基于Dynamo的概念橋梁BIM建模技術研究★

潘 穎 張 源 陽興林 蒲云輝

(成都大學建筑與土木工程學院，四川 成都 610106)

中國作為世界橋梁大國，其橋梁的發展速度不容小覷，不知何時，橋梁已成為一道靚麗的風景。隨著橋梁的形狀和結構越來越復雜，對于建模軟件的要求也不同往日。Revit為目前運用最廣泛的BIM核心軟件[1]，它之所以能夠從目前市面上100[2]多種軟件中脫穎而出，離不開其操作簡便、參數化控制、三維技術設計等優點。但研究表明，Revit的功能更適合建筑類工程，對橋梁工程而言，無法保證其精準度和準確度[3]。除此，Revit在構建曲線或曲面方面存在許多問題，甚至采用以曲代直的方法[4]，嚴重影響橋梁的美感，無法設計出更加美觀的橋梁。相比之下，Revit的內部插件Dynamo則更適合進行橋梁的概念設計。目前我國學者對Dynamo已做出了一系列的研究。高強[5]對比傳統二維方法，總結Dynamo參數化建模的優勢;吳生海等[6]分析了Dynamo可視化建模技術，得出Dynamo具有強大的曲面設計能力和計算能力;鮑大鑫等[7]探究了基于“Revit+Dynamo”橋梁建模的優勢。本文在此基礎上針對基于Dynamo的概念橋梁建模技術展開分析,與傳統的Revit建模技術進行對比，得出Dynamo可憑借其強大的異形構造能力和準確的定位能力，彌補Revit建立橋梁模型的空缺，設計出符合當代審美需求的各種美觀的橋梁，并提出改進的建議。在BIM技術中，精確的模型是一切后續工作的開始和基礎，更加有利于后續的碰撞檢查、造價計算、施工模擬等工作的進行。本文為后者深入研究復雜橋梁模型設計和建立提供了理論依據，具有一定的研究意義。

1 Dynamo概念設計

1.1 建模介紹

Dynamo作為Revit的內部插件，既可享受Revit提供的支撐,又可脫離其獨立運行，為操作者提供一個利用可視化編程語言自由發揮設計各種計算式模型的平臺。可視化的Dynamo模型是通過建立節點實現的。通過控制節點參數，操作者可直觀地觀察到參數調整過程中橋梁的形體變化，這相較于傳統的平面設計更加直觀。在設計概念橋梁時，設計者比較注重橋梁外形的設計，為了橋梁的美感，往往會添加很多的曲線以及異形形體的構造，而Dynamo強大的異形構造能力剛好可以滿足這一需求。

此外，Dynamo可以通過節點接收Excel的數據，而大量應用于橋梁領域的Civil 3D軟件可以輸出橋梁高程數據并保存到Excel中，以此實現Civil 3D與Dynamo交互的目的。同時Dynamo提供的List.Create，List.Map，List.Flatten等命令可以實現對導入數據的整理，從而通過整理的數據和節點實現形體的構造。操作者利用導入切實的數據來準確控制形體，使得Dynamo模型構造精細，定位精確。通過各個節點間的配合使用，可以構造出很多形體優美的橋體，見圖1。

1.2 設計概述

優秀的橋梁建筑總是把橋梁的品質和橋梁美學價值進行統一，因此在控制結構可靠性和造價的前提下，設計師十分重視提高橋梁的美學價值。本設計從橋梁的美學價值出發，自行設計具有一定觀賞價值的橋梁，繪制簡易橋梁與Dynamo模型如圖2所示。

利用Dynamo插件建模，步驟簡介如下：

1)使用cylinder.BypointRadius節點拉伸圓桿結構，利用Gemetry.Mirror節點形成與原YZ平面對稱的相同結構。利用Arc.ByTreePoint節點創建一個圓弧，圓弧的起點和終點分別為兩個橋門立桿的頂點。用Cirle.ByCenterPointRadius節點創建圓，Geometry.TRansrorm節點實現坐標轉置，將圓的起點和終點固定在圓弧的起點和終點。用Solid.By.Left節點跟蹤圓弧，以圓為截面實現放樣，通過鏡像完成第一階段構建。如圖3所示為第一階段。

2)使用Curve.PointAtParameter節點獲取圓弧上指定的點，對該點進行鏡像操作，用Cylinder.BypointsRadius節點將兩點拉伸成圓柱。繪制4個與橋門立桿起點相近的點以及兩個Y軸上的點，用Arc.ByTreePoint節點生成兩條圓弧,再用List.Creat節點將兩條圓弧連成組，后用Surface.ByLoft節點生成平面。用Surface.Thicken節點將平面向上加厚相應厚度，注意，此時False代表將平面向上加厚，而True代表將平面向下加厚。如圖4所示為第二階段。

3)找到最初建立橋面結構的初始線，使用Curve.PointAtParameter節點獲取一系列的點，對點進行XZ平面對稱操作，再用Line.ByStartpointEndPoint節點生成線。通過Eurve.Extendstart和Curve.ExtendEnd兩個節點延伸線的長度,使用Curve.Offset節點將所繪制的線分別進行左右偏移，使用Surface.ByLoft節點和Surface.Thicken節點繪制橫梁，此時Curve.Offset節點的連綴為叉積。在橋架上部圓弧結構上設置一系列的點，操作與之前生成橫梁點相同。利用Cylinder.BypointsRadius節點直接將橫梁與橋梁上部圓弧結構間的對應的點拉伸成圓柱，此時連綴為叉積。如圖5所示為第三階段。

2 兩種方式對比

2.1 設計效果對比

1)異形結構和曲面處理能力：Revit在模型建立方面能力突出，能夠滿足規整的模型建立，但對于異形結構和曲面難以掌控，難以保證其精度。而Dynamo在處理異形結構方面能力突出。隨著現代橋梁對于外觀的要求愈發精致，要求構件具有更多的美感，設計師通常會在橋梁中運用大量的曲線結構來賦予其美感，給人以視覺享受。通過使用Dynamo達到出奇不意的效果，以此讓設計更加出彩，如圖6所示。

2)形體的創造性：作為Autodesk旗下的代表軟件，Revit的強項在于建筑信息的管理[8]，對于創建自由的形體會有局限性，從而降低橋梁的美感，如圖7所示。而想要設計獨特且別具特色的橋梁，就需要設計師能夠充分利用并發揮其創造性思維。Dynamo憑借其強大的計算式設計能力可創建各式各樣的模型，為設計師提供一個自由設計并創建任意形體的平臺，滿足其創造性思維的體現。

3)模型精細度：Dynamo作為Revit的管理插件，無法進行材質添加、即時渲染等操作，導致模型表面粗糙。而在Revit中，可以通過增添材質、色彩等對構件表面進行修改，并可使用表面理化工具對形狀進一步處理[9]，相對前者模型表面更加精細。

2.2 建模過程對比

1)建模效率：復雜的橋梁模型建立在單獨構件基礎上。在Revit中，操作者需要通過拉伸，融合等一系列命令建立獨立構件并將其有機地拼裝成最后模型，這不管對新手還是資深操作者來說都會消耗一定的時間，可見其建模效率低下。在Dynamo中，Dynamo的運用程度與使用者能力、模型的復雜程度有關。對于一般簡單的橋梁，Dynamo的建模速度快，效率高，而對于一些復雜的構造，僅用Dynamo自帶節點難以滿足實際需求，需要更多的途徑進行完善，必要時需要進行編程的學習，從而降低了建模效率。

2)模型修改便捷程度：在Dynamo中可以點擊代碼塊獲取相應的圖元，但無法通過點擊圖元來獲取相應的節點。在如此限制下，對于一些圖元的修改就會消耗大量的時間去尋找相應節點，而節點眾多時難以精確定位。在Revit中，點擊模型中需要修改的構件，則可進入對應的操作界面進行修改，相對比較便捷。

2.3 軟件自身對比

1)定位的精準度：在Revit中，由于自身軟件的局限性，無法實現橋梁構件的精確定位[10]，一定程度影響了后續的應用和管理。與Revit相比，Dynamo提供了對Excel數據進行導入、生成List的功能，而Excel中的數據正是來自Civil 3D中的橋梁設計地勢點位圖，在完成了橋梁設計之后，通過導入Excel中橋梁的坐標定位數據，可以精確地放置橋梁構件，保證橋梁模型和在實際施工時是可以進行匹配的，進而保證后續施工模擬等工作的進行。

2)信息交互能力:Dynamo構件圖形目前只能和Revit交互，并且需要對Revit自適應構件族非常熟悉，通過Dynamo指定使用構件族進行創建，無法直接和Lumion，Navisworks，Twinmotion等軟件進行交互，導致難以進行渲染操作，嚴重影響可視化效果。Revit數據交互能力強，通過插件可以導出數據到其他軟件中進行后續工作，例如：碰撞檢查、施工模擬等。

總的來說，基于Dynamo的概念橋梁模型建立與傳統的Revit概念橋梁模型建立特點對比如表1所示。

表1 兩種方式的建模對比研究

3 結論與建議

與傳統Revit建模相比，基于Dynamo建立概念模型具有處理異形結構和曲面能力突出，數據處理能力強，模型創造性強，定位精準等優點，這些優勢能夠滿足設計出更具美感和特色的橋梁模型。同時也無法否認，目前應用率不高，需要推廣。這些不足從一定程度會阻礙橋梁的概念設計，想要進一步完善Dynamo進行橋梁的模型設計，仍需不斷探索。提出以下建議供參考。

3.1 政府部門制定扶持政策

政府對于新技術的推行發展具有重要作用，主要從以下方面完善：

1)開展示范工程。以國有資金投資建造部分示范工程，主要技術可涉及Dynamo及其相關技術，使相關技術落地。

2)經濟扶持。對于主動采用Dynamo設計的項目給予稅收優惠，對于深化研究Dynamo設計的研究項目給予撥付科研經費等措施。

3)組織建立中國工程實踐的專業節點庫。目前Dynamo官網提供了大量國內外開發者所開發地節點，但大多不符合我國需求。建立我國專業節點庫，可為實際工程提供精確定位且符合應用的工作場景。

3.2 從業人員加強相關學習

Dynamo雖然可以很好的滿足橋梁概念設計的需求，但考慮到效率及效果問題，仍然需要工程從業人員不斷地加強對Dynamo及相關編程語言的學習。編程語言的學習對于大部分工程人員難度較大，為高效的完成工作，從業人員需要不斷完善相關技術體系。

3.3 提高技術實踐力度

針對新技術，將其應用于實踐當中十分必要。在檢驗新技術成效的同時完善技術應用體系，充分了解Dynamo及相關技術的應用場景，為技術升級和普及奠定基礎，

3.4 高校和企業加強人才培養

高校需要適應市場變化，對人才培養計劃進行調整，培養相關人才。企業應當合理權衡長遠發展和未來趨勢，加大人才培養和科研投入，逐步實現模型設計由傳統到基于Dynamo的過渡。