Dynamo在曲面幕墻建模中的應用研究

吳開興 馬文妙 苗雪菲

摘 ?要：隨著社會的不斷發展和進步，人民對生活水平的追求、審美也隨之提高。而獨特新穎多變的幕墻越來越符合人們的建筑審美。傳統方案不能簡單快速地解決此類設計。文章敘述了曲面幕墻建模時面臨的問題，結合具體項目案例，利用Dynamo完成了曲面幕墻的結構設計，并且對生成的曲面進行了幕墻網格劃分等工作。結果表明，Dynamo可視化編程和參數化建模的邏輯思維大大提高了幕墻模型的生成和修改速度，同時填補了Dynamo在曲面建筑幕墻研究方面的空缺。

關鍵詞：Dynamo;Revit;參數化建模;曲面幕墻

中圖分類號：TU17;TU247 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）13-0127-04

Abstract：With the continuous development and progress of society，the peoples pursuit of a high standard of living and aesthetic appreciation have also increased. The unique，novel and changeable curtain wall is more and more in line with peoples architectural aesthetics. However，traditional solutions cannot solve such designs simply and quickly. In this paper，the problems faced in modeling of curved curtain walls are described. Combined with specific project cases，the structural design of curved curtain walls is completed using Dynamo，and the generated surface is meshed by curtain wall. The results show that the logical thinking of Dynamo visual programming and parametric modeling greatly improves the speed of the generation and modification of curtain wall models，and at the same time fills the gap of Dynamo in the study of curved building curtain walls.

Keywords：Dynamo;Revit;parametric modeling;curved curtain wall

0 ?引 ?言

近年來，隨著國家經濟發展和社會進步，造型獨特的建筑日益增多，人們對建筑裝飾效果的要求也越來越高，具有現代抽象感與外觀新穎感的曲面幕墻的出現深受大家的歡迎與喜愛。而它的造型獨特等優點卻成為了施工者的難點，在曲面幕墻的建模方面可能會面臨幾個問題：

（1）傳統的二維圖紙難以體現曲面幕墻的具體真實效果。

（2）施工者往往缺乏曲面幕墻設計的知識經驗，并不理解設計者的構想是什么，需耗費大量的時間與精力去和設計者溝通。

（3）如果想對幕墻的某個部分進行修改時，那么便要推翻之前所建好的部分重新開始，導致了人力、財力資源的浪費。

Revit軟件是專門為建筑工程領域開發的建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）軟件，其解決了上述問題。但Revit應用也有一定的局限性，主要體現在復雜線形、異形曲面等建筑建模方面上存在建模繁瑣、效率低下等劣勢，而身為Revit的插件，Dynamo可視化編程的出現，解決這一難題。目前，Dynamo在公路、橋梁等[1，2]方面的應用有了一定的研究，但Dynamo在針對于曲面幕墻工程中的應用尚處于初級階段。本文主要針對我校一餐廳建筑物外墻進行了設計研究，解決設計中遇到的以上難題。

1 ?概述

1.1 ?Dynamo概述

Dynamo[3]作為Revit軟件的參數化設計建模插件運行，為Revit的使用者開創了更多元的應用模式，可以實現Revit自身無法實現的功能，其功能豐富且強大。在實際工作中，人們可以遵循一定的流程，不斷地根據上一步的結果和某些條件來進行下一步的操作。而Dynamo中的節點及其組織方式，就是總結了這些內在的邏輯規則來設計的。每個節點都有自己的基本功能，用戶通過對不同的節點進行排布和組織，來完成特定的目標任務。若具有一定的邏輯知識，即使沒有編程經驗的人，根據對問題的分析及思考，也能想出一套通過目標節點的輸入、處理、輸出功能和算法的解決方案來處理相對應的問題。

Dynamo的出現是為了方便建筑師實現參數化編程，但是，當用到一定的深度后，會發現節點太多，整理起來非常不便，且有些功能無法通過節點實現。而Dynamo中的Python節點不光可以擴展Dynamo的功能，還可以使用幾行簡潔的代碼替換許多節點。Python節點是可視化編程環境中的腳本接口，可以在庫中的Core>Scripting下找到Python節點。作為一種靈活的編程腳本語言，Python不僅可以實現節點功能，還可以引入第三方函數，從而大大提高參數化設計的便利性。

1.2 ?參數化設計概述

21世紀是信息時代，信息技術的發展給建筑行業帶來了革命性的發展：由手工繪圖到CAD圖紙，再到當前的BIM技術。建筑工程的各參與方都在追求高效、可行、便捷的方案來實現自己的目的，參數化的理念隨之誕生并越來越深入人心，應用也越來越廣闊。

何謂參數化？參數化[4，5]就是指對象與對象之間相互關聯的內在邏輯關系，當其中一個對象的參數發生變化時，與之關聯的對象亦會發生相應的變化，也就是說可以通過數值、公式或邏輯語言來改變對象屬性，實現對象的可控變化來滿足需求，比人工建模的模糊調整更準確、更符合邏輯。參數化建模可以在設計階段通過參數調整實現多種方案的對比，也可以方便、快捷地實現后期方案更改階段。參數化建模不僅能夠打破傳統設計方法的限制，并且可以大大提高模型的生成和修改速度，提高了工作效率。

2 ?Dynamo在曲面幕墻的應用

2.1 ?項目概況

該項目為本校一餐廳建筑物，該建筑地上三層，層高5.1 m，結構總高度15.8 m，建筑面積10 870.07 m2。由于建筑一層和二層的曲面幕墻的長度不同，所以對曲面幕墻分為兩部分進行參數化建模。

2.2 ?項目分析

本文主要是根據其原始設計圖紙利用Dynamo對曲面幕墻進行詳細建模，建筑的其他部分在Revit中實現。其幕墻的整體由曲線組成，曲線的形狀主要由四個不同半徑的圓弧組合而成，如圖1（a）所示。由于兩層曲面幕墻的長度不同，所以所建立的每層曲線也不同，如圖1（b）所示。

2.3 ?參數化建模

2.3.1 ?Revit建模過程

（1）分別在標高1、標高2樓層平面上利用“模型線”畫出曲面幕墻底部的輪廓線，以及在標高3樓層平面畫出二層曲面幕墻頂部的輪廓線。這些輪廓線方便后期被Dynamo拾取線使用。

（2）新建一個族，選擇“自適應公制常規模型”樣板，創建相應尺寸的自適應四邊形嵌板，為空間曲面進行網格劃分做準備。

2.3.2 ?Dynamo建模過程

2.3.2.1 ?一層曲面幕墻的建模

建模思路如下：

曲面幕墻建模的思路大致分為：拾取在Revit中建立的模型線圖元，選擇圖元的指定參數的點，根據點生成線，線生成面的原理，最終生成曲面;創建UV點陣面，可通過控制UV參數的數值改變點陣面上點的密集程度，然后對點陣面上的點按組劃分;自適應幕墻嵌板與劃分的點一一附著。

在Dynamo中操作主要分為以下5個部分，分別對應圖2的part1～5。

第1部分：這一部分僅包含兩個節點。第一個節點：Select Model Element，用于選擇模型結構中使用的元素類別;第二個節點：Element.Geometry，使用第一個節點的輸出作為輸入，通過這個節點獲取與該對象關聯的所有幾何圖形作為輸出。如圖2中的part1所示，該部分提供了對模型線元素的訪問。

第2部分：由兩組節點組成。首先是對參數進行定義;然后是使用前一組的參數作為Curve.PointAtParameter節點的輸入，這樣便能獲取指定參數處模型線上的點，然后放在一個列表中，如圖2的part2。

第3部分：與第2部分類似，這部分由兩組節點組成。根據第2部分生成的點，使用NurbsCurve.ByPoints節點生成NurbsCurve。基于前面所創建的NurbsCurve，使用Surface.ByLoft放樣生成平面。通過這個平面創建UV點陣面，利用Dynamo中的Number Slider滑塊節點將UV參數的數值添加到可視化編程接口中，通過添加可控參數，用戶可以根據實際情況對UV網格進行調整。

第4部分：該部分只用到了一個節點，便是Python Script。Dynamo中的Python Script節點，可以通過Python語言的輸入，來實現對數據更高效、更精簡的處理。即利用Python Script實現點陣曲面所有的點按4個一組進行劃分，程序代碼如下：

Import clr

clr. AddReference（‘ProtoGeometry）

from Autodesk.DesignScript.Geometry import *

#該節點的輸入內容將存儲為IN變量中的一個列表。

dataEnteringNode =IN

data=IN[0]#將輸入的數據賦予到變量data中

result=list（）#創建一個用以裝載結果的空列表

for i in range（len（data）-1）：#遍歷每條線

current_ line=data[i]#當前的線

next_ line=data[i+1]#下一條線

for k in range（len（current_line）-1）：#獲取線上的每一個點

node=list（）#嵌板點組

#將點按4個為一組劃分

node. append（current_ line[k]）

node. append（current_ line[k+1]）

node. append（next_ line[k+1]）

node. append（next_ line[k]）

result. append（node）

#將輸出內容指定給OUT變量。

OUT=result

第5部分：僅有一組節點。利用自適應構件的自適應能力，將在Revit中建立的自適應四邊形幕墻嵌板作為familyType輸入AdaptiveComponent.ByPoints節點中，使嵌板一一附著在一組4個的點陣上，曲面幕墻便生成了。

圖3為一層曲面幕墻的最終模型。

2.3.2.2 ?二層曲面幕墻的建模

二層曲面幕墻與一層的相比，多出一個半徑為19 700.0 mm一段圓弧所形成的曲面，具體的建模流程參考一層曲面幕墻的建模。

2.3.2.3 ?其他部分的建模

該建筑除幕墻建模以外的部分，比如墻、窗戶、門、柱等構件類型在Revit軟件中搭建，最終該建筑的整體模型效果圖如圖4所示。

3 ?建模分析

對該高校建筑物項目來說，整個建模過程基于Dynamo及Revit軟件，通過在Dynamo中不同節點的排布在Revit中建立了曲面幕墻的模型，實現了模型的參數化創建。以下是對建筑的建模思路以及使用Dynamo+Revit優勢的闡述。

（1）該工程是通過Dynamo+Revit相結合來實現的，二者相輔相成，其優勢則顯現了出來，主要體現在以下幾點：1）在Dynamo拾取了Revit中建立的模型線，也可拾取Revit中的其他元素。并且可以瀏覽可輸入格式的文件，具有強大的信息交互、傳遞及管理功能。2）在Dynamo利用自身節點可驅動在Revit中生成曲面幕墻模型，兩者的數據相關聯。3）通過Dynamo建立曲面幕墻模型，保存該模型的Dynamo邏輯算法的文件，并且可以多次通過文件修改模型，不需要重新建立模型。而且修改相關的參數，便能驅動Revit生成新的模型，大幅度提高了建模的效率。另一方面，可以逐漸積累各種邏輯算法模塊，這便于在其他后續項目中繼續使用。

（2）在Dynamo工作界面中調用了大量的Dynamo節點，節點連接看似繁瑣，但梳理清需求，明確輸出結果，就能夠形成一個完整的思路和方法。本文曲面幕墻的建立就是根據Dynamo中“點線面體”的思想來實現的。其過程為：1）獲取指定參數處模型線的點。2）使用點生成曲線的節點生成曲線。3）采用線生成面的節點放樣生成曲面。4）將在Revit中建立的自適應嵌板族附著在曲面上便生成了曲面幕墻的三維模型。Dynamo中點線面體的節點劃分如表1所示。

4 ?結 ?論

本文基于Dynamo的參數化和可視化程序結合的實施方法，對曲面幕墻的建立及應用展開了探索，解決了曲面幕墻造型新穎卻建模困難等問題，具備多次修改無需重復建立模型的優勢，有效地提高了建模的效率，為曲面建筑幕墻的設計提供了一種新的思路。相信在不遠的將來，Dynamo獨特的邏輯規則會應用到更廣泛的工程領域中。

參考文獻：

[1] 王茹，權超超.公路立交BIM參數化快速精確建模方法研究 [J].圖學學報，2019，40（4）：766-770.

[2] 杜一叢，王亮.基于BIM參數化在橋梁工程設計階段應用初探 [J].建筑結構，2019，49（S2）：972-978.

[3] 吳生海，劉陜南，劉永嘵，等.基于Dynamo可視化編程建模的BIM技術應用與分析 [J].工業建筑，2018，48（2）：35-38+15.

[4] 李海峰.基于Revit參數化設計在實際項目中的應用 [D].江西：南昌大學，2019.

[5] 楊勇.BIM技術在異形GRC幕墻工程中的應用 [D].濟南：山東建筑大學，2018.

作者簡介：吳開興（1962—），男，漢族，陜西澄城人，教授，碩士，研究方向：智能信息處理;馬文妙（1994—），女，漢族，河北保定人，碩士研究生，研究方向：三維信息處理;苗雪菲（1995—），女，漢族，河北武安人，碩士研究生，研究方向：信息系統。