Dynamo參數化編程在地下綜合管廊建模中的應用

摘 ?要：地下綜合管廊工程耗資大、建設周期長、工程設計繁瑣、工作量大，為了提高管廊的建模效率，文章基于當前建筑信息模型的廣泛應用，針對地下綜合管廊主體結構和附屬結構，采用編程可視化及數據交流便捷的Dynamo軟件對地下綜合管廊三維參數化建模進行了研究。結合Revit軟件平臺構建參數運算關系以及進行建模編程，實現了地下綜合管廊的參數化建模，推動了我國建筑信息化的發展。

關鍵詞：參數化;Dynamo;信息化建模

中圖分類號：TP39 ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2022）05-0113-05

Application of Dynamo Parametric Programming in Modeling of Underground Comprehensive Pipe Gallery

GAO Jian

（Jilin Agricultural Science and Technology University， Jilin ?132101， China）

Abstract： The underground comprehensive pipe gallery project costs a lot of money， has a long construction cycle， complicated engineering design and heavy workload. In order to improve the modeling efficiency of the pipe gallery， based on the wide application of building information model at present， aiming at the main structure and auxiliary structure of underground comprehensive pipe gallery， this paper studies the three-dimensional parametric modeling of underground comprehensive pipe gallery by using Dynamo software with visual programming and convenient data exchange. Combined with Revit software platform， this paper constructs the parameter operation relationship and carries out modeling programming， realizes the parametric modeling of underground comprehensive pipe gallery， and promotes the development of building informatization in China.

Keywords： parametric; Dynamo; informatization modelling

0 ?引 ?言

城市地下綜合管廊是將電力、通信、燃氣、供熱、給排水等工程管線集中建設于一個隧道空間內，并設立專門的安裝、檢修、檢測系統，以實現統一規劃、設計、建設的目的，能有效克服目前大量存在的“馬路拉鏈”問題。為了大力推進地下綜合管廊的建設，國家自2013年起先后下發多個有關部署和支持地下管廊建設的文件。地下綜合管廊是一項建設周期長、參建單位多的工程，綜合管廊的設計、施工及后期運營不可避免地會產生一些問題，而BIM軟件最大的特點就是可以將不同專業、不同階段的信息和數據進行整合并導入到一個平臺上，從而實現信息共享，提高工作效率。同時，隨著信息技術的飛速發展，將信息技術應用于建筑行業已經成為必然趨勢。2016年8月，住建部頒發的《建筑信息化發展綱要》明確提出大力推進BIM、GIS等信息技術在地下綜合管廊中的應用，從而形成智能化城市的服務能力，提高城市基礎設施的現代化水平。

目前，國內外學者在將BIM技術應用于地下綜合管廊方面進行了不少研究。Gopala Raju Doraiswamy和Rakesh通過應用BIM技術對地下綜合管廊的工程數據進行收集并對施工過程進行模擬，從而實現精準的計量并提高了建設效率;T. Park和T. Kang借助BIM技術對綜合管廊的建設進行研究，并結合GIS技術確定管廊的線路，還可以結合使用BIM技術和GIS技術，建立一個可行性研究系統，為后續項目的建設提供數據支持;Seo M B和Ju K B通過研究發現，三維建模的時間和成本直接制約著設計和施工單位在工程中對BIM技術的應用;劉敏分析了BIM技術應用于綜合管廊建設項目規劃、設計、施工及后期運營階段的優勢，并對BIM在工程實踐中協同作業特點進行了應用分析;姜天凌、李芳芳等結合海東市地下綜合管廊建設項目，對BIM技術在綜合管廊項目中的應用進行了探索，運用BIM技術進行建模，可以將建筑物形象地表現出來，還可以對施工工程進行模擬，另外，運用BIM技術可以使地下空間得到充分的利用，同時對BIM模型進行碰撞檢測，使管線布置更加合理;謝非通過BIM技術在市政管線布置、重要節點交叉處理、碰撞檢查及施工模擬中的應用研究，指出借助BIM技術可減少工作量，節約成本，縮短工期;裴作君認為，將BIM技術應用于地下工程最主要的好處就是提高三維建模效率，減少建模成本。

針對以上問題，本文在總結地下綜合管廊建模技術研究的基礎上，基于Dynamo的參數化設計，結合運用Dynamo和Revit軟件，進行地下綜合管廊參數化的建模，旨在為參數化設計在地下綜合管廊中的應用提供幫助。

1 ?Dynamo簡介

1.1 ?Dynamo軟件參數化設計原理

Dynamo軟件是一款典型樹狀構架的可視化開源編程軟件，節點（node）作為其代碼的最小單位，操作者可通過連線的方式在節點的左側輸入（input）數據，再通過連線的方式從節點的右側輸出（output）結果，通過上述方式的層層節點依靠邏輯連接，最終形成一個完整的腳本。Dynamo軟件可輔助Revit軟件進行數據分析及復雜外形的設計，同時也加強了對可視化處理模型及數據信息的管理，使Revit軟件在BIM應用中的效用得到很大程度的提高。同時Revit軟件中的參數主要體現在族的參數化上，必須在規定的范圍內控制各種類型屬性中的參數。此外，Revit的自適應族還可以自行匹配項目模型，使三維幾何意識通過參數控制得以表示出來。但參數化的實質是協同，物體的各部分之間相互約束和協調，是一種不可或缺的共存關系，且這個過程也許是可逆的。Dynamo軟件的可視化特點能夠清晰表示參數之間的邏輯關系，其有明確的輸入節點，同時這些節點能夠很好地控制整個程序的處理結果和邏輯關系。就地下綜合管廊而言，各種管線較復雜，不同的管線規格不同，布置起來較為煩瑣。本文以Dynamo編程的邏輯思維，參數化控制地下綜合管廊斷面及各種管線的參數，能夠有效提升地下綜合管廊的建模效率。

1.2 ?Dynamo軟件應用于結構建模的優勢

Dynamo應用于信息化建模的優勢較為明顯，主要體現在以下幾個方面：

（1）可實現可視化編程。傳統的編程軟件程序較為復雜、易出錯且需要多次調試查看編程運行結果，尤其是對非計算機專業人員來說有一定的困難，而Dynamo軟件的可視化編程界面僅需要連線功能節點塊就能夠演示編制程序及運行結果，使編程人員能夠快速查看編程結果并進行調整，為BIM理論驅動參數化設計提供了方便。

（2）便捷的數據交流。通常用于數據處理的Excel、txt等格式的文件均能被Dynamo讀取，大大提高了Revit中數據的處理能力，利用Excel處理數量很大且無規則的數據時更為便捷，極大地提高了Revit中信息的傳遞能力。

（3）開源的節點包。Dynamo軟件的程序編制是利用具有函數功能的節點搭建而成的，同時可利用Python編程語言進行自定義功能節點的制作，擴展并豐富Revit的其他功能，進行二次開發。

2 ?地下綜合管廊主體結構建模

2.1 ?創建管廊艙室橫截面

艙室作為地下綜合管廊中的主體結構，按照斷面形式主要分為單艙室、雙艙室、三艙室三種類別。利用Revit軟件中的公制常規模型樣板自建艙室族，下面給出創建過程：

（1）選擇族樣板。Revit中不提供艙室族樣板，故選擇公制常規模型進行族的創建。

（2）參考平面繪制。為了能夠準確地確定艙室內外輪廓的位置，先繪制參考平面以方便繪制截面。

（3）繪制斷面輪廓。利用創建命令中的繪制艙室橫斷面，以雙艙室為例，繪制過程中要確保每個封閉輪廓線閉合，為后續采用Dynamo提取數據提供基礎數據。

（4）為艙室添加參數信息。利用尺寸標注中的參數功能添加橫斷面的相關參數，如艙室的長度、寬度、厚度等，如圖1所示。

（5）截面輪廓族類型修改。利用添加、修改，刪除等命令對橫斷面的相關參數進行調整，同時可利用族編輯器的屬性對艙室的材質信息進行設置。

圖1 ?橫截面參數化族

由于不同工程中族構件的尺寸不盡相同，故為滿足工程要求而對相關參數進行調整，可以減少結構建模的時間，提高建模效率。

如圖2所示，在原點導入橫截面族并生成橫截面輪廓線，將繪制好的橫截面族文件插入當前項目，并通過項目瀏覽器的族中常規模型查看插入的文件是否正確。

圖2 ?導入橫截面輪廓線程序

2.2 ?Dynamo與Revit模型交互方式

2.2.1 ?生成管廊軸線

以Revit中的模型線作為軸線，利用Dynamo中的Select Model Element進行選取，利用Element Curves變成Dynamo中的圖元，同時在軸線上選擇幾個平面作為管廊橫截面放置的平面，選擇5個平面，同時利用Geometry.Rotate將每個平面坐標系進行轉換使截面方向正確放置，如圖3所示。也可以采用Excel文件選擇具體路線生成軸線，在此不再贅述。

圖3 ?軸線上生成橫截面程序

2.2.2 ?輪廓線編碼組

由于上述操作后的數據是以每個平面上的對應點進行分組的，故采用List.Transpose進行轉置，將每個平面上的點列為一組，方便數據處理。然后挑選出橫截面中的外輪廓及內輪廓控制點并分別進行編組，再利用Polycurve.Byjoinedcurve生成每個斷面上的曲線，僅以兩個斷面為例。將每個斷面上外輪廓所對應的數據和內輪廓所對應的數據分別整合到一起，如圖4所示。

圖4 ?輪廓線數據編碼程序

2.2.3 ?放樣生成管廊主體

將外輪廓所對應的數據和內輪廓所對應的數據轉置，利用Solid.Byloft命令生產實體，然后利用Solid.Difference將內輪廓掏空去除，如圖5所示。

圖5 ?生成管廊主體結構程序

3 ?附屬結構建模

3.1 ?附屬結構族的創建

在地下綜合管廊項目中，附屬結構的種類比較繁雜，如管道支架、管道支墩、爬梯、通風窗等類別。為了簡化過程并加快速度，選用Revit平臺中的嵌套族來創建附屬構件族，嵌套族可將其他族載入所創建的族中，能夠實現族的重復利用，從而提高建模效率。下面以防火門的創建為例進行說明：

（1）創建門板輪廓，并對其添加各種信息。

（2）通過“載入族”將門鎖族載入門板族中。

（3）通過嵌套族將門鎖族與門面族參數進行關聯。

（4）對不同的門鎖類型可進行替換。

3.2 ?管線支架結構放置

在Revit中添加管道支架比較費時費力，需要借助一些插件進行自動布置才能實現，而且還經常會出現這樣或那樣的問題，如果采用Dynamo進行布置就較為方便快捷。首先將支架分為橫擔、U型管卡及絲桿三部分，利用Revit平臺將這三部分做成相應的族，同時令其分別成組方便后期使用，其次讓管道底部保持平齊，獲取底平標高和管道位置便于橫擔和絲桿的放置，最后依據每根管道的屬性提取相關參數，如依據管徑確定U型管卡位置。下面介紹Dynamo軟件的具體操作流程：

利用List.FilterByBoolmask進行過濾，得到所需的管道，通過Element.GetParameterValueByname節點提取管道的外徑、直徑、保溫層厚度、水平高度等參數，如圖6所示。利用這些參數值計算出每根管道的底部高程，同時選定是以最大管還是最小管為基準，方便后期位置確定。

圖6 ?獲取管道相關參數程序

為了準確找到放置橫擔和絲桿的插入點，分別采用Curve.Extendstart和Curve.Extendstart節點計算出最外側兩個管道中心點之間的距離，將該距離值加上兩根管道半徑，最后再加上外部偏移量這一參數值，同時利用Vector.Anglewithvector節點計算管道的方向及旋轉角度，如圖7所示。

圖7 ?準確確定插入點程序

調整U型管卡參數并放置到理想的位置，最后再將三部分組成組。

3.3 ?管線類結構生成

在地下綜合管廊的建設中，建設內容包含許多不同用途的市政管線，如給水管、污水管、天然氣管、熱力、電力和通信電纜等。這些管線的創建較為簡單，難點在于管道彎頭處的創建，彎頭尺寸隨著管道半徑的變化而變化，當公稱半徑發生變化時，與之關聯的相關參數也隨之改變，如采用Revit族參數較為復雜，故采用Dynamo中的MEPover編制程序，如圖8所示。

利用Dynamo的MEPover節點包中的Cabletray.Bylines命令進行管線生成，首先根據Dynamo與Revit的關聯性選擇模型線，利用Element.Curve將revit中的圖元轉換成Dynamo中的圖元，利用Cabletray選擇相應的管道類型，再分別對標高、寬度、高度進行參數定義，這時生成的各個管線連接位置還有交叉現象，再利用Elbow.ByMEPCurve進行修正，完成管線之間的平滑連接。

圖8 ?管線生成程序

4 ?結 ?論

目前，BIM技術廣泛應用于建筑領域，特別是建模后的施工、運營、維護及管理等。而城市地下綜合管廊的后期維護特別重要，BIM技術在地下綜合管廊中的應用會越來越多。本文闡述了前人對地下綜合管廊與信息化模型關聯的總結，討論了參數化設計在地下綜合管廊信息化建模中的可行性及優勢，分別以地下綜合管廊主體結構、附屬結構中的支架和管線為例，創建相關族文件并通過Dynamo軟件繪制相關程序以實現其參數化建模。結果表明，基于Dynamo軟件的可視化編程比較適合地下綜合管廊的信息化建模，且可以提高其建模速度。在未來的信息化時代，可視化的參數化編程將更加廣泛地應用于各類工程中。

參考文獻：

[1] 張成彬.淺談BIM技術在市政道路設計中的應用 [J].建材與裝飾，2016（43）：253-254.

[2] 孫曉峰，魏力愷，季宏.從CAAD沿革看BIM與參數化設計 [J].建筑學報，2014（8）：41-45.

[3] 殷憲飛.BIM技術在城市綜合管廊運營維護階段的應用研究 [D].哈爾濱：哈爾濱工業大，2017.

[4] 姜天凌，李芳芳，蘇杰，等.BIM在市政綜合管廊設計中的應用 [J].中國給水排水，2015，31（12）：65-67.

[5] 尚江山.BIM在市政綜合管廊設計中的應用 [J].科技與企業，2016（9）：159.

[6] 朱記偉，鄭思龍，劉建林，等.基于BIM技術的城市綜合管廊工程協同設計應用 [J].給水排水，2016，52（11）：131-135.

[7] 王能林，王小東，張欣，等.BIM技術在市政綜合管廊建設運營中的應用探究 [J].建筑施工，2016，38（10）：1486-1488.

[8] 楊東旭.基于BIM技術的施工可視化應用研究 [D].廣州：華南理工大學，2013.

[9] LIANG M，HU Z. Reconstruction of 3D Building Models Based on Architectural Construction Drawings [J]. Applied Mechanics and Materials，2013，336-338：1349-1355.

[10] 蘇小超，蔡浩，郭東軍，等.BIM技術在城市地下空間開發中的應用 [J].解放軍理工大學學報（自然科學版），2014，15（3）：219-224.

作者簡介：高健（1987—），男，漢族，遼寧阜新人，助教，碩士研究生，研究方向：結構計算。