隧道BIM參數化建模技術應用研究

高如欣 原玉靜 楊雪霞

摘 要：BIM具有三維可視化、信息化特征，可以實現多方的信息共享，應用于建設項目的全生命周期中，能夠帶來良好的項目管理價值。但是，建立信息化三維模型費時，效率不高是阻礙BIM技術應用的瓶頸之一。依托貴州都勻高速隧道項目，本文利用Revit平臺、Dynamo插件對基于Revit的二次開發的隧道BIM參數化建模技術進行初步探索，通過開發小程序，建立隧道模型，解決隧道建模過程冗雜的問題，從而提高BIM建模效率，實現快速建模。

關鍵詞：BIM技術;隧道建模;二次開發;參數化建模

中圖分類號：U452文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）05-0008-04

Abstract： BIM has three-dimensional visualization and informatization characteristics， can realize multi-party information sharing， and is used in the entire life cycle of construction projects， which can bring good project management value. However， it takes time to build an informatized 3D model， and low efficiency is one of the bottlenecks that hinder the application of BIM technology. Relying on the Guizhou Duyun high-speed tunnel project， this paper used the Revit platform and Dynamo plug in to make a preliminary exploration of the BIM parametric modeling technology based on the secondary development of Revit， by developing a small program， a tunnel model was established to solve the problem of redundant tunnel modeling process， thereby improving the efficiency of BIM modeling and achieving rapid modeling.

Keywords： BIM technology;tunnel modeling;secondary development;parametric modeling

BIM技術是一種土木工程行業的新技術，其項目全生命周期管理模式為建筑行業的發展帶來全新的契機[1]。在BIM的工作界面上，項目被拆分成可利用的、可視化的單元，然后拼裝成完整的虛擬現實項目模型。模型里包含項目的全部信息，能夠通過精準的計算和分析，為設計人員提供規劃、設計、變更等過程的重要判斷依據，減少實際施工因為誤判而產生的浪費。同時，因為BIM是通過三維數字技術模擬建筑物的真實信息，為工程設計和施工提供相互協調、內部一致的信息模型[2-4]，可以通過圖紙的自動調整，提高相關設計人員的工作效率，減少設計人員繁重的工作，從而得到高效率、自動化的模擬實體工程。本文以都勻T19標隧道工程的數據作為BIM建模技術研究對象，同時采用軟件平臺Revit模擬實體工程。

1 依托項目隧道情況

項目設置兩座隧道洞口，每個洞口分為左右兩線，隧道采取分離式，全長為4 965.5 m。地形地貌以中低山侵蝕巖溶地貌為主，山脊渾圓，多呈饅頭形，走向北東，山體陡峭，坡度為30°～40°，局部達到50°。

隧道主體結構擁有良好的強度、穩定性、耐久性，在土建設計中堅持動態設計和信息化施工的思路，及時調整支護等結構的參數和施工方案。通常，隧道建模將整體進行單元分割，采取拼接的方式。可載入防水板、襯砌、仰拱、瀝青層、水泥路面、錨桿和導管等單元。每個單元采取編號和統一命名，進行數據匯總，集中管理。隧道的Revit建模整體模型如圖1所示。

2 參數化隧道模型構建體系

采用在建模平臺內建模的方式，先建立各種族，再載入項目中定位，模型大，費時間，效率低下。隧道具有一定的規律性，如果采用參數化建模，就可以大大節約時間，提高效率。本文利用插件Dynamo和相關程序代碼構建隧道模型，主要包括基礎數據庫的構建和數據運行平臺搭建兩個操作模塊。

2.1 平臺基礎標準庫建立

模型基礎標準庫是山嶺隧道項目設計的基礎文件，包括項目設計的數據信息，包括各個單元的尺寸、命名、圍巖等。基礎標準庫的相關數據能夠被運行平臺導入和識別，以便執行更多的命令，該數據庫的導入方式多樣化，如Excel數據源、可載入族庫等。

2.1.1 基礎標準庫原則。基礎標準庫的建立遵循統一的規則，保證后續運行平臺執行操作的暢通[1]。其中，相關項目文件、可載入族文件嚴格遵循橫式編號統一和縱式模板統一的制度，可以將數據接口完美兼容，方便后續導入平臺的使用。但由于Excel的相關特點，Excel文件需要根據導入平臺的具體情況，配合平臺具體程序工作。隧道圍巖等級統一命名如圖2所示，單元隧道錨桿、導管數據必須統一，如表1所示。

2.1.2 隧道基礎標準庫建立。建立隧道基礎標準庫是構建數字化參數模型的基石，隧道主體參數化模型采用的基礎標準庫是Excel數據源和可載入族族庫。

2.1.2.1 導入Excel參數。標段隧道Excel參數為公路序號、樁號、三維坐標、圍巖等級、襯砌類型。這些參數能夠真實有效地模擬實際工程，達到準確的預判效果。

2.1.2.2 隧道各單元族庫。標段隧道參數化采用5種族文件，分別是隧道輪廓族文件、洞門族文件、排水系統族文件、通風照明系統族文件等。文件進行統一命名，利用單位、模板、基本原點來進行分組分段組裝。

2.2 數據平臺構建

模型數據平臺構建采用Revit二次開發的方式。Revit的功能限制較多，其開發是基于較規則空間形體的建模，主要功能僅有拉伸、放樣融合、空心操作，缺乏對異型構件建模的支持，雖然能夠很好地降低硬件資源需求，提升效率[2]，但是在進行山嶺隧道施工時，人們需要利用高效、功能強大的開發工具，而二次開發是較為理想的選擇。本文利用插件Dynamo，其可以將煩瑣、重復的工作進行合并與簡化，便于建造非標準構件。

利用插件Dynamo中Python Script節點來運行API，具有很好的效果。通過這個途徑，設計人員可以直接調用Revit中的API，通過這個插件，人們只用編譯相關簡單代碼即可直接生成。同時，由于Dynamo本身是可視化的編程方式，可以將函數和變量以可視化的方式賦值及連接[4]，人們可以利用Python強大的代碼語言，更加簡潔地完成平臺的控制。這樣的操作也存在弊端，開始時必須設計好流程，避免后續出現程序混亂[5]，同時建議搭建復雜平臺，按照實際工程設計分析需求，并繪制相關的流程圖，依照已知流程圖實施操作。

2.2.1 數據平臺內容。數據運行平臺分為三方面：統一標準數據源的拾取;相關尺寸、用料運算和處理;節點控制，輸出三維模型。

2.2.2 數據平臺構建原則。數據平臺構建需要縝密的邏輯思維進行佐證。在隧道工程構建過程中，要采用分段路線，按照順序組裝。

2.2.3 隧道數據平臺構建。本平臺利用Dynamo插件來完成構建，其中每一步驟都要通過嚴格的邏輯關系來佐證。同時，利用Python編程，實現在Pynamo中自動批量建造較為規則的族文件。考慮到隧道構件形狀較為復雜，首先選擇形狀規則的長方體可載入族來進行研究。筆者設置了三個參數：長方體可載入族的長、高和數量，并以此生成點陣，再通過Python編程賦予點陣正確的拓撲關系，最后利用相關節點，快速生成多個形狀簡單的自適應族。各個單元可載入族在合同19標段隧道主體的數據平臺構建分為5部分，即拾取路線Excel數據源合成三維曲線，建立坐標轉換和圍巖分段，讀取單元可載入族族庫數據，單元族定位和分段處理數據，生成隧道模型，完成隧道各部分組裝，精密定位隧道所有結構構件。

構建隧道主體模型的過程中，編寫一組節點，通過第三方插件Dynamo來運行平臺，如圖3所示。這組節點可以通過基本標準數據源導入，快速完成隧道主體部分的建模。它們能夠拾取Excel坐標信息，生成與之對應的三維曲線，可以實時修改和調整;可以生成三維曲線上的相對坐標，提供各單元可載入族族庫定位的基本信息，與此同時根據參數數據導入信息，將路線分組分段處理，與對應的單元可載入族形成呼應關系，有效減少重復工作量，從而實現整個路線的快速放樣，捕捉各單元可載入族的放置位置。

3 研究思路和方法

基于實際隧道工程相關信息，本研究采用公制常規模型，建造各單元可載入族，同時利用插件Dynamo完成可載入族放樣。在探索過程中，本研究出現以下問題。

可載入族放樣時存在微小線路偏差，文件內存過于龐大。最后通過改變模型文件來減小誤差，采取公制常規輪廓建立輪廓族，并在公制常規模型中將其沿模型線放樣，本操作相當于將若干個可載入族放置在一起建立小段隧道。

將單元可載入族放樣是一個機械重復的過程，十分耗時，人們要明確設計思路，通過一定的代碼來實現快速放樣優化。解決思路有兩個，一是在一段線路中同時放置各構件族，直接形成完整的一段隧道。二是識別同一類族類型線路，將族輪廓同時放入多段線路中。

兩種思路在搭建運行平臺時都有所體現，優化了一定的操作，大幅度提高設計人員構建隧道模型的效率。

4 應用優勢

參數化隧道建模體系，基于嚴格的邏輯語言，通過參數的輸入自動快速生成模型，建模流程清晰[3]。完成組裝的隧道主體模型可以實現每個單元的控制，即從整個襯砌到排水、照明、緊急停車帶等零部件都能實現對材料信息、尺寸等參數的控制，將智能化與傳統土木工程相結合，為后續隧道的深入設計中所需工程量的提取、受力的計算與分析、預制構件定制等提供極大的便利[3]。

通過Dynamo創建隧道模型，Dynamo的邏輯算法以文件形式進行保存，施工過程中，如果要修改模型，只需要修改相關參數，驅動Revit生成新的模型，大幅提高建模效率。基于Dynamo對Revit進行二次開發，實現一次對多個可載入族進行放樣或者一次放樣多段圍巖類型相同的線路，解決該弊端。此外，參數化隧道建模有一定的開放性[6]，數據標準庫文件和數據平臺按照不同項目的實際情況，更改和調整有關參數比例，具有工程實用性。

5 結語

當前，人們可以利用插件Dynamo創建隧道模型，將Dynamo的邏輯算法以文件形式保存，調控模型參數，驅動Revit平臺模型三維可視化。該技術研究能夠大幅提高設計人員的工作效率，其他類似建模也可以采用此方法。

參考文獻：

[1]車冠宇，毛偉棟.Revit+Dynamo參數化隧道模型構建體系探析[J].橋梁工程，2018（4）：254-256.

[2]呂剡祺.BIM建模軟件參數化及二次開發的應用點選擇[N].經路協作信息報，2019-03-11.

[3]林金華，林武，吳福居.可視化編程在BIM參數化建模中的應用技術[J].工程建設與設計，2018（22）：276-278.

[4]宋強.關于土木工程Revit軟件族的二次開發研究[D].青島：青島酒店管理職業技術學院，2018.

[5]宋斌.BIM技術在高大模板工程中的應用研究[D].南京：東南大學，2016.

[6]李治.BIM技術在公路建設中的應用初探[J].內蒙古公路與運輸，2016（3）：50-51.