基于Dynamo可视化编程技术在BIM管线预留孔洞中的应用

潘杰

摘 要：本文主要阐述了Dynamo可视化编程在BIM（建筑信息模型中的应用）。目前，针对快速且准确建模是设计、施工等企业的一个首要需求。随着Dynamo技术的引入，使得工程师能更为便捷地重新设计Revit软件的功能，以便能实现快速且准确建模的目标。

关键词：Dynamo;可视化编程; BIM; Revit; 预留孔洞

一、概述

（一）BIM建筑信息模型

BIM建筑信息模型是现今工程行业中的一个热点话题，《GB/T51212-2016建筑信息模型应用统一标准》对BIM的定义是[1]：在建设工程及设施全生命期内，对其物理和功能特性进行数字化表达，并依此设计、施工、运营的过程和结果的总称。

从BIM的定义中不难看出，BIM最重要的特征是数字化，这也是与传统CAD最明显的区别之一。这里的数字化，指的是模型应该包含数据信息，且这些数据信息在模型的不同阶段，会被继承和迭代更新，以此来支撑项目的设计、施工和运营。

由Autodesk公司出品的Revit系列软件是当下最广为人知的BIM建模软件之一，本文中的BIM管道模型，指的是用Revit软件创建的管道模型。后文中涉及到模型图元的概念、属性等都是基于Revit语境下产生的。

（二）Dynamo可视化编程

BIM引领建筑行业的变革，Dynamo便是那火车头[2]。自从2015年Dynamo横空出世后，便受到了业内的广泛关注，现在已成为BIM技术中的关键力量之一。

Dynamo产品的设计初衷就是为了简化开发过程。以往软件的二次开发（API）的缺点是高度复杂，周期长，灵活度不够，但是Dynamo的问世，提供了另一种软件开发的思路，通过组织连接节点，形成一个可视化的，可执行的程序，它使得软件开发变得不再高深莫测。

1、节点

节点是核心，每一个节点有各自的功能。节点有三部分构成：

（1）节点名称：描述的是该节点的基本功能，节点名称是可以自定义的。

（2）输入项：传入的参数，例如节点Point.ByCoodinates中，需要传入x/y/z三个数值。

（3）输出项：传出的参数，例如节点Point.ByCoodinates中，传出一个坐标。

由此不难看出，节点Point.ByCoodinates的功能是：传入三个数值，传出一个坐标。

2、节点连接

节点与节点之间是通过导线连接，从而形成逻辑关系。节点意味着功能，导线连接意味着逻辑关系，两者结合，构成一个完整的程序。

二、Dynamo管道预留孔洞的实现过程

（一）需求背景

机电管道综合协调是BIM设计、施工中的一个重要环节。管道协调的过程中，必然会涉及到预留孔洞的问题。在实际项目中，机电管道的模型往往是较为复杂的，管道布置纵横交错，这在一定程度上增加了管道协调的难度。

具体到预留孔洞问题，笔者总结了目前Revit使用上的两方面痛点。第一，Revit自带的开孔功能，需要人工绘制轮廓或者人工插入孔洞模型，在面对大批量的预留孔洞问题时，人工操作将会大大地降低工作效率。

第二个痛点是Revit开孔和放置套管模型是彼此分开的步骤，这意味着必须在结束开孔任务后，才能进行后续布置套管模型的任务。如果在开孔操作结束的同时，在相应位置自动生成套管模型，那么必定会显著地提高工作效率！

（二）核心思路

Dynamo可视化编程实现管道快速开孔及生成套管，大致可以分为以下三个过程：

1、读取模型数据

具体来说，首先需要读取管道的通径尺寸和外径尺寸。其次，需要读取楼板或者墙体等模型的结构厚度尺寸，以保证后续孔洞模型最终能完全贯穿楼板或者墙体。

2、求得管道与楼板、墙体等干涉位置

给定模型插入点的坐标，是放置孔洞模型和套管模型的一个必要条件。因此，需要求得管道的中心线与楼板或墙体表面发生干涉的位置坐标，此坐標即是孔洞模型和套管模型的插入点坐标。

3、生成套管模型及开孔

生成套管模型，并且需要对其尺寸参数进行赋值。根据上述两个过程，已经获取了楼板或墙体的结构厚度，即可以确定出套管模型的深度尺寸。对于套管的内外径尺寸，可以根据管道的外径尺寸来确定。最后，需要在楼板或墙体上实现开孔。

（三）Dynamo实现方法

1、选择模型

Dynamo有两种常用节点可以实现拾取Revit系统中的模型，分别是：SelectModelElement和SelectModelElements。两者的区别在于，前者只能选取单个模型，后者能批量选取多个模型。本文中，SelectModelElements更符合实际需要。

2、读取模型属性

首先，需要明确Revit属性是分成两类：实例属性与类型属性。Dynamo读取这两类属性所用的方法是不同的。

实例属性只能影响单个模型图元。例如，套管的标高属性，显然，每个单独套管模型，可以有各自不同的标高，修改一个套管模型的标高，不会影响到其他套管的标高。Dynamo读取Revit的实例属性，需要用到两个核心节点：Parameter.ParameterByName和Parameter.Value。

管道的通径尺寸、外径尺寸皆属于实例参数范畴，因此用上述两个节点即可读取参数。

类型属性与实例属性不同，类型属性是同一类型图元所共有的属性。例如，同一种类型的套管模型，其材质属性即为类型属性。更改任意一个套管的材质，其他同类别套管的材质会同步更改。Dynamo读取Revit的类型属性，需要多用两个节点：Family.ByName，Family.Types。

3、求得管道模型与楼板、墙体干涉的坐标

第一步，得到管道与楼板、墙体表面相交的几何图形。需要用到Dynamo的节点是Geometry.IntersectAll。它有两个输入项，分别为几何图形（geometry）和实体（solids），输出项为几何图形（geometry）。

第二步，将相交的几何图形（geometry）转换为轮廓线，進而求得轮廓线的中心坐标。在此用到的节点是Curve.StartPoint，该节点的输入项是轮廓（Curve），输出项为坐标（Point）。

4、生成模型的方法

本文中套管模型是族模型，这里重点探讨Dynamo生成族模型的方法。

第一步，在Revit中插入族，使用FamilyInstance.ByFace节点。该节点有四个输入项：

（1）族类型（Familytype）是套管的族类型;（2）放置平面（Face）是楼板或者墙体的表面;（3）放置点（Location）是管道截面与楼板表面或墙体表面相交的几何图形的中心坐标（Point）;（4）参考向量（Referencedirection），在本文中，套管模型的放置方向应与楼板或墙体的平面垂直，通过两点坐标可确定方向向量。

第二步，族模型的属性赋值，使用Element.SetParameterByName节点。这里，根据管道模型的尺寸，自动对套管模型进行属性赋值。

第三步，在楼板或墙体上开孔。这里用到Dynamo中一个特殊节点：Python节点，它是通过代码来实现更为复杂的操作，这极大地丰富了Dynamo的适用性。笔者调用AddInstanceVoidCut方法，实现楼板或墙体开洞的功能。

以上是Dynamo管道预留孔洞实现的主要过程。在本次开发中，还有一些其他的功能，例如，用户可以决定是否需要在开孔的同时生成套管模型，由于受篇幅限制的影响，不做展开。三维测试的效果图以及源代码见下图。

三、结语

对于BIM管道模型预留孔洞，笔者尝试使用了Dynamo编程手段对其进行开发。相比于传统的软件API开发，Dynamo具有的最大特点是可视化，可视化指的是程序逻辑的可视，用户只需理清逻辑关系，找到合适的节点，就能实现开发目标。

Dynamo拥有丰富的节点库，涵盖了软件开发的基础功能。此外，它还支持使用Python语言来自定义节点，以此实现复杂功能。Dynamo的缺点是程序运行的速度较慢，尤其是在执行复杂程序的情况下，会出现严重卡顿的现象。笔者认为，Dynamo更适合用于小型轻量化的开发。

参考文献：

[1]GB/T51212-2016，建筑信息模型应用统一标准[s].北京：中国建筑工业出版社，2016.

[2]罗嘉祥，宋珊，田宏钧.AutodeskRevit炼金术-Dynamo基础实战教程[M].上海：同济大学出版社，2017.