Dynamo在橋梁BIM建模中的應用

仇朝珍，賀波，葛勝錦

(1.青海交通職業(yè)技術學院，青海 西寧 810000；2.中交柏嘉工程技術研究院有限公司)

目前，BIM技術在交通建設領域的應用尚處于初級階段，其主要建模工具依賴國外BIM軟件，建模功能尚不完備，如何利用有限的功能實現復雜交通結構物的建模是BIM技術人員急需解決的問題。

1 BIM應用軟件概況

CAD時代，專業(yè)繪圖軟件的使用大大提高了工程師的繪圖速度，使設計單位的生產效率得到了質的飛躍。而BIM時代的主要任務是顛覆傳統的設計思路，完成工程項目在全生命周期內的數字化、智能化和信息化建設，因此一款好的軟件解決方案必不可少。

目前，中國國內主流的BIM軟件包括以Revit為代表的A平臺軟件；以Openroads為代表的B平臺軟件；以Catia為代表的C平臺軟件等。

各類軟件都有各自的優(yōu)勢，也存在相應不足，為工程技術人員帶來了很多困擾。

交通建設項目具有里程長、線形復雜、模型體量大等特點，現階段任何一款軟件在處理這些問題時都面臨巨大挑戰(zhàn)。Bentley系列軟件在解決交通領域BIM模型有關問題方面有天然優(yōu)勢，但其在中國大陸的普及率較低，且學習、應用門檻較高，掌握其應用的技術人員仍在少數；歐特克公司的BIM系列軟件在房建應用領域具有入門迅速、操作簡單方便等優(yōu)勢，且市場普及率較高，但處理橋梁建模方面仍存在很多問題；而CATIA系列軟件更適用于鋼結構等復雜結構的設計，應用領域受局限。

在交通建設領域，中國國內大多數BIM工程師采用A系列軟件建模，隨著工程項目的增多及應用的深化，Revit應用的局限性愈發(fā)凸顯，復雜線形、異形曲面、長大橋梁的建模工作存在建模難、效率低等特點與不足，而Dynamo的出現，完美地解決了這一難題。

2 Dynamo for Revit簡介

Dynamo是Revit中的一個插件，通過可視化編程的方式，使用戶實現個性的建模功能。目前，Dynamo已廣泛應用于交通、水利等結構物的建模。

Revit中的圖形數據、信息可以通過Dynamo在多款軟件中交互(CSV、XLS、SAT、DWG、RHINO等)，適應各類使用人員的專業(yè)需求。在橋梁建模方面，Dynamo可實現的功能主要包括：數據批量處理、異形結構創(chuàng)建、快速放置族構件等。

2.1 模型結構

Revit的模型結構主要分為4個層級，即[Category]、[Family]、[Type]、[Instance]。

[Category]類別是最高級別的類型，例如結構柱、墻、空間等。

[Family]族代表類別的類，是根據參數集的共用、圖形的相似對圖元分組的大類。例如橋墩的類別下，有雙柱墩、三柱墩、花瓶墩等不同的族。

[Type]族類別是根據規(guī)格、尺寸等對圖元的分組，是族的分類。例如矩形結構族，又可細分界面為500 mm×500 mm的族類型以及界面為450 mm×550 mm的族類型等。

[Insrance]圖元是Revit建模過程中最小的單元。

2.2 Dynamo常用節(jié)點介紹

按功能分類，Dynamo節(jié)點可分為5大類:設計輸入、數據處理、數據輸出、幾何體處理、Revit相關操作。

(1)設計輸入：主要包括任何作為設計條件的數據、構件的節(jié)點。例如ImportExport下的節(jié)點、Input下的節(jié)點。

(2)數據處理：主要包括所有對數據(列表)相關操作的節(jié)點。例如List下的節(jié)點、Math下的節(jié)點。

(3)數據輸出：主要包括用于將數據導出到外部環(huán)境的節(jié)點。

(4)幾何體處理：主要包括任何對點、線、面、體進行生成和處理的節(jié)點。如Geometry下的大部分節(jié)點。

(5)Revit相關操作：主要包括任何對Revit構件進行生成和操作的節(jié)點。如Revit下的大部分節(jié)點。

2.3 Dynamo for Revit節(jié)點

在Dynamo的節(jié)點庫中，有一個叫做“Revit”的專門節(jié)點分類，其包含了一系列用于選擇、創(chuàng)建、編輯、查詢Revit圖元的節(jié)點，可以幫助用戶大幅降低重復性作業(yè)、提高建模效率及精度、創(chuàng)建異形構件、輔助快速出圖，實現Revit本身無法實現的功能。

以下幾個節(jié)點為Dynamo與Revit交互的常用節(jié)點，僅供示例參考。

(1)節(jié)點組合：Selection.Select Edgs(Face、Model)+Family.Types+數據處理+ImportInstance.ByGeometries。

節(jié)點釋義：Selection節(jié)點用于連接Revit中的點、線、面、體模型，Family.Type用于族的選取，ImportInstance用于載入族。

(2)節(jié)點組合：Data.ImportExcel+數據處理+Family.Types+幾何體處理。

節(jié)點釋義：在Dynamo中，用Data節(jié)點讀取Excel文件，用Revit節(jié)點選取族，根據表格數據對族賦值。

(3)節(jié)點組合：All Elements In Active View+圖元篩選+數據處理+布爾運算+字符串處理+Family Type+導入Revit。

節(jié)點釋義：在Dynamo中，選取所有圖元，對圖元進行篩選，處理篩選出的圖元數據整理出需要的數據(循環(huán)、排列用Python腳本)，得到數據后進行條件選擇并拍平成表，將表格中的數據轉換為字符串，對字符串批量處理得到族所需要的參數值，選擇對應的族進行操作，最后將結果導入到Revit中。

2.4 Python腳本

Python Script可以認為是Dynamo中一個帶有Python編程語言的節(jié)點，技術人員可根據此節(jié)點編寫Python程序，同時也可以調取Revit的API，可解決數據處理節(jié)點不完善、邏輯判斷、循環(huán)嵌套等復雜程序，定制自己所需要的功能，極大地提高了Dynamo的應用范圍。

2.5 應用優(yōu)勢

(1)族構件的快速放置

Revit傳統的族構件放置采用建立標高確定高程、軸網確定平面位置的方式，需確定放置點后，手工進行放置，效率極低；采用Dynamo程序的方式，只需將族的高程信息、坐標信息、族參數信息、偏轉角度等關鍵參數以統一格式通過Excel表格存儲，然后通過Dynamo程序讀取該表格數據自動放置，針對大型復雜項目，建模效率提高幾十倍以上。

(2)異形結構的創(chuàng)建

Revit創(chuàng)建族的基本功能包括拉伸、融合、放樣以及在此基礎上的衍生功能，可以完成普通結構的建模，對于異形復雜結構如變截面梁、預應力齒塊等則無法創(chuàng)建；采用Dynamo+自適應族的方式，通過Excel數據控制自適應點放樣軌跡，可快速實現異形結構的建模。

3 Dynamo在橋梁建模中的應用

3.1 “積木法”快速建模

通過Dynamo編程控制，可以自動將橋梁構件(族)快速準確地放置到正確的位置，快速完成橋梁結構的拼接。具體實施思路如下：

(1)數據處理。利用Civil3d軟件可生成道路的平曲線、縱斷面設計線，根據圖紙中的《直曲轉角表》、《縱斷設計表》等文件，可生成項目的平縱設計圖。依據Civil3d提供的數據輸出工具，可提取樁號的坐標、高程、方位角等基礎數據，并導出CSV格式的表格。

(2)參數化建族。充分利用Revit強大的族功能，構建不同類型的梁體、承臺、橋墩、樁基、護欄、標線、照明裝置、管道等構件參數化的BIM族庫。利用族的參數變化可實現“一次制作，永久使用”，極大地減輕了建模的工作量。

(3)Dynamo for Revit。利用Dynamo建模代碼塊可實現Revit族的批量快速放置。根據提取的路線樁號位置信息和設置構件參數來自動放置各種構件，通過設置橋梁構件的參數、位置、高程、角度等，可實現快速精確BIM建模。

3.2 連續(xù)剛構橋

連續(xù)剛構橋的墩身與主梁固結，在建模過程中，主要考慮兩方面內容：① 快速準確建模，使模型與實際項目一致；② 按照工序工法對模型進行拆分，符合施工實際。

3.2.1 快速建模思路

上部結構采用Revit建族、Dynamo布設、Excel數據處理進行建模。下部結構采用Revit建族、Dynamo布設進行建模。

采用放樣融合的邏輯進行上部結構建模。一個準確的模型需要兩個元素：準確的中心線與準確的截面輪廓。為提高建模效率，考慮建立全參數化的輪廓族，參數化主要位置包括：箱梁高、腹板厚度、頂底板厚度、倒角、翼緣尺寸等。

相關參數通過Excel處理，可以根據箱梁底板下緣曲線方程或箱梁底板上緣曲線拋物線方程來計算各個截面的參數。

得到參數化輪廓和與之對應的參數，建模思路就非常清晰了：Revit中創(chuàng)建輪廓族-Excel中錄入參數數據-Dynamo中創(chuàng)建項目中心線、確定關鍵點樁號、樁號處向梁中心線偏移、中心線上的點在Z軸上加坡度、根據關鍵點將輪廓族放入、根據Excel數據給各輪廓族賦值、按照橋梁中心線和各截面依次放樣得出橋梁上部結構。

下部結構建模，根據項目下部結構類型，在Revit中通過拉伸、放樣、放樣融合等手段將一個類型的下部結構建立成為族，然后利用Dynamo程序將下部結構族放置到正確的位置上。

3.2.2 模型分塊

根據設計資料獲取對模型分塊的樁號值，并在這些樁號點處放置垂直于該樁號點切向量的面，實現n個面分割出n+1個構件。但Dynamo自帶的Split節(jié)點只能進行一次切割，缺乏循環(huán)切割的功能，因此考慮創(chuàng)造一個滿足循環(huán)切割功能的節(jié)點。

通過Dynamo內置Python節(jié)點的編程功能，可實現循環(huán)功能。

根據Python節(jié)點創(chuàng)建的循環(huán)功能，可利用n個截面分割出n+1個構件，即可實現模型的分塊。將分割的構件導入Revit即可獲得準確的構件BIM模型，通過與設計圖紙的比較，工程量幾乎無差別。

3.3 彎橋

彎橋在建模過程中往往采用“以折代曲”的方式，不僅可以避免大量的異形板，還可以減少設計工作量，并降低橋梁的施工難度。

基本思路：將曲線段內橋梁的主梁近似為直線，計算內外邊線的差值，同時確定主梁數量與間隔。當跨徑、曲線半徑都較小時，可以通過調整邊梁的懸臂長度進行彎曲設計。

該文通過兩種常用的方法，即扇形布設法與平行布設法進行闡述。

3.3.1 墩臺扇形布設法

在墩臺扇形布設法中，各墩臺與路線中心線的夾角相同，但同一跨的主梁長度由內向外逐漸變長。

該方法對于上部結構的設計工作量相對較大，不能直接套用已設計完成的標準板。且不適用于曲線半徑較大、橋寬較小的彎橋，可通過調整主梁的封端長度來控制橋梁的總長。

首先根據橋梁中心線、邊線等設計資料，確定分孔線樁號等信息，然后輸入主梁數量、間距等參數后自動排梁，得出主梁定位點等設計信息。

T梁定位點數據包括T梁中心線起點、終點的坐標值、高程信息。

(1)邊梁弧度控制

通過T邊梁懸臂端距T梁中線的距離，控制T梁翼緣的內外弧度。內外弧度的控制可采用“以折代曲”的思路對T梁進行橫向分割，分割面設置越多，T梁內外邊線越接近弧形，理論上可以無限接近弧形。具體分割段應根據梁長、弧度等綜合確定。

(2)高程控制

根據樁號處的已知高程以及超高或橫坡率，采用三角函數確定各定位點相對于樁號點的相對高程，從而確定各定位點的高程。

(3)T梁建族

將主梁定位點坐標、尺寸數據、高程等關鍵參數信息存儲于Excel中，利用這些設計數據，用輪廓族自適應的方式即可完成T梁建族。

完成T梁建族后，通過自適應族放置功能，即可實現T梁快速自動排布。并計算出首尾夾角，設定伸縮縫寬度，并將這些參數輸入到T梁族中。

(4)濕接縫、橫隔板設計

完成主梁排布后，需進行橫隔板、濕接縫設計。一般來說，根據標準圖集建立橫隔板模型，然后確定定位點，最后用Dynamo程序完成橫隔板的自動布設。

對于濕接縫，可通過程序自動計算兩片主梁的間距，該間距即為濕接縫的寬度，確定定位點后，利用Dynamo程序完成濕接縫的布置。

3.3.2 墩臺平行布設法

建模思路：墩臺交角與路線中心線不等，曲線段內各墩互相平行布置。

在該建模思路下，可以大幅減少主梁設計的工作量，甚至直接套用標準梁的尺寸。

但是，在橋跨較多的情況下，可能出現橋墩、橋臺中心線與線路中心線夾角變小，導致墩臺間凈距減小，橋墩數量增多，影響工程造價和橋下空間的利用，因此，該方法只適用于曲率半徑較大的橋型。

3.4 異形構件

3.4.1 預應力齒塊

預應力齒塊一般作為預應力鋼筋錨固用，其形狀較為復雜，一般根據橋梁箱式的形狀、尺寸而變化，五面體結構居多。

因上述原因，由于齒塊形狀隨箱室內壁調整，用傳統建模方法建模較為困難，在一個項目中齒塊類型一般有十幾種,有些大型項目甚至達到幾十種，其布設工作量巨大，且手工在Revit中布設的精度也較低，因此該文運用Revit建模+Dynamo賦值及布設+Excel導入數據的形式進行布設。

建模思路：根據齒塊類型在Revit自適應族中建立參數化模型，該文根據貴州某連續(xù)剛構橋數據作為演示。在Excel中對齒塊參數進行統計，然后根據Dynamo中Revit.Selct Eges節(jié)點分別拾取箱室中對應的布設邊(左下、右下、左上、右上)，在Excel中算出布設齒塊的自適應點1，再拾取線上的Parameter，并推出自適應點2的Parameter，根據點的位置在Dynamo中放置相對應的齒塊，放置完成后依次進行齒塊參數的賦予，賦參數時運用到Script.Python Script節(jié)點編程循環(huán)放置小程序。

3.4.2 橫隔板

橫隔板一般隨梁的位置變化而變化，所以橫隔板的形狀多為異形，在建模時如用傳統Revit建模方法在模型尺寸和放置中難免會有誤差且橫隔板在項目中數量較多，單個放置工作量巨大，擬結合Dynamo建模技術解決上述問題。

建模思路：根據項目橫隔板類型在Revit中建立橫隔板自適應族，在Dynamo中找到需布設橫隔板的橋梁中心線，在中心線上找到梁起終點位置，以中心線上的點根據Excel表格進行偏移，找到各梁的起終點，在Excel中算出每片梁間橫隔板的位置，在Excel中計算出各橫隔板的參數，用Dynamo放置橫隔板，用Dynamo賦予各橫隔板參數值。

4 存在的問題及建議

通過Dynamo的應用，極大地提高了A系列軟件的建模效率，根據不同的算法，也可畫出更復雜的異形模型，如拱橋、斜拉橋的異形構件等。雖然可視化的編程極大地降低了操作門檻，但對于大多數工程技術人員來講，算法編程仍是難點，Python基礎語言的學習需要從零開始。

目前，行業(yè)熟練掌握Dynamo操作的技術人員仍不多，面對巨大的市場需求及未來的發(fā)展趨勢，工程技術人員有必要不斷學習Dynamo的應用及相關編程知識，提高建模效率。

5 結語

Dynamo以其獨特的編程優(yōu)勢，實現了通過Revit快速構建橋梁模型的方法，提高了Revit建模的效率與范圍。該文通過對多種不同類型橋梁及構件建模方法的探討，提供了橋梁構件的基本建模思路，可為廣大BIM從業(yè)者提供思路與借鑒經驗。