明茂剛

(中鐵十四局集團第四工程有限公司 山東濟南 250002)

1 引言

BIM技術的應用最先開始于建筑領域，并逐步延伸至交通施工領域，且進展速度很快。目前國內外建設高速公路隧道方面BIM應用主要體現在參數化設計、施工流程仿真、工作量計算等。Revit是BIM應用的核心軟件，在運用其創(chuàng)建三維模型時，既可以生成幾何信息，又可以導入、導出非幾何信息。但在公路設計領域，僅使用Revit無法達到預想的建模要求，工程人員急需尋找一種新的方法以實現橋梁、隧道這類存在多種異形結構形式的建模意圖[1]。Dynamo是Revit的功能增強器，是一個程序開發(fā)平臺，和Revit API一樣，它可以創(chuàng)造出Revit并不具有的功能。比如Dynamo所具有的參數化設計、自動化重復性操作、節(jié)點自定義的優(yōu)點，既能夠在編程的同時實時生成模型，使得建立的模型實現可視化，又避免了數據交換帶來的諸多問題，使得Revit作為信息處理的中樞功能更強大。Dynamo能夠直觀地查看腳本行為、自定義邏輯并使用各種文本編程語言，且支持在視覺程序設計流程中工作。它通過自主鏈接節(jié)點以定義邏輯關系并生成能滿足特定要求的自定義的動作序列，使得從處理數據至產生幾何圖形的過程可實時實現，不需要編寫一句代碼[2－3]，享受節(jié)點帶來的便捷。

汪勇[4]等在BIM橋梁工程設計中介紹了將可視化編程和橋梁工程設計相結合的方法，并在總結出一些很好的研究成果。程文碩等[5]利用參數化的自適應族技術和Dynamo程序，可迅速建立全新的隧道運維工作模式，并利用Dynamo、Revit以及自適應族技術完成了對隧道模型幾何參數的自主調節(jié)，實現施工期信息一鍵添加和隧道線體的動態(tài)比選等新功能。

本文采用Revit＋Dynamo的參數化建模方法，對南昌某深長越湖隧道建立模型，使得建模效率大幅提高。并且在整合模型過程中，對不同斷面的模型銜接進行了優(yōu)化設計，使其自然過渡，該方法可為類似工程提供技術參考。

2 Dynamo與Revit功能對比分析

在三維模型建立過程中，利用Revit直接建模，雖然可以快速實現對常規(guī)模型的創(chuàng)建，但在一些斷面形式復雜多變的隧道模型創(chuàng)建過程中，由于結構斷面變化大、曲面多，以及結構形式復雜，異形結構數量多，已經無法通過簡單的操作完成模型建立，只使用Revit進行建模的缺點逐漸暴露出來[6]。而Dynamo是使用各種文字的程序設計語言，通過編寫Script的方法完成建模，對于空間曲面建模以及不規(guī)則的曲面建模都可以輕松實現。Dynamo的每個節(jié)點都是一個功能模塊，可以實現繪圖建模、數學運算、文件讀寫、參數修改及信息數據的管理等功能，并且通過連線將某一節(jié)點的執(zhí)行結果傳遞給下一節(jié)點。同時因每個工程結構的獨有性，利用Revit得到的模型會呈現出一次性的特點。但是Dynamo編輯的Script序列可以重復運用于同類建筑的模型建立過程中，只需要更改相應的模型中心線以及族庫就可以直接運行，可實現對類似模型的快速創(chuàng)建，可復制性高。另外，需要注意到的是，模型建立之后發(fā)現錯誤時，Dynamo可以直接通過調整族參數的方法修正錯誤，避免了傳統(tǒng)使用Revit中速度慢、易出錯的弊端[7]。

另外，Dynamo幫助Revit與外界溝通。在信息寫出功能方面，Revit僅有圖紙生成、明細表生成的功能[8]，使得信息寫入寫出功能比較薄弱，缺乏模型內信息輸出的高級功能。Dynamo能夠彌補Revit在這方面的不足，它本身自帶的CodeBlock和List功能，可以方便自己創(chuàng)建數據；此外，其自帶的Excel等節(jié)點包，能夠和諸如Excel等外部軟件實現實時交互，簡便快捷。

3 參數化建模

3.1 建模思路

參數化建模不僅可以只使用Dynamo單獨編程建模，也可以采用Revit＋Dynamo組合建模。本文采用后者，如圖1所示。此次建?；赗evit平臺實現最終的模型建立，Dynamo則作為Revit的一個插件使用。

圖1 建模思路

首先利用Dynamo與例如 Excel、C3D等外界軟件交互便捷的優(yōu)勢獲取模型基礎信息，然后在Dynamo中進行可視化編程，成功運行后再將Dynamo中所生成的模型與Revit相關聯(lián)[9]。這種以Dynamo為中介使Revit與外界軟件得以溝通的便捷建模形式可廣泛應用于復雜異形工程的模型建立中。

3.2 建模流程

通過自由拖拽及連接程序設計所需要的節(jié)點，便能以“所見即所得”的形式進行模型建立，節(jié)點可以來自于Dynamo的節(jié)點庫，也可以是使用者為實現特定功能對系統(tǒng)節(jié)點再開發(fā)的自定義節(jié)點[10]。基于這種設計模式，實現隧道工程的建模主要包括:線路模型的數據采集及建立、模型分段及族庫的創(chuàng)建、Dynamo程序的編制。建模前，可以先將包括中心線和結構的位置、高程等要素有序記錄于Excel表中；建模過程中，由Dynamo程序讀取Excel表中信息進行參數化建模。具體技術路線如圖2所示。

圖2 技術路線

4 Dynamo可視化編程應用

4.1 工程概況

南昌艾溪湖隧道工程項目，全長2 208 m，其中985 m為湖中隧道。上部為雙向六車道公路隧道，下部為雙向地鐵隧道，并且上部隧道底板與下部隧道頂板不共板，造成上下隧道間距、下部左右線地鐵隧道的間距不一致，湖中、湖西、湖東三段各里程的結構剖面多樣。同時因地質條件影響，隧道的風機、雨水泵房的設置使得各里程結構更具有特殊性，如圖3所示。

圖3 隧道橫截面

4.2 模型建立流程

4.2.1 生成線路模型

線路模型在后期生成隧道構件模型時起導向作用，利用隧道中心線建立線路模型并導入Revit一般有兩種方法:一個是根據C3D的數據報告，通過Excel對隧道中心線坐標及高程等相關信息進行數據處理，形成最終所需的曲線坐標；然后在Dynamo中輸入相關節(jié)點命令將Excel中的坐標運行生成建模所需的中心線；最終根據程序驅動將Dynamo中生成的中心線輸出到Revit。第二種則是在C3D中將其中心線轉成帶有高程的樣條曲線，然后再將樣條曲線另存為DWG格式的文檔導入Revit中[11]。后續(xù)處理方式與第一種相同，只是所用節(jié)點命令不同。本文采用第一種方法，具體節(jié)點名命令如圖4所示。

圖4 線路模型節(jié)點命令流

4.2.2 模型分段與族庫的建立

本項目采用Revit＋Dynamo的建模方式來完成深長越湖隧道模型的建立。盡管隧道工程為帶狀分布，但同一類型構件的放置規(guī)律固定，使用編程把信息位置輸入放置?？紤]到整合模型時的運行效率，確保軟硬件運行性能的流暢，將模型拆分為上部公路隧道結構、下部地鐵廊道結構。最后結合本項目變截面多的特點，對模型截面明顯變化處再次進行合理分段，以單個文件大小不超過100 M為宜。

因為Revit的基礎族庫中并不包括隧道專業(yè)族，所以建立其參數化模型的前提條件就是要構建一個隧道家族庫，而構建完整家族庫時則需要根據拆分后的構件級模型依次構建族[12]。而公制常規(guī)模型中在空間線上的點既無法自動適應，也無法增加自動適應點。與之比較，自適應族可以通過調整族的屬性和工作面，達到參數調整要求，對復雜構件的創(chuàng)作也更加靈活。所以，可以在本項目背景下選用自適應族構建隧道族庫。

4.2.3 模型結構的建立

由于隧道太長，本文只截取其中一段CDk2＋49.41～CDk2＋66.701進行建模分析，其他部分方法一致。隧道上部建模過程主要步驟如下:通過上述中心線的確定，然后在Dynamo中輸入Family Types節(jié)點命令將創(chuàng)建的自適應族導入Dynamo中，并放在相應位置。有些自適應族導入后需要矢量旋轉，為此需輸Geometry.Rotate節(jié)點命令對其調整角度。最后采用節(jié)點命令Solid.ByLofe將所輸入的自適應族進行放樣生成上部結構模型，具體命令流如圖5所示。

圖5 隧道上部結構模型命令流

因為隧道為空心結構，為此必須將上述實體模型的內外輪廓進行幾何差積[13]，將模型中間部分去掉。如果去掉部分成孔個數為1，可使用 Solid.Difference節(jié)點命令使其進行布爾差值運算，也可采用Solid.DifferenceAll節(jié)點命令；但如果成孔個數大于1則只能采用后者，否則不能構建所需的孔型。隧道上部結構建模如圖6所示。

圖6 隧道上部結構建模

同理，其他組段結構及隧道下部結構建模過程與此一致，按照以上方法所建立的模型見圖7，至此Dynamo建模結束。最后采用 Springs.FamilyInstance.ByGeometry節(jié)點命令，完成Dynamo圖元到Revit圖元的轉換。

圖7 隧道下部結構建模

4.2.4 模型整合

模型的最終整合只需要在Revit中根據二維圖紙中各段結構模型的位置關系將其以鏈接的形式匯總到項目文件即可，斷面形式不同的族因自適應族參數化的特征，放樣過程中會自動進行融合，結合以變截面處為節(jié)點進行分段放樣的方式，可以優(yōu)化模型的銜接與過渡。

5 總結

本文采用Revit＋Dynamo的交互式建模方式對深長越湖隧道進行建模分析，過程雖然看似復雜，但是建立了一套便捷易懂的節(jié)點命令，導入自適應族后，能夠快速生成自己所需要的任意里程的三維模型。具體有以下優(yōu)勢:

(1)Dynamo可以利用其自帶的節(jié)點包和諸如Excel等軟件實現實時交互，幫助Revit與外界溝通。

(2)與單獨使用Revit建模相比，Revit＋Dynamo的參數化建模方式使異形結構的模型建立更加靈活，速度更快，更優(yōu)化了結構變截面間的銜接。

目前信息化、智慧化在土建行業(yè)快速發(fā)展成為未來趨勢，Revit＋Dynamo的建模方式在未來也會發(fā)揮越來越重要的作用。