張紅勇

(中鐵七局集團第三工程有限公司,陜西 西安 710000)

BIM 技術集成了構筑物幾何和非幾何信息，能夠完整的表達出設計的結果[1]。常用的BIM 核心建模軟件Revit 具有強大的模型處理功能，具備信息集成的能力。但模型在建立過程中，極少集成結構分析設計信息，且不具備結構分析功能，為BIM 模型實際應用打了不少折扣，因此對力學模型與實體模型的交互研究具有必要性。

針對這一問題，董卯等[2]研究了利用C# 語言實現(xiàn)Revit 模型信息提取程序的二次開發(fā)，實現(xiàn)了模型由Revit 到Midas Civil 的轉換。李澤宇等[3]利用Civil3D 二次開發(fā)功能創(chuàng)建軌道模型并導入Revit中，蘭南等[4]在橋梁結構設計中將BIM 技術和有限元仿真分析有機結合，通過Revit 的二次開發(fā)工具，建立了混凝土結構和預應力筋BIM 模型與有限元模型的直接映射關系。

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

1 交互研究模式

數(shù)據(jù)信息在力學模型與實體模型傳遞過程中，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算模塊，可實現(xiàn)簡單的計算功能。如Catia 的Generative Structural Analysis 模塊。這樣的軟件相對較少，且計算功能和計算場景有限。另外一種是分析計算軟件通過API 或建模軟件內(nèi)部接口，直接調用建模數(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)計算軟件中調用生成模型數(shù)據(jù)。目前，大部分的軟件對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，容易造成信息丟失或錯誤，在研究交互時，應該測試不同條件類型數(shù)據(jù)，以保證數(shù)據(jù)的準確性。

在以上兩種交互方式中，還可以根據(jù)交互時是否可對軟件進行同步操作，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，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)互通的橋梁的作用，具備高效、專業(yè)的特點，是理想的交互方式。但由于各軟件廠商對軟件接口二次開發(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 文件導入、MCT 輸入。幾種交互方式對比見表1。

表1 Midas Civil 輸入交互方式對比

通過以上對比，選擇MCT 文件進行交互，是目前階段下進行數(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等進行交互操作。幾種對比方式見表2。

表2 Revit 數(shù)據(jù)交互方式

通過以上對比，選擇采用dynamo 進行數(shù)據(jù)交互，以簡單，通過dynamo 可視化設計，還可以將方法融入API 中，實現(xiàn)API 編程建立UI 進行高效交互。

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，也可以單獨輸入某個模型數(shù)據(jù)命令，例如節(jié)點坐標、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，圖中符號有“分號（；）、等號（=）、星號（*）”等，其中，分號代表注釋語句，分號后面的字符不執(zhí)行，只是為了便于設計人員閱讀。星號代表命令行，星號后緊跟英文命令單詞，代表以下段落執(zhí)行該條語句，直到下一個星號出現(xiàn)前，結束該命令。每行代表一個語句行，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間。

（2）第6-9 行語句為星號開頭，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。其中分號前為命令，分號后為注釋。第7 行為“;FORCE,LENGTH,HEAT,TEMPER”，以分號開頭，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。此處列舉空間有關的兩個命令，進行研究，其他相關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)點編號；X:全局坐標系X 方向坐標；Y:全局坐標系Y 方向坐標；Z:全局坐標系Z 方向坐標。從第23 行起，就開始進行數(shù)據(jù)行，其中第23 行“1,0,0,0”代表第1 個節(jié)點，對應的X、Y、Z 坐標均為0，表示坐標原點。第24 行“2,3000,0,0”,代表2 號節(jié)點，X 值為3000，單位為第8 行的數(shù)據(jù)“MM（mm）”，以此類推。

進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。從第684 行開始，為數(shù)據(jù)，其中第684行表示：iEL（單元編號）為第1 個單元，TYPE（單元種類）為BEAM（梁單元），iMAT（材料編號）為1 號，iPRO（截面編號）為1 號，iN1（第一個節(jié)點編號）為1號節(jié)點，iN2（第二個節(jié)點編號）為3 號節(jié)點，ANGLE（Beta 角為0 度），以此類推。

2.4 MCT 與Revit 空間數(shù)據(jù)交互實現(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，單位字段，并存儲在內(nèi)存中，利用dynamo 中的點命令，讀取內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，生成dynamo 的三維點坐標，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，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)轉換。通過以上思路，生成以下技術路線，如圖3 所示。

圖3 技術路線

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函數(shù)，分別用于讀取經(jīng)轉換后的txt 文件、按列表取單個數(shù)據(jù)和輸出用于生成節(jié)點和單元的數(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 總結和應用展望

在數(shù)據(jù)交互中，采用dynamo 讀取結構空間模型信息，為Midas 力學模型與空間模型的數(shù)據(jù)轉換提供了思路，并利用在dynamo 中編寫的python 腳本程序實現(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，具有拋磚引玉的價值。