可視化編程Dynamo在土木工程專業(yè)教學中的應用

徐詠　屈鈺森　舒波　張穎　劉烽　馬奔

【摘 要】目前我國各大高校對Revit的教學越來越重視，但是大多教師主要將Revit作為建模和檢測管線碰撞的工具，忽略了對編程的指導。而編程的教學是十分重要的，以土木工程中的設計和審圖為例：我國的規(guī)程規(guī)范眾多，對于有經(jīng)驗的工程師來說設計和審圖過程相對輕松，但對于剛?cè)肼毜脑O計人員來說難度極大;同時高校學生對現(xiàn)有規(guī)范以及規(guī)范更新的關注度更小，規(guī)范不熟悉、漏掉重要條款、規(guī)范理解不到位等都可能造成設計的返工甚至審圖時的全盤否決。對于這樣的情況，可通過Revit軟件自帶的可視化編程模塊Dynamo開發(fā)自動審圖程序，對設計自動判別并顯示，從而達到節(jié)省人力、減少時間、節(jié)約資源的目的。在這樣的背景下，將可視化編程引入土木工程專業(yè)的大學課程中是必要和迫切的。

【關鍵詞】可視化編程; Revit; 教學改革; 土木工程專業(yè)

【中圖分類號】G642.3【文獻標志碼】A

1 Revit在國內(nèi)土木工程專業(yè)教學中的發(fā)展現(xiàn)狀與局限

目前開設土木工程專業(yè)的高校對Revit越來越重視，各個學校均相繼開展了Revit相關的教育和科研活動。據(jù)超星統(tǒng)計，目前高校對Revit科研貢獻率最高的五所高校是同濟大學、清華大學、華中科技大學、天津大學以及重慶大學，許多高校開設了Revit導論及相關軟件的課程，但是教學整體滯后于科研[1]。高校對于Revit的應用局限主要體現(xiàn)在四個方面，第一，教學內(nèi)容受限，很多老師將其簡單的當作建模和檢查管線是否碰撞的工具，禁錮了學生們的思維，極大限制了學生對Revit興趣;第二，重視程度不夠，大部分學生主要依賴自學，無法將相關課程以及工程項目與軟件有機結合;第三，綜合能力缺失，大多學生僅會機械的使用軟件，這無疑是單一的，在校期間應該給與學生一定的工程經(jīng)驗、軟件使用能力、將Revit當作創(chuàng)新工具以及共享平臺的條件;第四，編程教學欠缺，Revit是和計算機高度結合的工具，要實現(xiàn)智能化建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展，對編程的學習是必不可少的[2]。

2 什么是可視化編程（Dynamo）

各種設計，尤其是土木工程的設計經(jīng)常會涉及在設計的各部分之間建立視覺、系統(tǒng)或幾何關系，大多數(shù)情況下，這些關系由工作流程制定，這些工作流程會通過規(guī)則讓我們完成從概念到結果的輸出，我們以算法方式定義一組循序漸進的操作，這些操作遵循輸入、處理和輸出的基本邏輯。通過編程，可以繼續(xù)使用此方式，但要對算法進行形式化，可視化編程會透過圖形（即可視化）讓使用者通過圖形界面定義程序的指令與關系，不受語法約束，將預先封裝的圖形節(jié)點連接在一起即可[3]，非常適合非計算機專業(yè)的學生學習。

3 將Dynamo引入土木工程專業(yè)課程的必要性

2020年7月28日《關于推動智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導意見》明確指出推動智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導思想、基本原則、發(fā)展目標、重點任務和保障措施[4]。計算機編程常常涉及到解決具體問題，每一項編程任務都包括了分析問題、分解問題、選擇解決問題的方法，再用計算機能夠識別的語言來表達過程。用計算機處理問題的方式是21世紀不可缺少的思維方式，針對土木工程專業(yè)依然多數(shù)是使用傳統(tǒng)的教學方式，忽視對編程的學習會很大程度上限制學生的思維方式和實踐能力的問題，我們應該加強土木工程專業(yè)學生編程能力[5]。以土木工程專業(yè)學生畢業(yè)設計為例，學生需要完成建筑設計、結構設計、整理計算書、編寫設計說明書幾大步驟，其中建筑設計和結構設計包含大量規(guī)程規(guī)范，同時目前主流的建筑設計過程為建筑方案設計與相關規(guī)程規(guī)范逐條比對進行修改，從而最終達到滿足建筑設計要求的目的，該過程對于大學生來說極為困難，存在著找不到相關規(guī)范，對規(guī)范的錯誤理解，翻閱相關規(guī)范僅僅為了完成畢業(yè)設計而不會關注規(guī)范本身以及規(guī)范的更新，同時造成浪費資源、時間損失、效率低下等問題，針對這一問題可基于Revit的可視化編程（Dynamo）開發(fā)自動識別程序，自動完成建筑設計與規(guī)程規(guī)范的比對，并對不符合規(guī)程規(guī)范的設計進行自動輸出，大大節(jié)約了人工和時間，學生在編程的同時對規(guī)范會有更深刻的理解，這僅僅是Dynamo的一個作用，學生還可根據(jù)實際工程情況編寫有用的程序從而大大增加實踐能力，為今后的工作作更好的鋪墊。

4 Dynamo在土木工程專業(yè)中的應用

學生在平時的學習中，可將遇到的強制性條文用Dynamo將其編為程序供以后使用。編輯邏輯見圖1。

基于Revit的可視化編程在建筑設計中的應用—以疏散門最小間距的自動判別為例。GB 50016-2014《建筑設計防火規(guī)范》2018年版中5.5.2條規(guī)定：建筑內(nèi)的安全出口和疏散門應分散布置，且建筑內(nèi)每個防火分區(qū)或一個防火分區(qū)的每個樓層、每個住宅單元每層相鄰兩個安全出口以及每個房間相鄰兩個疏散門最近邊緣之間的水平距離不應小于5 m[6]，該條文屬于強制性條文。編輯結果見圖2～圖5。

以上是基于Revit的可視化編程在建筑設計中的應用—以疏散門最小間距的自動判別為例，使用Dynamo的編輯結果。顯而易見，相比于通過人工對規(guī)范進行逐條比對而言，自動比對更加便利、高效，極大的降低了人力資源的浪費以及時間的損失，并且新規(guī)范出版后將程序稍作修改即可繼續(xù)使用，達到“一勞永逸”的效果，綜上所述，可視化編程對土木專業(yè)學生在學習、使用規(guī)范方面提供很大的便利。這僅是Dynamo一個方面的應用，學生可根據(jù)研究方向?qū)W習和探索不同功能。

5 結束語

根據(jù)國家以及行業(yè)需求，將Dynamo引入大學生課程，可以提高學生綜合實踐能力，鞏固提升專業(yè)能力，更深入的了解規(guī)范、理解規(guī)范，使用Dynamo編寫程序族，可以形成整本規(guī)范的自動比對，達到節(jié)約時間，提高效率，降低失誤率的效果。將Dynamo更進一步深入甚至有可能達到由計算機自動提出對設計的優(yōu)化方案的效果，從而形成可視化編程的土木工程專業(yè)的智能化，可見Dynamo在土木工程的設計過程中具有很大的幫助。面對當下行業(yè)背景的大學生，更應該著眼于行業(yè)的未來，為推動智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展作出努力。

參考文獻

[1]朱峰.BIM在高校教學中的發(fā)展現(xiàn)狀與應用[D].山東煙臺：山東商務職業(yè)學院，2015.

[2]張婷婷.融入BIM技術的建筑設計專業(yè)教學改革—運用Revit軟件實施[D].新疆：新疆建設職業(yè)技術學院，2020.

[3]韓繼恩.基于Dynamo的參數(shù)化設計研究[J].居業(yè).2019，12：36-38.

[4]住房和城鄉(xiāng)建設部等部門. 關于推動智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導意見（建市〔2020〕60 號）[EB/OL].住房和城鄉(xiāng)建設部網(wǎng)站.2020.7.3.

[5]彭麗莉.基于BIM的高職土建類專業(yè)人才培養(yǎng)模式和課程體系構建探究[D].重慶：重慶房地產(chǎn)職業(yè)學院，2020.

[6]建筑設計防火規(guī)范（2018年版）：GB50016-2014[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2018.

[定稿日期]2021-09-27

[基金項目]四川省科技廳重點研發(fā)項目（項目編號：2020YFS0309）;西華大學人才引進項目（項目編號：Z201079、Z202086）

[作者簡介]徐詠（1989～），男，博士，講師，研究方向為結構工程。