yīng)用展開了探索，解決了曲面幕墻造型新穎卻建模困難等問題，具備多次修改無需重復(fù)建立模型的優(yōu)勢，有效地提高了建模的效率，為曲面建筑幕墻的設(shè)計(jì)提供了一種新的思路。相信在不遠(yuǎn)的將來，Dynamo獨(dú)特的邏輯規(guī)則會應(yīng)用到更廣泛的工程領(lǐng)域中。

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作者簡介：吳開興（1962—），男，漢族，陜西澄城人，教授，碩士，研究方向：智能信息處理;馬文妙（1994—），女，漢族，河北保定人，碩士研究生，研究方向：三維信息處理;苗雪菲（1995—），女，漢族，河北武安人，碩士研究生，研究方向：信息系統(tǒng)。