潘 穎 張 源 陽(yáng)興林 蒲云輝

(成都大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，四川 成都 610106)

中國(guó)作為世界橋梁大國(guó)，其橋梁的發(fā)展速度不容小覷，不知何時(shí)，橋梁已成為一道靚麗的風(fēng)景。隨著橋梁的形狀和結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)于建模軟件的要求也不同往日。Revit為目前運(yùn)用最廣泛的BIM核心軟件[1]，它之所以能夠從目前市面上100[2]多種軟件中脫穎而出，離不開(kāi)其操作簡(jiǎn)便、參數(shù)化控制、三維技術(shù)設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)。但研究表明，Revit的功能更適合建筑類工程，對(duì)橋梁工程而言，無(wú)法保證其精準(zhǔn)度和準(zhǔn)確度[3]。除此，Revit在構(gòu)建曲線或曲面方面存在許多問(wèn)題，甚至采用以曲代直的方法[4]，嚴(yán)重影響橋梁的美感，無(wú)法設(shè)計(jì)出更加美觀的橋梁。相比之下，Revit的內(nèi)部插件Dynamo則更適合進(jìn)行橋梁的概念設(shè)計(jì)。目前我國(guó)學(xué)者對(duì)Dynamo已做出了一系列的研究。高強(qiáng)[5]對(duì)比傳統(tǒng)二維方法，總結(jié)Dynamo參數(shù)化建模的優(yōu)勢(shì);吳生海等[6]分析了Dynamo可視化建模技術(shù)，得出Dynamo具有強(qiáng)大的曲面設(shè)計(jì)能力和計(jì)算能力;鮑大鑫等[7]探究了基于“Revit+Dynamo”橋梁建模的優(yōu)勢(shì)。本文在此基礎(chǔ)上針對(duì)基于Dynamo的概念橋梁建模技術(shù)展開(kāi)分析,與傳統(tǒng)的Revit建模技術(shù)進(jìn)行對(duì)比，得出Dynamo可憑借其強(qiáng)大的異形構(gòu)造能力和準(zhǔn)確的定位能力，彌補(bǔ)Revit建立橋梁模型的空缺，設(shè)計(jì)出符合當(dāng)代審美需求的各種美觀的橋梁，并提出改進(jìn)的建議。在BIM技術(shù)中，精確的模型是一切后續(xù)工作的開(kāi)始和基礎(chǔ)，更加有利于后續(xù)的碰撞檢查、造價(jià)計(jì)算、施工模擬等工作的進(jìn)行。本文為后者深入研究復(fù)雜橋梁模型設(shè)計(jì)和建立提供了理論依據(jù)，具有一定的研究意義。

1 Dynamo概念設(shè)計(jì)

1.1 建模介紹

Dynamo作為Revit的內(nèi)部插件，既可享受Revit提供的支撐,又可脫離其獨(dú)立運(yùn)行，為操作者提供一個(gè)利用可視化編程語(yǔ)言自由發(fā)揮設(shè)計(jì)各種計(jì)算式模型的平臺(tái)?？梢暬腄ynamo模型是通過(guò)建立節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)控制節(jié)點(diǎn)參數(shù)，操作者可直觀地觀察到參數(shù)調(diào)整過(guò)程中橋梁的形體變化，這相較于傳統(tǒng)的平面設(shè)計(jì)更加直觀。在設(shè)計(jì)概念橋梁時(shí)，設(shè)計(jì)者比較注重橋梁外形的設(shè)計(jì)，為了橋梁的美感，往往會(huì)添加很多的曲線以及異形形體的構(gòu)造，而Dynamo強(qiáng)大的異形構(gòu)造能力剛好可以滿足這一需求。

此外，Dynamo可以通過(guò)節(jié)點(diǎn)接收Excel的數(shù)據(jù)，而大量應(yīng)用于橋梁領(lǐng)域的Civil 3D軟件可以輸出橋梁高程數(shù)據(jù)并保存到Excel中，以此實(shí)現(xiàn)Civil 3D與Dynamo交互的目的。同時(shí)Dynamo提供的List.Create，List.Map，List.Flatten等命令可以實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)入數(shù)據(jù)的整理，從而通過(guò)整理的數(shù)據(jù)和節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)形體的構(gòu)造。操作者利用導(dǎo)入切實(shí)的數(shù)據(jù)來(lái)準(zhǔn)確控制形體，使得Dynamo模型構(gòu)造精細(xì)，定位精確。通過(guò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)間的配合使用，可以構(gòu)造出很多形體優(yōu)美的橋體，見(jiàn)圖1。

1.2 設(shè)計(jì)概述

優(yōu)秀的橋梁建筑總是把橋梁的品質(zhì)和橋梁美學(xué)價(jià)值進(jìn)行統(tǒng)一，因此在控制結(jié)構(gòu)可靠性和造價(jià)的前提下，設(shè)計(jì)師十分重視提高橋梁的美學(xué)價(jià)值。本設(shè)計(jì)從橋梁的美學(xué)價(jià)值出發(fā)，自行設(shè)計(jì)具有一定觀賞價(jià)值的橋梁，繪制簡(jiǎn)易橋梁與Dynamo模型如圖2所示。

利用Dynamo插件建模，步驟簡(jiǎn)介如下：

1)使用cylinder.BypointRadius節(jié)點(diǎn)拉伸圓桿結(jié)構(gòu)，利用Gemetry.Mirror節(jié)點(diǎn)形成與原YZ平面對(duì)稱的相同結(jié)構(gòu)。利用Arc.ByTreePoint節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建一個(gè)圓弧，圓弧的起點(diǎn)和終點(diǎn)分別為兩個(gè)橋門(mén)立桿的頂點(diǎn)。用Cirle.ByCenterPointRadius節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建圓，Geometry.TRansrorm節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)置，將圓的起點(diǎn)和終點(diǎn)固定在圓弧的起點(diǎn)和終點(diǎn)。用Solid.By.Left節(jié)點(diǎn)跟蹤圓弧，以圓為截面實(shí)現(xiàn)放樣，通過(guò)鏡像完成第一階段構(gòu)建。如圖3所示為第一階段。

2)使用Curve.PointAtParameter節(jié)點(diǎn)獲取圓弧上指定的點(diǎn)，對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行鏡像操作，用Cylinder.BypointsRadius節(jié)點(diǎn)將兩點(diǎn)拉伸成圓柱。繪制4個(gè)與橋門(mén)立桿起點(diǎn)相近的點(diǎn)以及兩個(gè)Y軸上的點(diǎn)，用Arc.ByTreePoint節(jié)點(diǎn)生成兩條圓弧,再用List.Creat節(jié)點(diǎn)將兩條圓弧連成組，后用Surface.ByLoft節(jié)點(diǎn)生成平面。用Surface.Thicken節(jié)點(diǎn)將平面向上加厚相應(yīng)厚度，注意，此時(shí)False代表將平面向上加厚，而True代表將平面向下加厚。如圖4所示為第二階段。

3)找到最初建立橋面結(jié)構(gòu)的初始線，使用Curve.PointAtParameter節(jié)點(diǎn)獲取一系列的點(diǎn)，對(duì)點(diǎn)進(jìn)行XZ平面對(duì)稱操作，再用Line.ByStartpointEndPoint節(jié)點(diǎn)生成線。通過(guò)Eurve.Extendstart和Curve.ExtendEnd兩個(gè)節(jié)點(diǎn)延伸線的長(zhǎng)度,使用Curve.Offset節(jié)點(diǎn)將所繪制的線分別進(jìn)行左右偏移，使用Surface.ByLoft節(jié)點(diǎn)和Surface.Thicken節(jié)點(diǎn)繪制橫梁，此時(shí)Curve.Offset節(jié)點(diǎn)的連綴為叉積。在橋架上部圓弧結(jié)構(gòu)上設(shè)置一系列的點(diǎn)，操作與之前生成橫梁點(diǎn)相同。利用Cylinder.BypointsRadius節(jié)點(diǎn)直接將橫梁與橋梁上部圓弧結(jié)構(gòu)間的對(duì)應(yīng)的點(diǎn)拉伸成圓柱，此時(shí)連綴為叉積。如圖5所示為第三階段。

2 兩種方式對(duì)比

2.1 設(shè)計(jì)效果對(duì)比

1)異形結(jié)構(gòu)和曲面處理能力：Revit在模型建立方面能力突出，能夠滿足規(guī)整的模型建立，但對(duì)于異形結(jié)構(gòu)和曲面難以掌控，難以保證其精度。而Dynamo在處理異形結(jié)構(gòu)方面能力突出。隨著現(xiàn)代橋梁對(duì)于外觀的要求愈發(fā)精致，要求構(gòu)件具有更多的美感，設(shè)計(jì)師通常會(huì)在橋梁中運(yùn)用大量的曲線結(jié)構(gòu)來(lái)賦予其美感，給人以視覺(jué)享受。通過(guò)使用Dynamo達(dá)到出奇不意的效果，以此讓設(shè)計(jì)更加出彩，如圖6所示。

2)形體的創(chuàng)造性：作為Autodesk旗下的代表軟件，Revit的強(qiáng)項(xiàng)在于建筑信息的管理[8]，對(duì)于創(chuàng)建自由的形體會(huì)有局限性，從而降低橋梁的美感，如圖7所示。而想要設(shè)計(jì)獨(dú)特且別具特色的橋梁，就需要設(shè)計(jì)師能夠充分利用并發(fā)揮其創(chuàng)造性思維。Dynamo憑借其強(qiáng)大的計(jì)算式設(shè)計(jì)能力可創(chuàng)建各式各樣的模型，為設(shè)計(jì)師提供一個(gè)自由設(shè)計(jì)并創(chuàng)建任意形體的平臺(tái)，滿足其創(chuàng)造性思維的體現(xiàn)。

3)模型精細(xì)度：Dynamo作為Revit的管理插件，無(wú)法進(jìn)行材質(zhì)添加、即時(shí)渲染等操作，導(dǎo)致模型表面粗糙。而在Revit中，可以通過(guò)增添材質(zhì)、色彩等對(duì)構(gòu)件表面進(jìn)行修改，并可使用表面理化工具對(duì)形狀進(jìn)一步處理[9]，相對(duì)前者模型表面更加精細(xì)。

2.2 建模過(guò)程對(duì)比

1)建模效率：復(fù)雜的橋梁模型建立在單獨(dú)構(gòu)件基礎(chǔ)上。在Revit中，操作者需要通過(guò)拉伸，融合等一系列命令建立獨(dú)立構(gòu)件并將其有機(jī)地拼裝成最后模型，這不管對(duì)新手還是資深操作者來(lái)說(shuō)都會(huì)消耗一定的時(shí)間，可見(jiàn)其建模效率低下。在Dynamo中，Dynamo的運(yùn)用程度與使用者能力、模型的復(fù)雜程度有關(guān)。對(duì)于一般簡(jiǎn)單的橋梁，Dynamo的建模速度快，效率高，而對(duì)于一些復(fù)雜的構(gòu)造，僅用Dynamo自帶節(jié)點(diǎn)難以滿足實(shí)際需求，需要更多的途徑進(jìn)行完善，必要時(shí)需要進(jìn)行編程的學(xué)習(xí)，從而降低了建模效率。

2)模型修改便捷程度：在Dynamo中可以點(diǎn)擊代碼塊獲取相應(yīng)的圖元，但無(wú)法通過(guò)點(diǎn)擊圖元來(lái)獲取相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)。在如此限制下，對(duì)于一些圖元的修改就會(huì)消耗大量的時(shí)間去尋找相應(yīng)節(jié)點(diǎn)，而節(jié)點(diǎn)眾多時(shí)難以精確定位。在Revit中，點(diǎn)擊模型中需要修改的構(gòu)件，則可進(jìn)入對(duì)應(yīng)的操作界面進(jìn)行修改，相對(duì)比較便捷。

2.3 軟件自身對(duì)比

1)定位的精準(zhǔn)度：在Revit中，由于自身軟件的局限性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)橋梁構(gòu)件的精確定位[10]，一定程度影響了后續(xù)的應(yīng)用和管理。與Revit相比，Dynamo提供了對(duì)Excel數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)入、生成List的功能，而Excel中的數(shù)據(jù)正是來(lái)自Civil 3D中的橋梁設(shè)計(jì)地勢(shì)點(diǎn)位圖，在完成了橋梁設(shè)計(jì)之后，通過(guò)導(dǎo)入Excel中橋梁的坐標(biāo)定位數(shù)據(jù)，可以精確地放置橋梁構(gòu)件，保證橋梁模型和在實(shí)際施工時(shí)是可以進(jìn)行匹配的，進(jìn)而保證后續(xù)施工模擬等工作的進(jìn)行。

2)信息交互能力:Dynamo構(gòu)件圖形目前只能和Revit交互，并且需要對(duì)Revit自適應(yīng)構(gòu)件族非常熟悉，通過(guò)Dynamo指定使用構(gòu)件族進(jìn)行創(chuàng)建，無(wú)法直接和Lumion，Navisworks，Twinmotion等軟件進(jìn)行交互，導(dǎo)致難以進(jìn)行渲染操作，嚴(yán)重影響可視化效果。Revit數(shù)據(jù)交互能力強(qiáng)，通過(guò)插件可以導(dǎo)出數(shù)據(jù)到其他軟件中進(jìn)行后續(xù)工作，例如：碰撞檢查、施工模擬等。

總的來(lái)說(shuō)，基于Dynamo的概念橋梁模型建立與傳統(tǒng)的Revit概念橋梁模型建立特點(diǎn)對(duì)比如表1所示。

表1 兩種方式的建模對(duì)比研究

3 結(jié)論與建議

與傳統(tǒng)Revit建模相比，基于Dynamo建立概念模型具有處理異形結(jié)構(gòu)和曲面能力突出，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，模型創(chuàng)造性強(qiáng)，定位精準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)勢(shì)能夠滿足設(shè)計(jì)出更具美感和特色的橋梁模型。同時(shí)也無(wú)法否認(rèn)，目前應(yīng)用率不高，需要推廣。這些不足從一定程度會(huì)阻礙橋梁的概念設(shè)計(jì)，想要進(jìn)一步完善Dynamo進(jìn)行橋梁的模型設(shè)計(jì)，仍需不斷探索。提出以下建議供參考。

3.1 政府部門(mén)制定扶持政策

政府對(duì)于新技術(shù)的推行發(fā)展具有重要作用，主要從以下方面完善：

1)開(kāi)展示范工程。以國(guó)有資金投資建造部分示范工程，主要技術(shù)可涉及Dynamo及其相關(guān)技術(shù)，使相關(guān)技術(shù)落地。

2)經(jīng)濟(jì)扶持。對(duì)于主動(dòng)采用Dynamo設(shè)計(jì)的項(xiàng)目給予稅收優(yōu)惠，對(duì)于深化研究Dynamo設(shè)計(jì)的研究項(xiàng)目給予撥付科研經(jīng)費(fèi)等措施。

3)組織建立中國(guó)工程實(shí)踐的專業(yè)節(jié)點(diǎn)庫(kù)。目前Dynamo官網(wǎng)提供了大量國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)者所開(kāi)發(fā)地節(jié)點(diǎn)，但大多不符合我國(guó)需求。建立我國(guó)專業(yè)節(jié)點(diǎn)庫(kù)，可為實(shí)際工程提供精確定位且符合應(yīng)用的工作場(chǎng)景。

3.2 從業(yè)人員加強(qiáng)相關(guān)學(xué)習(xí)

Dynamo雖然可以很好的滿足橋梁概念設(shè)計(jì)的需求，但考慮到效率及效果問(wèn)題，仍然需要工程從業(yè)人員不斷地加強(qiáng)對(duì)Dynamo及相關(guān)編程語(yǔ)言的學(xué)習(xí)。編程語(yǔ)言的學(xué)習(xí)對(duì)于大部分工程人員難度較大，為高效的完成工作，從業(yè)人員需要不斷完善相關(guān)技術(shù)體系。

3.3 提高技術(shù)實(shí)踐力度

針對(duì)新技術(shù)，將其應(yīng)用于實(shí)踐當(dāng)中十分必要。在檢驗(yàn)新技術(shù)成效的同時(shí)完善技術(shù)應(yīng)用體系，充分了解Dynamo及相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景，為技術(shù)升級(jí)和普及奠定基礎(chǔ)，

3.4 高校和企業(yè)加強(qiáng)人才培養(yǎng)

高校需要適應(yīng)市場(chǎng)變化，對(duì)人才培養(yǎng)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整，培養(yǎng)相關(guān)人才。企業(yè)應(yīng)當(dāng)合理權(quán)衡長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展和未來(lái)趨勢(shì)，加大人才培養(yǎng)和科研投入，逐步實(shí)現(xiàn)模型設(shè)計(jì)由傳統(tǒng)到基于Dynamo的過(guò)渡。