基于Dynamo的缓和曲线形体结构应用研究

2021-10-13刘笃兴季小普罗志浩张英彪潘钧俊

土木建筑工程信息技术 2021年4期

刘笃兴季小普陈华罗志浩张英彪潘钧俊

(中国建筑第八工程局有限公司，上海 200120)

引言

BIM是建筑信息模型(Building Information Modeling)的简称，是一种在三维数字化技术的基础上集成工程项目信息的数字化模型，在工程设计、施工、运维阶段受到广泛关注和应用[1]，随之而来的对复杂异形结构的应用已成为BIM技术落地实施的重点。目前，对于复杂缓和曲线形体结构的BIM应用，传统建模方式采用Autodesk Revit软件，Revit软件在常规形体结构建模过程中提供了很大便利，通过自身内置构件可以实现常规建筑结构快速建模[2-5]，但在复杂异形结构中常采用以梁板替代结构截面，特别是在具有纵断面变化的异形结构工程中，这种建模方式存在着模型精度不足、施工应用不准确的问题[6-7]。

Dynamo可视化编程工具为异形缓和曲线形体结构的高精度、高效率BIM应用提供了新的解决方案。Dynamo是内建于Revit软件的开源插件，通过可视化操作界面进行编程生成模型，且能无损写入Autodesk Revit项目文件中[8-10]。

本文以杭州萧山国际机场三期项目为例，对项目中大量存在的复杂异形地下车道进行基于Dynamo可视化编程开发与建模应用研究。

1 工程概况

杭州萧山国际机场三期工程包括新建T4航站楼、交通中心、旅客过夜用房、配套办公用房、高铁站、区域能源中心、配套市政工程、蓄车楼标段、飞行区标段、行李系统标段、航站楼弱电标段等，总建筑面积约150万m2，项目体量大、涉及专业多，且地质条件复杂、地下工程施工难度大，结构工程大跨、异形构件多，对施工精度要求极高。本项目BIM应用以“BIM先行、指导施工”为理念，在工程前期积极介入。三期工程整体如图1所示。

图1 杭州萧山国际机场三期工程效果图

杭州萧山国际机场三期项目陆侧交通中心工程市政配套道路工程包括Z1、Z2、D3、D4、D5、D6、D8、ZD1、ZD2、ZD3、ZD4共11条道路，共计5761.74m，其中ZD1、ZD2、ZD3、ZD4为地下车道，如图2所示。

图2 道路工程平面图纸

地下车道结构形式为单箱单孔箱型框架结构，结构边线形式为直线→圆曲线→缓和曲线→直线→圆曲线→缓和曲线→圆曲线的线体形式。

2 BIM开发与应用

在地道工程中，缓和曲线是常用的设计线形，结构尺寸在曲线内外侧并不相等，因此设计中给出的结构长度并不代表其实际长度，特别是处于加宽的路段，缓和曲线形体结构施工过程中对于缓和曲线形体采用以直代曲的施工方法，无法完美契合设计理念和要求。本文通过参数化快速搭建高精度缓和曲线形体结构模型，并基于模型快速、批量提取结构定位坐标，实现缓和曲线形体结构高精度施工定位，实现工程高效建造。本工程参数化建模流程如图3所示。

图3 参数化建模流程图

2.1 创建道路中心线

道路中心线是一条三维空间曲线，使用Autodesk Civil 3D软件创建路线工具，根据道路平面图与纵断面图纸绘制道路中心线，使用路线与纵断面报告工具将中心线输出为空间点坐标。图4为道路中心线创建工具，图5为纵断面绘制界面，图6为输出的点坐标数据。

图4 道路中心路线创建

图5 纵断面绘制

图6 输出点坐标数据

2.2 参数化创建结构截面

在Revit中新建公制常规模型族样板创建结构截面，分别对结构部位尺寸、坡度等变化量进行参数化定义。如图7所示。

图7 参数化结构截面

2.3 加宽缓和曲线量值计算

加宽缓和曲线为避免路面宽度从直线段上的正常宽度到圆曲线的加宽断面的突变在直线和圆曲线之间设置的一段宽度渐变段，渐变量值计算采用高次抛物线计算公式：

Bjx=(4K3-3K4)×bj

根据计算公式，使用Excel函数工具快速计算出缓和曲线段宽度渐变值。

2.4 Dynamo可视化编程创建模型

Dynamo作为交互式的可视化编程工具，通过读取数据和参数化截面进行点、线、面、体结构模型创建，并通过数据的改变实现模型结构几何形体的修改。

(1)Dynamo读取数据创建中心线

通过Dynamo编写节点读取前文输出的点坐标数据，生成道路中心线，中心线生成节点如图8所示。

图8 中心线生成节点

Revit软件工作范围限制为直径20英里的平面，当模型距离项目文件原点过远时，创建的模型会出现变形，不满足施工要求的高精度，在中心线生成过程中将全部点坐标核减去起点的点坐标，即中心线起点与项目文件原点重合，中心线生成节点共有6个输入端，分别为“平面坐标表格”“核减值坐标表格”、“高程坐标表格”、“平面坐标工作表名字”、“核减值坐标工作表名字”和“高程坐标工作表名字”，定义1个输出端，为“中心线”。

如图9所示，通过File Path节点读取Excel文件路径，String节点输入文件工作表名称，运行生成道路中心线。

图9 中心线生成程序

(2)Dynamo读取参数化截面与截面数据创建结构实体模型

将参数化结构截面族载入新建项目文件中，通过Dynamo编写结构生成节点，节点程序如图10所示。如图11所示，通过“ReadExcel.ImportExcel”节点读取截面参数数据信息，并分别输出参数名称和参数数据。

图10 缓和曲线结构生成程序

图11 参数数据读取节点

利用“Family Types”读取结构截面族，通过“FamilyInstance.ByPoint”将截面族放置在中心线设计位置，因为截面族以XY平面创建，中心线为三维空间曲线，截面放置以后需要旋转一定角度至设计位置，如图12所示。

图12 参数化截面放置节点

如图13所示，结构截面放置设计位置以后进行族截面参数数据写入，通过“Element.SetParameterByName”节点输入参数名称与对应的参数数据，对结构尺寸等信息进行修改，截面放置完成结果如图14所示。

图13 参数数据写入节点

图14 截面放置完成结果

截面参数调整完成后，使用“Element.Curves”与“List.Slice”节点分别读取、分组截面族内、外室轮廓线，通过“PolyCurve.ByJoinedCurves”节点将轮廓线组合为一条闭合曲线，利用“Solid.ByLoft”节点创建结构内外室实体，并分别输入“Solid.Difference”节点，进行布尔差集运算后得出结构实体，节点如图15所示。

图15 结构实体生成节点

地道结构实体创建完成后要以族形式将其输出至Revit项目文件中，使用节点包“Springs”中“Springs.FamilyInstance.ByGeometry”节点，自定义族名称、族样板、材质等参数将结构实体输出至项目文件中，输出节点如图16所示，运行结果如图17所示，地下车道模型如图18所示。