Dynamo在T梁桥建模中的应用

李东运，栗振锋，王一博，李琦翔

(太原科技大学 交通与物流学院，太原 030024)

Revit作为一款我国建筑业BIM体系中使用最广泛的软件之一，它可以充分发挥BIM的参数化、可视化作用，Revit在如此受欢迎的同时也使得国内各大BIM软件商加大对Revit进行二次开发和扩展平台应用，Revit软件的兼容性优势由此凸显[1]。但是，各种工程中异形结构的复杂使得建模难度大大提高，而Revit本身在处理平纵线、曲线、曲面等方面存在缺陷，这也就造成了模型精准度难以达标，继而BIM应用难以落实。

基于Dynamo插件解决方案的提出有效的弥补了Revit在此方面的缺陷。王茹等学者认为参数化快速精确建模因其结构本身的复杂，应用Dynamo可视化插件可有效提高模型搭建的精确度和模型建设效率[2]；李庶安、徐建成、吴生海等学者认为Revit在空间曲线、曲面、异形结构建模方面不够完善，可通过Dynamo插件结合解决桥梁缓和曲面应用问题，避免误差过大，提高建模精准度[3-5]；韩继宗学者认为Dynamo能够辅复杂结构进行参数化，并与Revit互联信息、双线操作，提高BIM建筑设计效率[6]；查莉学者认为通过Dynamo的可视化编程参数化建模可提高模型的信息化和可控性[7-10]。由此可见，Dynamo+Revit的组合方案对桥梁BIM建模应用具有很高的可行性。

综上所述，在公路桥梁领域，国内BIM应用基于Revit平台建模技术正处于高速发展阶段，BIM全周期由于其前期建模的难度大，时间周期长从而导致BIM正向设计难以实现，本文通过Dynamo+Revit的联动，提出新的建模思路，可为BIM正向设计广泛应用提供便利。

1 工程概况

山西省境内某T梁桥工程概况，桥梁中心桩号为 K8+958，桥梁全长共288 m，桥宽8.5 m，跨径组合为：7×40 m装配式预应力混凝土连续T梁，桥梁孔径布置为(4×40+3×40)m.装配式预应力混凝土连续T梁半幅桥宽由4片梁组成，梁高2.5 m，间距2.167 m.采用单独预制、先简支后连续的结构体系。共有2个桥台，5个桥墩，桥墩分别采用柱式墩、空心薄壁墩；桥台采用柱式台、肋板台；墩台均采用桩基础。

2 T梁桥族BIM模型参数化建模思路

参数化模型理论上是将模型细节上赋予数值，在设计模型过程中对结构的关键点、线、面进行数值控制，通过调整数值即可调节模型不同尺寸，便于模型适应各种复杂情况。

首先本文选用Revit作为本次T梁桥建模软件，基于Revit平台桥梁模型创建需要多种结构共同构成，而目前Revit软件中现有的族模板多用于房建，并无桥梁族样板，需自建桥梁族，因此本文基于Revit软件对T梁桥模型创建所需须常规模型进行参数化设计，对桥梁构件族库进行丰富，其他同类型桥梁可视化设计可直接修改参数直接使用，为其他同类桥梁可视化设计提供便利。

然后，使用Civil 3D软件提取道路信息，对其提取信息再Excel中进行收集，整理。

最后，本文选用Dynamo插件进行可视化编程，将桥梁族和道路进行导入Dyanmo的编程中即可一键生成所需桥梁模型，并可通过Dynamo的可视化编程优势进行实时批量修改。

3 桥梁族参数化设计

3.1 T梁桥族样板分类设计

桥梁异型结构复杂多样，族类型的创建并不只是一个族样板能完成的，本项目桥梁族样板根据需要主要选用公制常规模型、公制轮廓、自适应公制常规模型等三种族样板类型。本文族样板分类如图1所示。

图1 族样板类型分类Fig.1 Classification of family template types

其中自适应常规模型构件，可适应多种独特条件构件。例如，桥梁不仅有横、纵坡度变化，还有扭曲形变，带坡度弯道变化造成的T梁形变，湿接缝形变等，自适应构件可根据模型变化通过约束条件自适应变化。

3.2 桥墩、桥台的参数化设计

基于Revit平台，参数类型可分为类型参数和实例参数，本文中同一项目桥墩、桥台的墩柱和桩基础高度不一致，其余参数一致，可选择将墩柱高度、桩基础高度等设置实例参数，其余设置类型参数，方便设计建模时根据项目实际批量调节。桥梁横坡调节定义横坡i，设置标准参照平面，通过逻辑算法关联支座、内挡块等高度，定义横坡i，进行联动调节控制。

本文设定固定参照标线为盖梁中心线上表面距离2 000 mm位置为参照平面，支座底部与盖梁上表面关联，通过计算每个支座的中心线到盖梁中心线距离和已知横坡坡度两个参数的三角关系得出每个支座所在位置与盖梁中心位置水平差，然后利用参照平面高度减去支座高度，计算可得支座顶部距离参照平面位置，变相控制支座高度一致。由此得出，支座关联高度表达式，如下式：

a=2 000 mm±i*l1/100-h1

(1)

式中：a为支座顶部距参照平面高度，2 000 mm为参照平面高度，i为横坡坡度，l1为支座中心距中心线距离，h1为支座高度。

同理可得，内挡块关联高度表达式，如下式：

b=2 000 mm±i*l2/100-h2

(2)

式中：b为内挡块顶部距参照平面高度，l2为内挡块中心距桥墩中心线距离，h2为内挡块高度。

表达式(1)、(2)可用过调节横坡坡度i，自动修正支座与内挡块高度，由此方便修改或重新设计桥墩横坡参数，达到参数化控制的目的，避免重复手动修改模型造成的时间成本浪费，效果如图2所示。

图2 桥梁横坡左i=-2、右i=-8Fig.2 Left i =-2，Right i =-8

3.3 自适应族T梁参数化设计

本文所创建的自适应常规模T梁族，可应对多种复杂应用环境，无需再行创建同类型T梁，T梁左右翼板可通过参数控制，自由出现和隐藏为，为T梁左、中、右使用提供便利，如图3所示所示。

图3 自适应T梁族Fig.3 AdaptiveT-beam family

参数化建模不只是单纯的修改参数，通过参数化体系的构建实现对构件信息的全方位控制，包括名称、编码等信息的添加和材质、尺寸的可读取、可修改，创建真正的数字信息模型，为BIM后期深化提供便利[11]。

4 基于Dynamo插件自动化桥梁建模

4.1 T梁桥Dynamo装配式建模编程思路

Dynamo作为可视化编程控制参数化软件，可以将Revit中桥梁构件精准放置，通过严密得逻辑关系，实现快速精准拼接桥梁构件，完成快速建模。编程思路如下：

(1)信息提取。首先进行原始数据准备，确定路线信息。Civil 3D中的Slope Stake Report功能可对道路的桩号、坐标、高程等信息进行提取，形成Excel文本，为Dynamo插件读取桥梁信息和逻辑运算提供数据准备。

(2)Dynamo创建路线，并校正。因为Excel中所提取的路线信息数值是经过四舍五入的，当Dynamo进行读取并运算时会产生误差，桥梁总长度越大，累计误差也就会越大，所以需要对误差进行分析检查，本文通过一定编程过程如图4所示进行检验，设定数值，使用ALLFalse节点进行判定，并通过Color Range节点进行颜色反馈，当数值大于等于1 mm，则ALLFalse节点判定为false，Color Range节点显示红色，不符合模型精度要求，返回修改，当数值小于1mm，则ALLFalse节点判定为ture，Color Range节点显示绿色，模型符合精度要求。

图4 创建路线并校正Fig.4 Creation of route and correction

(3)将已经创建好的各类桥梁族导入到Revit中，为Dynamo插件提取桥梁族构件信息做准备。

(4)放置桥梁下部结构并调整参数。

目前Revit并不支持坐标定位图元，而Dynamo插件可通过提取信息达到构件或图元在Revit中定点坐标布放。Dynamo中File Path+File.FromPath+ Excel.ReadFromFile节点组合可提取桥梁项目数据采集信息，再利用Family Types提取桥梁各自建族信息，进行放置，如图5所示，确定桥梁下部结构桩号的位置和方向，并进行桩号位置、桥墩、桥台等参数调整。

图5 桥墩、桥台位置放置Fig.5 Location of pier and abutment

传统桥梁模型调整重复性操作，费时费力，本文所建Dynamo模板可根据实际工况进行桥梁模型的修改，例如，可重新导入桥梁路线信息、自定义调整桥墩高度和盖梁及桥面坡度，达到数据化修改模型效果，避免因设计调整或失误，而进行的大量重复操作，从而节约人工成本和时间成本。

(5)复制、放置T梁并编排T梁名称。因桥梁具有一定弯度，故每片T梁长度都须进行计算、调整，如图6所示，本文利用桥梁横坡偏距进行T梁长度计算，使用自适应T梁进行放置。

图6 计算T梁长度Fig.6 Calculation of T-beam length

(6)脱壳法定位湿接、横隔板并进行自适应放置。

(7)放置桥面护栏、标线等。

4.2 退壳法定位湿接、缝横隔板

湿接缝、横隔板等随着桥型变化而变化，并不固定，传统湿接缝和横隔板放置不仅复杂而且繁琐，本文提出先行用退壳法定位湿接缝、横隔板，以此为基础定位、编排、复制创建T型梁的湿接缝、横隔板。

退壳法的关键思路在于定位模型关键点位的起点和终点，本文采用八点定位，如图7所示，然后定位模型线，模型线会附着T梁变化而随之改变，相当于创建没有实体的族这样就可以通过Dyanmo拾取模型线，并通过Dynamo的有效编程，最终得到自适应契合T梁的湿接缝和横隔板，并且随着T的梁的调整变化而随之自动调整变化，即本文提出的退壳法。

图7 八点定位湿接缝族模型Fig.7 Eight point location wet joint family model

通过Dynamo的基础节点进行程序编制，根据退壳法定位并编程过程如图8所示。

图8 退壳法过程Fig.8 Shelling process

本文通过以上建模思路，结合山西省某桥梁工程实例，给出了一整套基于Dynamo的编程过程，并通过这一程序，实现了T梁桥的一键Revit建模，效果如图9所示。

图9 山西省某T梁桥Dynamo编程建模成果Fig.9 Dynamo programming and modeling results of a T-beam bridge in Shanxi province

5 结束语

(1)本文通过“Dynamo+Revit”的软件协同方式，实现了对T梁桥的可视化、精准化、自动化建模，自建基础的T梁桥族库，通过Dyanmo的可视化编程编写程序，实现自动读取Excel表格数据，桥梁族自动定位，自动放置，一键生成桥梁模型；提出脱壳法定位湿接缝、横隔板等异型结构的方法，解决了桥梁异性结构在Revit中创建困难的问题，为BIM桥梁的可视化建模提供全新思路，通过山西某工程实例验证了可行性，最终实现桥梁项目BIM建模效率提高几十倍以上。

(2)Dynamo插件的应用，在桥梁精准定位和异形构件创建与放置等方面有着巨大优势，但如果桥梁结构过于复杂、桥梁体量过大，则会造成节点过程过于庞大与复杂，这就需要Python的编程语言来辅助简化节点过程，相应的提高了设计者操作难度。

(3)以Dynamo为核心多款BIM软件相协同的梁桥建模的方式为广大桥梁设计师提供了一种新方式，增加了Revit的应用范围，为BIM全周期建模提供了新的研究方向，提高建模效率，同样也为BIM的正向设计提供便利。本文项目的案例应用，展示了Dynamo插件在桥梁精准建模和异型结构创建方面的巨大潜力，本文只是对桥梁建模过程进行优化研究，后续本文将就所建成的桥梁进行全生命周期分析优化，继而真正实现BIM可视化应用落地。