Dynamo參數(shù)化編程在地下綜合管廊建模中的應(yīng)用

摘 ?要：地下綜合管廊工程耗資大、建設(shè)周期長、工程設(shè)計(jì)繁瑣、工作量大，為了提高管廊的建模效率，文章基于當(dāng)前建筑信息模型的廣泛應(yīng)用，針對(duì)地下綜合管廊主體結(jié)構(gòu)和附屬結(jié)構(gòu)，采用編程可視化及數(shù)據(jù)交流便捷的Dynamo軟件對(duì)地下綜合管廊三維參數(shù)化建模進(jìn)行了研究。結(jié)合Revit軟件平臺(tái)構(gòu)建參數(shù)運(yùn)算關(guān)系以及進(jìn)行建模編程，實(shí)現(xiàn)了地下綜合管廊的參數(shù)化建模，推動(dòng)了我國建筑信息化的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：參數(shù)化;Dynamo;信息化建模

中圖分類號(hào)：TP39 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-4706（2022）05-0113-05

Application of Dynamo Parametric Programming in Modeling of Underground Comprehensive Pipe Gallery

GAO Jian

（Jilin Agricultural Science and Technology University， Jilin ?132101， China）

Abstract： The underground comprehensive pipe gallery project costs a lot of money， has a long construction cycle， complicated engineering design and heavy workload. In order to improve the modeling efficiency of the pipe gallery， based on the wide application of building information model at present， aiming at the main structure and auxiliary structure of underground comprehensive pipe gallery， this paper studies the three-dimensional parametric modeling of underground comprehensive pipe gallery by using Dynamo software with visual programming and convenient data exchange. Combined with Revit software platform， this paper constructs the parameter operation relationship and carries out modeling programming， realizes the parametric modeling of underground comprehensive pipe gallery， and promotes the development of building informatization in China.

Keywords： parametric; Dynamo; informatization modelling

0 ?引 ?言

城市地下綜合管廊是將電力、通信、燃?xì)?、供熱、給排水等工程管線集中建設(shè)于一個(gè)隧道空間內(nèi)，并設(shè)立專門的安裝、檢修、檢測系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)的目的，能有效克服目前大量存在的“馬路拉鏈”問題。為了大力推進(jìn)地下綜合管廊的建設(shè)，國家自2013年起先后下發(fā)多個(gè)有關(guān)部署和支持地下管廊建設(shè)的文件。地下綜合管廊是一項(xiàng)建設(shè)周期長、參建單位多的工程，綜合管廊的設(shè)計(jì)、施工及后期運(yùn)營不可避免地會(huì)產(chǎn)生一些問題，而BIM軟件最大的特點(diǎn)就是可以將不同專業(yè)、不同階段的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行整合并導(dǎo)入到一個(gè)平臺(tái)上，從而實(shí)現(xiàn)信息共享，提高工作效率。同時(shí)，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，將信息技術(shù)應(yīng)用于建筑行業(yè)已經(jīng)成為必然趨勢。2016年8月，住建部頒發(fā)的《建筑信息化發(fā)展綱要》明確提出大力推進(jìn)BIM、GIS等信息技術(shù)在地下綜合管廊中的應(yīng)用，從而形成智能化城市的服務(wù)能力，提高城市基礎(chǔ)設(shè)施的現(xiàn)代化水平。

目前，國內(nèi)外學(xué)者在將BIM技術(shù)應(yīng)用于地下綜合管廊方面進(jìn)行了不少研究。Gopala Raju Doraiswamy和Rakesh通過應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)地下綜合管廊的工程數(shù)據(jù)進(jìn)行收集并對(duì)施工過程進(jìn)行模擬，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的計(jì)量并提高了建設(shè)效率;T. Park和T. Kang借助BIM技術(shù)對(duì)綜合管廊的建設(shè)進(jìn)行研究，并結(jié)合GIS技術(shù)確定管廊的線路，還可以結(jié)合使用BIM技術(shù)和GIS技術(shù)，建立一個(gè)可行性研究系統(tǒng)，為后續(xù)項(xiàng)目的建設(shè)提供數(shù)據(jù)支持;Seo M B和Ju K B通過研究發(fā)現(xiàn)，三維建模的時(shí)間和成本直接制約著設(shè)計(jì)和施工單位在工程中對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用;劉敏分析了BIM技術(shù)應(yīng)用于綜合管廊建設(shè)項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工及后期運(yùn)營階段的優(yōu)勢，并對(duì)BIM在工程實(shí)踐中協(xié)同作業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行了應(yīng)用分析;姜天凌、李芳芳等結(jié)合海東市地下綜合管廊建設(shè)項(xiàng)目，對(duì)BIM技術(shù)在綜合管廊項(xiàng)目中的應(yīng)用進(jìn)行了探索，運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行建模，可以將建筑物形象地表現(xiàn)出來，還可以對(duì)施工工程進(jìn)行模擬，另外，運(yùn)用BIM技術(shù)可以使地下空間得到充分的利用，同時(shí)對(duì)BIM模型進(jìn)行碰撞檢測，使管線布置更加合理;謝非通過BIM技術(shù)在市政管線布置、重要節(jié)點(diǎn)交叉處理、碰撞檢查及施工模擬中的應(yīng)用研究，指出借助BIM技術(shù)可減少工作量，節(jié)約成本，縮短工期;裴作君認(rèn)為，將BIM技術(shù)應(yīng)用于地下工程最主要的好處就是提高三維建模效率，減少建模成本。

針對(duì)以上問題，本文在總結(jié)地下綜合管廊建模技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，基于Dynamo的參數(shù)化設(shè)計(jì)，結(jié)合運(yùn)用Dynamo和Revit軟件，進(jìn)行地下綜合管廊參數(shù)化的建模，旨在為參數(shù)化設(shè)計(jì)在地下綜合管廊中的應(yīng)用提供幫助。

1 ?Dynamo簡介

1.1 ?Dynamo軟件參數(shù)化設(shè)計(jì)原理

Dynamo軟件是一款典型樹狀構(gòu)架的可視化開源編程軟件，節(jié)點(diǎn)（node）作為其代碼的最小單位，操作者可通過連線的方式在節(jié)點(diǎn)的左側(cè)輸入（input）數(shù)據(jù)，再通過連線的方式從節(jié)點(diǎn)的右側(cè)輸出（output）結(jié)果，通過上述方式的層層節(jié)點(diǎn)依靠邏輯連接，最終形成一個(gè)完整的腳本。Dynamo軟件可輔助Revit軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及復(fù)雜外形的設(shè)計(jì)，同時(shí)也加強(qiáng)了對(duì)可視化處理模型及數(shù)據(jù)信息的管理，使Revit軟件在BIM應(yīng)用中的效用得到很大程度的提高。同時(shí)Revit軟件中的參數(shù)主要體現(xiàn)在族的參數(shù)化上，必須在規(guī)定的范圍內(nèi)控制各種類型屬性中的參數(shù)。此外，Revit的自適應(yīng)族還可以自行匹配項(xiàng)目模型，使三維幾何意識(shí)通過參數(shù)控制得以表示出來。但參數(shù)化的實(shí)質(zhì)是協(xié)同，物體的各部分之間相互約束和協(xié)調(diào)，是一種不可或缺的共存關(guān)系，且這個(gè)過程也許是可逆的。Dynamo軟件的可視化特點(diǎn)能夠清晰表示參數(shù)之間的邏輯關(guān)系，其有明確的輸入節(jié)點(diǎn)，同時(shí)這些節(jié)點(diǎn)能夠很好地控制整個(gè)程序的處理結(jié)果和邏輯關(guān)系。就地下綜合管廊而言，各種管線較復(fù)雜，不同的管線規(guī)格不同，布置起來較為煩瑣。本文以Dynamo編程的邏輯思維，參數(shù)化控制地下綜合管廊斷面及各種管線的參數(shù)，能夠有效提升地下綜合管廊的建模效率。

1.2 ?Dynamo軟件應(yīng)用于結(jié)構(gòu)建模的優(yōu)勢

Dynamo應(yīng)用于信息化建模的優(yōu)勢較為明顯，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）可實(shí)現(xiàn)可視化編程。傳統(tǒng)的編程軟件程序較為復(fù)雜、易出錯(cuò)且需要多次調(diào)試查看編程運(yùn)行結(jié)果，尤其是對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)人員來說有一定的困難，而Dynamo軟件的可視化編程界面僅需要連線功能節(jié)點(diǎn)塊就能夠演示編制程序及運(yùn)行結(jié)果，使編程人員能夠快速查看編程結(jié)果并進(jìn)行調(diào)整，為BIM理論驅(qū)動(dòng)參數(shù)化設(shè)計(jì)提供了方便。

（2）便捷的數(shù)據(jù)交流。通常用于數(shù)據(jù)處理的Excel、txt等格式的文件均能被Dynamo讀取，大大提高了Revit中數(shù)據(jù)的處理能力，利用Excel處理數(shù)量很大且無規(guī)則的數(shù)據(jù)時(shí)更為便捷，極大地提高了Revit中信息的傳遞能力。

（3）開源的節(jié)點(diǎn)包。Dynamo軟件的程序編制是利用具有函數(shù)功能的節(jié)點(diǎn)搭建而成的，同時(shí)可利用Python編程語言進(jìn)行自定義功能節(jié)點(diǎn)的制作，擴(kuò)展并豐富Revit的其他功能，進(jìn)行二次開發(fā)。

2 ?地下綜合管廊主體結(jié)構(gòu)建模

2.1 ?創(chuàng)建管廊艙室橫截面

艙室作為地下綜合管廊中的主體結(jié)構(gòu)，按照斷面形式主要分為單艙室、雙艙室、三艙室三種類別。利用Revit軟件中的公制常規(guī)模型樣板自建艙室族，下面給出創(chuàng)建過程：

（1）選擇族樣板。Revit中不提供艙室族樣板，故選擇公制常規(guī)模型進(jìn)行族的創(chuàng)建。

（2）參考平面繪制。為了能夠準(zhǔn)確地確定艙室內(nèi)外輪廓的位置，先繪制參考平面以方便繪制截面。

（3）繪制斷面輪廓。利用創(chuàng)建命令中的繪制艙室橫斷面，以雙艙室為例，繪制過程中要確保每個(gè)封閉輪廓線閉合，為后續(xù)采用Dynamo提取數(shù)據(jù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（4）為艙室添加參數(shù)信息。利用尺寸標(biāo)注中的參數(shù)功能添加橫斷面的相關(guān)參數(shù)，如艙室的長度、寬度、厚度等，如圖1所示。

（5）截面輪廓族類型修改。利用添加、修改，刪除等命令對(duì)橫斷面的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)可利用族編輯器的屬性對(duì)艙室的材質(zhì)信息進(jìn)行設(shè)置。

圖1 ?橫截面參數(shù)化族

由于不同工程中族構(gòu)件的尺寸不盡相同，故為滿足工程要求而對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，可以減少結(jié)構(gòu)建模的時(shí)間，提高建模效率。

如圖2所示，在原點(diǎn)導(dǎo)入橫截面族并生成橫截面輪廓線，將繪制好的橫截面族文件插入當(dāng)前項(xiàng)目，并通過項(xiàng)目瀏覽器的族中常規(guī)模型查看插入的文件是否正確。

圖2 ?導(dǎo)入橫截面輪廓線程序

2.2 ?Dynamo與Revit模型交互方式

2.2.1 ?生成管廊軸線

以Revit中的模型線作為軸線，利用Dynamo中的Select Model Element進(jìn)行選取，利用Element Curves變成Dynamo中的圖元，同時(shí)在軸線上選擇幾個(gè)平面作為管廊橫截面放置的平面，選擇5個(gè)平面，同時(shí)利用Geometry.Rotate將每個(gè)平面坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換使截面方向正確放置，如圖3所示。也可以采用Excel文件選擇具體路線生成軸線，在此不再贅述。

圖3 ?軸線上生成橫截面程序

2.2.2 ?輪廓線編碼組

由于上述操作后的數(shù)據(jù)是以每個(gè)平面上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行分組的，故采用List.Transpose進(jìn)行轉(zhuǎn)置，將每個(gè)平面上的點(diǎn)列為一組，方便數(shù)據(jù)處理。然后挑選出橫截面中的外輪廓及內(nèi)輪廓控制點(diǎn)并分別進(jìn)行編組，再利用Polycurve.Byjoinedcurve生成每個(gè)斷面上的曲線，僅以兩個(gè)斷面為例。將每個(gè)斷面上外輪廓所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)和內(nèi)輪廓所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)分別整合到一起，如圖4所示。

圖4 ?輪廓線數(shù)據(jù)編碼程序

2.2.3 ?放樣生成管廊主體

將外輪廓所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)和內(nèi)輪廓所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)置，利用Solid.Byloft命令生產(chǎn)實(shí)體，然后利用Solid.Difference將內(nèi)輪廓掏空去除，如圖5所示。

圖5 ?生成管廊主體結(jié)構(gòu)程序

3 ?附屬結(jié)構(gòu)建模

3.1 ?附屬結(jié)構(gòu)族的創(chuàng)建

在地下綜合管廊項(xiàng)目中，附屬結(jié)構(gòu)的種類比較繁雜，如管道支架、管道支墩、爬梯、通風(fēng)窗等類別。為了簡化過程并加快速度，選用Revit平臺(tái)中的嵌套族來創(chuàng)建附屬構(gòu)件族，嵌套族可將其他族載入所創(chuàng)建的族中，能夠?qū)崿F(xiàn)族的重復(fù)利用，從而提高建模效率。下面以防火門的創(chuàng)建為例進(jìn)行說明：

（1）創(chuàng)建門板輪廓，并對(duì)其添加各種信息。

（2）通過“載入族”將門鎖族載入門板族中。

（3）通過嵌套族將門鎖族與門面族參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

（4）對(duì)不同的門鎖類型可進(jìn)行替換。

3.2 ?管線支架結(jié)構(gòu)放置

在Revit中添加管道支架比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力，需要借助一些插件進(jìn)行自動(dòng)布置才能實(shí)現(xiàn)，而且還經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)這樣或那樣的問題，如果采用Dynamo進(jìn)行布置就較為方便快捷。首先將支架分為橫擔(dān)、U型管卡及絲桿三部分，利用Revit平臺(tái)將這三部分做成相應(yīng)的族，同時(shí)令其分別成組方便后期使用，其次讓管道底部保持平齊，獲取底平標(biāo)高和管道位置便于橫擔(dān)和絲桿的放置，最后依據(jù)每根管道的屬性提取相關(guān)參數(shù)，如依據(jù)管徑確定U型管卡位置。下面介紹Dynamo軟件的具體操作流程：

利用List.FilterByBoolmask進(jìn)行過濾，得到所需的管道，通過Element.GetParameterValueByname節(jié)點(diǎn)提取管道的外徑、直徑、保溫層厚度、水平高度等參數(shù)，如圖6所示。利用這些參數(shù)值計(jì)算出每根管道的底部高程，同時(shí)選定是以最大管還是最小管為基準(zhǔn)，方便后期位置確定。

圖6 ?獲取管道相關(guān)參數(shù)程序

為了準(zhǔn)確找到放置橫擔(dān)和絲桿的插入點(diǎn)，分別采用Curve.Extendstart和Curve.Extendstart節(jié)點(diǎn)計(jì)算出最外側(cè)兩個(gè)管道中心點(diǎn)之間的距離，將該距離值加上兩根管道半徑，最后再加上外部偏移量這一參數(shù)值，同時(shí)利用Vector.Anglewithvector節(jié)點(diǎn)計(jì)算管道的方向及旋轉(zhuǎn)角度，如圖7所示。

圖7 ?準(zhǔn)確確定插入點(diǎn)程序

調(diào)整U型管卡參數(shù)并放置到理想的位置，最后再將三部分組成組。

3.3 ?管線類結(jié)構(gòu)生成

在地下綜合管廊的建設(shè)中，建設(shè)內(nèi)容包含許多不同用途的市政管線，如給水管、污水管、天然氣管、熱力、電力和通信電纜等。這些管線的創(chuàng)建較為簡單，難點(diǎn)在于管道彎頭處的創(chuàng)建，彎頭尺寸隨著管道半徑的變化而變化，當(dāng)公稱半徑發(fā)生變化時(shí)，與之關(guān)聯(lián)的相關(guān)參數(shù)也隨之改變，如采用Revit族參數(shù)較為復(fù)雜，故采用Dynamo中的MEPover編制程序，如圖8所示。

利用Dynamo的MEPover節(jié)點(diǎn)包中的Cabletray.Bylines命令進(jìn)行管線生成，首先根據(jù)Dynamo與Revit的關(guān)聯(lián)性選擇模型線，利用Element.Curve將revit中的圖元轉(zhuǎn)換成Dynamo中的圖元，利用Cabletray選擇相應(yīng)的管道類型，再分別對(duì)標(biāo)高、寬度、高度進(jìn)行參數(shù)定義，這時(shí)生成的各個(gè)管線連接位置還有交叉現(xiàn)象，再利用Elbow.ByMEPCurve進(jìn)行修正，完成管線之間的平滑連接。

圖8 ?管線生成程序

4 ?結(jié) ?論

目前，BIM技術(shù)廣泛應(yīng)用于建筑領(lǐng)域，特別是建模后的施工、運(yùn)營、維護(hù)及管理等。而城市地下綜合管廊的后期維護(hù)特別重要，BIM技術(shù)在地下綜合管廊中的應(yīng)用會(huì)越來越多。本文闡述了前人對(duì)地下綜合管廊與信息化模型關(guān)聯(lián)的總結(jié)，討論了參數(shù)化設(shè)計(jì)在地下綜合管廊信息化建模中的可行性及優(yōu)勢，分別以地下綜合管廊主體結(jié)構(gòu)、附屬結(jié)構(gòu)中的支架和管線為例，創(chuàng)建相關(guān)族文件并通過Dynamo軟件繪制相關(guān)程序以實(shí)現(xiàn)其參數(shù)化建模。結(jié)果表明，基于Dynamo軟件的可視化編程比較適合地下綜合管廊的信息化建模，且可以提高其建模速度。在未來的信息化時(shí)代，可視化的參數(shù)化編程將更加廣泛地應(yīng)用于各類工程中。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張成彬.淺談BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 [J].建材與裝飾，2016（43）：253-254.

[2] 孫曉峰，魏力愷，季宏.從CAAD沿革看BIM與參數(shù)化設(shè)計(jì) [J].建筑學(xué)報(bào)，2014（8）：41-45.

[3] 殷憲飛.BIM技術(shù)在城市綜合管廊運(yùn)營維護(hù)階段的應(yīng)用研究 [D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大，2017.

[4] 姜天凌，李芳芳，蘇杰，等.BIM在市政綜合管廊設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 [J].中國給水排水，2015，31（12）：65-67.

[5] 尚江山.BIM在市政綜合管廊設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 [J].科技與企業(yè)，2016（9）：159.

[6] 朱記偉，鄭思龍，劉建林，等.基于BIM技術(shù)的城市綜合管廊工程協(xié)同設(shè)計(jì)應(yīng)用 [J].給水排水，2016，52（11）：131-135.

[7] 王能林，王小東，張欣，等.BIM技術(shù)在市政綜合管廊建設(shè)運(yùn)營中的應(yīng)用探究 [J].建筑施工，2016，38（10）：1486-1488.

[8] 楊東旭.基于BIM技術(shù)的施工可視化應(yīng)用研究 [D].廣州：華南理工大學(xué)，2013.

[9] LIANG M，HU Z. Reconstruction of 3D Building Models Based on Architectural Construction Drawings [J]. Applied Mechanics and Materials，2013，336-338：1349-1355.

[10] 蘇小超，蔡浩，郭東軍，等.BIM技術(shù)在城市地下空間開發(fā)中的應(yīng)用 [J].解放軍理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，15（3）：219-224.

作者簡介：高健（1987—），男，漢族，遼寧阜新人，助教，碩士研究生，研究方向：結(jié)構(gòu)計(jì)算。