基于Dynamo可視化編程技術在BIM管線預留孔洞中的應用

潘杰

摘 要：本文主要闡述了Dynamo可視化編程在BIM（建筑信息模型中的應用）。目前，針對快速且準確建模是設計、施工等企業的一個首要需求。隨著Dynamo技術的引入，使得工程師能更為便捷地重新設計Revit軟件的功能，以便能實現快速且準確建模的目標。

關鍵詞：Dynamo;可視化編程; BIM; Revit; 預留孔洞

一、概述

（一）BIM建筑信息模型

BIM建筑信息模型是現今工程行業中的一個熱點話題，《GB/T51212-2016建筑信息模型應用統一標準》對BIM的定義是[1]：在建設工程及設施全生命期內，對其物理和功能特性進行數字化表達，并依此設計、施工、運營的過程和結果的總稱。

從BIM的定義中不難看出，BIM最重要的特征是數字化，這也是與傳統CAD最明顯的區別之一。這里的數字化，指的是模型應該包含數據信息，且這些數據信息在模型的不同階段，會被繼承和迭代更新，以此來支撐項目的設計、施工和運營。

由Autodesk公司出品的Revit系列軟件是當下最廣為人知的BIM建模軟件之一，本文中的BIM管道模型，指的是用Revit軟件創建的管道模型。后文中涉及到模型圖元的概念、屬性等都是基于Revit語境下產生的。

（二）Dynamo可視化編程

BIM引領建筑行業的變革，Dynamo便是那火車頭[2]。自從2015年Dynamo橫空出世后，便受到了業內的廣泛關注，現在已成為BIM技術中的關鍵力量之一。

Dynamo產品的設計初衷就是為了簡化開發過程。以往軟件的二次開發（API）的缺點是高度復雜，周期長，靈活度不夠，但是Dynamo的問世，提供了另一種軟件開發的思路，通過組織連接節點，形成一個可視化的，可執行的程序，它使得軟件開發變得不再高深莫測。

1、節點

節點是核心，每一個節點有各自的功能。節點有三部分構成：

（1）節點名稱：描述的是該節點的基本功能，節點名稱是可以自定義的。

（2）輸入項：傳入的參數，例如節點Point.ByCoodinates中，需要傳入x/y/z三個數值。

（3）輸出項：傳出的參數，例如節點Point.ByCoodinates中，傳出一個坐標。

由此不難看出，節點Point.ByCoodinates的功能是：傳入三個數值，傳出一個坐標。

2、節點連接

節點與節點之間是通過導線連接，從而形成邏輯關系。節點意味著功能，導線連接意味著邏輯關系，兩者結合，構成一個完整的程序。

二、Dynamo管道預留孔洞的實現過程

（一）需求背景

機電管道綜合協調是BIM設計、施工中的一個重要環節。管道協調的過程中，必然會涉及到預留孔洞的問題。在實際項目中，機電管道的模型往往是較為復雜的，管道布置縱橫交錯，這在一定程度上增加了管道協調的難度。

具體到預留孔洞問題，筆者總結了目前Revit使用上的兩方面痛點。第一，Revit自帶的開孔功能，需要人工繪制輪廓或者人工插入孔洞模型，在面對大批量的預留孔洞問題時，人工操作將會大大地降低工作效率。

第二個痛點是Revit開孔和放置套管模型是彼此分開的步驟，這意味著必須在結束開孔任務后，才能進行后續布置套管模型的任務。如果在開孔操作結束的同時，在相應位置自動生成套管模型，那么必定會顯著地提高工作效率！

（二）核心思路

Dynamo可視化編程實現管道快速開孔及生成套管，大致可以分為以下三個過程：

1、讀取模型數據

具體來說，首先需要讀取管道的通徑尺寸和外徑尺寸。其次，需要讀取樓板或者墻體等模型的結構厚度尺寸，以保證后續孔洞模型最終能完全貫穿樓板或者墻體。

2、求得管道與樓板、墻體等干涉位置

給定模型插入點的坐標，是放置孔洞模型和套管模型的一個必要條件。因此，需要求得管道的中心線與樓板或墻體表面發生干涉的位置坐標，此坐標即是孔洞模型和套管模型的插入點坐標。

3、生成套管模型及開孔

生成套管模型，并且需要對其尺寸參數進行賦值。根據上述兩個過程，已經獲取了樓板或墻體的結構厚度，即可以確定出套管模型的深度尺寸。對于套管的內外徑尺寸，可以根據管道的外徑尺寸來確定。最后，需要在樓板或墻體上實現開孔。

（三）Dynamo實現方法

1、選擇模型

Dynamo有兩種常用節點可以實現拾取Revit系統中的模型，分別是：SelectModelElement和SelectModelElements。兩者的區別在于，前者只能選取單個模型，后者能批量選取多個模型。本文中，SelectModelElements更符合實際需要。

2、讀取模型屬性

首先，需要明確Revit屬性是分成兩類：實例屬性與類型屬性。Dynamo讀取這兩類屬性所用的方法是不同的。

實例屬性只能影響單個模型圖元。例如，套管的標高屬性，顯然，每個單獨套管模型，可以有各自不同的標高，修改一個套管模型的標高，不會影響到其他套管的標高。Dynamo讀取Revit的實例屬性，需要用到兩個核心節點：Parameter.ParameterByName和Parameter.Value。

管道的通徑尺寸、外徑尺寸皆屬于實例參數范疇，因此用上述兩個節點即可讀取參數。

類型屬性與實例屬性不同，類型屬性是同一類型圖元所共有的屬性。例如，同一種類型的套管模型，其材質屬性即為類型屬性。更改任意一個套管的材質，其他同類別套管的材質會同步更改。Dynamo讀取Revit的類型屬性，需要多用兩個節點：Family.ByName，Family.Types。

3、求得管道模型與樓板、墻體干涉的坐標

第一步，得到管道與樓板、墻體表面相交的幾何圖形。需要用到Dynamo的節點是Geometry.IntersectAll。它有兩個輸入項，分別為幾何圖形（geometry）和實體（solids），輸出項為幾何圖形（geometry）。

第二步，將相交的幾何圖形（geometry）轉換為輪廓線，進而求得輪廓線的中心坐標。在此用到的節點是Curve.StartPoint，該節點的輸入項是輪廓（Curve），輸出項為坐標（Point）。

4、生成模型的方法

本文中套管模型是族模型，這里重點探討Dynamo生成族模型的方法。

第一步，在Revit中插入族，使用FamilyInstance.ByFace節點。該節點有四個輸入項：

（1）族類型（Familytype）是套管的族類型;（2）放置平面（Face）是樓板或者墻體的表面;（3）放置點（Location）是管道截面與樓板表面或墻體表面相交的幾何圖形的中心坐標（Point）;（4）參考向量（Referencedirection），在本文中，套管模型的放置方向應與樓板或墻體的平面垂直，通過兩點坐標可確定方向向量。

第二步，族模型的屬性賦值，使用Element.SetParameterByName節點。這里，根據管道模型的尺寸，自動對套管模型進行屬性賦值。

第三步，在樓板或墻體上開孔。這里用到Dynamo中一個特殊節點：Python節點，它是通過代碼來實現更為復雜的操作，這極大地豐富了Dynamo的適用性。筆者調用AddInstanceVoidCut方法，實現樓板或墻體開洞的功能。

以上是Dynamo管道預留孔洞實現的主要過程。在本次開發中，還有一些其他的功能，例如，用戶可以決定是否需要在開孔的同時生成套管模型，由于受篇幅限制的影響，不做展開。三維測試的效果圖以及源代碼見下圖。

三、結語

對于BIM管道模型預留孔洞，筆者嘗試使用了Dynamo編程手段對其進行開發。相比于傳統的軟件API開發，Dynamo具有的最大特點是可視化，可視化指的是程序邏輯的可視，用戶只需理清邏輯關系，找到合適的節點，就能實現開發目標。

Dynamo擁有豐富的節點庫，涵蓋了軟件開發的基礎功能。此外，它還支持使用Python語言來自定義節點，以此實現復雜功能。Dynamo的缺點是程序運行的速度較慢，尤其是在執行復雜程序的情況下，會出現嚴重卡頓的現象。筆者認為，Dynamo更適合用于小型輕量化的開發。

參考文獻：

[1]GB/T51212-2016，建筑信息模型應用統一標準[s].北京：中國建筑工業出版社，2016.

[2]羅嘉祥，宋珊，田宏鈞.AutodeskRevit煉金術-Dynamo基礎實戰教程[M].上海：同濟大學出版社，2017.