Dynamo在土木水利教學(xué)與科研中的應(yīng)用

徐 詠，舒 鵬，舒 波，馬 奔，屈鈺森，彭德坤

(1.西華大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，四川 成都 610039；2.中國(guó)五冶集團(tuán)有限公司，四川 成都 610081)

0 前 言

Dynamo是基于Revit的參數(shù)化設(shè)計(jì)的輔助工具，它可以實(shí)現(xiàn)Revit自身無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能。在Revit2019版本及以前，Dynamo均是作為Revit并行的軟件出現(xiàn)，擁有獨(dú)立的快捷圖標(biāo)；Revit2020版本開始，Dynamo直接并入Revit程序中，說(shuō)明其使用頻率日漸升高，且與Revit的結(jié)合更加緊密[1]。

Dynamo是一種編程工具，它通過(guò)“電池”之間的相互連接建立聯(lián)系，從而達(dá)到定義關(guān)系和創(chuàng)建算法的目的，它的程序足夠靈活，可以跨行業(yè)規(guī)程進(jìn)行使用。使用Dynamo“電池”的時(shí)候，使用者即成為程序員，想要成功地利用Dynamo進(jìn)行參數(shù)化應(yīng)用，關(guān)鍵點(diǎn)在于充分掌握這個(gè)程序的工作方式，并且需要在編程前建立一個(gè)清晰的規(guī)劃過(guò)程[2]。

Dynamo區(qū)別于諸如C++等編程軟件的一大特點(diǎn)是前者屬于可視化編程，能夠一定程度上回避軟件對(duì)使用者機(jī)器語(yǔ)言能力的要求，故大大降低了使用門檻；而因其往往與Revit相伴使用，則要求使用者對(duì)Revit識(shí)圖等實(shí)踐方面有一定的認(rèn)知。綜上所述，要使用Dynamo進(jìn)行可視化編程，需要使用者在理論及實(shí)踐上有一定的儲(chǔ)備,故Dynamo的教學(xué)更適合研究生階段開設(shè)[3-4]。

1 土木水利發(fā)展過(guò)程及現(xiàn)狀

以某高校土木學(xué)院的土木水利學(xué)科發(fā)展為例，該校2011年開始招收“建筑與土木工程”專業(yè)學(xué)位研究生。此期間，“建筑與土木工程”專業(yè)學(xué)位兩年畢業(yè)，“土木工程”學(xué)術(shù)學(xué)位三年畢業(yè)，除此之外，兩者幾乎毫無(wú)差別。2013年，因?yàn)橹T多高校反映兩年無(wú)法完成研究生培養(yǎng)工作，“建筑與土木工程”專業(yè)學(xué)位改為三年畢業(yè)。

2018年，為了體現(xiàn)專業(yè)學(xué)位的特點(diǎn)。該校特設(shè)專業(yè)型研究生專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)(6～8學(xué)分)，首次提出實(shí)行校內(nèi)外雙導(dǎo)師制：一位來(lái)自校內(nèi)具有較高學(xué)術(shù)水平和豐富指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)的導(dǎo)師(簡(jiǎn)稱校內(nèi)導(dǎo)師)，一位來(lái)自企業(yè)具有豐富工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的專家(簡(jiǎn)稱行業(yè)導(dǎo)師)。在整個(gè)培養(yǎng)過(guò)程中，校內(nèi)導(dǎo)師承擔(dān)主要指導(dǎo)責(zé)任，承擔(dān)研究生的課程學(xué)習(xí)、學(xué)位論文選題(會(huì)同行業(yè)導(dǎo)師)、開題報(bào)告、學(xué)位論文理論部分的指導(dǎo)等工作。行業(yè)導(dǎo)師主要承擔(dān)專業(yè)學(xué)位研究生3～4學(xué)期在工程技術(shù)實(shí)踐與工程管理實(shí)踐中的能力培養(yǎng)、學(xué)位論文選題及學(xué)位論文實(shí)踐部分的指導(dǎo)等。通過(guò)專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)的劃分，專業(yè)學(xué)位研究生的實(shí)踐能力得到了大大加強(qiáng)。

2019年，應(yīng)教育部要求，“建筑與土木工程”專業(yè)學(xué)位統(tǒng)一改名為“土木水利”，該方向培養(yǎng)要求明確為：具有獨(dú)立從事符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的土木水利規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和管理的能力；掌握解決土木水利問(wèn)題的先進(jìn)技術(shù)方法和現(xiàn)代技術(shù)手段，具有獨(dú)立擔(dān)負(fù)工程技術(shù)和工程管理工作的能力。課程學(xué)習(xí)須按照培養(yǎng)計(jì)劃嚴(yán)格執(zhí)行，其中公共課程、專業(yè)基礎(chǔ)課程和選修課程主要在培養(yǎng)單位集中學(xué)習(xí)，校企聯(lián)合課程、案例課程以及職業(yè)素養(yǎng)課程可在培養(yǎng)單位或企業(yè)開展。在此背景下，該校進(jìn)一步明確：對(duì)于工程類碩士專業(yè)學(xué)位研究生，畢業(yè)論文選題需要在一定實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，應(yīng)來(lái)源于工程實(shí)際或者具有明確的工程應(yīng)用背景。

2021年，為規(guī)范對(duì)專業(yè)學(xué)位研究生的管理，該校專門出臺(tái)《**學(xué)校專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)工作規(guī)定(試行)》、《**學(xué)校全日制專業(yè)學(xué)位研究生專業(yè)實(shí)踐專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)使用管理辦法(試行)》等辦法，以統(tǒng)籌對(duì)專業(yè)學(xué)位研究生的管理。至此，該校“土木水利”研究生學(xué)科形成了鮮明的“實(shí)踐”特點(diǎn)，并在學(xué)校層面得到了系統(tǒng)的管理[5-7]。此期間該校土木工程學(xué)院全日制專業(yè)學(xué)位研究生招生情況見圖1。

從圖1可知，隨著學(xué)校政策的重視和學(xué)院管理的加強(qiáng)，土木水利的招生情況日益突出。

圖1 土木工程學(xué)院全日制土木水利專業(yè)招生情況

2 可視化編程在教學(xué)中的使用

為對(duì)可視化編程在土木水利研究生中的教學(xué)進(jìn)行試點(diǎn)，學(xué)院安排一位導(dǎo)師以小班教學(xué)形式開展了可視化編程的教學(xué)工作：以該導(dǎo)師的學(xué)生為主要試點(diǎn)對(duì)象，以組會(huì)的形式對(duì)可視化編程進(jìn)行教學(xué)和探討。教學(xué)時(shí)間為研究生第一學(xué)期每周二晚上9～10節(jié)，合計(jì)40學(xué)時(shí)。教學(xué)內(nèi)容分為三大部分。

1)Revit基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)。鑒于可視化編程對(duì)Revit基礎(chǔ)操作有一定的要求，在教學(xué)的開始階段，導(dǎo)師主要以Revit的操作教學(xué)為主，導(dǎo)師使用20學(xué)時(shí)時(shí)間對(duì)Revit軟件的建模、建筑設(shè)計(jì)方面進(jìn)行全面地教學(xué)，以提升學(xué)生對(duì)軟件的熟悉程度[8]。

2)Dynamo可視化編程教學(xué)。熟悉了Revit的相關(guān)操作后，導(dǎo)師即進(jìn)入可視化編程的教學(xué)活動(dòng)中。導(dǎo)師以3～5個(gè)實(shí)踐案例為主，以10學(xué)時(shí)時(shí)長(zhǎng)講述可視化編程的設(shè)計(jì)過(guò)程和邏輯概念[9]。

3)研究生進(jìn)行可視化編程操作。待研究生對(duì)Revit和Dynamo均有一定掌握后，則以一個(gè)實(shí)際工程為案例，以10學(xué)時(shí)時(shí)間指導(dǎo)研究生獨(dú)立完成一套完整的程序。以程序的可操作性、完整性、計(jì)算速度等作為該門課程的考核指標(biāo)對(duì)研究生進(jìn)行考察[10]。

經(jīng)過(guò)一學(xué)期的教學(xué)試點(diǎn)，研究生均能夠達(dá)到熟練使用Dynamo的教學(xué)目的，并且考察成績(jī)均在90分以上，說(shuō)明可視化編程的教學(xué)不僅大大增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)Revit和Dynamo的熟練程度，使學(xué)生在該方向具有較為扎實(shí)的理論儲(chǔ)備，而且大大增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)后期來(lái)聽課的學(xué)生達(dá)到了10人，而且調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生開始自發(fā)使用可視化編程進(jìn)行日常生活和科研的程序開發(fā)。這說(shuō)明基于Revit的可視化編程能夠在土木水利學(xué)科的教學(xué)中發(fā)揮了較大作用。

3 可視化編程在科研中的使用

在對(duì)研究生進(jìn)行了一學(xué)期的可視化編程教學(xué)工作后，第二學(xué)期即要求學(xué)生通過(guò)可視化編程的實(shí)操進(jìn)行科研工作。導(dǎo)師對(duì)研究生科研的方向及研究生取得的成果如下。

1)Dynamo在《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50016—2014)等規(guī)范中的應(yīng)用。通過(guò)Dynamo進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，將以《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50016—2014)為主的規(guī)范的若干強(qiáng)條轉(zhuǎn)化為程序語(yǔ)言。使用程序語(yǔ)言對(duì)施工圖中的防火、建筑等各種設(shè)計(jì)進(jìn)行自動(dòng)比對(duì)，對(duì)不符合強(qiáng)條的地方進(jìn)行高亮顯示。最終形成能夠?qū)κ┕D中防火、建筑等各種設(shè)計(jì)進(jìn)行自動(dòng)比對(duì)的程序族，從而達(dá)到減少人工審圖帶來(lái)的人力資源浪費(fèi)、審圖錯(cuò)誤的效果。目前，該科研內(nèi)容依托的項(xiàng)目《基于Dynamo的防火規(guī)范強(qiáng)條自動(dòng)比對(duì)程序開發(fā)》已獲到位經(jīng)費(fèi)16萬(wàn)元，在該項(xiàng)目支撐下，研究生已經(jīng)完成《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50016—2014)中5～7章強(qiáng)條的程序設(shè)計(jì)(程序界面見圖2)；基于程序設(shè)計(jì)共完成并發(fā)表論文2篇[11-12]。

圖2 建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范程序設(shè)計(jì)界面

2)Dynamo在停車場(chǎng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。在已有不規(guī)則地下停車場(chǎng)建筑圖的前提下，研究生通過(guò)程序開發(fā)自動(dòng)計(jì)算各種布置條件下地下停車場(chǎng)的最大車位數(shù)，并最終得到以最大車位數(shù)為最優(yōu)解的地下停車場(chǎng)車位布置方案。通過(guò)該程序設(shè)計(jì)不僅極大程度節(jié)約了人工和時(shí)間，使得足不出戶進(jìn)行車位布置成為現(xiàn)實(shí)，更重要的是研究生發(fā)現(xiàn)最優(yōu)解比最差解多出了300個(gè)車位，這為地產(chǎn)開發(fā)商帶來(lái)了極大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

3)Dynamo在場(chǎng)地平整、挖填方中的應(yīng)用。首先將場(chǎng)地信息數(shù)據(jù)輸入Revit軟件中建立場(chǎng)地3D模型，然后通過(guò)程序開發(fā)計(jì)算場(chǎng)地最經(jīng)濟(jì)挖填方方案，該科研內(nèi)容依托的項(xiàng)目《Dynamo在民用建筑設(shè)計(jì)中的使用》已獲立項(xiàng)并得到到位經(jīng)費(fèi)45萬(wàn)元。

綜上所述，在可視化編程的指導(dǎo)下，導(dǎo)師及土木水利研究生已經(jīng)完成并見刊論文2篇、立項(xiàng)科研項(xiàng)目2項(xiàng)(到位經(jīng)費(fèi)61萬(wàn))、服務(wù)企業(yè)2項(xiàng)(其中1項(xiàng)帶來(lái)極大經(jīng)濟(jì)效益)、一位研究生的畢業(yè)論文也以可視化編程開題，說(shuō)明可視化編程能夠在土木水利研究生的科研培養(yǎng)中起到很大作用。

4 結(jié) 語(yǔ)

基于Revit的可視化編程不僅能夠單獨(dú)作為一門課程對(duì)土木水利研究生開課，起到課程創(chuàng)新、提升學(xué)習(xí)積極性、滿足多學(xué)科交叉融合等效果，而且能夠大大提升土木水利研究生實(shí)踐、科研水平，使其能夠理論聯(lián)系實(shí)際，完整達(dá)到專業(yè)碩士的培養(yǎng)要求。說(shuō)明基于Revit的可視化編程在土木水利學(xué)科的教學(xué)與科研中具有廣闊的應(yīng)用空間。

[ID:013027]