基于Dynamo的貴州苗族傳統建筑模型建造方法研究

楊 靜，孫建剛

(大連民族大學 土木工程學院，遼寧 大連116650)

貴州是多民族聚居地，擁有豐富多彩的民族文化，在服飾、飲食、文化、建筑等方面各具特色。隨著時代的發展，如何保護這些少數民族傳統文化變得尤為重要。以傳統建筑為例，大多年久失修，缺乏保護，當地的建造技術都是由本地工匠師傅口口相傳，建筑結構體系、構件樣式、制作方式等信息缺乏文字或圖片記錄，更沒有形成標準的建筑圖集。整體缺乏一個完整科學的保護體系，造成傳承困難。

Revit是BIM重要的建模軟件之一，廣泛應用于現代建筑、土木、暖通、給排水、機電等多個行業。隨著多年來各行各業的發展，目前不僅僅應用Revit自帶功能，并結合實際的需求對它進行研究開發，使得Revit的功能更加強大齊全。其中Dynamo是以Revit為基礎的可視化編程平臺，用于定義關系和創建算法，可以在3D空間中生成幾何圖形和處理數據。可以補充Revit的功能，也可以簡化流程中很多機械化的工作[1]。目前國內外已有不少基于Dynamo的參數化設計研究，如造型特殊的橋梁建造[2]、體量較大的鋼筋混凝土結構分析模型[3]、礦山井下巷道空間的建模[4]、螺旋隧道參數化[5]或比較曲折的路面設計[6]等。近年來，國內對古建筑的保護逐漸重視，不少學者開始把這類技術應用于古建筑的維護，如成都大學的王鐘箐使用Dynamo和Revit軟件創建定位點模型和自適應構件，生成攢尖亭的木構架模型[7]；北京交通大學的王凱基于對中國古代大木作建構特征的剖析，結合Dynamo和Revit軟件探尋了一種與大木作建構特征相適應的中國古代大木作BIM模型建構方法[7-8]等。

經研究，這類技術也完全可以用于少數民族建筑數字化保護研究。一方面是Revit滿足少數民族建筑模型建造要求，另一方面是Revit開發平臺可以實現更多的功能，滿足數字化保護的需求。但少數民族建筑與現代建筑結構和構件類型差異較多，構件數量偏多，同時又要考慮各個構件的連接方式問題。而Revit的建模方式是單一的繪制搭建，這造成建造過程有很多重復性的工作，加上人工操作一些構件的定位會存在一定的誤差。自帶的復制和陣列工具的使用也具有一定的局限性，如工作平面、成組關系、構件定位等問題。

本文以貴州苗族建筑的結構為例，結合Revit實現構件參數化，通過參數控制構件的尺寸和造型，同時利用Dynamo程序定義構件的生成規則和邏輯，以及連接構件間的空間位置關系，形成自動搭建。優化建模過程，減少建模工作量，同時確保各部分構件定位、連接關系符合實際。

1 結構體系

苗族傳統建筑多為吊腳樓，主體框架形式一般分為：三柱四瓜、五柱四瓜、五柱六瓜、五柱七瓜。其結構基本都是取用當地的樹木和石頭搭建，主要包括柱、穿枋、梁、柱礎、地腳、挑手、柃條以及椽條等構件如圖1。一般柱腳下承接框架的石塊為柱礎，與之相連的框架由若干柱、瓜以及穿枋連接而成，正中間的柱子為中柱，邊沿上的柱子為銀柱，而兩者中間的柱子則稱為金柱；“瓜”是指沒有接觸地面的柱子；與柱子和瓜連接的木板叫穿枋，靠近地面的枋也可以稱為地腳；連接兩個框架之間的木板稱為橫梁，柃條一般在柱子的頂端，用于承接椽條，框架兩側同承接柃條的構件叫挑手[9-10]。本文以五柱六瓜、開左中右三間結構為研究對象，主要的解決構件尺寸參數化、構件之間的定位與連接關系、構件樣式多重復性等問題。

a)排架結構圖 b)屋頂結構圖

2 苗族建筑結構的參數化設計

本文基于Revit軟件，結合Dynamo可視化編輯平臺實現苗族建筑結構框架參數化設計。主要設計思路是先利用Revit軟件制作參數化構件，實現可任意調整該構件本身的各項尺寸；再通過Dynamo生成點模型定位各構件，這些定位點實現參數化，所有構件在Dynamo定位參數的調用下，自動生成結構模型。

2.1 構件參數化

經研究，該類建筑的結構構件樣式存在大量重復性，大多采用圓柱體、長方體。如果按照原始單一繪制的方式會產生大量重復性的工作。以框架為例，柱與瓜都是圓柱體，但是需要單獨調整尺寸、 高度和底標高，繪制工作繁瑣，同時還需要考慮穿枋的連接位置。構件參數化主要解決這類同樣式但尺寸不同的問題，以減小建模工作量，以及部分構件定位問題。

Revit構件參數化主要有兩種方式：一是基于軟件的自置參數化構件模板創建；二是在原有的軟件基礎上進行二次開發[5]。本文研究對象是由比較規整的構件構成，所以采用第一種方式即可滿足建模要求。先按照建筑結構，把構件分為幾個部分：一品框架、柱礎、挑手、椽條，其余構件用Revit自帶族文件繪制即可。下面以框架為例，敘述構件參數化步驟。

(1)新建Revit族結構基礎模板；

(2)使用拉伸工具分別在參照標高和前立面依次繪制柱子和穿枋；

(3)按照構件的數量創建對應的參照平面，并鎖定構件；

(4)依次設置相關尺寸參數化并關聯。

參數化設置主要包含各構件的相關尺寸、材質、以及各部件的連接關系，結構如圖2～3。默認參數設置如圖4。同樣方式創建其他構件，各構件的默認參數設置見表1。

圖2 參照標高視圖構件繪制

圖3 前立面視圖構件繪制

圖4 一品框架參數表

表1 構件默認參數表

這種方式創建的構件導入項目中后可以直接輸入數據調整默認參數，滿足實際的需求。例如一品框架中的各柱子的尺寸、高度以及間距，穿枋和地腳的尺寸以及距離地面的高度等，不需要像原本的建模方式一一調整各個構件，減少建模的難度以及工作量。

2.2 Dynamo創建定位點

通過查閱相關資料以及實地調研，這類建筑的營建工藝流程包括：選址、砌筑石基、量地、設計框架、準備材料、加工框架及構件、排扇、立架、上柃條、上椽條及封檐板、上瓦、裝修、入住。首先布置柱礎，以柱礎為定位搭建框架；其次，根據框架放置挑手以及框架之間的地枋和橫梁；然后在框架柱頂與挑手放置柃條；最后在柃條上均勻布置椽條，根據構件的位置關系，以及整體結構特點，完成整個建筑的結構搭建。搭建流程如圖5。

圖5 營建工藝流程圖

各構件的位置關系，結合營建流程的梳理，發現構件互相之間的連接有很強的邏輯關系。理清該類建筑的結構特性后，明確搭建程序的研究目的主要包含三部分內容：第一，直觀展示各構件的位置關系和搭建邏輯；第二，滿足各構件定位單獨可調，適應同類多尺寸建筑的建模要求；第三，保留這類建筑工藝流程信息，方便后期共享與教學。本文使用Dynamo平臺編寫節點程序按照實際搭建的流程依次定位、調用各類構件建造結構定位模型，以滿足少數民族建筑保護需求，搭建設思路如圖6。

圖6 搭建設計思路

(1)構件定位。各構件的位置關系是環環相扣的，所以基于它們之間的位置關系，除柃條和椽條外，其余構件的定位點以軸網標高相關聯，實現參數可同步調整。根據國內建筑圖紙繪制規范對于軸網的定義，本文以開間距離(框架之間的距離)和排架柱子的間距為軸網。

本文構件的定位方式共有兩種：第一種使用“Code Block”節點作為輸入端，連接“Point”節點形成相應的坐標點，首先設置好標高軸網的坐標列表，形成標高軸網；然后基于軸網的坐標列表依次調用柱礎、框架、挑手、地枋以及橫梁等構件。因為柃條與椽條的位置并不完全以軸網為準，所以這兩類構件各單獨設置一個坐標列表。前者在Revit中的繪制方式為路徑繪制方式，所以定位點為路徑的起點與終點。椽條是均布放置在柃條上，坐標列表為柃條起點到終點的放置點合集。

第二種關聯標高。所有構件高度的定位利用“Levels”節點選取相應標高定位，這樣構件可以保留Revit自帶的關聯相關標高功能，實現隨標高改變而自動調整。

(2)構件調用。構件選擇節點用三種，按照構建類型分別采用“Structural Column Types”、“Structural Framing Types”以及“Family Types”節點調用，前兩者屬于調用結構類型即本文中的框架、橫梁、地枋以及柃條，后者可調用所有類型構件本文中的柱礎、挑手以及椽條，Revit構件類型劃分主要由繪制采用的族模板文件類型決定。

Dynamo創建方式與構件參數化是互不影響的關系，所以上述各部分構件的搭建方式都不會影響該構件的參數調整，這樣的方式更好的解決了Revit構件陣列參數化后無法調整該構件其他尺寸參數的問題。整個定位模型程序如圖7，定位模型如圖8。

圖7 定位模型程序圖

圖8 定位模型圖

2.3 模型生成

通過參數構件與Dynamo搭建程序的結合，結構模型的體量大小，位置關系，所有構件的定位，均可通過調整參數控制；同時構件本身尺寸、材質參數也具有可調節性，如椽條的角度、長度、寬度和厚度均可按照需要調整。滿足同類結構的不同尺寸的建筑建模需求，簡化這類建筑的建模過程，提高工作效率和準確性。最終形成標準的搭建模式：第一步，打開Revit創建項目并導入創建的參數化構件；第二步，運行Dynamo程序，在Revit工作空間中自動生成相應的結構模型；第三步，修改相關參數，創建符合尺寸的模型。第二步主要是考慮到一些對少數民族建筑結構體系了解不深的使用者，優先運行一遍程序了解搭建的流程和各構件的位置關系，再進行第三步修改參數創建符合要求的模型。最后運行結果如圖9。

圖9 結構模型

3 總 結

本文以貴州苗族傳統建筑結構為例，結合Revit與Dynamo可視化編程平臺，實現構件參數化，建模自動化。為優化這類建筑的建模方式，提高建模效率提供一種解決思路，更好更高標準的達到少數民族建筑數字化保護的需求。直觀明了的展示這類建筑結構特色和連接要點，還原真實的建造流程。本文只是基于木結構對這類建模方式的初次嘗試，為更好滿足少數民族建筑數字化保護需求，還原少數民族建筑原貌，后繼還有更多的內容有待研究。