Dynamo在深长越湖隧道建模中的应用研究

明茂刚

(中铁十四局集团第四工程有限公司 山东济南 250002)

1 引言

BIM技术的应用最先开始于建筑领域，并逐步延伸至交通施工领域，且进展速度很快。目前国内外建设高速公路隧道方面BIM应用主要体现在参数化设计、施工流程仿真、工作量计算等。Revit是BIM应用的核心软件，在运用其创建三维模型时，既可以生成几何信息，又可以导入、导出非几何信息。但在公路设计领域，仅使用Revit无法达到预想的建模要求，工程人员急需寻找一种新的方法以实现桥梁、隧道这类存在多种异形结构形式的建模意图[1]。Dynamo是Revit的功能增强器，是一个程序开发平台，和Revit API一样，它可以创造出Revit并不具有的功能。比如Dynamo所具有的参数化设计、自动化重复性操作、节点自定义的优点，既能够在编程的同时实时生成模型，使得建立的模型实现可视化，又避免了数据交换带来的诸多问题，使得Revit作为信息处理的中枢功能更强大。Dynamo能够直观地查看脚本行为、自定义逻辑并使用各种文本编程语言，且支持在视觉程序设计流程中工作。它通过自主链接节点以定义逻辑关系并生成能满足特定要求的自定义的动作序列，使得从处理数据至产生几何图形的过程可实时实现，不需要编写一句代码[2－3]，享受节点带来的便捷。

汪勇[4]等在BIM桥梁工程设计中介绍了将可视化编程和桥梁工程设计相结合的方法，并在总结出一些很好的研究成果。程文硕等[5]利用参数化的自适应族技术和Dynamo程序，可迅速建立全新的隧道运维工作模式，并利用Dynamo、Revit以及自适应族技术完成了对隧道模型几何参数的自主调节，实现施工期信息一键添加和隧道线体的动态比选等新功能。

本文采用Revit＋Dynamo的参数化建模方法，对南昌某深长越湖隧道建立模型，使得建模效率大幅提高。并且在整合模型过程中，对不同断面的模型衔接进行了优化设计，使其自然过渡，该方法可为类似工程提供技术参考。

2 Dynamo与Revit功能对比分析

在三维模型建立过程中，利用Revit直接建模，虽然可以快速实现对常规模型的创建，但在一些断面形式复杂多变的隧道模型创建过程中，由于结构断面变化大、曲面多，以及结构形式复杂，异形结构数量多，已经无法通过简单的操作完成模型建立，只使用Revit进行建模的缺点逐渐暴露出来[6]。而Dynamo是使用各种文字的程序设计语言，通过编写Script的方法完成建模，对于空间曲面建模以及不规则的曲面建模都可以轻松实现。Dynamo的每个节点都是一个功能模块，可以实现绘图建模、数学运算、文件读写、参数修改及信息数据的管理等功能，并且通过连线将某一节点的执行结果传递给下一节点。同时因每个工程结构的独有性，利用Revit得到的模型会呈现出一次性的特点。但是Dynamo编辑的Script序列可以重复运用于同类建筑的模型建立过程中，只需要更改相应的模型中心线以及族库就可以直接运行，可实现对类似模型的快速创建，可复制性高。另外，需要注意到的是，模型建立之后发现错误时，Dynamo可以直接通过调整族参数的方法修正错误，避免了传统使用Revit中速度慢、易出错的弊端[7]。

另外，Dynamo帮助Revit与外界沟通。在信息写出功能方面，Revit仅有图纸生成、明细表生成的功能[8]，使得信息写入写出功能比较薄弱，缺乏模型内信息输出的高级功能。Dynamo能够弥补Revit在这方面的不足，它本身自带的CodeBlock和List功能，可以方便自己创建数据；此外，其自带的Excel等节点包，能够和诸如Excel等外部软件实现实时交互，简便快捷。

3 参数化建模

3.1 建模思路

参数化建模不仅可以只使用Dynamo单独编程建模，也可以采用Revit＋Dynamo组合建模。本文采用后者，如图1所示。此次建模基于Revit平台实现最终的模型建立，Dynamo则作为Revit的一个插件使用。

图1 建模思路

首先利用Dynamo与例如 Excel、C3D等外界软件交互便捷的优势获取模型基础信息，然后在Dynamo中进行可视化编程，成功运行后再将Dynamo中所生成的模型与Revit相关联[9]。这种以Dynamo为中介使Revit与外界软件得以沟通的便捷建模形式可广泛应用于复杂异形工程的模型建立中。

3.2 建模流程

通过自由拖拽及连接程序设计所需要的节点，便能以“所见即所得”的形式进行模型建立，节点可以来自于Dynamo的节点库，也可以是使用者为实现特定功能对系统节点再开发的自定义节点[10]。基于这种设计模式，实现隧道工程的建模主要包括:线路模型的数据采集及建立、模型分段及族库的创建、Dynamo程序的编制。建模前，可以先将包括中心线和结构的位置、高程等要素有序记录于Excel表中；建模过程中，由Dynamo程序读取Excel表中信息进行参数化建模。具体技术路线如图2所示。

图2 技术路线

4 Dynamo可视化编程应用

4.1 工程概况

南昌艾溪湖隧道工程项目，全长2 208 m，其中985 m为湖中隧道。上部为双向六车道公路隧道，下部为双向地铁隧道，并且上部隧道底板与下部隧道顶板不共板，造成上下隧道间距、下部左右线地铁隧道的间距不一致，湖中、湖西、湖东三段各里程的结构剖面多样。同时因地质条件影响，隧道的风机、雨水泵房的设置使得各里程结构更具有特殊性，如图3所示。

图3 隧道横截面

4.2 模型建立流程

4.2.1 生成线路模型

线路模型在后期生成隧道构件模型时起导向作用，利用隧道中心线建立线路模型并导入Revit一般有两种方法:一个是根据C3D的数据报告，通过Excel对隧道中心线坐标及高程等相关信息进行数据处理，形成最终所需的曲线坐标；然后在Dynamo中输入相关节点命令将Excel中的坐标运行生成建模所需的中心线；最终根据程序驱动将Dynamo中生成的中心线输出到Revit。第二种则是在C3D中将其中心线转成带有高程的样条曲线，然后再将样条曲线另存为DWG格式的文档导入Revit中[11]。后续处理方式与第一种相同，只是所用节点命令不同。本文采用第一种方法，具体节点名命令如图4所示。

图4 线路模型节点命令流

4.2.2 模型分段与族库的建立

本项目采用Revit＋Dynamo的建模方式来完成深长越湖隧道模型的建立。尽管隧道工程为带状分布，但同一类型构件的放置规律固定，使用编程把信息位置输入放置。考虑到整合模型时的运行效率，确保软硬件运行性能的流畅，将模型拆分为上部公路隧道结构、下部地铁廊道结构。最后结合本项目变截面多的特点，对模型截面明显变化处再次进行合理分段，以单个文件大小不超过100 M为宜。

因为Revit的基础族库中并不包括隧道专业族，所以建立其参数化模型的前提条件就是要构建一个隧道家族库，而构建完整家族库时则需要根据拆分后的构件级模型依次构建族[12]。而公制常规模型中在空间线上的点既无法自动适应，也无法增加自动适应点。与之比较，自适应族可以通过调整族的属性和工作面，达到参数调整要求，对复杂构件的创作也更加灵活。所以，可以在本项目背景下选用自适应族构建隧道族库。

4.2.3 模型结构的建立

由于隧道太长，本文只截取其中一段CDk2＋49.41～CDk2＋66.701进行建模分析，其他部分方法一致。隧道上部建模过程主要步骤如下:通过上述中心线的确定，然后在Dynamo中输入Family Types节点命令将创建的自适应族导入Dynamo中，并放在相应位置。有些自适应族导入后需要矢量旋转，为此需输Geometry.Rotate节点命令对其调整角度。最后采用节点命令Solid.ByLofe将所输入的自适应族进行放样生成上部结构模型，具体命令流如图5所示。

图5 隧道上部结构模型命令流

因为隧道为空心结构，为此必须将上述实体模型的内外轮廓进行几何差积[13]，将模型中间部分去掉。如果去掉部分成孔个数为1，可使用 Solid.Difference节点命令使其进行布尔差值运算，也可采用Solid.DifferenceAll节点命令；但如果成孔个数大于1则只能采用后者，否则不能构建所需的孔型。隧道上部结构建模如图6所示。

图6 隧道上部结构建模

同理，其他组段结构及隧道下部结构建模过程与此一致，按照以上方法所建立的模型见图7，至此Dynamo建模结束。最后采用 Springs.FamilyInstance.ByGeometry节点命令，完成Dynamo图元到Revit图元的转换。

图7 隧道下部结构建模

4.2.4 模型整合

模型的最终整合只需要在Revit中根据二维图纸中各段结构模型的位置关系将其以链接的形式汇总到项目文件即可，断面形式不同的族因自适应族参数化的特征，放样过程中会自动进行融合，结合以变截面处为节点进行分段放样的方式，可以优化模型的衔接与过渡。

5 总结

本文采用Revit＋Dynamo的交互式建模方式对深长越湖隧道进行建模分析，过程虽然看似复杂，但是建立了一套便捷易懂的节点命令，导入自适应族后，能够快速生成自己所需要的任意里程的三维模型。具体有以下优势:

(1)Dynamo可以利用其自带的节点包和诸如Excel等软件实现实时交互，帮助Revit与外界沟通。

(2)与单独使用Revit建模相比，Revit＋Dynamo的参数化建模方式使异形结构的模型建立更加灵活，速度更快，更优化了结构变截面间的衔接。

目前信息化、智慧化在土建行业快速发展成为未来趋势，Revit＋Dynamo的建模方式在未来也会发挥越来越重要的作用。