隧道BIM参数化建模技术应用研究

高如欣 原玉静 杨雪霞

摘 要：BIM具有三维可视化、信息化特征，可以实现多方的信息共享，应用于建设项目的全生命周期中，能够带来良好的项目管理价值。但是，建立信息化三维模型费时，效率不高是阻碍BIM技术应用的瓶颈之一。依托贵州都匀高速隧道项目，本文利用Revit平台、Dynamo插件对基于Revit的二次开发的隧道BIM参数化建模技术进行初步探索，通过开发小程序，建立隧道模型，解决隧道建模过程冗杂的问题，从而提高BIM建模效率，实现快速建模。

关键词：BIM技术;隧道建模;二次开发;参数化建模

中图分类号：U452文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）05-0008-04

Abstract： BIM has three-dimensional visualization and informatization characteristics， can realize multi-party information sharing， and is used in the entire life cycle of construction projects， which can bring good project management value. However， it takes time to build an informatized 3D model， and low efficiency is one of the bottlenecks that hinder the application of BIM technology. Relying on the Guizhou Duyun high-speed tunnel project， this paper used the Revit platform and Dynamo plug in to make a preliminary exploration of the BIM parametric modeling technology based on the secondary development of Revit， by developing a small program， a tunnel model was established to solve the problem of redundant tunnel modeling process， thereby improving the efficiency of BIM modeling and achieving rapid modeling.

Keywords： BIM technology;tunnel modeling;secondary development;parametric modeling

BIM技术是一种土木工程行业的新技术，其项目全生命周期管理模式为建筑行业的发展带来全新的契机[1]。在BIM的工作界面上，项目被拆分成可利用的、可视化的单元，然后拼装成完整的虚拟现实项目模型。模型里包含项目的全部信息，能够通过精准的计算和分析，为设计人员提供规划、设计、变更等过程的重要判断依据，减少实际施工因为误判而产生的浪费。同时，因为BIM是通过三维数字技术模拟建筑物的真实信息，为工程设计和施工提供相互协调、内部一致的信息模型[2-4]，可以通过图纸的自动调整，提高相关设计人员的工作效率，减少设计人员繁重的工作，从而得到高效率、自动化的模拟实体工程。本文以都匀T19标隧道工程的数据作为BIM建模技术研究对象，同时采用软件平台Revit模拟实体工程。

1 依托项目隧道情况

项目设置两座隧道洞口，每个洞口分为左右两线，隧道采取分离式，全长为4 965.5 m。地形地貌以中低山侵蚀岩溶地貌为主，山脊浑圆，多呈馒头形，走向北东，山体陡峭，坡度为30°～40°，局部达到50°。

隧道主体结构拥有良好的强度、稳定性、耐久性，在土建设计中坚持动态设计和信息化施工的思路，及时调整支护等结构的参数和施工方案。通常，隧道建模将整体进行单元分割，采取拼接的方式。可载入防水板、衬砌、仰拱、沥青层、水泥路面、锚杆和导管等单元。每个单元采取编号和统一命名，进行数据汇总，集中管理。隧道的Revit建模整体模型如图1所示。

2 参数化隧道模型构建体系

采用在建模平台内建模的方式，先建立各种族，再载入项目中定位，模型大，费时间，效率低下。隧道具有一定的规律性，如果采用参数化建模，就可以大大节约时间，提高效率。本文利用插件Dynamo和相关程序代码构建隧道模型，主要包括基础数据库的构建和数据运行平台搭建两个操作模块。

2.1 平台基础标准库建立

模型基础标准库是山岭隧道项目设计的基础文件，包括项目设计的数据信息，包括各个单元的尺寸、命名、围岩等。基础标准库的相关数据能够被运行平台导入和识别，以便执行更多的命令，该数据库的导入方式多样化，如Excel数据源、可载入族库等。

2.1.1 基础标准库原则。基础标准库的建立遵循統一的规则，保证后续运行平台执行操作的畅通[1]。其中，相关项目文件、可载入族文件严格遵循横式编号统一和纵式模板统一的制度，可以将数据接口完美兼容，方便后续导入平台的使用。但由于Excel的相关特点，Excel文件需要根据导入平台的具体情况，配合平台具体程序工作。隧道围岩等级统一命名如图2所示，单元隧道锚杆、导管数据必须统一，如表1所示。

2.1.2 隧道基础标准库建立。建立隧道基础标准库是构建数字化参数模型的基石，隧道主体参数化模型采用的基础标准库是Excel数据源和可载入族族库。

2.1.2.1 导入Excel参数。标段隧道Excel参数为公路序号、桩号、三维坐标、围岩等级、衬砌类型。这些参数能够真实有效地模拟实际工程，达到准确的预判效果。

2.1.2.2 隧道各单元族库。标段隧道参数化采用5种族文件，分别是隧道轮廓族文件、洞门族文件、排水系统族文件、通风照明系统族文件等。文件进行统一命名，利用单位、模板、基本原点来进行分组分段组装。

2.2 数据平台构建

模型数据平台构建采用Revit二次开发的方式。Revit的功能限制较多，其开发是基于较规则空间形体的建模，主要功能仅有拉伸、放样融合、空心操作，缺乏对异型构件建模的支持，虽然能够很好地降低硬件资源需求，提升效率[2]，但是在进行山岭隧道施工时，人们需要利用高效、功能强大的开发工具，而二次开发是较为理想的选择。本文利用插件Dynamo，其可以将烦琐、重复的工作进行合并与简化，便于建造非标准构件。

利用插件Dynamo中Python Script节点来运行API，具有很好的效果。通过这个途径，设计人员可以直接调用Revit中的API，通过这个插件，人们只用编译相关简单代码即可直接生成。同时，由于Dynamo本身是可视化的编程方式，可以将函数和变量以可视化的方式赋值及连接[4]，人们可以利用Python强大的代码语言，更加简洁地完成平台的控制。这样的操作也存在弊端，开始时必须设计好流程，避免后续出现程序混乱[5]，同时建议搭建复杂平台，按照实际工程设计分析需求，并绘制相关的流程图，依照已知流程图實施操作。

2.2.1 数据平台内容。数据运行平台分为三方面：统一标准数据源的拾取;相关尺寸、用料运算和处理;节点控制，输出三维模型。

2.2.2 数据平台构建原则。数据平台构建需要缜密的逻辑思维进行佐证。在隧道工程构建过程中，要采用分段路线，按照顺序组装。

2.2.3 隧道数据平台构建。本平台利用Dynamo插件来完成构建，其中每一步骤都要通过严格的逻辑关系来佐证。同时，利用Python编程，实现在Pynamo中自动批量建造较为规则的族文件。考虑到隧道构件形状较为复杂，首先选择形状规则的长方体可载入族来进行研究。笔者设置了三个参数：长方体可载入族的长、高和数量，并以此生成点阵，再通过Python编程赋予点阵正确的拓扑关系，最后利用相关节点，快速生成多个形状简单的自适应族。各个单元可载入族在合同19标段隧道主体的数据平台构建分为5部分，即拾取路线Excel数据源合成三维曲线，建立坐标转换和围岩分段，读取单元可载入族族库数据，单元族定位和分段处理数据，生成隧道模型，完成隧道各部分组装，精密定位隧道所有结构构件。

构建隧道主体模型的过程中，编写一组节点，通过第三方插件Dynamo来运行平台，如图3所示。这组节点可以通过基本标准数据源导入，快速完成隧道主体部分的建模。它们能够拾取Excel坐标信息，生成与之对应的三维曲线，可以实时修改和调整;可以生成三维曲线上的相对坐标，提供各单元可载入族族库定位的基本信息，与此同时根据参数数据导入信息，将路线分组分段处理，与对应的单元可载入族形成呼应关系，有效减少重复工作量，从而实现整个路线的快速放样，捕捉各单元可载入族的放置位置。

3 研究思路和方法

基于实际隧道工程相关信息，本研究采用公制常规模型，建造各单元可载入族，同时利用插件Dynamo完成可载入族放样。在探索过程中，本研究出现以下问题。

可载入族放样时存在微小线路偏差，文件内存过于庞大。最后通过改变模型文件来减小误差，采取公制常规轮廓建立轮廓族，并在公制常规模型中将其沿模型线放样，本操作相当于将若干个可载入族放置在一起建立小段隧道。

将单元可载入族放样是一个机械重复的过程，十分耗时，人们要明确设计思路，通过一定的代码来实现快速放样优化。解决思路有两个，一是在一段线路中同时放置各构件族，直接形成完整的一段隧道。二是识别同一类族类型线路，将族轮廓同时放入多段线路中。

两种思路在搭建运行平台时都有所体现，优化了一定的操作，大幅度提高设计人员构建隧道模型的效率。

4 应用优势

参数化隧道建模体系，基于严格的逻辑语言，通过参数的输入自动快速生成模型，建模流程清晰[3]。完成组装的隧道主体模型可以实现每个单元的控制，即从整个衬砌到排水、照明、紧急停车带等零部件都能实现对材料信息、尺寸等参数的控制，将智能化与传统土木工程相结合，为后续隧道的深入设计中所需工程量的提取、受力的计算与分析、预制构件定制等提供极大的便利[3]。

通过Dynamo创建隧道模型，Dynamo的逻辑算法以文件形式进行保存，施工过程中，如果要修改模型，只需要修改相关参数，驱动Revit生成新的模型，大幅提高建模效率。基于Dynamo对Revit进行二次开发，实现一次对多个可载入族进行放样或者一次放样多段围岩类型相同的线路，解决该弊端。此外，参数化隧道建模有一定的开放性[6]，数据标准库文件和数据平台按照不同项目的实际情况，更改和调整有关参数比例，具有工程实用性。

5 结语

当前，人们可以利用插件Dynamo创建隧道模型，将Dynamo的逻辑算法以文件形式保存，调控模型参数，驱动Revit平台模型三维可视化。该技术研究能够大幅提高设计人员的工作效率，其他类似建模也可以采用此方法。

参考文献：

[1]车冠宇，毛伟栋.Revit+Dynamo参数化隧道模型构建体系探析[J].桥梁工程，2018（4）：254-256.

[2]吕剡祺.BIM建模软件参数化及二次开发的应用点选择[N].经路协作信息报，2019-03-11.

[3]林金华，林武，吴福居.可视化编程在BIM参数化建模中的应用技术[J].工程建设与设计，2018（22）：276-278.

[4]宋强.关于土木工程Revit软件族的二次开发研究[D].青岛：青岛酒店管理职业技术学院，2018.

[5]宋斌.BIM技术在高大模板工程中的应用研究[D].南京：东南大学，2016.

[6]李治.BIM技术在公路建设中的应用初探[J].内蒙古公路与运输，2016（3）：50-51.