仇朝珍，賀波，葛勝錦

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

目前，BIM技術(shù)在交通建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用尚處于初級(jí)階段，其主要建模工具依賴國(guó)外BIM軟件，建模功能尚不完備，如何利用有限的功能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜交通結(jié)構(gòu)物的建模是BIM技術(shù)人員急需解決的問(wèn)題。

1 BIM應(yīng)用軟件概況

CAD時(shí)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(shè)計(jì)單位的生產(chǎn)效率得到了質(zhì)的飛躍。而BIM時(shí)代的主要任務(wù)是顛覆傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，完成工程項(xiàng)目在全生命周期內(nèi)的數(shù)字化、智能化和信息化建設(shè)，因此一款好的軟件解決方案必不可少。

目前，中國(guó)國(guó)內(nèi)主流的BIM軟件包括以Revit為代表的A平臺(tái)軟件；以O(shè)penroads為代表的B平臺(tái)軟件；以Catia為代表的C平臺(tái)軟件等。

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

交通建設(shè)項(xiàng)目具有里程長(zhǎng)、線形復(fù)雜、模型體量大等特點(diǎn)，現(xiàn)階段任何一款軟件在處理這些問(wèn)題時(shí)都面臨巨大挑戰(zhàn)。Bentley系列軟件在解決交通領(lǐng)域BIM模型有關(guān)問(wèn)題方面有天然優(yōu)勢(shì)，但其在中國(guó)大陸的普及率較低，且學(xué)習(xí)、應(yīng)用門檻較高，掌握其應(yīng)用的技術(shù)人員仍在少數(shù)；歐特克公司的BIM系列軟件在房建應(yīng)用領(lǐng)域具有入門迅速、操作簡(jiǎn)單方便等優(yōu)勢(shì)，且市場(chǎng)普及率較高，但處理橋梁建模方面仍存在很多問(wèn)題；而CATIA系列軟件更適用于鋼結(jié)構(gòu)等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，應(yīng)用領(lǐng)域受局限。

在交通建設(shè)領(lǐng)域，中國(guó)國(guó)內(nèi)大多數(shù)BIM工程師采用A系列軟件建模，隨著工程項(xiàng)目的增多及應(yīng)用的深化，Revit應(yīng)用的局限性愈發(fā)凸顯，復(fù)雜線形、異形曲面、長(zhǎng)大橋梁的建模工作存在建模難、效率低等特點(diǎn)與不足，而Dynamo的出現(xiàn)，完美地解決了這一難題。

2 Dynamo for Revit簡(jiǎn)介

Dynamo是Revit中的一個(gè)插件，通過(guò)可視化編程的方式，使用戶實(shí)現(xiàn)個(gè)性的建模功能。目前，Dynamo已廣泛應(yīng)用于交通、水利等結(jié)構(gòu)物的建模。

Revit中的圖形數(shù)據(jù)、信息可以通過(guò)Dynamo在多款軟件中交互(CSV、XLS、SAT、DWG、RHINO等)，適應(yīng)各類使用人員的專業(yè)需求。在橋梁建模方面，Dynamo可實(shí)現(xiàn)的功能主要包括：數(shù)據(jù)批量處理、異形結(jié)構(gòu)創(chuàng)建、快速放置族構(gòu)件等。

2.1 模型結(jié)構(gòu)

Revit的模型結(jié)構(gòu)主要分為4個(gè)層級(jí)，即[Category]、[Family]、[Type]、[Instance]。

[Category]類別是最高級(jí)別的類型，例如結(jié)構(gòu)柱、墻、空間等。

[Family]族代表類別的類，是根據(jù)參數(shù)集的共用、圖形的相似對(duì)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(jù)規(guī)格、尺寸等對(duì)圖元的分組，是族的分類。例如矩形結(jié)構(gòu)族，又可細(xì)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(guò)程中最小的單元。

2.2 Dynamo常用節(jié)點(diǎn)介紹

按功能分類，Dynamo節(jié)點(diǎn)可分為5大類:設(shè)計(jì)輸入、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)輸出、幾何體處理、Revit相關(guān)操作。

(1)設(shè)計(jì)輸入：主要包括任何作為設(shè)計(jì)條件的數(shù)據(jù)、構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)。例如ImportExport下的節(jié)點(diǎn)、Input下的節(jié)點(diǎn)。

(2)數(shù)據(jù)處理：主要包括所有對(duì)數(shù)據(jù)(列表)相關(guān)操作的節(jié)點(diǎn)。例如List下的節(jié)點(diǎn)、Math下的節(jié)點(diǎn)。

(3)數(shù)據(jù)輸出：主要包括用于將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到外部環(huán)境的節(jié)點(diǎn)。

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

(5)Revit相關(guān)操作：主要包括任何對(duì)Revit構(gòu)件進(jìn)行生成和操作的節(jié)點(diǎn)。如Revit下的大部分節(jié)點(diǎn)。

2.3 Dynamo for Revit節(jié)點(diǎn)

在Dynamo的節(jié)點(diǎn)庫(kù)中，有一個(gè)叫做“Revit”的專門節(jié)點(diǎn)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(diǎn)，可以幫助用戶大幅降低重復(fù)性作業(yè)、提高建模效率及精度、創(chuàng)建異形構(gòu)件、輔助快速出圖，實(shí)現(xiàn)Revit本身無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能。

以下幾個(gè)節(jié)點(diǎn)為Dynamo與Revit交互的常用節(jié)點(diǎn)，僅供示例參考。

(1)節(jié)點(diǎn)組合：Selection.Select Edgs(Face、Model)+Family.Types+數(shù)據(jù)處理+ImportInstance.ByGeometries。

節(jié)點(diǎn)釋義：Selection節(jié)點(diǎn)用于連接Revit中的點(diǎn)、線、面、體模型，F(xiàn)amily.Type用于族的選取，ImportInstance用于載入族。

(2)節(jié)點(diǎn)組合：Data.ImportExcel+數(shù)據(jù)處理+Family.Types+幾何體處理。

節(jié)點(diǎn)釋義：在Dynamo中，用Data節(jié)點(diǎn)讀取Excel文件，用Revit節(jié)點(diǎn)選取族，根據(jù)表格數(shù)據(jù)對(duì)族賦值。

(3)節(jié)點(diǎn)組合：All Elements In Active View+圖元篩選+數(shù)據(jù)處理+布爾運(yùn)算+字符串處理+Family Type+導(dǎo)入Revit。

節(jié)點(diǎn)釋義：在Dynamo中，選取所有圖元，對(duì)圖元進(jìn)行篩選，處理篩選出的圖元數(shù)據(jù)整理出需要的數(shù)據(jù)(循環(huán)、排列用Python腳本)，得到數(shù)據(jù)后進(jìn)行條件選擇并拍平成表，將表格中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字符串，對(duì)字符串批量處理得到族所需要的參數(shù)值，選擇對(duì)應(yīng)的族進(jìn)行操作，最后將結(jié)果導(dǎo)入到Revit中。

2.4 Python腳本

Python Script可以認(rèn)為是Dynamo中一個(gè)帶有Python編程語(yǔ)言的節(jié)點(diǎn)，技術(shù)人員可根據(jù)此節(jié)點(diǎn)編寫Python程序，同時(shí)也可以調(diào)取Revit的API，可解決數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)不完善、邏輯判斷、循環(huán)嵌套等復(fù)雜程序，定制自己所需要的功能，極大地提高了Dynamo的應(yīng)用范圍。

2.5 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

(1)族構(gòu)件的快速放置

Revit傳統(tǒng)的族構(gòu)件放置采用建立標(biāo)高確定高程、軸網(wǎng)確定平面位置的方式，需確定放置點(diǎn)后，手工進(jìn)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(biāo)信息、族參數(shù)信息、偏轉(zhuǎn)角度等關(guān)鍵參數(shù)以統(tǒng)一格式通過(guò)Excel表格存儲(chǔ)，然后通過(guò)Dynamo程序讀取該表格數(shù)據(jù)自動(dòng)放置，針對(duì)大型復(fù)雜項(xiàng)目，建模效率提高幾十倍以上。

(2)異形結(jié)構(gòu)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(chǔ)上的衍生功能，可以完成普通結(jié)構(gòu)的建模，對(duì)于異形復(fù)雜結(jié)構(gòu)如變截面梁、預(yù)應(yīng)力齒塊等則無(wú)法創(chuàng)建；采用Dynamo+自適應(yīng)族的方式，通過(guò)Excel數(shù)據(jù)控制自適應(yīng)點(diǎn)放樣軌跡，可快速實(shí)現(xiàn)異形結(jié)構(gòu)的建模。

3 Dynamo在橋梁建模中的應(yīng)用

3.1 “積木法”快速建模

通過(guò)Dynamo編程控制，可以自動(dòng)將橋梁構(gòu)件(族)快速準(zhǔn)確地放置到正確的位置，快速完成橋梁結(jié)構(gòu)的拼接。具體實(shí)施思路如下：

(1)數(shù)據(jù)處理。利用Civil3d軟件可生成道路的平曲線、縱斷面設(shè)計(jì)線，根據(jù)圖紙中的《直曲轉(zhuǎn)角表》、《縱斷設(shè)計(jì)表》等文件，可生成項(xiàng)目的平縱設(shè)計(jì)圖。依據(jù)Civil3d提供的數(shù)據(jù)輸出工具，可提取樁號(hào)的坐標(biāo)、高程、方位角等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并導(dǎo)出CSV格式的表格。

(2)參數(shù)化建族。充分利用Revit強(qiáng)大的族功能，構(gòu)建不同類型的梁體、承臺(tái)、橋墩、樁基、護(hù)欄、標(biāo)線、照明裝置、管道等構(gòu)件參數(shù)化的BIM族庫(kù)。利用族的參數(shù)變化可實(shí)現(xiàn)“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(shí)現(xiàn)Revit族的批量快速放置。根據(jù)提取的路線樁號(hào)位置信息和設(shè)置構(gòu)件參數(shù)來(lái)自動(dòng)放置各種構(gòu)件，通過(guò)設(shè)置橋梁構(gòu)件的參數(shù)、位置、高程、角度等，可實(shí)現(xiàn)快速精確BIM建模。

3.2 連續(xù)剛構(gòu)橋

連續(xù)剛構(gòu)橋的墩身與主梁固結(jié)，在建模過(guò)程中，主要考慮兩方面內(nèi)容：① 快速準(zhǔn)確建模，使模型與實(shí)際項(xiàng)目一致；② 按照工序工法對(duì)模型進(jìn)行拆分，符合施工實(shí)際。

3.2.1 快速建模思路

上部結(jié)構(gòu)采用Revit建族、Dynamo布設(shè)、Excel數(shù)據(jù)處理進(jìn)行建模。下部結(jié)構(gòu)采用Revit建族、Dynamo布設(shè)進(jìn)行建模。

采用放樣融合的邏輯進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)建模。一個(gè)準(zhǔn)確的模型需要兩個(gè)元素：準(zhǔn)確的中心線與準(zhǔn)確的截面輪廓。為提高建模效率，考慮建立全參數(shù)化的輪廓族，參數(shù)化主要位置包括：箱梁高、腹板厚度、頂?shù)装搴穸?、倒角、翼緣尺寸等?/p>

相關(guān)參數(shù)通過(guò)Excel處理，可以根據(jù)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(lái)計(jì)算各個(gè)截面的參數(shù)。

得到參數(shù)化輪廓和與之對(duì)應(yīng)的參數(shù)，建模思路就非常清晰了：Revit中創(chuàng)建輪廓族-Excel中錄入?yún)?shù)數(shù)據(jù)-Dynamo中創(chuàng)建項(xiàng)目中心線、確定關(guān)鍵點(diǎn)樁號(hào)、樁號(hào)處向梁中心線偏移、中心線上的點(diǎn)在Z軸上加坡度、根據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)將輪廓族放入、根據(jù)Excel數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)。

下部結(jié)構(gòu)建模，根據(jù)項(xiàng)目下部結(jié)構(gòu)類型，在Revit中通過(guò)拉伸、放樣、放樣融合等手段將一個(gè)類型的下部結(jié)構(gòu)建立成為族，然后利用Dynamo程序?qū)⑾虏拷Y(jié)構(gòu)族放置到正確的位置上。

3.2.2 模型分塊

根據(jù)設(shè)計(jì)資料獲取對(duì)模型分塊的樁號(hào)值，并在這些樁號(hào)點(diǎn)處放置垂直于該樁號(hào)點(diǎn)切向量的面，實(shí)現(xiàn)n個(gè)面分割出n+1個(gè)構(gòu)件。但Dynamo自帶的Split節(jié)點(diǎn)只能進(jìn)行一次切割，缺乏循環(huán)切割的功能，因此考慮創(chuàng)造一個(gè)滿足循環(huán)切割功能的節(jié)點(diǎn)。

通過(guò)Dynamo內(nèi)置Python節(jié)點(diǎn)的編程功能，可實(shí)現(xiàn)循環(huán)功能。

根據(jù)Python節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建的循環(huán)功能，可利用n個(gè)截面分割出n+1個(gè)構(gòu)件，即可實(shí)現(xiàn)模型的分塊。將分割的構(gòu)件導(dǎo)入Revit即可獲得準(zhǔn)確的構(gòu)件BIM模型，通過(guò)與設(shè)計(jì)圖紙的比較，工程量幾乎無(wú)差別。

3.3 彎橋

彎橋在建模過(guò)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(shè)計(jì)工作量，并降低橋梁的施工難度。

基本思路：將曲線段內(nèi)橋梁的主梁近似為直線，計(jì)算內(nèi)外邊線的差值，同時(shí)確定主梁數(shù)量與間隔。當(dāng)跨徑、曲線半徑都較小時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整邊梁的懸臂長(zhǎng)度進(jìn)行彎曲設(shè)計(jì)。

該文通過(guò)兩種常用的方法，即扇形布設(shè)法與平行布設(shè)法進(jìn)行闡述。

3.3.1 墩臺(tái)扇形布設(shè)法

在墩臺(tái)扇形布設(shè)法中，各墩臺(tái)與路線中心線的夾角相同，但同一跨的主梁長(zhǎng)度由內(nèi)向外逐漸變長(zhǎng)。

該方法對(duì)于上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作量相對(duì)較大，不能直接套用已設(shè)計(jì)完成的標(biāo)準(zhǔn)板。且不適用于曲線半徑較大、橋?qū)捿^小的彎橋，可通過(guò)調(diào)整主梁的封端長(zhǎng)度來(lái)控制橋梁的總長(zhǎng)。

首先根據(jù)橋梁中心線、邊線等設(shè)計(jì)資料，確定分孔線樁號(hào)等信息，然后輸入主梁數(shù)量、間距等參數(shù)后自動(dòng)排梁，得出主梁定位點(diǎn)等設(shè)計(jì)信息。

T梁定位點(diǎn)數(shù)據(jù)包括T梁中心線起點(diǎn)、終點(diǎn)的坐標(biāo)值、高程信息。

(1)邊梁弧度控制

通過(guò)T邊梁懸臂端距T梁中線的距離，控制T梁翼緣的內(nèi)外弧度。內(nèi)外弧度的控制可采用“以折代曲”的思路對(duì)T梁進(jìn)行橫向分割，分割面設(shè)置越多，T梁內(nèi)外邊線越接近弧形，理論上可以無(wú)限接近弧形。具體分割段應(yīng)根據(jù)梁長(zhǎng)、弧度等綜合確定。

(2)高程控制

根據(jù)樁號(hào)處的已知高程以及超高或橫坡率，采用三角函數(shù)確定各定位點(diǎn)相對(duì)于樁號(hào)點(diǎn)的相對(duì)高程，從而確定各定位點(diǎn)的高程。

(3)T梁建族

將主梁定位點(diǎn)坐標(biāo)、尺寸數(shù)據(jù)、高程等關(guān)鍵參數(shù)信息存儲(chǔ)于Excel中，利用這些設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，用輪廓族自適應(yīng)的方式即可完成T梁建族。

完成T梁建族后，通過(guò)自適應(yīng)族放置功能，即可實(shí)現(xiàn)T梁快速自動(dòng)排布。并計(jì)算出首尾夾角，設(shè)定伸縮縫寬度，并將這些參數(shù)輸入到T梁族中。

(4)濕接縫、橫隔板設(shè)計(jì)

完成主梁排布后，需進(jìn)行橫隔板、濕接縫設(shè)計(jì)。一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)圖集建立橫隔板模型，然后確定定位點(diǎn)，最后用Dynamo程序完成橫隔板的自動(dòng)布設(shè)。

對(duì)于濕接縫，可通過(guò)程序自動(dòng)計(jì)算兩片主梁的間距，該間距即為濕接縫的寬度，確定定位點(diǎn)后，利用Dynamo程序完成濕接縫的布置。

3.3.2 墩臺(tái)平行布設(shè)法

建模思路：墩臺(tái)交角與路線中心線不等，曲線段內(nèi)各墩互相平行布置。

在該建模思路下，可以大幅減少主梁設(shè)計(jì)的工作量，甚至直接套用標(biāo)準(zhǔn)梁的尺寸。

但是，在橋跨較多的情況下，可能出現(xiàn)橋墩、橋臺(tái)中心線與線路中心線夾角變小，導(dǎo)致墩臺(tái)間凈距減小，橋墩數(shù)量增多，影響工程造價(jià)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(gòu)件

3.4.1 預(yù)應(yīng)力齒塊

預(yù)應(yīng)力齒塊一般作為預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固用，其形狀較為復(fù)雜，一般根據(jù)橋梁箱式的形狀、尺寸而變化，五面體結(jié)構(gòu)居多。

因上述原因，由于齒塊形狀隨箱室內(nèi)壁調(diào)整，用傳統(tǒng)建模方法建模較為困難，在一個(gè)項(xiàng)目中齒塊類型一般有十幾種,有些大型項(xiàng)目甚至達(dá)到幾十種，其布設(shè)工作量巨大，且手工在Revit中布設(shè)的精度也較低，因此該文運(yùn)用Revit建模+Dynamo賦值及布設(shè)+Excel導(dǎo)入數(shù)據(jù)的形式進(jìn)行布設(shè)。

建模思路：根據(jù)齒塊類型在Revit自適應(yīng)族中建立參數(shù)化模型，該文根據(jù)貴州某連續(xù)剛構(gòu)橋數(shù)據(jù)作為演示。在Excel中對(duì)齒塊參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，然后根據(jù)Dynamo中Revit.Selct Eges節(jié)點(diǎn)分別拾取箱室中對(duì)應(yīng)的布設(shè)邊(左下、右下、左上、右上)，在Excel中算出布設(shè)齒塊的自適應(yīng)點(diǎn)1，再拾取線上的Parameter，并推出自適應(yīng)點(diǎn)2的Parameter，根據(jù)點(diǎn)的位置在Dynamo中放置相對(duì)應(yīng)的齒塊，放置完成后依次進(jìn)行齒塊參數(shù)的賦予，賦參數(shù)時(shí)運(yùn)用到Script.Python Script節(jié)點(diǎn)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(shí)如用傳統(tǒng)Revit建模方法在模型尺寸和放置中難免會(huì)有誤差且橫隔板在項(xiàng)目中數(shù)量較多，單個(gè)放置工作量巨大，擬結(jié)合Dynamo建模技術(shù)解決上述問(wèn)題。

建模思路：根據(jù)項(xiàng)目橫隔板類型在Revit中建立橫隔板自適應(yīng)族，在Dynamo中找到需布設(shè)橫隔板的橋梁中心線，在中心線上找到梁起終點(diǎn)位置，以中心線上的點(diǎn)根據(jù)Excel表格進(jìn)行偏移，找到各梁的起終點(diǎn)，在Excel中算出每片梁間橫隔板的位置，在Excel中計(jì)算出各橫隔板的參數(shù)，用Dynamo放置橫隔板，用Dynamo賦予各橫隔板參數(shù)值。

4 存在的問(wèn)題及建議

通過(guò)Dynamo的應(yīng)用，極大地提高了A系列軟件的建模效率，根據(jù)不同的算法，也可畫出更復(fù)雜的異形模型，如拱橋、斜拉橋的異形構(gòu)件等。雖然可視化的編程極大地降低了操作門檻，但對(duì)于大多數(shù)工程技術(shù)人員來(lái)講，算法編程仍是難點(diǎn)，Python基礎(chǔ)語(yǔ)言的學(xué)習(xí)需要從零開始。

目前，行業(yè)熟練掌握Dynamo操作的技術(shù)人員仍不多，面對(duì)巨大的市場(chǎng)需求及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，工程技術(shù)人員有必要不斷學(xué)習(xí)Dynamo的應(yīng)用及相關(guān)編程知識(shí)，提高建模效率。

5 結(jié)語(yǔ)

Dynamo以其獨(dú)特的編程優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)Revit快速構(gòu)建橋梁模型的方法，提高了Revit建模的效率與范圍。該文通過(guò)對(duì)多種不同類型橋梁及構(gòu)件建模方法的探討，提供了橋梁構(gòu)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(jīng)驗(yàn)。