張紅勇

(中鐵七局集團(tuán)第三工程有限公司,陜西 西安 710000)

BIM 技術(shù)集成了構(gòu)筑物幾何和非幾何信息，能夠完整的表達(dá)出設(shè)計(jì)的結(jié)果[1]。常用的BIM 核心建模軟件Revit 具有強(qiáng)大的模型處理功能，具備信息集成的能力。但模型在建立過程中，極少集成結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)信息，且不具備結(jié)構(gòu)分析功能，為BIM 模型實(shí)際應(yīng)用打了不少折扣，因此對(duì)力學(xué)模型與實(shí)體模型的交互研究具有必要性。

針對(duì)這一問題，董卯等[2]研究了利用C# 語言實(shí)現(xiàn)Revit 模型信息提取程序的二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了模型由Revit 到Midas Civil 的轉(zhuǎn)換。李澤宇等[3]利用Civil3D 二次開發(fā)功能創(chuàng)建軌道模型并導(dǎo)入Revit中，蘭南等[4]在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中將BIM 技術(shù)和有限元仿真分析有機(jī)結(jié)合，通過Revit 的二次開發(fā)工具，建立了混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力筋BIM 模型與有限元模型的直接映射關(guān)系。

文章利用Revit 軟件的二次開發(fā)功能，利用Dynamo進(jìn)行Midas Civil 與Revit 之間的空間幾何數(shù)據(jù)的交互，以達(dá)到“一模多用”，盡可能降低建模時(shí)間，提高建模效率的目的，通過一個(gè)貝雷架棧橋的建模說明實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互具體途徑。

1 交互研究模式

數(shù)據(jù)信息在力學(xué)模型與實(shí)體模型傳遞過程中，可以歸納為以下兩種模式。

1.1 直接交互

直接交互可分兩種，一種是建模軟件具備一定的計(jì)算模塊，可實(shí)現(xiàn)簡單的計(jì)算功能。如Catia 的Generative Structural Analysis 模塊。這樣的軟件相對(duì)較少，且計(jì)算功能和計(jì)算場景有限。另外一種是分析計(jì)算軟件通過API 或建模軟件內(nèi)部接口，直接調(diào)用建模數(shù)據(jù)，如Autodesk Robot Structural Analysis。這種情況下大多數(shù)是同一公司的產(chǎn)品。

1.2 間接交互

通過插件功能，生成中間格式模型（如sat、dwg、dxf 等），在專業(yè)計(jì)算軟件中調(diào)用生成模型數(shù)據(jù)。目前，大部分的軟件對(duì)接方式都采用間接交互的方式。采用間接交互，在生成中間格式模型時(shí)，容易造成信息丟失或錯(cuò)誤，在研究交互時(shí)，應(yīng)該測試不同條件類型數(shù)據(jù)，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

在以上兩種交互方式中，還可以根據(jù)交互時(shí)是否可對(duì)軟件進(jìn)行同步操作，又可分為雙向交互和單向交互。

雙向交互能夠保持原有軟件數(shù)據(jù)格式，又能起連接軟件，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)互通的橋梁的作用，具備高效、專業(yè)的特點(diǎn)，是理想的交互方式。但由于各軟件廠商對(duì)軟件接口二次開發(fā)的開放程度不同，可查找的資源較少，實(shí)現(xiàn)起來較為困難。

2 Midas Civil 與Revit 數(shù)據(jù)交互

2.1 Midas Civil 數(shù)據(jù)交互

Midas Civil 數(shù)據(jù)交互的方法主要有以下幾種：UI 界面輸入、表格輸入、dwf 文件導(dǎo)入、MCT 輸入。幾種交互方式對(duì)比見表1。

表1 Midas Civil 輸入交互方式對(duì)比

通過以上對(duì)比，選擇MCT 文件進(jìn)行交互，是目前階段下進(jìn)行數(shù)據(jù)交互最有效的方式。

2.2 Revit 數(shù)據(jù)交互

Revit 數(shù)據(jù)交互可以通過API、dynamo、excel、txt等進(jìn)行交互操作。幾種對(duì)比方式見表2。

表2 Revit 數(shù)據(jù)交互方式

通過以上對(duì)比，選擇采用dynamo 進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，以簡單，通過dynamo 可視化設(shè)計(jì)，還可以將方法融入API 中，實(shí)現(xiàn)API 編程建立UI 進(jìn)行高效交互。

2.3 MCT

MCT[5]（Midas Civil Text）是在Midas Civil中，通過格式命令的方法輸入模型數(shù)據(jù)的界面，它可以通過任何文本編輯工具進(jìn)行打開。利用MCT 命令，操作人員可以利用文本的形式快速地輸入模型數(shù)據(jù)，并可以根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)和已有的模型數(shù)據(jù)整合在一起，形成新的模型數(shù)據(jù)，在建立模型時(shí)，也可以單獨(dú)輸入某個(gè)模型數(shù)據(jù)命令，例如節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、單元、材料屬性、截面數(shù)據(jù)等。

2.3.1 MCT 文件格式

通過文本編輯工具打開MCT 文件如圖1 所示。

圖1 MCT 文件

通過MCT 幫助文件，可以看出，圖中符號(hào)有“分號(hào)（；）、等號(hào)（=）、星號(hào)（*）”等，其中，分號(hào)代表注釋語句，分號(hào)后面的字符不執(zhí)行，只是為了便于設(shè)計(jì)人員閱讀。星號(hào)代表命令行，星號(hào)后緊跟英文命令單詞，代表以下段落執(zhí)行該條語句，直到下一個(gè)星號(hào)出現(xiàn)前，結(jié)束該命令。每行代表一個(gè)語句行，執(zhí)行一條命令或數(shù)據(jù)。具體分析如下：

（1）第1-4 行語句均以分號(hào)開始，為注釋語句，描述了此文件為MCT 文件以及文件建立的時(shí)間。

（2）第6-9 行語句為星號(hào)開頭，代表中間執(zhí)行了第6 行星后的“VERSION”命令，代表版本，版本號(hào)為：8.3.2。

（3）第6-9 行語句中，第6 行為“*UNIT;Unit System”，定義了系統(tǒng)所用的單位。其中分號(hào)前為命令，分號(hào)后為注釋。第7 行為“;FORCE,LENGTH,HEAT,TEMPER”，以分號(hào)開頭，為注釋行，表示接下的輸入數(shù)據(jù)分別為：“力、長度、重量、溫度”。第8 行為“KN,MM,KJ,C”，無任何符號(hào)開頭，為數(shù)據(jù)行，按第7行的格式，并執(zhí)行了第6 行的命令，定義了系統(tǒng)單位。

后續(xù)格式類推，此處不舉例說明。

2.3.2 MCT 文件命令

MCT 文件命令，可以根據(jù)MCT 幫助文件查找。此處列舉空間有關(guān)的兩個(gè)命令，進(jìn)行研究，其他相關(guān)命令可參照幫助文件。

在“圖1MCT 文件”中的第21 行，有“*NODE”命令，此命令為建立節(jié)點(diǎn)命令，其數(shù)據(jù)格式為第22行“;iNO,X,Y,Z”注釋內(nèi)容。分別代表：iNO:節(jié)點(diǎn)編號(hào)；X:全局坐標(biāo)系X 方向坐標(biāo)；Y:全局坐標(biāo)系Y 方向坐標(biāo)；Z:全局坐標(biāo)系Z 方向坐標(biāo)。從第23 行起，就開始進(jìn)行數(shù)據(jù)行，其中第23 行“1,0,0,0”代表第1 個(gè)節(jié)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的X、Y、Z 坐標(biāo)均為0，表示坐標(biāo)原點(diǎn)。第24 行“2,3000,0,0”,代表2 號(hào)節(jié)點(diǎn)，X 值為3000，單位為第8 行的數(shù)據(jù)“MM（mm）”，以此類推。

進(jìn)入本文件單元命令數(shù)據(jù)段落，數(shù)據(jù)如圖2 所示：

圖2 單元命令數(shù)據(jù)

其中：第678 行“*ELEMENT”代表單元命令，下面有5 行注釋，分別代表了5 類單元類形輸入格式，分別為框加單元、壓/拉單元、面單元、體單元和框架參照點(diǎn)。從第684 行開始，為數(shù)據(jù)，其中第684行表示：iEL（單元編號(hào)）為第1 個(gè)單元，TYPE（單元種類）為BEAM（梁單元），iMAT（材料編號(hào)）為1 號(hào)，iPRO（截面編號(hào)）為1 號(hào)，iN1（第一個(gè)節(jié)點(diǎn)編號(hào)）為1號(hào)節(jié)點(diǎn)，iN2（第二個(gè)節(jié)點(diǎn)編號(hào)）為3 號(hào)節(jié)點(diǎn)，ANGLE（Beta 角為0 度），以此類推。

2.4 MCT 與Revit 空間數(shù)據(jù)交互實(shí)現(xiàn)

2.4.1 交互總體思路

通過Midas Civil 生成MCT 文件，并采用dynamo 中的python 腳本讀取，分別讀取mct 文件中節(jié)點(diǎn)，單位字段，并存儲(chǔ)在內(nèi)存中，利用dynamo 中的點(diǎn)命令，讀取內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，生成dynamo 的三維點(diǎn)坐標(biāo)，再利用線命令，讀取內(nèi)存中的單元數(shù)據(jù)，生成空間線單元，并輸出到Revit 中，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。通過以上思路，生成以下技術(shù)路線，如圖3 所示。

圖3 技術(shù)路線

2.4.2 交互主要代碼

定義獲取數(shù)據(jù)、拆分子列表和輸出三個(gè)函數(shù)，分別用于讀取經(jīng)轉(zhuǎn)換后的txt 文件、按列表取單個(gè)數(shù)據(jù)和輸出用于生成節(jié)點(diǎn)和單元的數(shù)據(jù)，如圖4，圖5 所示。

圖4 獲取數(shù)據(jù)函數(shù)

圖5 拆分子列表與輸出函數(shù)

利用python 自定義節(jié)點(diǎn)在dynamo 中生成的三維空間數(shù)據(jù)如圖6 所示。

圖6 三維空間數(shù)據(jù)圖

3 總結(jié)和應(yīng)用展望

在數(shù)據(jù)交互中，采用dynamo 讀取結(jié)構(gòu)空間模型信息，為Midas 力學(xué)模型與空間模型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換提供了思路，并利用在dynamo 中編寫的python 腳本程序?qū)崿F(xiàn)了簡單的空間數(shù)據(jù)交互，一定程度上解決了BIM 軟件與有限元分析軟件間存在信息孤島的問題，為以后類似案例提供了可借鑒的模型數(shù)據(jù)互用解決方法，具有拋磚引玉的價(jià)值。