基于RIR插件運(yùn)行基礎(chǔ)之上,以實(shí)際項(xiàng)目為例,探索如何使用Rhino中的Grasshopper模塊解決市政景觀工程的BIM建模難點(diǎn),補(bǔ)齊Revit平臺(tái)在異形建模操作復(fù)雜、參數(shù)化造型能力不足、重復(fù)性建模效率低的短板,提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。同時(shí)由于Rhino普及度較高,能降低從業(yè)人員的學(xué)習(xí)成本,進(jìn)而提升景觀BIM建模的工作效率,輔助施工管理,在推動(dòng)市政道路景觀工程BIM及數(shù)字化應(yīng)用發(fā)展中起到積極作用。
BIM技術(shù); 市政景觀; Rhino.Inside.Revit; Revit; 參數(shù)化設(shè)計(jì); 道路綠化; Grasshopper; 三維建模
TU986.3A
市政工程市政工程
[定稿日期]2024-05-29
[作者簡(jiǎn)介]陳俊羽(1995—),女,本科,助理工程師,研究方向?yàn)槭姓G化工程BIM技術(shù)應(yīng)用;王曾煒(1988—),男,本科,工程師,研究方向?yàn)槭姓G化工程BIM技術(shù)應(yīng)用。
0" 引言
如今,數(shù)字化轉(zhuǎn)型已成為未來(lái)行業(yè)發(fā)展的大勢(shì)所趨,“十四五”工程勘察設(shè)計(jì)行業(yè)發(fā)展規(guī)劃中更是提出了“提升發(fā)展效能,推進(jìn)BIM全過(guò)程應(yīng)用”的任務(wù)[1]。與此同時(shí),全國(guó)各個(gè)地方建設(shè)主管部門紛紛出臺(tái)地方行業(yè)BIM技術(shù)規(guī)定以及相關(guān)交付標(biāo)準(zhǔn),BIM技術(shù)應(yīng)用發(fā)展逐漸走向正軌。其中,市政道路項(xiàng)目的BIM設(shè)計(jì)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)也在逐步完善。在市政道路建設(shè)中,BIM通過(guò)多專業(yè)協(xié)作、數(shù)字化管理的工作模式,能夠起到提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、減少各類碰撞、縮短施工周期、降低成本的作用,市政道路景觀工程的BIM正向設(shè)計(jì)應(yīng)用升級(jí)勢(shì)在必行。
然而,對(duì)于市政道路綠化工程BIM應(yīng)用而言,目前存在復(fù)雜造型建模操作難度大、重復(fù)性建模效率低、參數(shù)化造型能力不足的問(wèn)題,因此BIM技術(shù)在景觀工程方向的應(yīng)用推進(jìn)相對(duì)滯后。以Revit平臺(tái)與Rhino建模軟件為基礎(chǔ),利用Rhino.Inside.Revit插件(以下簡(jiǎn)稱RIR)探索將兩種軟件結(jié)合起來(lái)的方法,利用兩者的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),可以更好地提高BIM模型構(gòu)建的效率與質(zhì)量。
1" 市政道路綠化工程數(shù)字化應(yīng)用調(diào)研分析
1.1" 市政道路綠化工程BIM應(yīng)用現(xiàn)狀
當(dāng)下,針對(duì)市政道路工程項(xiàng)目BIM應(yīng)用,各地建設(shè)主管部門已制定了相關(guān)的設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),比如深圳市住房和建設(shè)局與交通運(yùn)輸局發(fā)布的《市政道路工程信息模型設(shè)計(jì)交付標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)市政道路BIM模型創(chuàng)建深度、交付要求均作出了詳細(xì)規(guī)定,包括對(duì)綠化帶、樹(shù)池、沿街設(shè)施作出交付要求[2];成都市住建局發(fā)布的《成都市市政工程建筑信息模型(BIM)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定(試用版)》中也明確了BIM在市政工程中的審查標(biāo)準(zhǔn)[3]。不同的地方、設(shè)計(jì)單位技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)略有差異,但由于綠化工程通常在道路工程中所占比例較小,因此,基于市政道路綠化工程的BIM相關(guān)技術(shù)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)條例較為粗略,主要規(guī)定了沿街設(shè)施、綠化的BIM模型表達(dá),包括空間位置、尺寸間距及材質(zhì)名稱等。
基于BIM技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)況來(lái)看,Revit是應(yīng)用范圍較廣的BIM建模軟件之一,暫時(shí)也還未有針對(duì)景觀工程開(kāi)發(fā)服務(wù)的BIM軟件。而Revit的建模精確性和靈活性也較適用于綠化工程,可在二維視圖與三維視圖中互相轉(zhuǎn)換,并且隨模型附帶有能指導(dǎo)施工的相關(guān)數(shù)據(jù),將模型從幾何元素(點(diǎn)、線、面、體)賦予實(shí)體構(gòu)件的含義,如座椅、欄桿、樹(shù)池等,同時(shí)附帶相關(guān)構(gòu)件信息,如材質(zhì)、標(biāo)高等。使得設(shè)計(jì)師在施工之前能更好地預(yù)測(cè)施工之后的項(xiàng)目情況。所以,Revit依然是市政道路綠化工程BIM建模最適用的軟件。
1.2" 市政道路綠化工程BIM技術(shù)現(xiàn)存在的問(wèn)題
1.2.1" 景觀專用BIM族庫(kù)資源匱乏
在Revit中,模型中各種構(gòu)件統(tǒng)稱為族,是一個(gè)項(xiàng)目中基本的組成部分,類似于CAD中的圖塊,可以重復(fù)使用且需要對(duì)族類型進(jìn)行分類,每個(gè)族自帶相應(yīng)的屬性參數(shù)。但由于Revit主要是面向建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電專業(yè)設(shè)計(jì)服務(wù)的BIM建模軟件,對(duì)景觀專業(yè)而言針對(duì)性不強(qiáng),可直接供景觀BIM建模調(diào)用的族類型不多。比如植物類型族品類較少,且渲染外觀多不符合設(shè)計(jì)需求;街道家具族類型缺乏,各個(gè)項(xiàng)目又時(shí)常有貼合各自設(shè)計(jì)理念而設(shè)計(jì)的家具樣式,通用造型的家具族模型往往難以滿足設(shè)計(jì)方案的理念表達(dá)。這對(duì)于市政道路綠化工程的BIM模型表達(dá)準(zhǔn)確度影響很大,若想更精準(zhǔn)高效地實(shí)現(xiàn)市政道路綠化工程信息化,需要景觀從業(yè)人員自行建立一個(gè)面向景觀專業(yè)的BIM族庫(kù)。
1.2.2" 建模局限性大
在對(duì)于空間曲線及曲面處理上,Revit軟件還存在缺陷。而市政道路景觀綠化工程中本身就會(huì)存在大量的曲線、曲面,并且常常會(huì)涉及到各種復(fù)雜的地形處理,這導(dǎo)致在使用Revit進(jìn)行場(chǎng)地建?;蛘咔嬖煨徒r(shí),會(huì)受到諸多建模限制,導(dǎo)致表達(dá)不夠精準(zhǔn),同時(shí)由于Revit對(duì)此類建模操作十分繁瑣,建模效率也會(huì)受到影響。
由于市政道路景觀項(xiàng)目常常會(huì)有大量的市政設(shè)施及植物布置,需要在場(chǎng)地模型中載入大量的族模型,并進(jìn)行放置,這涉及到對(duì)建模的準(zhǔn)確性表達(dá)以及存在大量重復(fù)性工作,若是僅靠現(xiàn)有BIM建模方式手動(dòng)操作放置的話,工作效率較低,同時(shí)修改起來(lái)過(guò)于繁瑣,也制約著道路綠化工程BIM的發(fā)展。
1.3" RIR軟件及工作流程概述
RIR是一個(gè)Revit的附加插件(圖1),屬于RhinoWIP 的開(kāi)源項(xiàng)目,其目的是為Rhino與Revit軟件之間搭建一個(gè)集成平臺(tái),使得Rhino能在Revit平臺(tái)內(nèi)部運(yùn)行,將Rhino及Rhino的插件(譬如Grasshopper)加載到Revit之中。而RIR運(yùn)行下的Grasshopper板塊提供了一組與Revit進(jìn)行實(shí)時(shí)交互的新組件(圖2)[4],使得將Grasshopper(以下簡(jiǎn)稱GH)可視化編程的功能模塊開(kāi)放給Revit進(jìn)行調(diào)用。通過(guò)RIR插件將Rhino的建模能力與Revit的信息模型構(gòu)建能力結(jié)合,能夠高效優(yōu)質(zhì)地完成BIM模型構(gòu)建。
基于RIR的BIM工作流程主要分為兩個(gè)步驟:首先,在Revit平臺(tái)下,啟動(dòng)Rhino,在Rhino及Grasshopper中進(jìn)行參數(shù)化建模工作;然后在Grasshopper中,利用與Revit交互的電池版塊,將建好的模型拾取到電池中,將其聯(lián)動(dòng)到Revit中(圖3)[5]。
1.4" RIR優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用前景
Rhino(犀牛)建模軟件具備異形建模與參數(shù)化建模技術(shù),能夠更高效率高質(zhì)量地滿足完成市政景觀的各種精確建模需求,以及能靈活應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)方案修改變化帶來(lái)的模型調(diào)整,尤其是Grasshopper插件的可視化編程能力,使得模型的構(gòu)建具備參數(shù)化的功能,當(dāng)改變建模參數(shù)時(shí),模型也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變,避免了模型修改的重復(fù)工作流程,大大提升了工作效率。同時(shí)也因自帶參數(shù)的性質(zhì)使得模型從視覺(jué)研究轉(zhuǎn)化為“信息模型”成為可能,用參數(shù)和設(shè)定好的程序控制建模,比手工控制建模更為精準(zhǔn)和具有邏輯性。
RIR插件能實(shí)現(xiàn)Revit與Rhino即時(shí)交互的目的,使得BIM建模能夠同時(shí)結(jié)合兩種軟件的優(yōu)點(diǎn)。相較于常規(guī)Revit工作流程,RIR工作流程利用Rhino參數(shù)化的建模特點(diǎn),使得道路景觀BIM正向設(shè)計(jì)提高建模效率及模型精確度,促進(jìn)市政道路景觀綠化工程BIM數(shù)字化發(fā)展,達(dá)到降本增效、節(jié)約時(shí)間的目的,為道路景觀BIM正向設(shè)計(jì)建模應(yīng)用提供參考。(圖4)
市政工程陳俊羽, 王曾煒, 花文青: 基于RIR的市政道路景觀綠化工程BIM及數(shù)字化應(yīng)用探索
2" 市政道路綠化工程數(shù)字化應(yīng)用調(diào)研分析
2.1" 市政道路綠化工程BIM標(biāo)準(zhǔn)
綜合住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒布的BIM建設(shè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 51301-2018《建筑信息模型設(shè)計(jì)交付標(biāo)準(zhǔn)》及各個(gè)地方市政專項(xiàng)BIM標(biāo)準(zhǔn)可知:BIM模型應(yīng)由模型單元組成,交付全過(guò)程應(yīng)以模型單元作為基本操作對(duì)象;模型單元應(yīng)以幾何信息和屬性信息描述工程對(duì)象的設(shè)計(jì)信息[6],可使用二維圖形、文字、文檔、多媒體等方式補(bǔ)充和增強(qiáng)表達(dá)設(shè)計(jì)信息[7]。
以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為參照,市政道路綠化工程BIM模型內(nèi)容應(yīng)包含:模型單元的系統(tǒng)分類、模型單元的關(guān)聯(lián)關(guān)系、模型單元的幾何信息及幾何表達(dá)精度、模型單元屬性信息及信息深度[8]。
2.2" 市政道路綠化工程族類型
基于市政道路景觀的設(shè)計(jì)要點(diǎn),構(gòu)成道路景觀的設(shè)計(jì)要素主要有沿街設(shè)施(座凳、雕塑小品等)、綠化(喬木、灌木)。因此,將道路景觀設(shè)計(jì)要素轉(zhuǎn)化為不同類型的BIM模型單元,在Revit中即為不同的族類型,市政道路綠化工程所需要的族類型有:(1)景觀座凳;(2)垃圾桶;(3)雕塑/小品/構(gòu)筑物;(4)樹(shù)池;(5)綠化帶;(6)灌木;(7)喬木。
2.3" 市政道路綠化工程族參數(shù)
在BIM標(biāo)準(zhǔn)中,模型單元需要具備幾何信息及屬性信息。除了建立好的族模型外,構(gòu)成市政道路綠化工程的族還需要詳細(xì)的屬性參數(shù),Revit中不同類型族的屬性信息如表1所示。
2.4" 景觀構(gòu)件的參數(shù)化控制方法
2.4.1" 景觀構(gòu)件的參數(shù)化建立
由于景觀構(gòu)件輪廓形狀及造型特點(diǎn)各有不同,同時(shí)也可能會(huì)涉及到曲線曲面上的造型,尺寸上也會(huì)有多種規(guī)格變化。為了更好地指導(dǎo)施工安裝及便于隨時(shí)調(diào)整造型,在RIR運(yùn)行環(huán)境下利用Grasshopper來(lái)建立精細(xì)化的設(shè)施模型,再基于參數(shù)化的特點(diǎn),將諸如長(zhǎng)度、寬度、高度等關(guān)鍵性數(shù)據(jù)通過(guò)可修改的參數(shù)來(lái)進(jìn)行控制(圖4)。景觀構(gòu)件參數(shù)化設(shè)計(jì)的總體流程可概括為構(gòu)件的幾何輪廓線拾取、向量方向的確定、對(duì)輪廓線進(jìn)行實(shí)體模型的轉(zhuǎn)換生成、對(duì)構(gòu)件進(jìn)行族類型的定義、返回Revit完善構(gòu)件的非幾何信息。RIR主要利用的電池是Category、Add Subcategory(SubCat)、Component Family Form(FamForm)、New Component Family(New)、Family Types(Types),作用是對(duì)建好的景觀構(gòu)件進(jìn)行族類型、族命名、族材質(zhì)上的定義,RIR建立景觀構(gòu)件參數(shù)流程。
在GH中拾取景觀構(gòu)件的幾何輪廓線—向量方向的確定—輸入向量的長(zhǎng)度—景觀構(gòu)件輪廓線的形體轉(zhuǎn)換生成—景觀構(gòu)件的族類型定義—返回Revit,將模型賦予非幾何信息(材料、工藝等)—結(jié)束。
2.4.2" 景觀構(gòu)件的參數(shù)化放置
在市政道路景觀BIM模型建立中,會(huì)需要批量化放置景觀族類構(gòu)件(如景觀家具、喬木灌木),在Revit中可利用陣列的方法以線性或半徑形式批量化放置景觀族構(gòu)件,但道路景觀BIM構(gòu)件常常需要在曲線或曲面場(chǎng)地上進(jìn)行放置,在Revit中操作不夠靈便且修改起來(lái)也頗為繁瑣,因此可利用RIR的方式來(lái)進(jìn)行景觀構(gòu)件的放置。利用RIR進(jìn)行景觀構(gòu)件的參數(shù)化放置流程主要分為將需放置構(gòu)件的場(chǎng)地定位線(道路邊界線或道路中線)及場(chǎng)地曲面拾取至GH里、拾取需放置的構(gòu)件模型到GH中、將場(chǎng)地定位線按需求進(jìn)行偏移、將偏移曲線進(jìn)行定距等分、將等分點(diǎn)投影到曲面上、將景觀構(gòu)件按投影點(diǎn)的位置放置這幾個(gè)步驟。用RIR對(duì)景觀構(gòu)件進(jìn)行參數(shù)化放置的方式可在場(chǎng)地邊界更改、場(chǎng)地地形變化、構(gòu)件樣式更改的情況下進(jìn)行高效率的放置和修改,RIR主要使用的電池為CompLoca,目的是將放置好位置的構(gòu)件加載到Revit項(xiàng)目中。
2.5" 基于“Rhino.Inside.Reviet”的BIM技術(shù)路線
利用“Rhino.Inside.Revit”插件,可以更加高效準(zhǔn)確地完成市政道路景觀綠化工程的BIM建設(shè),更能滿足市政景觀工程的設(shè)計(jì)需求。基于“Rhino.Inside.Revit”的市政道路景觀BIM技術(shù)路線,結(jié)合Grasshopper參數(shù)化設(shè)計(jì)環(huán)境與Revit建筑信息模型(BIM)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì),可實(shí)現(xiàn)高效設(shè)計(jì)與精細(xì)化管理市政道路景觀的技術(shù)路線。
2.5.1" 項(xiàng)目準(zhǔn)備
安裝配置適配版本Rhino.Inside.Reviet插件,確保在Revit中可無(wú)縫集成Rhino及Grasshopper功能。
2.5.2" 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)導(dǎo)入與處理
導(dǎo)入現(xiàn)有的市政道路地形圖紙到Revit中,并通過(guò)RIR進(jìn)行初步幾何轉(zhuǎn)化和優(yōu)化。
2.5.3" 參數(shù)化景觀構(gòu)件建立
在RIR環(huán)境下利用GH創(chuàng)建各類景觀構(gòu)件(如景觀家具、雕塑小品、綠化帶等)參數(shù)化模型,定義其幾何形態(tài)、尺寸大小、材質(zhì)命名、構(gòu)件類型等屬性。
2.5.4" 景觀構(gòu)件參數(shù)化控制
根據(jù)市政道路規(guī)劃要求和設(shè)計(jì)規(guī)范,以GH算法實(shí)現(xiàn)景觀構(gòu)件沿場(chǎng)地邊界或道路中線進(jìn)行參數(shù)化分布,分布影響因素包括間距、種植密度等。
2.5.5" 族庫(kù)建立與鏈接
將參數(shù)化建立的景觀構(gòu)件轉(zhuǎn)化為Revit族文件,以便于直接插入到Revit項(xiàng)目中,建立起一套適用于景觀專業(yè)的BIM族庫(kù)。并保持參數(shù)關(guān)聯(lián)性,便于后期修改和更新。
2.5.6" 碰撞檢測(cè)與優(yōu)化
對(duì)建立好的景觀模型進(jìn)行碰撞檢測(cè),以免與其他專業(yè)BIM模型產(chǎn)生碰撞沖突,實(shí)時(shí)檢測(cè)碰撞結(jié)果并及時(shí)協(xié)作調(diào)整。
2.5.7" 施工圖圖紙輸出與明細(xì)表
從Revit中導(dǎo)出景觀所有內(nèi)容布置的施工圖,并統(tǒng)計(jì)工程量,生成相應(yīng)的材料表清單及實(shí)施計(jì)劃,對(duì)施工作出詳細(xì)指導(dǎo)。
2.5.8" 協(xié)同工作與變更管理
基于Revit的協(xié)同工作特性,將景觀設(shè)計(jì)方案與其他專業(yè)設(shè)計(jì)成果(如建筑、結(jié)構(gòu)、電氣等)進(jìn)行整合,便于統(tǒng)一管理與實(shí)時(shí)變更。
2.5.9" 可視化呈現(xiàn)與匯報(bào)
利用Revit適配的渲染插件,向業(yè)主、政府部門進(jìn)行市政景觀設(shè)計(jì)方案的三維可視化展示,更直觀、高效地完成匯報(bào)與溝通。
3" 基于RIR的市政道路景觀工程實(shí)例
3.1" 項(xiàng)目概況
項(xiàng)目位于四川龍泉,屬于道路綠化工程項(xiàng)目類型,道路全長(zhǎng)2.3 km,景觀設(shè)計(jì)內(nèi)容包括道路綠化帶、街道家具等(圖5)。
3.2" 項(xiàng)目難點(diǎn)
龍泉道路工程規(guī)模較大,涉及到的道路市政設(shè)施種類多,包括座凳、垃圾桶、止車柱、綠化帶等,且布置市政設(shè)施的點(diǎn)位也多,若是僅靠手工建模布置,工作量大且重復(fù)性建模多較為低效。
3.3" 工作流程
3.3.1" 利用RIR進(jìn)行場(chǎng)地建立
在接收主體道路專業(yè)的Revit中心模型提資后,運(yùn)行RIR,打開(kāi)Rhino,拾取相關(guān)的Revit模型圖元到Rhino中,再提取需要建立的模型輪廓線,用于創(chuàng)建地形場(chǎng)地。在GH中將建好的場(chǎng)地模型利用RIR專有電池,對(duì)場(chǎng)地模型定義其類型材質(zhì),并導(dǎo)回Revit中(圖6)。
3.3.2" 利用RIR進(jìn)行家具族的建立
在Rhino中的利用Grasshopper電池組建立家具族的三維模型,理論上整個(gè)模型的建立最好完全通過(guò)Grasshopper電池組來(lái)建立和控制,這樣建成的圖形便實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化的控制,便于后期的修改和參數(shù)調(diào)整。
在Rhino中建立好家具模型后,便需要通過(guò)RIR的電池組將景觀家具轉(zhuǎn)換為Revit中的族。龍泉道路項(xiàng)目中,在建好景觀家具模型之后,通過(guò)RIR電池將景觀座凳選擇“家具”作為族命名(圖7),返回Revit界面后,就能看到名為家具的族,并在Revit中將此族類型賦予相應(yīng)的族參數(shù),包括材質(zhì)、高度、長(zhǎng)度、寬度、體積等(圖8)。
3.3.3" 利用RIR進(jìn)行家具族的放置
在景觀家具族建立好之后,可利用RIR實(shí)現(xiàn)家具的快速放置。這里以等距放置的一組止車柱的BIM族為例,在Revit中打開(kāi)場(chǎng)地模型的項(xiàng)目文件,加載一個(gè)止車柱的族,用RIR打開(kāi)Rhino平臺(tái),并在Rhino中導(dǎo)入了相對(duì)應(yīng)的CAD地形底圖,利用Grasshopper電池組拾取相應(yīng)的場(chǎng)地輪廓線,并通過(guò)等分布置的距離計(jì)算出相應(yīng)的點(diǎn)位,最后通過(guò)RIR電池的連接將相應(yīng)的族放置于項(xiàng)目中(圖9)。
3.3.4" 可視化實(shí)時(shí)渲染
Revit模型建立好之后,可利用適配Revit的渲染插件來(lái)進(jìn)行可視化實(shí)時(shí)渲染,以做到更好地方案匯報(bào)與成果展示(圖10)。
4" 總結(jié)
本文基于RIR的研究致力于解決市政道路景觀BIM應(yīng)用上遇到的諸多問(wèn)題,譬如景觀BIM族庫(kù)模型的缺乏、復(fù)雜造型建模難度大、景觀構(gòu)件放置效率低的問(wèn)題,并嘗試?yán)肦IR構(gòu)建起一套完善的景觀BIM工作流程。在Rhino. Inside.Revit插件的輔助之下,編寫出了一套景觀構(gòu)件的參數(shù)化控制方法,同時(shí)將其應(yīng)用到市政道路景觀實(shí)際項(xiàng)目中。
利用RIR輔助的BIM建模方法能快速搭建起Revit與Rhino實(shí)時(shí)交互的橋梁,使得景觀從業(yè)人員能通過(guò)熟悉的Rhino與Grasshopper軟件快速實(shí)現(xiàn)景觀項(xiàng)目的BIM應(yīng)用,在一定程度上降低了學(xué)習(xí)成本,并且利用Rhino強(qiáng)大的異形建模能力與Grasshopper模塊化參數(shù)化特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)高效BIM建模,提升設(shè)計(jì)精細(xì)度與交付成果質(zhì)量。
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