高如欣 原玉靜 楊雪霞

摘 要：BIM具有三維可視化、信息化特征，可以實(shí)現(xiàn)多方的信息共享，應(yīng)用于建設(shè)項(xiàng)目的全生命周期中，能夠帶來良好的項(xiàng)目管理價(jià)值。但是，建立信息化三維模型費(fèi)時(shí)，效率不高是阻礙BIM技術(shù)應(yīng)用的瓶頸之一。依托貴州都勻高速隧道項(xiàng)目，本文利用Revit平臺、Dynamo插件對基于Revit的二次開發(fā)的隧道BIM參數(shù)化建模技術(shù)進(jìn)行初步探索，通過開發(fā)小程序，建立隧道模型，解決隧道建模過程冗雜的問題，從而提高BIM建模效率，實(shí)現(xiàn)快速建模。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);隧道建模;二次開發(fā);參數(shù)化建模

中圖分類號：U452文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）05-0008-04

Abstract： BIM has three-dimensional visualization and informatization characteristics， can realize multi-party information sharing， and is used in the entire life cycle of construction projects， which can bring good project management value. However， it takes time to build an informatized 3D model， and low efficiency is one of the bottlenecks that hinder the application of BIM technology. Relying on the Guizhou Duyun high-speed tunnel project， this paper used the Revit platform and Dynamo plug in to make a preliminary exploration of the BIM parametric modeling technology based on the secondary development of Revit， by developing a small program， a tunnel model was established to solve the problem of redundant tunnel modeling process， thereby improving the efficiency of BIM modeling and achieving rapid modeling.

Keywords： BIM technology;tunnel modeling;secondary development;parametric modeling

BIM技術(shù)是一種土木工程行業(yè)的新技術(shù)，其項(xiàng)目全生命周期管理模式為建筑行業(yè)的發(fā)展帶來全新的契機(jī)[1]。在BIM的工作界面上，項(xiàng)目被拆分成可利用的、可視化的單元，然后拼裝成完整的虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目模型。模型里包含項(xiàng)目的全部信息，能夠通過精準(zhǔn)的計(jì)算和分析，為設(shè)計(jì)人員提供規(guī)劃、設(shè)計(jì)、變更等過程的重要判斷依據(jù)，減少實(shí)際施工因?yàn)檎`判而產(chǎn)生的浪費(fèi)。同時(shí)，因?yàn)锽IM是通過三維數(shù)字技術(shù)模擬建筑物的真實(shí)信息，為工程設(shè)計(jì)和施工提供相互協(xié)調(diào)、內(nèi)部一致的信息模型[2-4]，可以通過圖紙的自動(dòng)調(diào)整，提高相關(guān)設(shè)計(jì)人員的工作效率，減少設(shè)計(jì)人員繁重的工作，從而得到高效率、自動(dòng)化的模擬實(shí)體工程。本文以都勻T19標(biāo)隧道工程的數(shù)據(jù)作為BIM建模技術(shù)研究對象，同時(shí)采用軟件平臺Revit模擬實(shí)體工程。

1 依托項(xiàng)目隧道情況

項(xiàng)目設(shè)置兩座隧道洞口，每個(gè)洞口分為左右兩線，隧道采取分離式，全長為4 965.5 m。地形地貌以中低山侵蝕巖溶地貌為主，山脊渾圓，多呈饅頭形，走向北東，山體陡峭，坡度為30°～40°，局部達(dá)到50°。

隧道主體結(jié)構(gòu)擁有良好的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、耐久性，在土建設(shè)計(jì)中堅(jiān)持動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和信息化施工的思路，及時(shí)調(diào)整支護(hù)等結(jié)構(gòu)的參數(shù)和施工方案。通常，隧道建模將整體進(jìn)行單元分割，采取拼接的方式?？奢d入防水板、襯砌、仰拱、瀝青層、水泥路面、錨桿和導(dǎo)管等單元。每個(gè)單元采取編號和統(tǒng)一命名，進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總，集中管理。隧道的Revit建模整體模型如圖1所示。

2 參數(shù)化隧道模型構(gòu)建體系

采用在建模平臺內(nèi)建模的方式，先建立各種族，再載入項(xiàng)目中定位，模型大，費(fèi)時(shí)間，效率低下。隧道具有一定的規(guī)律性，如果采用參數(shù)化建模，就可以大大節(jié)約時(shí)間，提高效率。本文利用插件Dynamo和相關(guān)程序代碼構(gòu)建隧道模型，主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建和數(shù)據(jù)運(yùn)行平臺搭建兩個(gè)操作模塊。

2.1 平臺基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)庫建立

模型基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)庫是山嶺隧道項(xiàng)目設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)文件，包括項(xiàng)目設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)信息，包括各個(gè)單元的尺寸、命名、圍巖等?；A(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)庫的相關(guān)數(shù)據(jù)能夠被運(yùn)行平臺導(dǎo)入和識別，以便執(zhí)行更多的命令，該數(shù)據(jù)庫的導(dǎo)入方式多樣化，如Excel數(shù)據(jù)源、可載入族庫等。

2.1.1 基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)庫原則?；A(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)庫的建立遵循統(tǒng)一的規(guī)則，保證后續(xù)運(yùn)行平臺執(zhí)行操作的暢通[1]。其中，相關(guān)項(xiàng)目文件、可載入族文件嚴(yán)格遵循橫式編號統(tǒng)一和縱式模板統(tǒng)一的制度，可以將數(shù)據(jù)接口完美兼容，方便后續(xù)導(dǎo)入平臺的使用。但由于Excel的相關(guān)特點(diǎn)，Excel文件需要根據(jù)導(dǎo)入平臺的具體情況，配合平臺具體程序工作。隧道圍巖等級統(tǒng)一命名如圖2所示，單元隧道錨桿、導(dǎo)管數(shù)據(jù)必須統(tǒng)一，如表1所示。

2.1.2 隧道基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)庫建立。建立隧道基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)庫是構(gòu)建數(shù)字化參數(shù)模型的基石，隧道主體參數(shù)化模型采用的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)庫是Excel數(shù)據(jù)源和可載入族族庫。

2.1.2.1 導(dǎo)入Excel參數(shù)。標(biāo)段隧道Excel參數(shù)為公路序號、樁號、三維坐標(biāo)、圍巖等級、襯砌類型。這些參數(shù)能夠真實(shí)有效地模擬實(shí)際工程，達(dá)到準(zhǔn)確的預(yù)判效果。

2.1.2.2 隧道各單元族庫。標(biāo)段隧道參數(shù)化采用5種族文件，分別是隧道輪廓族文件、洞門族文件、排水系統(tǒng)族文件、通風(fēng)照明系統(tǒng)族文件等。文件進(jìn)行統(tǒng)一命名，利用單位、模板、基本原點(diǎn)來進(jìn)行分組分段組裝。

2.2 數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建

模型數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建采用Revit二次開發(fā)的方式。Revit的功能限制較多，其開發(fā)是基于較規(guī)則空間形體的建模，主要功能僅有拉伸、放樣融合、空心操作，缺乏對異型構(gòu)件建模的支持，雖然能夠很好地降低硬件資源需求，提升效率[2]，但是在進(jìn)行山嶺隧道施工時(shí)，人們需要利用高效、功能強(qiáng)大的開發(fā)工具，而二次開發(fā)是較為理想的選擇。本文利用插件Dynamo，其可以將煩瑣、重復(fù)的工作進(jìn)行合并與簡化，便于建造非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件。

利用插件Dynamo中Python Script節(jié)點(diǎn)來運(yùn)行API，具有很好的效果。通過這個(gè)途徑，設(shè)計(jì)人員可以直接調(diào)用Revit中的API，通過這個(gè)插件，人們只用編譯相關(guān)簡單代碼即可直接生成。同時(shí)，由于Dynamo本身是可視化的編程方式，可以將函數(shù)和變量以可視化的方式賦值及連接[4]，人們可以利用Python強(qiáng)大的代碼語言，更加簡潔地完成平臺的控制。這樣的操作也存在弊端，開始時(shí)必須設(shè)計(jì)好流程，避免后續(xù)出現(xiàn)程序混亂[5]，同時(shí)建議搭建復(fù)雜平臺，按照實(shí)際工程設(shè)計(jì)分析需求，并繪制相關(guān)的流程圖，依照已知流程圖實(shí)施操作。

2.2.1 數(shù)據(jù)平臺內(nèi)容。數(shù)據(jù)運(yùn)行平臺分為三方面：統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)源的拾取;相關(guān)尺寸、用料運(yùn)算和處理;節(jié)點(diǎn)控制，輸出三維模型。

2.2.2 數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建原則。數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建需要縝密的邏輯思維進(jìn)行佐證。在隧道工程構(gòu)建過程中，要采用分段路線，按照順序組裝。

2.2.3 隧道數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建。本平臺利用Dynamo插件來完成構(gòu)建，其中每一步驟都要通過嚴(yán)格的邏輯關(guān)系來佐證。同時(shí)，利用Python編程，實(shí)現(xiàn)在Pynamo中自動(dòng)批量建造較為規(guī)則的族文件?？紤]到隧道構(gòu)件形狀較為復(fù)雜，首先選擇形狀規(guī)則的長方體可載入族來進(jìn)行研究。筆者設(shè)置了三個(gè)參數(shù)：長方體可載入族的長、高和數(shù)量，并以此生成點(diǎn)陣，再通過Python編程賦予點(diǎn)陣正確的拓?fù)潢P(guān)系，最后利用相關(guān)節(jié)點(diǎn)，快速生成多個(gè)形狀簡單的自適應(yīng)族。各個(gè)單元可載入族在合同19標(biāo)段隧道主體的數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建分為5部分，即拾取路線Excel數(shù)據(jù)源合成三維曲線，建立坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和圍巖分段，讀取單元可載入族族庫數(shù)據(jù)，單元族定位和分段處理數(shù)據(jù)，生成隧道模型，完成隧道各部分組裝，精密定位隧道所有結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

構(gòu)建隧道主體模型的過程中，編寫一組節(jié)點(diǎn)，通過第三方插件Dynamo來運(yùn)行平臺，如圖3所示。這組節(jié)點(diǎn)可以通過基本標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)源導(dǎo)入，快速完成隧道主體部分的建模。它們能夠拾取Excel坐標(biāo)信息，生成與之對應(yīng)的三維曲線，可以實(shí)時(shí)修改和調(diào)整;可以生成三維曲線上的相對坐標(biāo)，提供各單元可載入族族庫定位的基本信息，與此同時(shí)根據(jù)參數(shù)數(shù)據(jù)導(dǎo)入信息，將路線分組分段處理，與對應(yīng)的單元可載入族形成呼應(yīng)關(guān)系，有效減少重復(fù)工作量，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)路線的快速放樣，捕捉各單元可載入族的放置位置。

3 研究思路和方法

基于實(shí)際隧道工程相關(guān)信息，本研究采用公制常規(guī)模型，建造各單元可載入族，同時(shí)利用插件Dynamo完成可載入族放樣。在探索過程中，本研究出現(xiàn)以下問題。

可載入族放樣時(shí)存在微小線路偏差，文件內(nèi)存過于龐大。最后通過改變模型文件來減小誤差，采取公制常規(guī)輪廓建立輪廓族，并在公制常規(guī)模型中將其沿模型線放樣，本操作相當(dāng)于將若干個(gè)可載入族放置在一起建立小段隧道。

將單元可載入族放樣是一個(gè)機(jī)械重復(fù)的過程，十分耗時(shí)，人們要明確設(shè)計(jì)思路，通過一定的代碼來實(shí)現(xiàn)快速放樣優(yōu)化。解決思路有兩個(gè)，一是在一段線路中同時(shí)放置各構(gòu)件族，直接形成完整的一段隧道。二是識別同一類族類型線路，將族輪廓同時(shí)放入多段線路中。

兩種思路在搭建運(yùn)行平臺時(shí)都有所體現(xiàn)，優(yōu)化了一定的操作，大幅度提高設(shè)計(jì)人員構(gòu)建隧道模型的效率。

4 應(yīng)用優(yōu)勢

參數(shù)化隧道建模體系，基于嚴(yán)格的邏輯語言，通過參數(shù)的輸入自動(dòng)快速生成模型，建模流程清晰[3]。完成組裝的隧道主體模型可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)單元的控制，即從整個(gè)襯砌到排水、照明、緊急停車帶等零部件都能實(shí)現(xiàn)對材料信息、尺寸等參數(shù)的控制，將智能化與傳統(tǒng)土木工程相結(jié)合，為后續(xù)隧道的深入設(shè)計(jì)中所需工程量的提取、受力的計(jì)算與分析、預(yù)制構(gòu)件定制等提供極大的便利[3]。

通過Dynamo創(chuàng)建隧道模型，Dynamo的邏輯算法以文件形式進(jìn)行保存，施工過程中，如果要修改模型，只需要修改相關(guān)參數(shù)，驅(qū)動(dòng)Revit生成新的模型，大幅提高建模效率?；贒ynamo對Revit進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)一次對多個(gè)可載入族進(jìn)行放樣或者一次放樣多段圍巖類型相同的線路，解決該弊端。此外，參數(shù)化隧道建模有一定的開放性[6]，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)庫文件和數(shù)據(jù)平臺按照不同項(xiàng)目的實(shí)際情況，更改和調(diào)整有關(guān)參數(shù)比例，具有工程實(shí)用性。

5 結(jié)語

當(dāng)前，人們可以利用插件Dynamo創(chuàng)建隧道模型，將Dynamo的邏輯算法以文件形式保存，調(diào)控模型參數(shù)，驅(qū)動(dòng)Revit平臺模型三維可視化。該技術(shù)研究能夠大幅提高設(shè)計(jì)人員的工作效率，其他類似建模也可以采用此方法。

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