基于Dynamo for Revit的参数化设计在水力机械设计中的运用

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，昆明 650001)

1 BIM及参数化设计概述

1.1 BIM概述及参数化建模的必要性

BIM是以三维数字技术为基础，集成工程项目中各种相关信息的工程数据模型，实现工程各参与方之间的信息传递和共享[1]，从根本上解决“信息断层”和“信息孤岛问题”[2]。随着BIM(building information modeling)技术在水电行业的快速发展运用，使工程师们逐渐从传统的二维平面设计转向BIM三维设计。在BIM技术将运用到水电建设行业全生命周期的大背景下，同时为了减少各阶段设计数据的丢失，这使工程师对BIM模型的建立标准将越来越高。

基于Revit平台的BIM设计通常是通过建立族的方式进行建模。而这类方法一般只适用于标准化的模型构建，结构构件如墙、梁、板和柱等，机电设备一般采用族库中自带的管道附件、桥架及电气设备元件等。而对于水电行业中复杂且异形的过流部件，如蜗壳和尾水管建模设计，若采用常规建族方法：一方面，将增加工程师的建模工作量； 另一方面，对于不同项目过流部件不同，模型不能重复修改使用。因此，结合尾水管与蜗壳的各自的结构特征，用参数化设计方法实现尾水管和蜗壳的快速建模，减少工程师的工作量。

1.2 基于Dynamo for Revit的参数化设计概述

Dynamo for Revit(下简称Dynamo)是一款运行在Autodesk Revit上的可视化参数化设计插件。Dynamo是通过基于节点的可视化编程界面，Dynamo可以让用户自由创建参数化设计模型[2-4]，参数修改、模型数据处理，批量关联模型属性与几何属性等，从而提高了工程师的设计效率、节约了设计成本。

图1 Dynamo与Revit交互流程

基于Dynamo的参数化设计具有以下特点[5]。

(1)可视化性：Dynamo的可视化编程界面可以在Revit中同步建立模型。

图2 Dynamo参数化设计界面

(2)参数化设计：高度参数化及动态关联性提高设计效率。

(3)模块化设计：通过自定义相关设计节点，采用模块化的组成结构，能大幅降低工程师模块使用专业限制。

(4)设计可持续性：参数化设计模型的不断累积，在后续设计中通过调用相应节点即可使用。

2 蜗壳尾水管的参数化设计

2.1 蜗壳尾水管建模介绍

蜗壳、尾水管是水力发电机组中重要的过流部件，由一定形状的过流断面沿着特定的曲线渐变而成。虽然大多数电站的蜗壳、尾水管形状类似，但是它们仍然有一些差异，如断面形状不同，断面数量不同以及部件本身的变截面，断面数量多等特点，这使得工程师在Revit常规建族方法中要花费大量的时间去建模，并且不同的电站该方法就是大量的重复性工作，耗时耗力。

针对蜗壳尾水管的结构特点，运用Revit中的参数化建模工具Dynamo将结构进行参数化。在Dynamo中将蜗壳与尾水管的参数化流程打包为自定义节点，具有很好的通用性。Revit与Dynamo相结合的参数化建模过程使得工程师只需导入一些参数即可一键生成蜗壳尾水管。

图3 某水电站蜗壳部件

图4 某水电站尾水管部件(肘管段)

2.2 参数化设计思路

参数化设计过程中充分利用厂家提供的蜗壳尾水管单线图，读取断面几何尺寸数据并驱动模型。参数化设计思路如下：

(1)Revit与Dynamo关联；

运用Dynamo从单线图(dwg格式文件)中提取几何数据信息；

图5 蜗壳单线图

(3)读取断面几何尺寸数据；

(4)将步骤(2)与步骤(3)的数据关联到自定义节点进行参数化设计；

(5)Dynamo中运行程序，生成Revit模型与Dynamo模型。

2.3 蜗壳参数化设计步骤

(1)从蜗壳单线图提取信息及处理

从厂家提供的蜗壳单线图中提取信息。单线图中表达了各个断面的尺寸大小以及与机组中心线的位置。

为了建模符合实际、后期在Revit中操作方便以及模型更加美观，将单线图进行相关处理：首先在断面图中添加3～5个辅助断面轮廓线，使蜗壳流道尾部平稳过渡。其次将断面轮廓线和其它定位线按图层归类。处理后的蜗壳断面图如图6所示。

图6 处理后的蜗壳单线图

蜗壳断面图是放样创建蜗壳依据，通过Revit中的导入CAD图形功能可以将蜗壳单线图导入到Revit的前立面视图并与参照标高与参照平面对齐并锁定，如图7所示。

(3)Revit+Dynamo蜗壳参数化建模

通过Dynamo的相关节点读取导入到Revit中的蜗壳断面图数据，如图8所示。

图7 处理后的蜗壳单线图导入Revit

图8 Dynamo读取CAD数据

在Dynamo中自定义一蜗壳设计节点“金属蜗壳345°”。为Dynamo中的自定义的“金属蜗壳345°”节点输入参数，并一键生成蜗壳模型，如图9所示。

图9 Dynamo自定义节点生成蜗壳模型

(4)蜗壳参数化设计成果

图10 蜗壳参数化设计成果

2.4 尾水管参数化设计步骤

(1)从尾水管二维图纸中提取数据信息

尾水管单线图及断面尺寸如图11所示。

图11 尾水管单线图及断面尺寸表

从图11可以看出，尾水管的建立分为锥管段、肘管段和扩散段，只需给出每个断面尺寸及断面位置，通过放样即可得尾水管三维模型。

罗四强拉着阿里走出来。阿里显得精神不振。出了门也不说话，低着头翻着白眼自顾自地走路。谁也不知他在想些什么。

将尾水管所有断面的断面尺寸数据保存到Excel中，并按照锥管段、肘管段和扩散段的顺序排序，如图12所示。获取尾水管的断面位置线和中心线，如图13所示。

图12 尾水管断面尺寸表

图13 尾水管断面位置线和中心线

(2)尾水管断面位置线和中心线导入Revit

尾水管断面位置线和中心线是尾水管每个断面的定位线，通过Revit中的导入CAD图形功能可以将尾水管图导入到Revit的南立面视图并与参照标高与参照平面对齐并锁定，如图14所示。

图14 尾水管断面位置线和中心线

(3)Revit+Dynamo尾水管参数化建模

通过Dynamo的相关节点读取导入到Revit中的蜗壳断面图数据，如图15所示。

图15 Dynamo读取CAD数据

将Excel表格中的断面数据链接到Dynamo中的自定义节点“尾水管设计—截面放样”中，同时为给定其它参数，实现Excel参数表驱动尾水管模型，并一键生成尾水管三维模型，如图16所示。在尾水管设计中可以根据需求建立体量三维模型，如图17所示。

(4)尾水管成果展示(图18)

图18 Revit+Dynamo生成的尾水管三维模型

图16 自定义节点“尾水管设计—截面放样”

图17 生成体量模型

3 总结

参数化设计较常规的建模方法相比提高了工程师的设计效率，同时从已生成的BIM模型中获取模型数据，为水力机械设计提供精确的设计参数。总结参数化方法在设计过程的运用经验，有如下几个特点：

(1)快速建立模型，并达到很好的可视化；

(2)参数化模型再利用，通过剖分模型，提取体型数据，为检修排水量提供设计参数；

(3)模型精度高，可直接用于施工设计布置；

(4)设计节点复用性好，只需简单修改即可用于其它项目工程。

整个参数化设计过程中，Dynamo程序的预定义功能节点的复杂连接看似繁杂，但参数化设计的逻辑思路已建立好并已经打包成自定义节点，工程师只需要根据设计要求输入参数即可”一键生成”蜗壳尾水管模型，减少了工程师的工作量提高了工作效率。

在下一步研究中，在参数化设计建模的基础上，将关注尾水管和蜗壳的配筋参数化设计问题，利用BIM技术的可视化特点，为现场钢筋工程施工提供指导。

随着BIM技术在水利水电行业的快速发展，在水力机械中复杂过流部件的设计中，Dynamo等参数化设计利器将发挥越来越重要的作用。

[1] 赵华英.BIM结构设计应用[J].土木建筑工程信息技术， 2015, 7(3): 30-39.

[2] 赵继伟， 魏群，张国新.水利工程信息模型的构建及其应用[J].水利水电技术， 2016, 47(4): 29-33.

[3] 王松. 可视化编程语言下的计算式设计插件——Dynamo初探[J].福建建筑， 2015(11)： 105-110.

[4] 吴生海， 刘陕南，刘永哓，等.基于Dynamo可视化编程建模的BIM技术应用与分析[J].工业建筑， 2018, 48(2): 35-39.

[5] 胡金鹏.Dynamo for Revit在中小型水利项目中的应用[J].应用技术与研究, 2018，(2)： 182-186.