基于Revit+Dynamo 模式的疊合板參數(shù)化建模

楊凌峰，周海威，晉 強(qiáng)*，黎 康

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊；2.新疆BIM 及裝配式工程技術(shù)研究中心，新疆 烏魯木齊；3.新疆新冶建筑集成科技有限公司，新疆 烏魯木齊）

改革開放至今，我國在工程建造方面取得了巨大成就，但是和其他國家相比，我國這一領(lǐng)域的數(shù)字化水平仍然處于較低的階段，碎片化、粗放式的建造方式也存在一系列問題，而利用建筑信息模型（Building Information Modeling, BIM）在工程中設(shè)計階段和生產(chǎn)階段的應(yīng)用可以減少建造過程中的失誤并且提高建造的質(zhì)量和各專業(yè)協(xié)調(diào)能力。放眼全球，我們可以從錫麥肯全球研究院（MGI）發(fā)表的調(diào)查報告中看出，在提到的22 個行業(yè)中，工程建造領(lǐng)域的數(shù)字化水平在全球國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)中排名倒數(shù)第二位，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于建造行業(yè)。而我國發(fā)布的《中國制造2025》指出了加快推動新一代信息技術(shù)與制造技術(shù)融合發(fā)展，主攻智能制造，最終實(shí)現(xiàn)制造業(yè)強(qiáng)國的這一目標(biāo)。BIM技術(shù)正是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要途徑。由此可見，BIM技術(shù)是未來建筑行業(yè)的重要趨勢[1-4]。

1 工程案例

交建翰博苑位于烏魯木齊市新市區(qū)冶金街北側(cè)，是新疆地區(qū)首個所有單體均為裝配式建筑的小區(qū)，整體效果如圖1 所示。該工程總建筑面積97 405.79 m2，其中地上建筑面積71 978.81 m2、地下建筑面積25 426.98 m2。交建翰博苑利用BIM技術(shù)輔助施工過程[5]，并結(jié)合了裝配式建筑綠色施工準(zhǔn)則，為綠色施工的實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)支持和載體。本文以翰博苑4#住宅樓為例，地上部分為裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，豎向構(gòu)件采用高精度模板，水平構(gòu)件采用桁架鋼筋混凝土疊合板樓蓋。

圖1 工程案例小區(qū)鳥瞰效果圖

2 Revit 軟件與Dynamo 插件的概述

2.1 Revit 軟件的不足

Autodesk Revit 軟件對常規(guī)的建設(shè)項(xiàng)目創(chuàng)建界面友好，但在疊合板的創(chuàng)建過程中不僅操作繁瑣，而且疊合板輪廓線定位較為模糊，使模型的精度較低，無法滿足工程當(dāng)中對于模型精度的要求。

2.2 Dynamo 平臺的特點(diǎn)

Dynamo 作為Revit 軟件的插件運(yùn)行，是一種面向自定義節(jié)點(diǎn)的可視化編程語言環(huán)境，它可以將各種節(jié)點(diǎn)組合起來，形成可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)功能的可視化程序。除此之外，Dynamo 擁有可視化編譯程序的運(yùn)行環(huán)境，這意味著設(shè)計師可以在可視化編程界面上調(diào)整程序邏輯、布局和節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)“所見即所得”的編程思想，大大提高了編程的效率和可靠性通過節(jié)點(diǎn)算法聯(lián)動軟件模型來達(dá)到工作效果，不需要使用者具有較高程度的編程專業(yè)知識。

最重要的是，Dynamo 作為Revit 軟件的插件運(yùn)行，可以與Revit 軟件進(jìn)行無縫集成，通過調(diào)用Revit的API 接口，實(shí)現(xiàn)軟件的定制化和擴(kuò)展。這意味著工程師們可以利用Dynamo 快速地設(shè)計和開發(fā)各種工具、插件和腳本，用于自動化和優(yōu)化建筑設(shè)計和構(gòu)造流程，大大提高了工作效率和質(zhì)量。

2.3 Revit 軟件與Dynamo 平臺的互補(bǔ)性

隨著BIM 技術(shù)的快速發(fā)展，Revit 軟件與Dynamo平臺的互補(bǔ)性也日益突顯。正是因?yàn)楣こ塘康淖詣咏y(tǒng)計是基于Revit 的，并且統(tǒng)計時一般是在三維模型上進(jìn)行操作的，這就取決于所建立模型的質(zhì)量如何，工程量統(tǒng)計速度的關(guān)鍵性因素中就有了模型創(chuàng)建的效率這一因素。而Dynamo 平臺能夠?qū)evit 模型進(jìn)行數(shù)據(jù)聯(lián)動，這也正是Revit 軟件與Dynamo 平臺互補(bǔ)性的體現(xiàn)之一。因此，對Revit 進(jìn)行更深層次的二次開發(fā)[6]，進(jìn)而有效提高建立Revit 模型的質(zhì)量和效率。

3 疊合板參數(shù)化設(shè)計

3.1 疊合板概述

在Revit 中，疊合板可以通過族文件的方式進(jìn)行建模。通過將三維建模轉(zhuǎn)化為疊合板族文件的設(shè)計過程，建筑工程師可以利用Revit 的數(shù)據(jù)管理能力[7]，快速構(gòu)建出復(fù)雜的疊合板結(jié)構(gòu)模型，滿足不同的工程設(shè)計需求。疊合板的建模和計算過程正是 Revit 和Dynamo 配合使用的優(yōu)良例證，充分發(fā)揮了BIM 技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢。

3.2 疊合板參數(shù)化生成思路

在Revit 平臺中創(chuàng)建疊合板時，需要使用樓板功能來繪制疊合板的輪廓線，在此創(chuàng)建過程中不僅操作繁瑣，而且疊合板輪廓線的定位也很模糊，單次的樓板繪制也只能創(chuàng)建一塊疊合板，無法批量生成，導(dǎo)致模型的繪制效率比較低。在任務(wù)量大時更是需要耗費(fèi)大量的時間和精力[8]。針對此問題，采用參數(shù)法建模并開發(fā)插件，使其能夠在指定區(qū)域進(jìn)行疊合板的智能生成，建立一個由Revit 中的模型直接進(jìn)行疊合板模型深化以及構(gòu)件出圖的橋梁。因?yàn)椴寮拈_發(fā)目的是為了應(yīng)用到項(xiàng)目中，插件的功能設(shè)計要貼合實(shí)際的施工工藝。因此，在開發(fā)之前我們首先對疊合板的施工過程進(jìn)行梳理，鋼筋混凝土疊合板的施工流程如圖2 所示。在施工過程中涉及到的BIM 模型包含疊合板支座、預(yù)制底板、現(xiàn)澆疊合層以及現(xiàn)澆接縫。

圖2 疊合板施工流程

3.3 疊合板參數(shù)化生成邏輯

按照程序參數(shù)計算輸出的位移數(shù)據(jù)，以交互參數(shù)為程序方法調(diào)用判斷依據(jù)，利用Revit API 修改模型并創(chuàng)建模型。樓板類型則以Revit 族類型進(jìn)行劃分，命名不同的族類型名稱，并賦予其面層結(jié)構(gòu)材質(zhì)，為材質(zhì)表面創(chuàng)建圖案填充，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)樓板類型與Revit 模型的對應(yīng)關(guān)系。

如圖3 所示，在模型參數(shù)化生成的過程中，可以用原樓板的模型線作為所有樓板生成的原始定位數(shù)據(jù)，處于上層的現(xiàn)澆板直接采取原始模型線，依據(jù)交互參數(shù)來篩選現(xiàn)澆樓板厚度，并通過族類型參數(shù)的設(shè)定，定位族類型名稱新建樓板，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化厚度調(diào)整。而預(yù)制板和拼接縫則是需要對原始定位數(shù)據(jù)進(jìn)行偏移來生成，我們以輸出的位移參數(shù)為偏移數(shù)值，通過偏移原始頂點(diǎn)的X 軸與Y 軸，建立新的模型線集合，并篩選預(yù)制樓板厚度進(jìn)行Revit 模型的創(chuàng)建，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)模型生成，并保證模型精細(xì)度。

圖3 樓板參數(shù)化生成示意

3.4 疊合板參數(shù)化生成

程序根據(jù)預(yù)處理功能梳理的模型線集合順序，獲取樓板邊緣線，并將其放入已經(jīng)設(shè)定好的Entiy 封裝類中。定義Entiy 類時創(chuàng)建承載Line 實(shí)例的屬性以及線中點(diǎn)的屬性，為Entiy 類寫入構(gòu)造函數(shù)，建立中點(diǎn)屬性的構(gòu)造初始值，設(shè)定創(chuàng)建該類時必須提供一個Line 類型的實(shí)例。通過特征對比線中點(diǎn)屬性中X 與Y 的數(shù)值大小進(jìn)行集合排序，創(chuàng)建原始點(diǎn)位數(shù)據(jù)，以此作為所有樓板生成的基礎(chǔ)。計算樓板模型線長度，傳遞給主窗口程序，通過“Show Dialog”方法將窗口模態(tài)展示，程序計算將在窗口未執(zhí)行完之前停止運(yùn)行，等待模態(tài)窗口傳回參數(shù)，主窗口內(nèi)定義了次窗口的展示區(qū)域，在交互結(jié)束后，次窗口將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接給主窗口，再通過主程序的窗口實(shí)例獲取參數(shù)。根據(jù)樓板拆分方向以及數(shù)量的選擇可以形成四種疊合板生成方法，疊合板模型線代碼如圖4 所示。方法數(shù)據(jù)由double 類型的實(shí)例代替，程序獲取主窗口的交互參數(shù)后，將數(shù)值寫入對應(yīng)的實(shí)例中，完成參數(shù)化模型線生成。在Revit API 中，Document 類中的“New Floor”方法用于新建樓板模型，方法構(gòu)造函數(shù)需提 供 “Curve Array profile”、“Floor Type floor Type”、“Level” 與“Bool structural”參數(shù)，對應(yīng)物理屬性分別為模型線集合、樓板族類型、標(biāo)高與結(jié)構(gòu)參數(shù)，程序會根據(jù)交互參數(shù)中預(yù)制板厚度與現(xiàn)澆板厚度進(jìn)行族類型的篩選來滿足拆分厚度的需求，并設(shè)置標(biāo)高的偏移距離，防止模型碰撞[9-10]，最終得到相對應(yīng)的預(yù)制板、現(xiàn)澆板與拼接縫，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化疊合板生成。

圖4 疊合板模型線部分核心代碼

4 結(jié)論

本文探討了在疊合板參數(shù)化設(shè)計中BIM 技術(shù)的應(yīng)用，并以實(shí)際工程項(xiàng)目為例，針對操作繁瑣、疊合板輪廓線定位模糊，且無法批量生成而導(dǎo)致模型繪制效率比較低等問題開展研究。采用Revit + Dynamo 的參數(shù)化建模方法，分析了疊合板參數(shù)化設(shè)計的思路和邏輯，并利用Dynamo 技術(shù)完成了模型布置，大幅提高了建模的效率與精度，同時也為后續(xù)的施工起到了切實(shí)的指導(dǎo)意義。目前土木工程的BIM應(yīng)用從項(xiàng)目的設(shè)計階段、施工階段及后期運(yùn)維階段均已展開，涵蓋了工程項(xiàng)目的整個生命周期。未來，隨著BIM技術(shù)的不斷發(fā)展，Revit 和Dynamo 的應(yīng)用范圍將會變得越來越廣泛，為建筑工程師們提供更多更好的工具來實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的建筑設(shè)計和建造。