(中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，昆明 650001)

1 BIM及參數(shù)化設計概述

1.1 BIM概述及參數(shù)化建模的必要性

BIM是以三維數(shù)字技術為基礎，集成工程項目中各種相關信息的工程數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)工程各參與方之間的信息傳遞和共享[1]，從根本上解決“信息斷層”和“信息孤島問題”[2]。隨著BIM(building information modeling)技術在水電行業(yè)的快速發(fā)展運用，使工程師們逐漸從傳統(tǒng)的二維平面設計轉向BIM三維設計。在BIM技術將運用到水電建設行業(yè)全生命周期的大背景下，同時為了減少各階段設計數(shù)據(jù)的丟失，這使工程師對BIM模型的建立標準將越來越高。

基于Revit平臺的BIM設計通常是通過建立族的方式進行建模。而這類方法一般只適用于標準化的模型構建，結構構件如墻、梁、板和柱等，機電設備一般采用族庫中自帶的管道附件、橋架及電氣設備元件等。而對于水電行業(yè)中復雜且異形的過流部件，如蝸殼和尾水管建模設計，若采用常規(guī)建族方法：一方面，將增加工程師的建模工作量； 另一方面，對于不同項目過流部件不同，模型不能重復修改使用。因此，結合尾水管與蝸殼的各自的結構特征，用參數(shù)化設計方法實現(xiàn)尾水管和蝸殼的快速建模，減少工程師的工作量。

1.2 基于Dynamo for Revit的參數(shù)化設計概述

Dynamo for Revit(下簡稱Dynamo)是一款運行在Autodesk Revit上的可視化參數(shù)化設計插件。Dynamo是通過基于節(jié)點的可視化編程界面，Dynamo可以讓用戶自由創(chuàng)建參數(shù)化設計模型[2-4]，參數(shù)修改、模型數(shù)據(jù)處理，批量關聯(lián)模型屬性與幾何屬性等，從而提高了工程師的設計效率、節(jié)約了設計成本。

圖1 Dynamo與Revit交互流程

基于Dynamo的參數(shù)化設計具有以下特點[5]。

(1)可視化性：Dynamo的可視化編程界面可以在Revit中同步建立模型。

圖2 Dynamo參數(shù)化設計界面

(2)參數(shù)化設計：高度參數(shù)化及動態(tài)關聯(lián)性提高設計效率。

(3)模塊化設計：通過自定義相關設計節(jié)點，采用模塊化的組成結構，能大幅降低工程師模塊使用專業(yè)限制。

(4)設計可持續(xù)性：參數(shù)化設計模型的不斷累積，在后續(xù)設計中通過調用相應節(jié)點即可使用。

2 蝸殼尾水管的參數(shù)化設計

2.1 蝸殼尾水管建模介紹

蝸殼、尾水管是水力發(fā)電機組中重要的過流部件，由一定形狀的過流斷面沿著特定的曲線漸變而成。雖然大多數(shù)電站的蝸殼、尾水管形狀類似，但是它們仍然有一些差異，如斷面形狀不同，斷面數(shù)量不同以及部件本身的變截面，斷面數(shù)量多等特點，這使得工程師在Revit常規(guī)建族方法中要花費大量的時間去建模，并且不同的電站該方法就是大量的重復性工作，耗時耗力。

針對蝸殼尾水管的結構特點，運用Revit中的參數(shù)化建模工具Dynamo將結構進行參數(shù)化。在Dynamo中將蝸殼與尾水管的參數(shù)化流程打包為自定義節(jié)點，具有很好的通用性。Revit與Dynamo相結合的參數(shù)化建模過程使得工程師只需導入一些參數(shù)即可一鍵生成蝸殼尾水管。

圖3 某水電站蝸殼部件

圖4 某水電站尾水管部件(肘管段)

2.2 參數(shù)化設計思路

參數(shù)化設計過程中充分利用廠家提供的蝸殼尾水管單線圖，讀取斷面幾何尺寸數(shù)據(jù)并驅動模型。參數(shù)化設計思路如下：

(1)Revit與Dynamo關聯(lián)；

運用Dynamo從單線圖(dwg格式文件)中提取幾何數(shù)據(jù)信息；

圖5 蝸殼單線圖

(3)讀取斷面幾何尺寸數(shù)據(jù)；

(4)將步驟(2)與步驟(3)的數(shù)據(jù)關聯(lián)到自定義節(jié)點進行參數(shù)化設計；

(5)Dynamo中運行程序，生成Revit模型與Dynamo模型。

2.3 蝸殼參數(shù)化設計步驟

(1)從蝸殼單線圖提取信息及處理

從廠家提供的蝸殼單線圖中提取信息。單線圖中表達了各個斷面的尺寸大小以及與機組中心線的位置。

為了建模符合實際、后期在Revit中操作方便以及模型更加美觀，將單線圖進行相關處理：首先在斷面圖中添加3～5個輔助斷面輪廓線，使蝸殼流道尾部平穩(wěn)過渡。其次將斷面輪廓線和其它定位線按圖層歸類。處理后的蝸殼斷面圖如圖6所示。

圖6 處理后的蝸殼單線圖

蝸殼斷面圖是放樣創(chuàng)建蝸殼依據(jù)，通過Revit中的導入CAD圖形功能可以將蝸殼單線圖導入到Revit的前立面視圖并與參照標高與參照平面對齊并鎖定，如圖7所示。

(3)Revit+Dynamo蝸殼參數(shù)化建模

通過Dynamo的相關節(jié)點讀取導入到Revit中的蝸殼斷面圖數(shù)據(jù)，如圖8所示。

圖7 處理后的蝸殼單線圖導入Revit

圖8 Dynamo讀取CAD數(shù)據(jù)

在Dynamo中自定義一蝸殼設計節(jié)點“金屬蝸殼345°”。為Dynamo中的自定義的“金屬蝸殼345°”節(jié)點輸入?yún)?shù)，并一鍵生成蝸殼模型，如圖9所示。

圖9 Dynamo自定義節(jié)點生成蝸殼模型

(4)蝸殼參數(shù)化設計成果

圖10 蝸殼參數(shù)化設計成果

2.4 尾水管參數(shù)化設計步驟

(1)從尾水管二維圖紙中提取數(shù)據(jù)信息

尾水管單線圖及斷面尺寸如圖11所示。

圖11 尾水管單線圖及斷面尺寸表

從圖11可以看出，尾水管的建立分為錐管段、肘管段和擴散段，只需給出每個斷面尺寸及斷面位置，通過放樣即可得尾水管三維模型。

羅四強拉著阿里走出來。阿里顯得精神不振。出了門也不說話，低著頭翻著白眼自顧自地走路。誰也不知他在想些什么。

將尾水管所有斷面的斷面尺寸數(shù)據(jù)保存到Excel中，并按照錐管段、肘管段和擴散段的順序排序，如圖12所示。獲取尾水管的斷面位置線和中心線，如圖13所示。

圖12 尾水管斷面尺寸表

圖13 尾水管斷面位置線和中心線

(2)尾水管斷面位置線和中心線導入Revit

尾水管斷面位置線和中心線是尾水管每個斷面的定位線，通過Revit中的導入CAD圖形功能可以將尾水管圖導入到Revit的南立面視圖并與參照標高與參照平面對齊并鎖定，如圖14所示。

圖14 尾水管斷面位置線和中心線

(3)Revit+Dynamo尾水管參數(shù)化建模

通過Dynamo的相關節(jié)點讀取導入到Revit中的蝸殼斷面圖數(shù)據(jù)，如圖15所示。

圖15 Dynamo讀取CAD數(shù)據(jù)

將Excel表格中的斷面數(shù)據(jù)鏈接到Dynamo中的自定義節(jié)點“尾水管設計—截面放樣”中，同時為給定其它參數(shù)，實現(xiàn)Excel參數(shù)表驅動尾水管模型，并一鍵生成尾水管三維模型，如圖16所示。在尾水管設計中可以根據(jù)需求建立體量三維模型，如圖17所示。

(4)尾水管成果展示(圖18)

圖18 Revit+Dynamo生成的尾水管三維模型

圖16 自定義節(jié)點“尾水管設計—截面放樣”

圖17 生成體量模型

3 總結

參數(shù)化設計較常規(guī)的建模方法相比提高了工程師的設計效率，同時從已生成的BIM模型中獲取模型數(shù)據(jù)，為水力機械設計提供精確的設計參數(shù)?？偨Y參數(shù)化方法在設計過程的運用經(jīng)驗，有如下幾個特點：

(1)快速建立模型，并達到很好的可視化；

(2)參數(shù)化模型再利用，通過剖分模型，提取體型數(shù)據(jù)，為檢修排水量提供設計參數(shù)；

(3)模型精度高，可直接用于施工設計布置；

(4)設計節(jié)點復用性好，只需簡單修改即可用于其它項目工程。

整個參數(shù)化設計過程中，Dynamo程序的預定義功能節(jié)點的復雜連接看似繁雜，但參數(shù)化設計的邏輯思路已建立好并已經(jīng)打包成自定義節(jié)點，工程師只需要根據(jù)設計要求輸入?yún)?shù)即可”一鍵生成”蝸殼尾水管模型，減少了工程師的工作量提高了工作效率。

在下一步研究中，在參數(shù)化設計建模的基礎上，將關注尾水管和蝸殼的配筋參數(shù)化設計問題，利用BIM技術的可視化特點，為現(xiàn)場鋼筋工程施工提供指導。

隨著BIM技術在水利水電行業(yè)的快速發(fā)展，在水力機械中復雜過流部件的設計中，Dynamo等參數(shù)化設計利器將發(fā)揮越來越重要的作用。

[1] 趙華英.BIM結構設計應用[J].土木建筑工程信息技術， 2015, 7(3): 30-39.

[2] 趙繼偉， 魏群，張國新.水利工程信息模型的構建及其應用[J].水利水電技術， 2016, 47(4): 29-33.

[3] 王松. 可視化編程語言下的計算式設計插件——Dynamo初探[J].福建建筑， 2015(11)： 105-110.

[4] 吳生海， 劉陜南，劉永嘵，等.基于Dynamo可視化編程建模的BIM技術應用與分析[J].工業(yè)建筑， 2018, 48(2): 35-39.

[5] 胡金鵬.Dynamo for Revit在中小型水利項目中的應用[J].應用技術與研究, 2018，(2)： 182-186.