楊 靜，孫建剛

(大連民族大學(xué) 土木工程學(xué)院，遼寧 大連116650)

貴州是多民族聚居地，擁有豐富多彩的民族文化，在服飾、飲食、文化、建筑等方面各具特色。隨著時(shí)代的發(fā)展，如何保護(hù)這些少數(shù)民族傳統(tǒng)文化變得尤為重要。以傳統(tǒng)建筑為例，大多年久失修，缺乏保護(hù)，當(dāng)?shù)氐慕ㄔ旒夹g(shù)都是由本地工匠師傅口口相傳，建筑結(jié)構(gòu)體系、構(gòu)件樣式、制作方式等信息缺乏文字或圖片記錄，更沒有形成標(biāo)準(zhǔn)的建筑圖集。整體缺乏一個(gè)完整科學(xué)的保護(hù)體系，造成傳承困難。

Revit是BIM重要的建模軟件之一，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代建筑、土木、暖通、給排水、機(jī)電等多個(gè)行業(yè)。隨著多年來各行各業(yè)的發(fā)展，目前不僅僅應(yīng)用Revit自帶功能，并結(jié)合實(shí)際的需求對(duì)它進(jìn)行研究開發(fā)，使得Revit的功能更加強(qiáng)大齊全。其中Dynamo是以Revit為基礎(chǔ)的可視化編程平臺(tái)，用于定義關(guān)系和創(chuàng)建算法，可以在3D空間中生成幾何圖形和處理數(shù)據(jù)?？梢匝a(bǔ)充Revit的功能，也可以簡(jiǎn)化流程中很多機(jī)械化的工作[1]。目前國內(nèi)外已有不少基于Dynamo的參數(shù)化設(shè)計(jì)研究，如造型特殊的橋梁建造[2]、體量較大的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)分析模型[3]、礦山井下巷道空間的建模[4]、螺旋隧道參數(shù)化[5]或比較曲折的路面設(shè)計(jì)[6]等。近年來，國內(nèi)對(duì)古建筑的保護(hù)逐漸重視，不少學(xué)者開始把這類技術(shù)應(yīng)用于古建筑的維護(hù)，如成都大學(xué)的王鐘箐使用Dynamo和Revit軟件創(chuàng)建定位點(diǎn)模型和自適應(yīng)構(gòu)件，生成攢尖亭的木構(gòu)架模型[7]；北京交通大學(xué)的王凱基于對(duì)中國古代大木作建構(gòu)特征的剖析，結(jié)合Dynamo和Revit軟件探尋了一種與大木作建構(gòu)特征相適應(yīng)的中國古代大木作BIM模型建構(gòu)方法[7-8]等。

經(jīng)研究，這類技術(shù)也完全可以用于少數(shù)民族建筑數(shù)字化保護(hù)研究。一方面是Revit滿足少數(shù)民族建筑模型建造要求，另一方面是Revit開發(fā)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)更多的功能，滿足數(shù)字化保護(hù)的需求。但少數(shù)民族建筑與現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)和構(gòu)件類型差異較多，構(gòu)件數(shù)量偏多，同時(shí)又要考慮各個(gè)構(gòu)件的連接方式問題。而Revit的建模方式是單一的繪制搭建，這造成建造過程有很多重復(fù)性的工作，加上人工操作一些構(gòu)件的定位會(huì)存在一定的誤差。自帶的復(fù)制和陣列工具的使用也具有一定的局限性，如工作平面、成組關(guān)系、構(gòu)件定位等問題。

本文以貴州苗族建筑的結(jié)構(gòu)為例，結(jié)合Revit實(shí)現(xiàn)構(gòu)件參數(shù)化，通過參數(shù)控制構(gòu)件的尺寸和造型，同時(shí)利用Dynamo程序定義構(gòu)件的生成規(guī)則和邏輯，以及連接構(gòu)件間的空間位置關(guān)系，形成自動(dòng)搭建。優(yōu)化建模過程，減少建模工作量，同時(shí)確保各部分構(gòu)件定位、連接關(guān)系符合實(shí)際。

1 結(jié)構(gòu)體系

苗族傳統(tǒng)建筑多為吊腳樓，主體框架形式一般分為：三柱四瓜、五柱四瓜、五柱六瓜、五柱七瓜。其結(jié)構(gòu)基本都是取用當(dāng)?shù)氐臉淠竞褪^搭建，主要包括柱、穿枋、梁、柱礎(chǔ)、地腳、挑手、柃條以及椽條等構(gòu)件如圖1。一般柱腳下承接框架的石塊為柱礎(chǔ)，與之相連的框架由若干柱、瓜以及穿枋連接而成，正中間的柱子為中柱，邊沿上的柱子為銀柱，而兩者中間的柱子則稱為金柱；“瓜”是指沒有接觸地面的柱子；與柱子和瓜連接的木板叫穿枋，靠近地面的枋也可以稱為地腳；連接兩個(gè)框架之間的木板稱為橫梁，柃條一般在柱子的頂端，用于承接椽條，框架兩側(cè)同承接柃條的構(gòu)件叫挑手[9-10]。本文以五柱六瓜、開左中右三間結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，主要的解決構(gòu)件尺寸參數(shù)化、構(gòu)件之間的定位與連接關(guān)系、構(gòu)件樣式多重復(fù)性等問題。

a)排架結(jié)構(gòu)圖 b)屋頂結(jié)構(gòu)圖

2 苗族建筑結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)

本文基于Revit軟件，結(jié)合Dynamo可視化編輯平臺(tái)實(shí)現(xiàn)苗族建筑結(jié)構(gòu)框架參數(shù)化設(shè)計(jì)。主要設(shè)計(jì)思路是先利用Revit軟件制作參數(shù)化構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)可任意調(diào)整該構(gòu)件本身的各項(xiàng)尺寸；再通過Dynamo生成點(diǎn)模型定位各構(gòu)件，這些定位點(diǎn)實(shí)現(xiàn)參數(shù)化，所有構(gòu)件在Dynamo定位參數(shù)的調(diào)用下，自動(dòng)生成結(jié)構(gòu)模型。

2.1 構(gòu)件參數(shù)化

經(jīng)研究，該類建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)件樣式存在大量重復(fù)性，大多采用圓柱體、長方體。如果按照原始單一繪制的方式會(huì)產(chǎn)生大量重復(fù)性的工作。以框架為例，柱與瓜都是圓柱體，但是需要單獨(dú)調(diào)整尺寸、 高度和底標(biāo)高，繪制工作繁瑣，同時(shí)還需要考慮穿枋的連接位置。構(gòu)件參數(shù)化主要解決這類同樣式但尺寸不同的問題，以減小建模工作量，以及部分構(gòu)件定位問題。

Revit構(gòu)件參數(shù)化主要有兩種方式：一是基于軟件的自置參數(shù)化構(gòu)件模板創(chuàng)建；二是在原有的軟件基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)[5]。本文研究對(duì)象是由比較規(guī)整的構(gòu)件構(gòu)成，所以采用第一種方式即可滿足建模要求。先按照建筑結(jié)構(gòu)，把構(gòu)件分為幾個(gè)部分：一品框架、柱礎(chǔ)、挑手、椽條，其余構(gòu)件用Revit自帶族文件繪制即可。下面以框架為例，敘述構(gòu)件參數(shù)化步驟。

(1)新建Revit族結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)模板；

(2)使用拉伸工具分別在參照標(biāo)高和前立面依次繪制柱子和穿枋；

(3)按照構(gòu)件的數(shù)量創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的參照平面，并鎖定構(gòu)件；

(4)依次設(shè)置相關(guān)尺寸參數(shù)化并關(guān)聯(lián)。

參數(shù)化設(shè)置主要包含各構(gòu)件的相關(guān)尺寸、材質(zhì)、以及各部件的連接關(guān)系，結(jié)構(gòu)如圖2～3。默認(rèn)參數(shù)設(shè)置如圖4。同樣方式創(chuàng)建其他構(gòu)件，各構(gòu)件的默認(rèn)參數(shù)設(shè)置見表1。

圖2 參照標(biāo)高視圖構(gòu)件繪制

圖3 前立面視圖構(gòu)件繪制

圖4 一品框架參數(shù)表

表1 構(gòu)件默認(rèn)參數(shù)表

這種方式創(chuàng)建的構(gòu)件導(dǎo)入項(xiàng)目中后可以直接輸入數(shù)據(jù)調(diào)整默認(rèn)參數(shù)，滿足實(shí)際的需求。例如一品框架中的各柱子的尺寸、高度以及間距，穿枋和地腳的尺寸以及距離地面的高度等，不需要像原本的建模方式一一調(diào)整各個(gè)構(gòu)件，減少建模的難度以及工作量。

2.2 Dynamo創(chuàng)建定位點(diǎn)

通過查閱相關(guān)資料以及實(shí)地調(diào)研，這類建筑的營建工藝流程包括：選址、砌筑石基、量地、設(shè)計(jì)框架、準(zhǔn)備材料、加工框架及構(gòu)件、排扇、立架、上柃條、上椽條及封檐板、上瓦、裝修、入住。首先布置柱礎(chǔ)，以柱礎(chǔ)為定位搭建框架；其次，根據(jù)框架放置挑手以及框架之間的地枋和橫梁；然后在框架柱頂與挑手放置柃條；最后在柃條上均勻布置椽條，根據(jù)構(gòu)件的位置關(guān)系，以及整體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，完成整個(gè)建筑的結(jié)構(gòu)搭建。搭建流程如圖5。

圖5 營建工藝流程圖

各構(gòu)件的位置關(guān)系，結(jié)合營建流程的梳理，發(fā)現(xiàn)構(gòu)件互相之間的連接有很強(qiáng)的邏輯關(guān)系。理清該類建筑的結(jié)構(gòu)特性后，明確搭建程序的研究目的主要包含三部分內(nèi)容：第一，直觀展示各構(gòu)件的位置關(guān)系和搭建邏輯；第二，滿足各構(gòu)件定位單獨(dú)可調(diào)，適應(yīng)同類多尺寸建筑的建模要求；第三，保留這類建筑工藝流程信息，方便后期共享與教學(xué)。本文使用Dynamo平臺(tái)編寫節(jié)點(diǎn)程序按照實(shí)際搭建的流程依次定位、調(diào)用各類構(gòu)件建造結(jié)構(gòu)定位模型，以滿足少數(shù)民族建筑保護(hù)需求，搭建設(shè)思路如圖6。

圖6 搭建設(shè)計(jì)思路

(1)構(gòu)件定位。各構(gòu)件的位置關(guān)系是環(huán)環(huán)相扣的，所以基于它們之間的位置關(guān)系，除柃條和椽條外，其余構(gòu)件的定位點(diǎn)以軸網(wǎng)標(biāo)高相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)可同步調(diào)整。根據(jù)國內(nèi)建筑圖紙繪制規(guī)范對(duì)于軸網(wǎng)的定義，本文以開間距離(框架之間的距離)和排架柱子的間距為軸網(wǎng)。

本文構(gòu)件的定位方式共有兩種：第一種使用“Code Block”節(jié)點(diǎn)作為輸入端，連接“Point”節(jié)點(diǎn)形成相應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，首先設(shè)置好標(biāo)高軸網(wǎng)的坐標(biāo)列表，形成標(biāo)高軸網(wǎng)；然后基于軸網(wǎng)的坐標(biāo)列表依次調(diào)用柱礎(chǔ)、框架、挑手、地枋以及橫梁等構(gòu)件。因?yàn)殍跅l與椽條的位置并不完全以軸網(wǎng)為準(zhǔn)，所以這兩類構(gòu)件各單獨(dú)設(shè)置一個(gè)坐標(biāo)列表。前者在Revit中的繪制方式為路徑繪制方式，所以定位點(diǎn)為路徑的起點(diǎn)與終點(diǎn)。椽條是均布放置在柃條上，坐標(biāo)列表為柃條起點(diǎn)到終點(diǎn)的放置點(diǎn)合集。

第二種關(guān)聯(lián)標(biāo)高。所有構(gòu)件高度的定位利用“Levels”節(jié)點(diǎn)選取相應(yīng)標(biāo)高定位，這樣構(gòu)件可以保留Revit自帶的關(guān)聯(lián)相關(guān)標(biāo)高功能，實(shí)現(xiàn)隨標(biāo)高改變而自動(dòng)調(diào)整。

(2)構(gòu)件調(diào)用。構(gòu)件選擇節(jié)點(diǎn)用三種，按照構(gòu)建類型分別采用“Structural Column Types”、“Structural Framing Types”以及“Family Types”節(jié)點(diǎn)調(diào)用，前兩者屬于調(diào)用結(jié)構(gòu)類型即本文中的框架、橫梁、地枋以及柃條，后者可調(diào)用所有類型構(gòu)件本文中的柱礎(chǔ)、挑手以及椽條，Revit構(gòu)件類型劃分主要由繪制采用的族模板文件類型決定。

Dynamo創(chuàng)建方式與構(gòu)件參數(shù)化是互不影響的關(guān)系，所以上述各部分構(gòu)件的搭建方式都不會(huì)影響該構(gòu)件的參數(shù)調(diào)整，這樣的方式更好的解決了Revit構(gòu)件陣列參數(shù)化后無法調(diào)整該構(gòu)件其他尺寸參數(shù)的問題。整個(gè)定位模型程序如圖7，定位模型如圖8。

圖7 定位模型程序圖

圖8 定位模型圖

2.3 模型生成

通過參數(shù)構(gòu)件與Dynamo搭建程序的結(jié)合，結(jié)構(gòu)模型的體量大小，位置關(guān)系，所有構(gòu)件的定位，均可通過調(diào)整參數(shù)控制；同時(shí)構(gòu)件本身尺寸、材質(zhì)參數(shù)也具有可調(diào)節(jié)性，如椽條的角度、長度、寬度和厚度均可按照需要調(diào)整。滿足同類結(jié)構(gòu)的不同尺寸的建筑建模需求，簡(jiǎn)化這類建筑的建模過程，提高工作效率和準(zhǔn)確性。最終形成標(biāo)準(zhǔn)的搭建模式：第一步，打開Revit創(chuàng)建項(xiàng)目并導(dǎo)入創(chuàng)建的參數(shù)化構(gòu)件；第二步，運(yùn)行Dynamo程序，在Revit工作空間中自動(dòng)生成相應(yīng)的結(jié)構(gòu)模型；第三步，修改相關(guān)參數(shù)，創(chuàng)建符合尺寸的模型。第二步主要是考慮到一些對(duì)少數(shù)民族建筑結(jié)構(gòu)體系了解不深的使用者，優(yōu)先運(yùn)行一遍程序了解搭建的流程和各構(gòu)件的位置關(guān)系，再進(jìn)行第三步修改參數(shù)創(chuàng)建符合要求的模型。最后運(yùn)行結(jié)果如圖9。

圖9 結(jié)構(gòu)模型

3 總 結(jié)

本文以貴州苗族傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)為例，結(jié)合Revit與Dynamo可視化編程平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件參數(shù)化，建模自動(dòng)化。為優(yōu)化這類建筑的建模方式，提高建模效率提供一種解決思路，更好更高標(biāo)準(zhǔn)的達(dá)到少數(shù)民族建筑數(shù)字化保護(hù)的需求。直觀明了的展示這類建筑結(jié)構(gòu)特色和連接要點(diǎn)，還原真實(shí)的建造流程。本文只是基于木結(jié)構(gòu)對(duì)這類建模方式的初次嘗試，為更好滿足少數(shù)民族建筑數(shù)字化保護(hù)需求，還原少數(shù)民族建筑原貌，后繼還有更多的內(nèi)容有待研究。