基于Revit Dynamo的交通領(lǐng)域線性工程裝配方法研究

吳 爽，尹華拓，陳 劍，王文濤*

（1、廣州城市職業(yè)學(xué)院 廣州 510405；2、廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司 廣州 510010；3、中國鐵路設(shè)計集團(tuán)有限公司 天津 300308）

“十四五”規(guī)劃提出了“加快數(shù)字化發(fā)展，建設(shè)數(shù)字中國”，將建立數(shù)字社會、數(shù)字生態(tài)作為重要發(fā)展目標(biāo)。《數(shù)字經(jīng)濟及其核心產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計分類（2021）》中，對數(shù)字經(jīng)濟進(jìn)行了定義，并將數(shù)字化建筑業(yè)納入數(shù)字化經(jīng)濟統(tǒng)計分類，屬于產(chǎn)業(yè)數(shù)字化部分（指應(yīng)用數(shù)字技術(shù)和數(shù)據(jù)資源為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)帶來的產(chǎn)出增加和效率提升，是數(shù)字技術(shù)與實體經(jīng)濟的融合）。數(shù)字化建筑業(yè)指利用BIM 技術(shù)、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、移動互聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字技術(shù)與傳統(tǒng)建筑業(yè)的融合活動。這是國家層面對建筑行業(yè)加大BIM應(yīng)用的硬性要求。

王茹等人［1］在對公路立交BIM 參數(shù)化快速精確建模方法進(jìn)行了研究；CHEN 等人［2］研究了一種基于BIM三維視圖深度特征的BIM自動細(xì)化方法；SHISHINA 等人［3］利用Revit Dynamo 設(shè)計復(fù)雜形態(tài)的對象；WALID等人［4］使用Revit Dynamo將生命周期BIM數(shù)據(jù)鏈接到一個設(shè)施管理系統(tǒng)中；程霄等人［5-7］基于Dynamo 可視化編程，研究了建筑預(yù)制裝配式構(gòu)件的建模方法；黃瑩等人［8-9］基于Revit 進(jìn)行了鐵路工程三維建模方法研究與應(yīng)用；鮑大鑫等人［11-16］基于“Revit+Dynamo”平臺對橋梁工程BIM 建模進(jìn)行了探究。從既有研究成果可看出，Revit 在建筑行業(yè)應(yīng)用程度較高，市場占有率高，但在交通領(lǐng)域的應(yīng)用范圍仍然微乎其微，對于線性工程模型的通用構(gòu)建方法研究仍然寥寥無幾。

線性工程指市政道路、橋梁、隧道、管廊等工程。線性工程模型的創(chuàng)建及信息維護(hù)存在以下難點：項目設(shè)計線路為三維空間曲線，如果手動計算各種位置數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理工作量巨大；橫斷面有超高，線型空間曲面定位困難大；項目附屬設(shè)施多而且形式復(fù)雜，尤其是隧道、管廊等構(gòu)件信息的添加和維護(hù)工作量巨大。而傳統(tǒng)的Revit 建立線性工程BIM 建筑信息模型，需要建模師逐一將構(gòu)件族移動、旋轉(zhuǎn)以調(diào)整至正確位置，重復(fù)機械工作量巨大。以上這些問題的存在，導(dǎo)致傳統(tǒng)的方法幾乎難以完成大型線性工程模型的建立和維護(hù)工作。單純依靠Revit 進(jìn)行線性工程建模的傳統(tǒng)方法，難以適應(yīng)土木交通領(lǐng)域的線性工程模型的建立和維護(hù)等問題。

鑒于線性工程建模的空間數(shù)據(jù)計算，有很強的邏輯性，可以通過編制程序計算出來；而對各種構(gòu)件的建模，Revit 中的族提供了豐富的解決方案，族的放置可以依附于線性工程的三維曲線提取的空間信息來完成。這是本文在尋求線性工程解決方案的主要思路。

為解決Revit 對復(fù)雜曲面建立方面的不足，尤其是處理帶有邏輯的一系列操作以提高建模效率，Dynamo 應(yīng)運而生。Dynamo 是一款可視化編程軟件，對沒有編程經(jīng)驗的工程師也很容易上手。

將Revit+Dynamo 進(jìn)行聯(lián)合應(yīng)用，提出了在Dynamo 中進(jìn)行空間曲線信息提取，并通過建立Dynamo 標(biāo)準(zhǔn)化的節(jié)點和標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計輸入模板，在Revit中快速生成線性工程模型的方法。建立的三維模型可應(yīng)用于碰撞檢查、施工算量、施工模擬、可視化漫游、施工進(jìn)度推演等各方面。同時，線性工程BIM 應(yīng)用仍然落后于建筑業(yè)，此解決方案可以提升線性工程BIM應(yīng)用水平。

1 Revit+Dynamo的建模優(yōu)勢

近年來，隨著BIM 技術(shù)、數(shù)字化建筑、智能建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，土木工程的BIM 應(yīng)用的發(fā)展搭上了行業(yè)的高速發(fā)展列車，傳統(tǒng)的土木工程信息化進(jìn)程不斷向縱深發(fā)展。由于建筑物模型具有規(guī)律性強、模型相對較小的特點，建筑行業(yè)BIM 應(yīng)用逐漸處于土木工程領(lǐng)域領(lǐng)先地位，線性工程的BIM 應(yīng)用程度也漸漸走上了正軌。目前，市面上為交通工程提供解決方案的軟件公司主要有三家［9］：分別為AutoDesk 的Revit 軟件、Bentley 的OpenBridge 系列軟件和Dassault 的CATIA軟件。下面對其進(jìn)行優(yōu)缺點分析，如表1所示。

表1 BIM軟件對比Tab.1 BIM Software Comparison

同屬于Autodesk 平臺的CAD 界面和Revit 軟件面板相似，在建筑BIM 行業(yè)的占有率高［1］。鑒于Revit界面友好、學(xué)習(xí)難度低、應(yīng)用成本低，且Revit本身提供了豐富的族類型和Dynamo 可視化編程解決有邏輯的放置問題的便利性，采用Autodesk 的“Revit+Dynamo”進(jìn)行BIM技術(shù)在線性工程中的裝配方案研究。

2 線性工程的裝配方法

針對交通工程里程長、空間關(guān)系復(fù)雜、構(gòu)件多樣的特點，提出的一套通用性強的線性工程裝配方法，主要技術(shù)路線為：

第一步：對線性工程各類數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，作為模型輸入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

第二步：提取線性工程的線路數(shù)據(jù)，在Dynamo 中建立三維曲線模型；

第三步：在Revit 中，建立線性工程標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件、非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件族；

第四步：在Dynamo 中，獲取構(gòu)件的位置信息，進(jìn)行各構(gòu)件的裝配建模；

第五步：在Dynamo 中，進(jìn)行模型的信息添加和維護(hù)工作；

第六步：進(jìn)行模型的整合應(yīng)用。

通過Revit+Dynamo 相結(jié)合應(yīng)用，可以為線性工程提供裝配方案。線性工程裝配方法及應(yīng)用流程（以橋梁工程為例）如圖1所示。

圖1 線性工程裝配方法及應(yīng)用流程（以橋梁工程為例）Fig.1 Linear Engineering Assembly Method and Application Flow （Taking Bridge Engineering as an Example）

2.1 數(shù)據(jù)的分類

線性工程建模所需的數(shù)據(jù)量較大，首先需要將基礎(chǔ)設(shè)計數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的整理和分類。根據(jù)建模時對數(shù)據(jù)的使用情景，將線性工程的設(shè)計數(shù)據(jù)劃分為：決定空間位置的線路數(shù)據(jù)；決定構(gòu)件或附屬設(shè)施的形狀和方向的族參數(shù)數(shù)據(jù)；體現(xiàn)構(gòu)件或附屬設(shè)施的屬性信息的屬性數(shù)據(jù)（例如類型、材質(zhì)、鋼筋信息等）、編號等?；A(chǔ)數(shù)據(jù)分類如表2所示。

表2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分類Tab.2 Basic Data Classification

2.2 線路模型的建立方法

獲取線路模型數(shù)據(jù)的方法有兩種：①在Civil 3D中建立線路模型，將Civil 3D 模型數(shù)據(jù)導(dǎo)出，以供Dy-namo 中建立線路模型使用；②利用線路設(shè)計成果的CAD 文件，在Revit 中編輯成為模型線，進(jìn)而編輯為Revit模型組，以供Dynamo中利用。

線路模型準(zhǔn)備就緒后，在Dynamo 中，讀取線路中心線數(shù)據(jù)，通過NurbsCurve.Bypoints節(jié)點，可以生成平面曲線，再通過Geometry.Translate 節(jié)點，可以進(jìn)一步生成三維空間曲線。生成空間曲線方法如圖2所示。

圖2 生成空間曲線方案Fig.2 Generating the Spatial Curves Scheme

2.3 構(gòu)件三維可參數(shù)化模型創(chuàng)建方法

Revit 中提供了豐富的族模板，通過公制常規(guī)模型、公制結(jié)構(gòu)框架-梁和支撐等，將用于創(chuàng)建線性工程（以連續(xù)橋梁為例）所需的構(gòu)件Revit族建好，并賦予構(gòu)件屬性信息。構(gòu)件的參數(shù)信息如表3所示。

表3 構(gòu)件參數(shù)Tab.3 Component Parameter

以創(chuàng)建可參數(shù)化箱梁族為例，在Revit環(huán)境中選擇公制輪廓族模板，創(chuàng)建箱梁輪廓并設(shè)置箱梁尺寸參數(shù)，將制作好的輪廓載入到公制結(jié)構(gòu)框架族中，將設(shè)置的尺寸參數(shù)關(guān)聯(lián)到箱梁族中，實現(xiàn)箱梁的可參數(shù)化（見圖3）。

圖3 參數(shù)化箱梁Fig.3 Parametric Box-beam

2.4 Revit+Dynamo拼裝方法

基于在Dynamo 中生成的三維空間平面，運用節(jié)點Curve.CoordinateSystemAtSegmentLength，可以進(jìn)一步獲取構(gòu)件所在里程處的坐標(biāo)系，通過Geometry.Intersect，得到構(gòu)件放置點的空間位置。

但是此時的構(gòu)件方向還未調(diào)整，要進(jìn)一步運用FamilyInstance.SetRotation 節(jié)點，調(diào)整構(gòu)件的放置方向。這樣，構(gòu)件就批量裝配在線性工程正確位置了。構(gòu)件的放置流程，如圖4所示。

圖4 構(gòu)件放置方案Fig.4 Component Placement Scheme

2.5 模型信息添加劑及維護(hù)

線性工程BIM 模型集聚了各類信息，實際工程中，在模型建立后，經(jīng)常面臨各種數(shù)據(jù)的更改問題，為了模型能更好的應(yīng)用于設(shè)計、施工和運營管理各個環(huán)節(jié)，研究如何在Dynamo 中對模型的各種信息進(jìn)行添加和更改，也是十分迫切的。

在模型信息更改中，結(jié)合數(shù)據(jù)表格實例化數(shù)據(jù)的修改，并運用了Element.SetParameterByName 節(jié)點設(shè)置族參數(shù)。構(gòu)件的屬性信息設(shè)置方案，如圖5所示。

圖5 設(shè)置構(gòu)件屬性信息方案Fig.5 Setting the Component Property Information Scheme

3 工程應(yīng)用

3.1 工程實例

為驗證本文提出的線性工程裝配方案的可行性，對某高速鐵路工程1.2 km 高架段落進(jìn)行建模，路段內(nèi)包含48+80+48 三跨混凝土變截面連續(xù)梁橋和簡支梁橋。橋?qū)嵗Ｐ腿鐖D6所示。

圖6 鐵路混凝土梁橋BIM模型Fig.6 BIM Model of Railway Concrete Girder Bridge

通過成功建立模型，驗證了本文提出的線性工程裝配方案的可行性，為線性工程的BIM 技術(shù)應(yīng)用提出了一種高效的建模思路。

3.2 模型評價

采用Revit+Dynamo 線性工程裝配式解決方案，基于Revit 強大的族庫和族參數(shù)化功能，通過將圖紙中空間信息和構(gòu)件參數(shù)整理在Excel 表格中，利用Dynamo 獲取線性工程平面并建立三維空間線路，僅需約3 h，便可以建立模型。并且可以通過修改數(shù)據(jù)表格，快速實現(xiàn)模型的修改和屬性信息更新。相比傳統(tǒng)建模方法，大大提高了建模效率。同時，在建模過程中，積累了橋梁支座、橋墩、主梁等標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件族庫，為后續(xù)建模提供了便利。

當(dāng)線路長度超過3 km 時，由于模型體量太大，運行會變慢。但可以通過分段建模解決此問題。模型效果分析，如表4所示。

表4 模型效果分析Tab.4 Model Effect Analysis

4 結(jié)論

⑴ 通過Revit+Dynamo 建立了線性工程BIM 模型，提出的建模思路和步驟適用性較廣，可以應(yīng)用在道路、橋梁、隧道、管廊等各種線性工程建模中，破除了單一運用Revit進(jìn)行線性工程建模的技術(shù)壁壘；

⑵通過編寫標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)模板和Dynamo 程序模塊，提高了自動化建模效率，同時避免由于人工建模放置構(gòu)件造成的疏忽錯誤；

⑶對建?；A(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分類，通過數(shù)據(jù)的調(diào)整，并結(jié)合Dynamo 程序腳本，可快速實現(xiàn)批量更改各類參數(shù)，能較好地適應(yīng)工程實際應(yīng)用過程中反復(fù)調(diào)整方案的需求；

⑷結(jié)合Autodesk 公司其他平臺，所建立的BIM模型可以廣泛應(yīng)用于碰撞檢查、施工算量、施工模擬、可視化漫游、施工進(jìn)度推演等方面。