常吉棟

（上海松江新城投資建設(shè)集團(tuán)有限公司，上海 201620 ）

BIM 技術(shù)的應(yīng)用常見(jiàn)于建筑領(lǐng)域，并向多個(gè)行業(yè)發(fā)展。目前高健文[1]等人采用Revit+Dynamo 的參數(shù)化建模方法，建立了太湖隧道整體機(jī)電系統(tǒng)模型，建模效率得到大幅提升；王寧[2]等人根據(jù)Revit 軟件和Dynamo插件的特點(diǎn)，梳理并研究了Dynamo 參數(shù)化建模的技術(shù)和與Revit 數(shù)據(jù)交換及交互方式，在水利工程建設(shè)領(lǐng)域取得了一些研究成果。曹陽(yáng)[3]對(duì)Dynamo 在水利建設(shè)工程的異形曲面的建模進(jìn)行了更加深入的研究。但是目前對(duì)于河道整治項(xiàng)目護(hù)岸結(jié)構(gòu)的快速精確建模應(yīng)用研究較少。

1 工程概況

某河道整治項(xiàng)目用地面積為22 507.7 m2，新開(kāi)河道763 m，土方工程47 415.10 m3（河道開(kāi)挖45 587.18 m3，堤防填土1 827.92 m3），新建護(hù)岸1 395 m（A 型護(hù)岸681 m，B1 型護(hù)岸584 m，B2 型護(hù)岸130 m），新建橋梁1 座，新建綠化7 345.72 m2（陸域綠化5 950.72 m2，水生植物1 395 m2），新建防汛步道2 092.50 m2等。工程實(shí)施后，河道連、通、暢、活，自凈能力也將提高，河道水質(zhì)將得到有效改善，對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了有利的影響。

與建筑工程相比，水利工程一般具有體量大、構(gòu)造復(fù)雜、設(shè)計(jì)專業(yè)多、設(shè)計(jì)和施工周期長(zhǎng)、受環(huán)境因素影響大等特點(diǎn)[2]。水利工程中涉及多種復(fù)雜異形的曲面結(jié)構(gòu)，如在本項(xiàng)目中護(hù)岸結(jié)構(gòu)的樁基礎(chǔ)承重結(jié)構(gòu)為混凝土方樁，但從河道的整體走向看，施工河道區(qū)域存在多個(gè)轉(zhuǎn)角半徑大的曲線，曲面連接段的特點(diǎn)增加了整體河道整治項(xiàng)目的施工難度；同時(shí)項(xiàng)目工期緊且由于河道整治項(xiàng)目存在多個(gè)曲面段，對(duì)BIM 技術(shù)的應(yīng)用以及模型創(chuàng)建的精度及準(zhǔn)確性存在一定的挑戰(zhàn)。鑒于此，對(duì)該河道整治項(xiàng)目運(yùn)用BIM 技術(shù)建模存在必要性。

2 Revit 軟件與Dynamo 插件應(yīng)用技術(shù)分析

2.1 Revit 軟件的特點(diǎn)

Revit 軟件為目前工程建設(shè)項(xiàng)目領(lǐng)域建模的主流軟件，Revit 平臺(tái)目前集成了Revit Architecture，Revit MEP及Revit Structure 等多個(gè)平臺(tái)應(yīng)用，將建筑、結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)（給排水、供暖空調(diào)、電氣專業(yè)）等多個(gè)專業(yè)集成在統(tǒng)一的Revit 平臺(tái)上。除此之外，Revit 不僅支持多專業(yè)協(xié)同作業(yè)還支持對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)安全、光環(huán)境、熱工性能等指標(biāo)進(jìn)行分析模擬及后續(xù)設(shè)計(jì)優(yōu)化。Revit 軟件對(duì)常規(guī)的建設(shè)項(xiàng)目創(chuàng)建界面友好，但對(duì)河道建設(shè)領(lǐng)域等曲面異形體結(jié)構(gòu)工程則出現(xiàn)操作難度大、工作量重復(fù)等問(wèn)題，從而導(dǎo)致模型建立的精度滿足不了工程建設(shè)的要求。

2.2 Dynamo 插件介紹

Dynamo 的核心是可視化編程平臺(tái)，它是一種靈活且可擴(kuò)展的設(shè)計(jì)工具。因?yàn)樗梢宰鳛楠?dú)立的應(yīng)用程序運(yùn)行，也可以作為其他設(shè)計(jì)軟件的附加組件運(yùn)行，因此可以用它來(lái)開(kāi)發(fā)范圍廣泛的富有創(chuàng)意的工作流程。

Dynamo 應(yīng)用程序是可下載并以獨(dú)立模式或其他軟件（例如， Revit 或 Maya）的插件執(zhí)行的軟件。它一種視覺(jué)程序設(shè)計(jì)工具，其目標(biāo)是讓非程序設(shè)計(jì)師和程序設(shè)計(jì)師都能夠使用。此工具讓使用者能夠以可視化窗口的方式對(duì)行為編寫(xiě) Script、定義自定義邏輯部分，并可以使用各種文字的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫(xiě) Script。

2.3 Dynamo 插件與Revit 軟件的互補(bǔ)性

對(duì)于Revit 而言，Dynamo 不僅是一個(gè)參數(shù)化建模一項(xiàng)工作。對(duì)于一些較難通過(guò)用戶界面進(jìn)行操作（如在曲面或異構(gòu)面上的多任務(wù)操作）或者重復(fù)的建模流程，常規(guī)的Revit 建模流程顯得力不從心，而將Dynamo 插件在Revit 的運(yùn)用，可以很好地解決以上問(wèn)題，互補(bǔ)性強(qiáng)。

3 河道整治項(xiàng)目建模實(shí)例

本次河道整治項(xiàng)目模型的建立首先需要建立河道的護(hù)岸壩體結(jié)構(gòu)，其次建立護(hù)岸結(jié)構(gòu)的承重基礎(chǔ)，即樁基礎(chǔ)；最后需要布置護(hù)岸結(jié)構(gòu)中的反濾層泄洪管。

3.1 運(yùn)用Revit 體量工具建立河道壩體

由于河道壩體是曲面，常規(guī)的BIM 技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)曲面結(jié)構(gòu)，因此運(yùn)用Revit 軟件里的體量工具可以快速地實(shí)現(xiàn)河道護(hù)岸壩體的建模。

具體實(shí)現(xiàn)流程如下：新建體量；導(dǎo)入或創(chuàng)建模型曲線；根據(jù)模型曲線，放置點(diǎn)圖元；在點(diǎn)圖元平面上繪制河道的剖切面輪廓；生成形狀即可。

其中繪制剖切面輪廓，可以運(yùn)用系統(tǒng)族“基于線的公有制常規(guī)模型”實(shí)現(xiàn)，這里不再具體敘述。

護(hù)岸壩體的體量創(chuàng)建流程見(jiàn)圖1。

圖1 護(hù)岸壩體的體量創(chuàng)建流程

3.2 運(yùn)用Dynamo 插件建立河道的樁基礎(chǔ)

由于河道整體的走向是曲線，因此河道護(hù)岸結(jié)構(gòu)的樁基礎(chǔ)的特點(diǎn)一是整體走向是曲線；二是具體到每根的方樁基礎(chǔ)其正交方向必須平行或垂直于河道曲線。以該河道整治項(xiàng)目為例，河道長(zhǎng)度763 米，但需要護(hù)岸的樁基礎(chǔ)多達(dá)1 200 根方樁。依靠常規(guī)的Revit 樁基礎(chǔ)建模，不僅需要大量的時(shí)間，而且很難控制方樁正交方向與河道曲線的關(guān)系。因此運(yùn)用Dynamo 插件的特點(diǎn)，可以很快實(shí)現(xiàn)大批量、多角度的樁基礎(chǔ)建模，通過(guò)多個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置可以按照一定距離在模型曲線上布置大批量構(gòu)件（樁基礎(chǔ)族文件），具體調(diào)運(yùn)的Dynamo 節(jié)點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 調(diào)用Dynamo 節(jié)點(diǎn)表

Dynamo 節(jié)點(diǎn)調(diào)用見(jiàn)圖2。

圖2 Dynamo 節(jié)點(diǎn)調(diào)用

結(jié)合上述的河道護(hù)岸壩體結(jié)構(gòu)以及河道樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，河道整治項(xiàng)目模型見(jiàn)圖3。

圖3 河道整治項(xiàng)目模型

3.3 運(yùn)用Dynamo 插件構(gòu)建反濾層泄水管

反濾層是指在大口井或滲渠進(jìn)水處鋪設(shè)的粒徑沿水流方向由細(xì)到粗的級(jí)配砂礫層。反濾層一般是由2 至4 層顆粒大小不同的砂、碎石或卵石等材料做成的，順著水流的方向顆粒呈增大趨勢(shì)，任何一層的顆粒都不允許穿過(guò)相鄰的較粗一層的孔隙[4]。反濾層的作用體現(xiàn)在滲透水流出時(shí)對(duì)堤壩體或地基中的土壤起到保護(hù)作用，進(jìn)而可防止管涌及流土等險(xiǎn)情的發(fā)生。

該河道整治項(xiàng)目的反濾層泄水管設(shè)置在護(hù)岸結(jié)構(gòu)里，間隔2.5 米。按照河道曲線的特點(diǎn)，逐一布置建模將達(dá)600 多根。同樣，采用Dynamo 參數(shù)化建模的方法，可以實(shí)現(xiàn)快速的布置反濾層泄水管。調(diào)用的Dynamo 節(jié)點(diǎn)如上述表1所示。由于反濾層泄水管的截面垂直于河道曲線的切向量，因此曲線切向量設(shè)置為向量A，向量B 調(diào)用Vector.ByCoordinates 節(jié)點(diǎn)設(shè)置為（1,0,0），旋轉(zhuǎn)軸向量C 調(diào)用Vector.ByCoordinates 節(jié)點(diǎn)設(shè)置為（0,0,1）；如此在模型中則實(shí)現(xiàn)了反濾層泄水管的截面垂直于河道曲線點(diǎn)位處的切向量。通過(guò)節(jié)點(diǎn)工具歐幾里得坐標(biāo)的設(shè)置解決了每個(gè)構(gòu)件（反濾層泄水管族文件）與曲線的角度關(guān)系問(wèn)題。

反濾層泄水管點(diǎn)位布置見(jiàn)圖4。

圖4 反濾層泄水管點(diǎn)位布置

鑒于該河道整治項(xiàng)目的反濾層泄水管的橫截面擁有10 度的傾斜角，可以創(chuàng)建反濾層泄水管的族文件，用Revit 的旋轉(zhuǎn)將傾斜角度呈現(xiàn)出來(lái)，其次對(duì)于反濾層泄水管高度的設(shè)置，同樣用Revit 的標(biāo)高設(shè)定。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要探討了在河道整治項(xiàng)目中BIM 技術(shù)的應(yīng)用。其次以實(shí)際的河道整治項(xiàng)目為例，針對(duì)河道整治項(xiàng)目的曲線走向、曲線轉(zhuǎn)彎半徑大、護(hù)岸的曲面結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，采用了Revit+Dynamo 的參數(shù)化建模方法，建立了河道整治項(xiàng)目的BIM 模型，用Revit 體量工具創(chuàng)建了護(hù)岸壩體結(jié)構(gòu)，利用Dynamo 技術(shù)完成了河道護(hù)岸樁基礎(chǔ)、反濾層排水管的模型布置，大大提高了建模的效率與精度，同時(shí)也為后續(xù)的施工起到了切實(shí)的指導(dǎo)意義。

目前水利工程的BIM 應(yīng)用從設(shè)計(jì)階段、施工階段及后期運(yùn)維階段均已展開(kāi)，涵蓋了工程項(xiàng)目的全生命周期，對(duì)于BIM 技術(shù)在河道整治項(xiàng)目中的其他應(yīng)用，如土方平衡、4D 進(jìn)度模擬等，本文未做進(jìn)一步陳述，后續(xù)將做更深入的研究。