劉篤興 季小普 陳 華 羅志浩 張英彪 潘鈞俊

(中國(guó)建筑第八工程局有限公司，上海 200120)

引言

BIM是建筑信息模型(Building Information Modeling)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種在三維數(shù)字化技術(shù)的基礎(chǔ)上集成工程項(xiàng)目信息的數(shù)字化模型，在工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維階段受到廣泛關(guān)注和應(yīng)用[1]，隨之而來(lái)的對(duì)復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)的應(yīng)用已成為BIM技術(shù)落地實(shí)施的重點(diǎn)。目前，對(duì)于復(fù)雜緩和曲線形體結(jié)構(gòu)的BIM應(yīng)用，傳統(tǒng)建模方式采用Autodesk Revit軟件，Revit軟件在常規(guī)形體結(jié)構(gòu)建模過(guò)程中提供了很大便利，通過(guò)自身內(nèi)置構(gòu)件可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)建筑結(jié)構(gòu)快速建模[2-5]，但在復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)中常采用以梁板替代結(jié)構(gòu)截面，特別是在具有縱斷面變化的異形結(jié)構(gòu)工程中，這種建模方式存在著模型精度不足、施工應(yīng)用不準(zhǔn)確的問(wèn)題[6-7]。

Dynamo可視化編程工具為異形緩和曲線形體結(jié)構(gòu)的高精度、高效率BIM應(yīng)用提供了新的解決方案。Dynamo是內(nèi)建于Revit軟件的開(kāi)源插件，通過(guò)可視化操作界面進(jìn)行編程生成模型，且能無(wú)損寫(xiě)入Autodesk Revit項(xiàng)目文件中[8-10]。

本文以杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期項(xiàng)目為例，對(duì)項(xiàng)目中大量存在的復(fù)雜異形地下車(chē)道進(jìn)行基于Dynamo可視化編程開(kāi)發(fā)與建模應(yīng)用研究。

1 工程概況

杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期工程包括新建T4航站樓、交通中心、旅客過(guò)夜用房、配套辦公用房、高鐵站、區(qū)域能源中心、配套市政工程、蓄車(chē)樓標(biāo)段、飛行區(qū)標(biāo)段、行李系統(tǒng)標(biāo)段、航站樓弱電標(biāo)段等，總建筑面積約150萬(wàn)m2，項(xiàng)目體量大、涉及專(zhuān)業(yè)多，且地質(zhì)條件復(fù)雜、地下工程施工難度大，結(jié)構(gòu)工程大跨、異形構(gòu)件多，對(duì)施工精度要求極高。本項(xiàng)目BIM應(yīng)用以“BIM先行、指導(dǎo)施工”為理念，在工程前期積極介入。三期工程整體如圖1所示。

圖1 杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期工程效果圖

杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期項(xiàng)目陸側(cè)交通中心工程市政配套道路工程包括Z1、Z2、D3、D4、D5、D6、D8、ZD1、ZD2、ZD3、ZD4共11條道路，共計(jì)5761.74m，其中ZD1、ZD2、ZD3、ZD4為地下車(chē)道，如圖2所示。

圖2 道路工程平面圖紙

地下車(chē)道結(jié)構(gòu)形式為單箱單孔箱型框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)邊線形式為直線→圓曲線→緩和曲線→直線→圓曲線→緩和曲線→圓曲線的線體形式。

2 BIM開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

在地道工程中，緩和曲線是常用的設(shè)計(jì)線形，結(jié)構(gòu)尺寸在曲線內(nèi)外側(cè)并不相等，因此設(shè)計(jì)中給出的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度并不代表其實(shí)際長(zhǎng)度，特別是處于加寬的路段，緩和曲線形體結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中對(duì)于緩和曲線形體采用以直代曲的施工方法，無(wú)法完美契合設(shè)計(jì)理念和要求。本文通過(guò)參數(shù)化快速搭建高精度緩和曲線形體結(jié)構(gòu)模型，并基于模型快速、批量提取結(jié)構(gòu)定位坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)緩和曲線形體結(jié)構(gòu)高精度施工定位，實(shí)現(xiàn)工程高效建造。本工程參數(shù)化建模流程如圖3所示。

圖3 參數(shù)化建模流程圖

2.1 創(chuàng)建道路中心線

道路中心線是一條三維空間曲線，使用Autodesk Civil 3D軟件創(chuàng)建路線工具，根據(jù)道路平面圖與縱斷面圖紙繪制道路中心線，使用路線與縱斷面報(bào)告工具將中心線輸出為空間點(diǎn)坐標(biāo)。圖4為道路中心線創(chuàng)建工具，圖5為縱斷面繪制界面，圖6為輸出的點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

圖4 道路中心路線創(chuàng)建

圖5 縱斷面繪制

圖6 輸出點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)

2.2 參數(shù)化創(chuàng)建結(jié)構(gòu)截面

在Revit中新建公制常規(guī)模型族樣板創(chuàng)建結(jié)構(gòu)截面，分別對(duì)結(jié)構(gòu)部位尺寸、坡度等變化量進(jìn)行參數(shù)化定義。如圖7所示。

圖7 參數(shù)化結(jié)構(gòu)截面

2.3 加寬緩和曲線量值計(jì)算

加寬緩和曲線為避免路面寬度從直線段上的正常寬度到圓曲線的加寬斷面的突變?cè)谥本€和圓曲線之間設(shè)置的一段寬度漸變段，漸變量值計(jì)算采用高次拋物線計(jì)算公式：

Bjx=(4K3-3K4)×bj

根據(jù)計(jì)算公式，使用Excel函數(shù)工具快速計(jì)算出緩和曲線段寬度漸變值。

2.4 Dynamo可視化編程創(chuàng)建模型

Dynamo作為交互式的可視化編程工具，通過(guò)讀取數(shù)據(jù)和參數(shù)化截面進(jìn)行點(diǎn)、線、面、體結(jié)構(gòu)模型創(chuàng)建，并通過(guò)數(shù)據(jù)的改變實(shí)現(xiàn)模型結(jié)構(gòu)幾何形體的修改。

(1)Dynamo讀取數(shù)據(jù)創(chuàng)建中心線

通過(guò)Dynamo編寫(xiě)節(jié)點(diǎn)讀取前文輸出的點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，生成道路中心線，中心線生成節(jié)點(diǎn)如圖8所示。

圖8 中心線生成節(jié)點(diǎn)

Revit軟件工作范圍限制為直徑20英里的平面，當(dāng)模型距離項(xiàng)目文件原點(diǎn)過(guò)遠(yuǎn)時(shí)，創(chuàng)建的模型會(huì)出現(xiàn)變形，不滿足施工要求的高精度，在中心線生成過(guò)程中將全部點(diǎn)坐標(biāo)核減去起點(diǎn)的點(diǎn)坐標(biāo)，即中心線起點(diǎn)與項(xiàng)目文件原點(diǎn)重合，中心線生成節(jié)點(diǎn)共有6個(gè)輸入端，分別為“平面坐標(biāo)表格”“核減值坐標(biāo)表格”、“高程坐標(biāo)表格”、“平面坐標(biāo)工作表名字”、“核減值坐標(biāo)工作表名字”和“高程坐標(biāo)工作表名字”，定義1個(gè)輸出端，為“中心線”。

如圖9所示，通過(guò)File Path節(jié)點(diǎn)讀取Excel文件路徑，String節(jié)點(diǎn)輸入文件工作表名稱(chēng)，運(yùn)行生成道路中心線。

圖9 中心線生成程序

(2)Dynamo讀取參數(shù)化截面與截面數(shù)據(jù)創(chuàng)建結(jié)構(gòu)實(shí)體模型

將參數(shù)化結(jié)構(gòu)截面族載入新建項(xiàng)目文件中，通過(guò)Dynamo編寫(xiě)結(jié)構(gòu)生成節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)程序如圖10所示。如圖11所示，通過(guò)“ReadExcel.ImportExcel”節(jié)點(diǎn)讀取截面參數(shù)數(shù)據(jù)信息，并分別輸出參數(shù)名稱(chēng)和參數(shù)數(shù)據(jù)。

圖10 緩和曲線結(jié)構(gòu)生成程序

圖11 參數(shù)數(shù)據(jù)讀取節(jié)點(diǎn)

利用“Family Types”讀取結(jié)構(gòu)截面族，通過(guò)“FamilyInstance.ByPoint”將截面族放置在中心線設(shè)計(jì)位置，因?yàn)榻孛孀逡訶Y平面創(chuàng)建，中心線為三維空間曲線，截面放置以后需要旋轉(zhuǎn)一定角度至設(shè)計(jì)位置，如圖12所示。

圖12 參數(shù)化截面放置節(jié)點(diǎn)

如圖13所示，結(jié)構(gòu)截面放置設(shè)計(jì)位置以后進(jìn)行族截面參數(shù)數(shù)據(jù)寫(xiě)入，通過(guò)“Element.SetParameterByName”節(jié)點(diǎn)輸入?yún)?shù)名稱(chēng)與對(duì)應(yīng)的參數(shù)數(shù)據(jù)，對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸等信息進(jìn)行修改，截面放置完成結(jié)果如圖14所示。

圖13 參數(shù)數(shù)據(jù)寫(xiě)入節(jié)點(diǎn)

圖14 截面放置完成結(jié)果

截面參數(shù)調(diào)整完成后，使用“Element.Curves”與“List.Slice”節(jié)點(diǎn)分別讀取、分組截面族內(nèi)、外室輪廓線，通過(guò)“PolyCurve.ByJoinedCurves”節(jié)點(diǎn)將輪廓線組合為一條閉合曲線，利用“Solid.ByLoft”節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建結(jié)構(gòu)內(nèi)外室實(shí)體，并分別輸入“Solid.Difference”節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行布爾差集運(yùn)算后得出結(jié)構(gòu)實(shí)體，節(jié)點(diǎn)如圖15所示。

圖15 結(jié)構(gòu)實(shí)體生成節(jié)點(diǎn)

地道結(jié)構(gòu)實(shí)體創(chuàng)建完成后要以族形式將其輸出至Revit項(xiàng)目文件中，使用節(jié)點(diǎn)包“Springs”中“Springs.FamilyInstance.ByGeometry”節(jié)點(diǎn)，自定義族名稱(chēng)、族樣板、材質(zhì)等參數(shù)將結(jié)構(gòu)實(shí)體輸出至項(xiàng)目文件中，輸出節(jié)點(diǎn)如圖16所示，運(yùn)行結(jié)果如圖17所示，地下車(chē)道模型如圖18所示。

圖16 結(jié)構(gòu)實(shí)體輸出Revit項(xiàng)目文件節(jié)點(diǎn)

圖17 Dynamo節(jié)點(diǎn)運(yùn)行結(jié)果

圖18 地下車(chē)道模型

2.5 基于Dynamo的定位坐標(biāo)批量導(dǎo)出

傳統(tǒng)緩和曲線坐標(biāo)計(jì)算方法通常采用坐標(biāo)正算法、相對(duì)坐標(biāo)法及綜合公式法，計(jì)算公式比較復(fù)雜，且計(jì)算結(jié)果通常有幾毫米的偏差[11-12]，基于結(jié)構(gòu)BIM模型使用Dynamo節(jié)點(diǎn)可以快速、準(zhǔn)確導(dǎo)出緩和曲線線形坐標(biāo)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)如圖19所示。

圖19 定位坐標(biāo)批量提取節(jié)點(diǎn)

通過(guò)“Select Edge”節(jié)點(diǎn)拾取結(jié)構(gòu)邊線，使用“Curve.PointAtSegmentLength”節(jié)點(diǎn)按自定義間距取點(diǎn)并計(jì)算點(diǎn)坐標(biāo)， 通過(guò)“Excel.WriteToFile”節(jié)點(diǎn)輸出點(diǎn)坐標(biāo)分量至Excel表格中，輸出節(jié)點(diǎn)如圖20所示，輸出結(jié)果如圖21所示。

圖20 定位坐標(biāo)輸出節(jié)點(diǎn)

圖21 定位坐標(biāo)輸出結(jié)果

自此實(shí)現(xiàn)了緩和曲線形體結(jié)構(gòu)從建模到工程應(yīng)用的Dynamo程序開(kāi)發(fā)，詳細(xì)介紹了不同階段參數(shù)化BIM應(yīng)用相關(guān)參數(shù)族的制作和參數(shù)化設(shè)計(jì)程序的編寫(xiě)和使用。本方法在杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期項(xiàng)目陸側(cè)交通中心工程市政配套道路工程得到了很好的應(yīng)用，為工程高精度施工提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)資料，體現(xiàn)了“高效建造”的施工理念。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)Dynamo可視化編程工具對(duì)杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期項(xiàng)目陸側(cè)交通中心工程市政配套道路工程多參數(shù)、復(fù)雜緩和曲線形體結(jié)構(gòu)的應(yīng)用研究，實(shí)現(xiàn)了高精度參數(shù)化緩和曲線形體結(jié)構(gòu)模型的創(chuàng)建，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了批量高效地提取結(jié)構(gòu)定位坐標(biāo)的應(yīng)用。本文的研究成果可為同類(lèi)型緩和曲線形體結(jié)構(gòu)的BIM技術(shù)應(yīng)用提供參考。