基于Dynamo的贵州苗族传统建筑模型建造方法研究

杨 静，孙建刚

(大连民族大学 土木工程学院，辽宁 大连116650)

贵州是多民族聚居地，拥有丰富多彩的民族文化，在服饰、饮食、文化、建筑等方面各具特色。随着时代的发展，如何保护这些少数民族传统文化变得尤为重要。以传统建筑为例，大多年久失修，缺乏保护，当地的建造技术都是由本地工匠师傅口口相传，建筑结构体系、构件样式、制作方式等信息缺乏文字或图片记录，更没有形成标准的建筑图集。整体缺乏一个完整科学的保护体系，造成传承困难。

Revit是BIM重要的建模软件之一，广泛应用于现代建筑、土木、暖通、给排水、机电等多个行业。随着多年来各行各业的发展，目前不仅仅应用Revit自带功能，并结合实际的需求对它进行研究开发，使得Revit的功能更加强大齐全。其中Dynamo是以Revit为基础的可视化编程平台，用于定义关系和创建算法，可以在3D空间中生成几何图形和处理数据。可以补充Revit的功能，也可以简化流程中很多机械化的工作[1]。目前国内外已有不少基于Dynamo的参数化设计研究，如造型特殊的桥梁建造[2]、体量较大的钢筋混凝土结构分析模型[3]、矿山井下巷道空间的建模[4]、螺旋隧道参数化[5]或比较曲折的路面设计[6]等。近年来，国内对古建筑的保护逐渐重视，不少学者开始把这类技术应用于古建筑的维护，如成都大学的王钟箐使用Dynamo和Revit软件创建定位点模型和自适应构件，生成攒尖亭的木构架模型[7]；北京交通大学的王凯基于对中国古代大木作建构特征的剖析，结合Dynamo和Revit软件探寻了一种与大木作建构特征相适应的中国古代大木作BIM模型建构方法[7-8]等。

经研究，这类技术也完全可以用于少数民族建筑数字化保护研究。一方面是Revit满足少数民族建筑模型建造要求，另一方面是Revit开发平台可以实现更多的功能，满足数字化保护的需求。但少数民族建筑与现代建筑结构和构件类型差异较多，构件数量偏多，同时又要考虑各个构件的连接方式问题。而Revit的建模方式是单一的绘制搭建，这造成建造过程有很多重复性的工作，加上人工操作一些构件的定位会存在一定的误差。自带的复制和阵列工具的使用也具有一定的局限性，如工作平面、成组关系、构件定位等问题。

本文以贵州苗族建筑的结构为例，结合Revit实现构件参数化，通过参数控制构件的尺寸和造型，同时利用Dynamo程序定义构件的生成规则和逻辑，以及连接构件间的空间位置关系，形成自动搭建。优化建模过程，减少建模工作量，同时确保各部分构件定位、连接关系符合实际。

1 结构体系

苗族传统建筑多为吊脚楼，主体框架形式一般分为：三柱四瓜、五柱四瓜、五柱六瓜、五柱七瓜。其结构基本都是取用当地的树木和石头搭建，主要包括柱、穿枋、梁、柱础、地脚、挑手、柃条以及椽条等构件如图1。一般柱脚下承接框架的石块为柱础，与之相连的框架由若干柱、瓜以及穿枋连接而成，正中间的柱子为中柱，边沿上的柱子为银柱，而两者中间的柱子则称为金柱；“瓜”是指没有接触地面的柱子；与柱子和瓜连接的木板叫穿枋，靠近地面的枋也可以称为地脚；连接两个框架之间的木板称为横梁，柃条一般在柱子的顶端，用于承接椽条，框架两侧同承接柃条的构件叫挑手[9-10]。本文以五柱六瓜、开左中右三间结构为研究对象，主要的解决构件尺寸参数化、构件之间的定位与连接关系、构件样式多重复性等问题。

a)排架结构图 b)屋顶结构图

2 苗族建筑结构的参数化设计

本文基于Revit软件，结合Dynamo可视化编辑平台实现苗族建筑结构框架参数化设计。主要设计思路是先利用Revit软件制作参数化构件，实现可任意调整该构件本身的各项尺寸；再通过Dynamo生成点模型定位各构件，这些定位点实现参数化，所有构件在Dynamo定位参数的调用下，自动生成结构模型。

2.1 构件参数化

经研究，该类建筑的结构构件样式存在大量重复性，大多采用圆柱体、长方体。如果按照原始单一绘制的方式会产生大量重复性的工作。以框架为例，柱与瓜都是圆柱体，但是需要单独调整尺寸、 高度和底标高，绘制工作繁琐，同时还需要考虑穿枋的连接位置。构件参数化主要解决这类同样式但尺寸不同的问题，以减小建模工作量，以及部分构件定位问题。

Revit构件参数化主要有两种方式：一是基于软件的自置参数化构件模板创建；二是在原有的软件基础上进行二次开发[5]。本文研究对象是由比较规整的构件构成，所以采用第一种方式即可满足建模要求。先按照建筑结构，把构件分为几个部分：一品框架、柱础、挑手、椽条，其余构件用Revit自带族文件绘制即可。下面以框架为例，叙述构件参数化步骤。

(1)新建Revit族结构基础模板；

(2)使用拉伸工具分别在参照标高和前立面依次绘制柱子和穿枋；

(3)按照构件的数量创建对应的参照平面，并锁定构件；

(4)依次设置相关尺寸参数化并关联。

参数化设置主要包含各构件的相关尺寸、材质、以及各部件的连接关系，结构如图2～3。默认参数设置如图4。同样方式创建其他构件，各构件的默认参数设置见表1。

图2 参照标高视图构件绘制

图3 前立面视图构件绘制

图4 一品框架参数表

表1 构件默认参数表

这种方式创建的构件导入项目中后可以直接输入数据调整默认参数，满足实际的需求。例如一品框架中的各柱子的尺寸、高度以及间距，穿枋和地脚的尺寸以及距离地面的高度等，不需要像原本的建模方式一一调整各个构件，减少建模的难度以及工作量。

2.2 Dynamo创建定位点

通过查阅相关资料以及实地调研，这类建筑的营建工艺流程包括：选址、砌筑石基、量地、设计框架、准备材料、加工框架及构件、排扇、立架、上柃条、上椽条及封檐板、上瓦、装修、入住。首先布置柱础，以柱础为定位搭建框架；其次，根据框架放置挑手以及框架之间的地枋和横梁；然后在框架柱顶与挑手放置柃条；最后在柃条上均匀布置椽条，根据构件的位置关系，以及整体结构特点，完成整个建筑的结构搭建。搭建流程如图5。

图5 营建工艺流程图

各构件的位置关系，结合营建流程的梳理，发现构件互相之间的连接有很强的逻辑关系。理清该类建筑的结构特性后，明确搭建程序的研究目的主要包含三部分内容：第一，直观展示各构件的位置关系和搭建逻辑；第二，满足各构件定位单独可调，适应同类多尺寸建筑的建模要求；第三，保留这类建筑工艺流程信息，方便后期共享与教学。本文使用Dynamo平台编写节点程序按照实际搭建的流程依次定位、调用各类构件建造结构定位模型，以满足少数民族建筑保护需求，搭建设思路如图6。

图6 搭建设计思路

(1)构件定位。各构件的位置关系是环环相扣的，所以基于它们之间的位置关系，除柃条和椽条外，其余构件的定位点以轴网标高相关联，实现参数可同步调整。根据国内建筑图纸绘制规范对于轴网的定义，本文以开间距离(框架之间的距离)和排架柱子的间距为轴网。

本文构件的定位方式共有两种：第一种使用“Code Block”节点作为输入端，连接“Point”节点形成相应的坐标点，首先设置好标高轴网的坐标列表，形成标高轴网；然后基于轴网的坐标列表依次调用柱础、框架、挑手、地枋以及横梁等构件。因为柃条与椽条的位置并不完全以轴网为准，所以这两类构件各单独设置一个坐标列表。前者在Revit中的绘制方式为路径绘制方式，所以定位点为路径的起点与终点。椽条是均布放置在柃条上，坐标列表为柃条起点到终点的放置点合集。

第二种关联标高。所有构件高度的定位利用“Levels”节点选取相应标高定位，这样构件可以保留Revit自带的关联相关标高功能，实现随标高改变而自动调整。

(2)构件调用。构件选择节点用三种，按照构建类型分别采用“Structural Column Types”、“Structural Framing Types”以及“Family Types”节点调用，前两者属于调用结构类型即本文中的框架、横梁、地枋以及柃条，后者可调用所有类型构件本文中的柱础、挑手以及椽条，Revit构件类型划分主要由绘制采用的族模板文件类型决定。

Dynamo创建方式与构件参数化是互不影响的关系，所以上述各部分构件的搭建方式都不会影响该构件的参数调整，这样的方式更好的解决了Revit构件阵列参数化后无法调整该构件其他尺寸参数的问题。整个定位模型程序如图7，定位模型如图8。

图7 定位模型程序图

图8 定位模型图

2.3 模型生成

通过参数构件与Dynamo搭建程序的结合，结构模型的体量大小，位置关系，所有构件的定位，均可通过调整参数控制；同时构件本身尺寸、材质参数也具有可调节性，如椽条的角度、长度、宽度和厚度均可按照需要调整。满足同类结构的不同尺寸的建筑建模需求，简化这类建筑的建模过程，提高工作效率和准确性。最终形成标准的搭建模式：第一步，打开Revit创建项目并导入创建的参数化构件；第二步，运行Dynamo程序，在Revit工作空间中自动生成相应的结构模型；第三步，修改相关参数，创建符合尺寸的模型。第二步主要是考虑到一些对少数民族建筑结构体系了解不深的使用者，优先运行一遍程序了解搭建的流程和各构件的位置关系，再进行第三步修改参数创建符合要求的模型。最后运行结果如图9。

图9 结构模型

3 总 结

本文以贵州苗族传统建筑结构为例，结合Revit与Dynamo可视化编程平台，实现构件参数化，建模自动化。为优化这类建筑的建模方式，提高建模效率提供一种解决思路，更好更高标准的达到少数民族建筑数字化保护的需求。直观明了的展示这类建筑结构特色和连接要点，还原真实的建造流程。本文只是基于木结构对这类建模方式的初次尝试，为更好满足少数民族建筑数字化保护需求，还原少数民族建筑原貌，后继还有更多的内容有待研究。