Dynamo参数化编程在地下综合管廊建模中的应用

摘  要：地下综合管廊工程耗资大、建设周期长、工程设计繁琐、工作量大，为了提高管廊的建模效率，文章基于当前建筑信息模型的广泛应用，针对地下综合管廊主体结构和附属结构，采用编程可视化及数据交流便捷的Dynamo软件对地下综合管廊三维参数化建模进行了研究。结合Revit软件平台构建参数运算关系以及进行建模编程，实现了地下综合管廊的参数化建模，推动了我国建筑信息化的发展。

关键词：参数化;Dynamo;信息化建模

中图分类号：TP39       文献标识码：A文章编号：2096-4706（2022）05-0113-05

Application of Dynamo Parametric Programming in Modeling of Underground Comprehensive Pipe Gallery

GAO Jian

（Jilin Agricultural Science and Technology University， Jilin  132101， China）

Abstract： The underground comprehensive pipe gallery project costs a lot of money， has a long construction cycle， complicated engineering design and heavy workload. In order to improve the modeling efficiency of the pipe gallery， based on the wide application of building information model at present， aiming at the main structure and auxiliary structure of underground comprehensive pipe gallery， this paper studies the three-dimensional parametric modeling of underground comprehensive pipe gallery by using Dynamo software with visual programming and convenient data exchange. Combined with Revit software platform， this paper constructs the parameter operation relationship and carries out modeling programming， realizes the parametric modeling of underground comprehensive pipe gallery， and promotes the development of building informatization in China.

Keywords： parametric; Dynamo; informatization modelling

0  引  言

城市地下綜合管廊是将电力、通信、燃气、供热、给排水等工程管线集中建设于一个隧道空间内，并设立专门的安装、检修、检测系统，以实现统一规划、设计、建设的目的，能有效克服目前大量存在的“马路拉链”问题。为了大力推进地下综合管廊的建设，国家自2013年起先后下发多个有关部署和支持地下管廊建设的文件。地下综合管廊是一项建设周期长、参建单位多的工程，综合管廊的设计、施工及后期运营不可避免地会产生一些问题，而BIM软件最大的特点就是可以将不同专业、不同阶段的信息和数据进行整合并导入到一个平台上，从而实现信息共享，提高工作效率。同时，随着信息技术的飞速发展，将信息技术应用于建筑行业已经成为必然趋势。2016年8月，住建部颁发的《建筑信息化发展纲要》明确提出大力推进BIM、GIS等信息技术在地下综合管廊中的应用，从而形成智能化城市的服务能力，提高城市基础设施的现代化水平。

目前，国内外学者在将BIM技术应用于地下综合管廊方面进行了不少研究。Gopala Raju Doraiswamy和Rakesh通过应用BIM技术对地下综合管廊的工程数据进行收集并对施工过程进行模拟，从而实现精准的计量并提高了建设效率;T. Park和T. Kang借助BIM技术对综合管廊的建设进行研究，并结合GIS技术确定管廊的线路，还可以结合使用BIM技术和GIS技术，建立一个可行性研究系统，为后续项目的建设提供数据支持;Seo M B和Ju K B通过研究发现，三维建模的时间和成本直接制约着设计和施工单位在工程中对BIM技术的应用;刘敏分析了BIM技术应用于综合管廊建设项目规划、设计、施工及后期运营阶段的优势，并对BIM在工程实践中协同作业特点进行了应用分析;姜天凌、李芳芳等结合海东市地下综合管廊建设项目，对BIM技术在综合管廊项目中的应用进行了探索，运用BIM技术进行建模，可以将建筑物形象地表现出来，还可以对施工工程进行模拟，另外，运用BIM技术可以使地下空间得到充分的利用，同时对BIM模型进行碰撞检测，使管线布置更加合理;谢非通过BIM技术在市政管线布置、重要节点交叉处理、碰撞检查及施工模拟中的应用研究，指出借助BIM技术可减少工作量，节约成本，缩短工期;裴作君认为，将BIM技术应用于地下工程最主要的好处就是提高三维建模效率，减少建模成本。

针对以上问题，本文在总结地下综合管廊建模技术研究的基础上，基于Dynamo的参数化设计，结合运用Dynamo和Revit软件，进行地下综合管廊参数化的建模，旨在为参数化设计在地下综合管廊中的应用提供帮助。

1  Dynamo简介

1.1  Dynamo软件参数化设计原理

Dynamo软件是一款典型树状构架的可视化开源编程软件，节点（node）作为其代码的最小单位，操作者可通过连线的方式在节点的左侧输入（input）数据，再通过连线的方式从节点的右侧输出（output）结果，通过上述方式的层层节点依靠逻辑连接，最终形成一个完整的脚本。Dynamo软件可辅助Revit软件进行数据分析及复杂外形的设计，同时也加强了对可视化处理模型及数据信息的管理，使Revit软件在BIM应用中的效用得到很大程度的提高。同时Revit软件中的参数主要体现在族的参数化上，必须在规定的范围内控制各种类型属性中的参数。此外，Revit的自适应族还可以自行匹配项目模型，使三维几何意识通过参数控制得以表示出来。但参数化的实质是协同，物体的各部分之间相互约束和协调，是一种不可或缺的共存关系，且这个过程也许是可逆的。Dynamo软件的可视化特点能够清晰表示参数之间的逻辑关系，其有明确的输入节点，同时这些节点能够很好地控制整个程序的处理结果和逻辑关系。就地下综合管廊而言，各种管线较复杂，不同的管线规格不同，布置起来较为烦琐。本文以Dynamo编程的逻辑思维，参数化控制地下综合管廊断面及各种管线的参数，能够有效提升地下综合管廊的建模效率。

1.2  Dynamo软件应用于结构建模的优势

Dynamo应用于信息化建模的优势较为明显，主要体现在以下几个方面：

（1）可实现可视化编程。传统的编程软件程序较为复杂、易出错且需要多次调试查看编程运行结果，尤其是对非计算机专业人员来说有一定的困难，而Dynamo软件的可视化编程界面仅需要连线功能节点块就能够演示编制程序及运行结果，使编程人员能够快速查看编程结果并进行调整，为BIM理论驱动参数化设计提供了方便。

（2）便捷的数据交流。通常用于数据处理的Excel、txt等格式的文件均能被Dynamo读取，大大提高了Revit中数据的处理能力，利用Excel处理数量很大且无规则的数据时更为便捷，极大地提高了Revit中信息的传递能力。

（3）开源的节点包。Dynamo软件的程序编制是利用具有函数功能的节点搭建而成的，同时可利用Python编程语言进行自定义功能节点的制作，擴展并丰富Revit的其他功能，进行二次开发。

2  地下综合管廊主体结构建模

2.1  创建管廊舱室横截面

舱室作为地下综合管廊中的主体结构，按照断面形式主要分为单舱室、双舱室、三舱室三种类别。利用Revit软件中的公制常规模型样板自建舱室族，下面给出创建过程：

（1）选择族样板。Revit中不提供舱室族样板，故选择公制常规模型进行族的创建。

（2）参考平面绘制。为了能够准确地确定舱室内外轮廓的位置，先绘制参考平面以方便绘制截面。

（3）绘制断面轮廓。利用创建命令中的绘制舱室横断面，以双舱室为例，绘制过程中要确保每个封闭轮廓线闭合，为后续采用Dynamo提取数据提供基础数据。

（4）为舱室添加参数信息。利用尺寸标注中的参数功能添加横断面的相关参数，如舱室的长度、宽度、厚度等，如图1所示。

（5）截面轮廓族类型修改。利用添加、修改，删除等命令对横断面的相关参数进行调整，同时可利用族编辑器的属性对舱室的材质信息进行设置。

图1  横截面参数化族

由于不同工程中族构件的尺寸不尽相同，故为满足工程要求而对相关参数进行调整，可以减少结构建模的时间，提高建模效率。

如图2所示，在原点导入横截面族并生成横截面轮廓线，将绘制好的横截面族文件插入当前项目，并通过项目浏览器的族中常规模型查看插入的文件是否正确。

图2  导入横截面轮廓线程序

2.2  Dynamo与Revit模型交互方式

2.2.1  生成管廊轴线

以Revit中的模型线作为轴线，利用Dynamo中的Select Model Element进行选取，利用Element Curves变成Dynamo中的图元，同时在轴线上选择几个平面作为管廊横截面放置的平面，选择5个平面，同时利用Geometry.Rotate将每个平面坐标系进行转换使截面方向正确放置，如图3所示。也可以采用Excel文件选择具体路线生成轴线，在此不再赘述。

图3  轴线上生成横截面程序

2.2.2  轮廓线编码组

由于上述操作后的数据是以每个平面上的对应点进行分组的，故采用List.Transpose进行转置，将每个平面上的点列为一组，方便数据处理。然后挑选出横截面中的外轮廓及内轮廓控制点并分别进行编组，再利用Polycurve.Byjoinedcurve生成每个断面上的曲线，仅以两个断面为例。将每个断面上外轮廓所对应的数据和内轮廓所对应的数据分别整合到一起，如图4所示。

图4  轮廓线数据编码程序

2.2.3  放样生成管廊主体

将外轮廓所对应的数据和内轮廓所对应的数据转置，利用Solid.Byloft命令生产实体，然后利用Solid.Difference将内轮廓掏空去除，如图5所示。

图5  生成管廊主体结构程序

3  附属结构建模

3.1  附属结构族的创建

在地下综合管廊项目中，附属结构的种类比较繁杂，如管道支架、管道支墩、爬梯、通风窗等类别。为了简化过程并加快速度，选用Revit平台中的嵌套族来创建附属构件族，嵌套族可将其他族载入所创建的族中，能够实现族的重复利用，从而提高建模效率。下面以防火门的创建为例进行说明：

（1）创建门板轮廓，并对其添加各种信息。

（2）通过“载入族”将门锁族载入门板族中。

（3）通过嵌套族将门锁族与门面族参数进行关联。

（4）對不同的门锁类型可进行替换。

3.2  管线支架结构放置

在Revit中添加管道支架比较费时费力，需要借助一些插件进行自动布置才能实现，而且还经常会出现这样或那样的问题，如果采用Dynamo进行布置就较为方便快捷。首先将支架分为横担、U型管卡及丝杆三部分，利用Revit平台将这三部分做成相应的族，同时令其分别成组方便后期使用，其次让管道底部保持平齐，获取底平标高和管道位置便于横担和丝杆的放置，最后依据每根管道的属性提取相关参数，如依据管径确定U型管卡位置。下面介绍Dynamo软件的具体操作流程：

利用List.FilterByBoolmask进行过滤，得到所需的管道，通过Element.GetParameterValueByname节点提取管道的外径、直径、保温层厚度、水平高度等参数，如图6所示。利用这些参数值计算出每根管道的底部高程，同时选定是以最大管还是最小管为基准，方便后期位置确定。

图6  获取管道相关参数程序

为了准确找到放置横担和丝杆的插入点，分别采用Curve.Extendstart和Curve.Extendstart节点计算出最外侧两个管道中心点之间的距离，将该距离值加上两根管道半径，最后再加上外部偏移量这一参数值，同时利用Vector.Anglewithvector节点计算管道的方向及旋转角度，如图7所示。

图7  准确确定插入点程序

调整U型管卡参数并放置到理想的位置，最后再将三部分组成组。

3.3  管线类结构生成

在地下综合管廊的建设中，建设内容包含许多不同用途的市政管线，如给水管、污水管、天然气管、热力、电力和通信电缆等。这些管线的创建较为简单，难点在于管道弯头处的创建，弯头尺寸随着管道半径的变化而变化，当公称半径发生变化时，与之关联的相关参数也随之改变，如采用Revit族参数较为复杂，故采用Dynamo中的MEPover编制程序，如图8所示。

利用Dynamo的MEPover节点包中的Cabletray.Bylines命令进行管线生成，首先根据Dynamo与Revit的关联性选择模型线，利用Element.Curve将revit中的图元转换成Dynamo中的图元，利用Cabletray选择相应的管道类型，再分别对标高、宽度、高度进行参数定义，这时生成的各个管线连接位置还有交叉现象，再利用Elbow.ByMEPCurve进行修正，完成管线之间的平滑连接。

图8  管线生成程序

4  结  论

目前，BIM技术广泛应用于建筑领域，特别是建模后的施工、运营、维护及管理等。而城市地下综合管廊的后期维护特别重要，BIM技术在地下综合管廊中的应用会越来越多。本文阐述了前人对地下综合管廊与信息化模型关联的总结，讨论了参数化设计在地下综合管廊信息化建模中的可行性及优势，分别以地下综合管廊主体结构、附属结构中的支架和管线为例，创建相关族文件并通过Dynamo软件绘制相关程序以实现其参数化建模。结果表明，基于Dynamo软件的可视化编程比较适合地下综合管廊的信息化建模，且可以提高其建模速度。在未来的信息化时代，可视化的参数化编程将更加广泛地应用于各类工程中。

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作者简介：高健（1987—），男，汉族，辽宁阜新人，助教，硕士研究生，研究方向：结构计算。