基于Dynamo的概念桥梁BIM建模技术研究★

潘 颖 张 源 阳兴林 蒲云辉

(成都大学建筑与土木工程学院，四川 成都 610106)

中国作为世界桥梁大国，其桥梁的发展速度不容小觑，不知何时，桥梁已成为一道靓丽的风景。随着桥梁的形状和结构越来越复杂，对于建模软件的要求也不同往日。Revit为目前运用最广泛的BIM核心软件[1]，它之所以能够从目前市面上100[2]多种软件中脱颖而出，离不开其操作简便、参数化控制、三维技术设计等优点。但研究表明，Revit的功能更适合建筑类工程，对桥梁工程而言，无法保证其精准度和准确度[3]。除此，Revit在构建曲线或曲面方面存在许多问题，甚至采用以曲代直的方法[4]，严重影响桥梁的美感，无法设计出更加美观的桥梁。相比之下，Revit的内部插件Dynamo则更适合进行桥梁的概念设计。目前我国学者对Dynamo已做出了一系列的研究。高强[5]对比传统二维方法，总结Dynamo参数化建模的优势;吴生海等[6]分析了Dynamo可视化建模技术，得出Dynamo具有强大的曲面设计能力和计算能力;鲍大鑫等[7]探究了基于“Revit+Dynamo”桥梁建模的优势。本文在此基础上针对基于Dynamo的概念桥梁建模技术展开分析,与传统的Revit建模技术进行对比，得出Dynamo可凭借其强大的异形构造能力和准确的定位能力，弥补Revit建立桥梁模型的空缺，设计出符合当代审美需求的各种美观的桥梁，并提出改进的建议。在BIM技术中，精确的模型是一切后续工作的开始和基础，更加有利于后续的碰撞检查、造价计算、施工模拟等工作的进行。本文为后者深入研究复杂桥梁模型设计和建立提供了理论依据，具有一定的研究意义。

1 Dynamo概念设计

1.1 建模介绍

Dynamo作为Revit的内部插件，既可享受Revit提供的支撑,又可脱离其独立运行，为操作者提供一个利用可视化编程语言自由发挥设计各种计算式模型的平台。可视化的Dynamo模型是通过建立节点实现的。通过控制节点参数，操作者可直观地观察到参数调整过程中桥梁的形体变化，这相较于传统的平面设计更加直观。在设计概念桥梁时，设计者比较注重桥梁外形的设计，为了桥梁的美感，往往会添加很多的曲线以及异形形体的构造，而Dynamo强大的异形构造能力刚好可以满足这一需求。

此外，Dynamo可以通过节点接收Excel的数据，而大量应用于桥梁领域的Civil 3D软件可以输出桥梁高程数据并保存到Excel中，以此实现Civil 3D与Dynamo交互的目的。同时Dynamo提供的List.Create，List.Map，List.Flatten等命令可以实现对导入数据的整理，从而通过整理的数据和节点实现形体的构造。操作者利用导入切实的数据来准确控制形体，使得Dynamo模型构造精细，定位精确。通过各个节点间的配合使用，可以构造出很多形体优美的桥体，见图1。

1.2 设计概述

优秀的桥梁建筑总是把桥梁的品质和桥梁美学价值进行统一，因此在控制结构可靠性和造价的前提下，设计师十分重视提高桥梁的美学价值。本设计从桥梁的美学价值出发，自行设计具有一定观赏价值的桥梁，绘制简易桥梁与Dynamo模型如图2所示。

利用Dynamo插件建模，步骤简介如下：

1)使用cylinder.BypointRadius节点拉伸圆杆结构，利用Gemetry.Mirror节点形成与原YZ平面对称的相同结构。利用Arc.ByTreePoint节点创建一个圆弧，圆弧的起点和终点分别为两个桥门立杆的顶点。用Cirle.ByCenterPointRadius节点创建圆，Geometry.TRansrorm节点实现坐标转置，将圆的起点和终点固定在圆弧的起点和终点。用Solid.By.Left节点跟踪圆弧，以圆为截面实现放样，通过镜像完成第一阶段构建。如图3所示为第一阶段。

2)使用Curve.PointAtParameter节点获取圆弧上指定的点，对该点进行镜像操作，用Cylinder.BypointsRadius节点将两点拉伸成圆柱。绘制4个与桥门立杆起点相近的点以及两个Y轴上的点，用Arc.ByTreePoint节点生成两条圆弧,再用List.Creat节点将两条圆弧连成组，后用Surface.ByLoft节点生成平面。用Surface.Thicken节点将平面向上加厚相应厚度，注意，此时False代表将平面向上加厚，而True代表将平面向下加厚。如图4所示为第二阶段。

3)找到最初建立桥面结构的初始线，使用Curve.PointAtParameter节点获取一系列的点，对点进行XZ平面对称操作，再用Line.ByStartpointEndPoint节点生成线。通过Eurve.Extendstart和Curve.ExtendEnd两个节点延伸线的长度,使用Curve.Offset节点将所绘制的线分别进行左右偏移，使用Surface.ByLoft节点和Surface.Thicken节点绘制横梁，此时Curve.Offset节点的连缀为叉积。在桥架上部圆弧结构上设置一系列的点，操作与之前生成横梁点相同。利用Cylinder.BypointsRadius节点直接将横梁与桥梁上部圆弧结构间的对应的点拉伸成圆柱，此时连缀为叉积。如图5所示为第三阶段。

2 两种方式对比

2.1 设计效果对比

1)异形结构和曲面处理能力：Revit在模型建立方面能力突出，能够满足规整的模型建立，但对于异形结构和曲面难以掌控，难以保证其精度。而Dynamo在处理异形结构方面能力突出。随着现代桥梁对于外观的要求愈发精致，要求构件具有更多的美感，设计师通常会在桥梁中运用大量的曲线结构来赋予其美感，给人以视觉享受。通过使用Dynamo达到出奇不意的效果，以此让设计更加出彩，如图6所示。

2)形体的创造性：作为Autodesk旗下的代表软件，Revit的强项在于建筑信息的管理[8]，对于创建自由的形体会有局限性，从而降低桥梁的美感，如图7所示。而想要设计独特且别具特色的桥梁，就需要设计师能够充分利用并发挥其创造性思维。Dynamo凭借其强大的计算式设计能力可创建各式各样的模型，为设计师提供一个自由设计并创建任意形体的平台，满足其创造性思维的体现。

3)模型精细度：Dynamo作为Revit的管理插件，无法进行材质添加、即时渲染等操作，导致模型表面粗糙。而在Revit中，可以通过增添材质、色彩等对构件表面进行修改，并可使用表面理化工具对形状进一步处理[9]，相对前者模型表面更加精细。

2.2 建模过程对比

1)建模效率：复杂的桥梁模型建立在单独构件基础上。在Revit中，操作者需要通过拉伸，融合等一系列命令建立独立构件并将其有机地拼装成最后模型，这不管对新手还是资深操作者来说都会消耗一定的时间，可见其建模效率低下。在Dynamo中，Dynamo的运用程度与使用者能力、模型的复杂程度有关。对于一般简单的桥梁，Dynamo的建模速度快，效率高，而对于一些复杂的构造，仅用Dynamo自带节点难以满足实际需求，需要更多的途径进行完善，必要时需要进行编程的学习，从而降低了建模效率。

2)模型修改便捷程度：在Dynamo中可以点击代码块获取相应的图元，但无法通过点击图元来获取相应的节点。在如此限制下，对于一些图元的修改就会消耗大量的时间去寻找相应节点，而节点众多时难以精确定位。在Revit中，点击模型中需要修改的构件，则可进入对应的操作界面进行修改，相对比较便捷。

2.3 软件自身对比

1)定位的精准度：在Revit中，由于自身软件的局限性，无法实现桥梁构件的精确定位[10]，一定程度影响了后续的应用和管理。与Revit相比，Dynamo提供了对Excel数据进行导入、生成List的功能，而Excel中的数据正是来自Civil 3D中的桥梁设计地势点位图，在完成了桥梁设计之后，通过导入Excel中桥梁的坐标定位数据，可以精确地放置桥梁构件，保证桥梁模型和在实际施工时是可以进行匹配的，进而保证后续施工模拟等工作的进行。

2)信息交互能力:Dynamo构件图形目前只能和Revit交互，并且需要对Revit自适应构件族非常熟悉，通过Dynamo指定使用构件族进行创建，无法直接和Lumion，Navisworks，Twinmotion等软件进行交互，导致难以进行渲染操作，严重影响可视化效果。Revit数据交互能力强，通过插件可以导出数据到其他软件中进行后续工作，例如：碰撞检查、施工模拟等。

总的来说，基于Dynamo的概念桥梁模型建立与传统的Revit概念桥梁模型建立特点对比如表1所示。

表1 两种方式的建模对比研究

3 结论与建议

与传统Revit建模相比，基于Dynamo建立概念模型具有处理异形结构和曲面能力突出，数据处理能力强，模型创造性强，定位精准等优点，这些优势能够满足设计出更具美感和特色的桥梁模型。同时也无法否认，目前应用率不高，需要推广。这些不足从一定程度会阻碍桥梁的概念设计，想要进一步完善Dynamo进行桥梁的模型设计，仍需不断探索。提出以下建议供参考。

3.1 政府部门制定扶持政策

政府对于新技术的推行发展具有重要作用，主要从以下方面完善：

1)开展示范工程。以国有资金投资建造部分示范工程，主要技术可涉及Dynamo及其相关技术，使相关技术落地。

2)经济扶持。对于主动采用Dynamo设计的项目给予税收优惠，对于深化研究Dynamo设计的研究项目给予拨付科研经费等措施。

3)组织建立中国工程实践的专业节点库。目前Dynamo官网提供了大量国内外开发者所开发地节点，但大多不符合我国需求。建立我国专业节点库，可为实际工程提供精确定位且符合应用的工作场景。

3.2 从业人员加强相关学习

Dynamo虽然可以很好的满足桥梁概念设计的需求，但考虑到效率及效果问题，仍然需要工程从业人员不断地加强对Dynamo及相关编程语言的学习。编程语言的学习对于大部分工程人员难度较大，为高效的完成工作，从业人员需要不断完善相关技术体系。

3.3 提高技术实践力度

针对新技术，将其应用于实践当中十分必要。在检验新技术成效的同时完善技术应用体系，充分了解Dynamo及相关技术的应用场景，为技术升级和普及奠定基础，

3.4 高校和企业加强人才培养

高校需要适应市场变化，对人才培养计划进行调整，培养相关人才。企业应当合理权衡长远发展和未来趋势，加大人才培养和科研投入，逐步实现模型设计由传统到基于Dynamo的过渡。