基于Revit平臺中Rhino.Inside.Revit插件參數化設計應用

李學鋒 李超

（沈陽建筑大學 管理學院，遼寧 沈陽 110168）

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)，BIM技術在國內外建筑行業得到廣泛關注和應用。非線性建筑設計正由邊緣狀態逐漸走上主流設計舞臺，國內外出現許多外形構造奇特的建筑，建筑曲線、曲面的非線性和不規則性的特點日益突出。

一、概述

（一）Revit平臺概述。BIM技術是建筑師在施工前更好地預測竣工后建筑的一種新型工作方式，使設計者們保持競爭優勢，Revit平臺專為建筑信息模型 (BIM)而構建。Revit是Autodesk收購的軟件，用戶體驗和細節功能還不完善，Revit善于建筑設計推敲和MEP優化。單純畫建筑模型和圖紙速度是Sketch up&CAD3倍以上。其中Dynamo可以飛速處理相關數據，前景很好。

（二）曲線和曲面參數化設計應用。BIM技術的發展，非線性建筑逐漸誕生，賦予了建筑新一代美學，但也給設計、施工、加工各方帶來了不少的挑戰與難題。借助參數化平臺進行優化設計，可獲得復雜曲線、曲面的最佳模數，在項目的可變參數控制下，快速構建高精度的復雜曲線曲面模型，并為參與方提供有利的數據信息配合項目落地。

1.曲線、曲面優化設計。非線性建筑外表皮，在建造施工過程中，會產生復雜曲線、曲面幾何體，這些幾何體雖然可以通過合理數據進行呈現，但仍存在加工難度大、成本高、施工安裝難度大等特點。為滿足施工要求和項目成本控制等問題，應對項目外表皮進行合理分析優化。參數化設計為復雜曲線、曲面的施工落地帶來了可能，在設計階段基于原始外表皮進行合理優化處理，將優化后的表皮模型按照所需合理角度進行設計，為建筑的落地提供有利基礎。

2.輸出加工數據。完成相關參數化設計后，設計可利用參數化平臺進行圖紙、加工單等相關數據的匹配導出，提高復雜曲線、曲面的加工精度和現場安裝精度。利用參數化設計，可以很好提升設計效率和加工速度，進而保障數據傳遞準確性。

二、工程實例

（一）工程概況。2019年4月28日，成功舉辦了北京世界園藝博覽會（以下簡稱“世園會”）開幕式的媯汭劇場匯聚了全球的目光。媯汭劇場位于世園會國際館北側，是此次世園會“四館一心”中主場館中的“心”，總建筑面積6335m2，建筑高度20m，主體鋼結構屋面翼展跨度120m×155m，演藝廣場主體鋼結構由26榀鋼桁架構成，主體懸挑最大達到47m。

（二）項目難點。傳統的二維設計方式已不能表達項目的設計數據和信息，基于BIM技術的參數化設計方式在其中為項目落地提供有力依據。

1.建筑內部異形排水天溝在設計階段需要考慮內部非線性曲線的擬合程度，還需考慮鋼結構預制連接方式和施工誤差調節方式。

2.現場施工階段是對前兩個階段即設計和加工階段質量的檢驗，媯汭劇場優雅而復雜的形態最終是由施工結果加以體現。為保證鋁合金網模擬出方案中蝴蝶優美曲面，與鋼結構進行連接的骨架優化成為了項目落地中難點。

3.對于骨架優化需要考慮到鋼結構本身的安裝誤差，還需要考慮方案中非線性曲線的曲率平滑度，也要考慮后期鋁合金網通過骨架延展開后與設計表皮的匹配程度。

（三）解決方案

1.讀取鋼結構設計階段坐標數據，按照不同鋼結構管徑進行類型劃分，并應用參數化構建鋼結構模型，獲取相關參照空間數據，依據設計需求進行空間模擬定位和參數化構建最終形成天溝模型。最終基于天溝模型進行連接件設計，并應用腰孔進行誤差調節控制，基于參數化方式合理定位擺放連接件，并提供相關連接點位進行結構校核。

2.為擬合蝴蝶周身曲面的平滑性，模擬蝴蝶優美體態，鋁合金鋼絲網鋼管骨架優化成為重中之重，本次工程優化采用三次參數曲線（Hermite曲線）擬合表皮與鋼構向量方向相交的樣條曲線，曲線通過兩個點控制曲線段的兩個端頭定位，通過調整兩個方向向量控制曲線曲率。根據不同區段按照曲率的連續性進行圓弧擬合，由兩點控制弧段的曲線定位，用一個方向向量控制弧形曲率和半徑，為后期加工提供方便加工單曲彎弧半徑。

3.所有外皮骨架優化完畢后，根據優化后的半徑進行模數化劃分、模數化歸類擬合，通過最終擬合后的圓管為參照，建立鋁合金絲勾花網模型。鋁合金絲勾花網有延展性，項目通過Kangaroo2的力學模塊進行模擬分析，形成匹配設計表皮曲率的鋁合金絲勾花網模型。最終提取相關數據形成Excel數據文件、CAD圖紙、編號圖等提供給加工廠和施工單位作為材料加工和現場施工的合理數據。

三、結論

針對本文所面臨的異形結構擬合優化問題，結合工程實例分析得出如下結論：

（一）Rhino.Inside.Revit插件為Revit軟件提高設計精度，為LOD的模型深度提供良好基礎。Grasshopper模塊的計算速度、開源程度、基于Python的程序運行速度、開源資料要優于其他參數化軟件，并減少對軟件二次開發依賴程度，靈活的為項目提供設計需求。

（二）在Revit平臺中可為每個構件植入設計所需參數信息，為后期加工、施工、運維等提供良好的數據接口，進而各專業之間的協作接口更加靈活。

（三）通過Grasshopper模塊程序優化了傳統設計方式不能完成的設計任務，提高了設計效率，為BIM技術和非線性建筑設計發展提供了契機。