Dynamo在土木水利教學與科研中的應用

徐 詠，舒 鵬，舒 波，馬 奔，屈鈺森，彭德坤

(1.西華大學 建筑與土木工程學院，四川 成都 610039；2.中國五冶集團有限公司，四川 成都 610081)

0 前 言

Dynamo是基于Revit的參數化設計的輔助工具，它可以實現Revit自身無法實現的功能。在Revit2019版本及以前，Dynamo均是作為Revit并行的軟件出現，擁有獨立的快捷圖標；Revit2020版本開始，Dynamo直接并入Revit程序中，說明其使用頻率日漸升高，且與Revit的結合更加緊密[1]。

Dynamo是一種編程工具，它通過“電池”之間的相互連接建立聯系，從而達到定義關系和創建算法的目的，它的程序足夠靈活，可以跨行業規程進行使用。使用Dynamo“電池”的時候，使用者即成為程序員，想要成功地利用Dynamo進行參數化應用，關鍵點在于充分掌握這個程序的工作方式，并且需要在編程前建立一個清晰的規劃過程[2]。

Dynamo區別于諸如C++等編程軟件的一大特點是前者屬于可視化編程，能夠一定程度上回避軟件對使用者機器語言能力的要求，故大大降低了使用門檻；而因其往往與Revit相伴使用，則要求使用者對Revit識圖等實踐方面有一定的認知。綜上所述，要使用Dynamo進行可視化編程，需要使用者在理論及實踐上有一定的儲備,故Dynamo的教學更適合研究生階段開設[3-4]。

1 土木水利發展過程及現狀

以某高校土木學院的土木水利學科發展為例，該校2011年開始招收“建筑與土木工程”專業學位研究生。此期間，“建筑與土木工程”專業學位兩年畢業，“土木工程”學術學位三年畢業，除此之外，兩者幾乎毫無差別。2013年，因為諸多高校反映兩年無法完成研究生培養工作，“建筑與土木工程”專業學位改為三年畢業。

2018年，為了體現專業學位的特點。該校特設專業型研究生專業實踐環節(6～8學分)，首次提出實行校內外雙導師制：一位來自校內具有較高學術水平和豐富指導經驗的導師(簡稱校內導師)，一位來自企業具有豐富工程實踐經驗的專家(簡稱行業導師)。在整個培養過程中，校內導師承擔主要指導責任，承擔研究生的課程學習、學位論文選題(會同行業導師)、開題報告、學位論文理論部分的指導等工作。行業導師主要承擔專業學位研究生3～4學期在工程技術實踐與工程管理實踐中的能力培養、學位論文選題及學位論文實踐部分的指導等。通過專業實踐環節的劃分，專業學位研究生的實踐能力得到了大大加強。

2019年，應教育部要求，“建筑與土木工程”專業學位統一改名為“土木水利”，該方向培養要求明確為：具有獨立從事符合可持續發展戰略的土木水利規劃、設計、施工和管理的能力；掌握解決土木水利問題的先進技術方法和現代技術手段，具有獨立擔負工程技術和工程管理工作的能力。課程學習須按照培養計劃嚴格執行，其中公共課程、專業基礎課程和選修課程主要在培養單位集中學習，校企聯合課程、案例課程以及職業素養課程可在培養單位或企業開展。在此背景下，該校進一步明確：對于工程類碩士專業學位研究生，畢業論文選題需要在一定實踐經驗基礎上，應來源于工程實際或者具有明確的工程應用背景。

2021年，為規范對專業學位研究生的管理，該校專門出臺《**學校專業學位研究生培養工作規定(試行)》、《**學校全日制專業學位研究生專業實踐專項經費使用管理辦法(試行)》等辦法，以統籌對專業學位研究生的管理。至此，該校“土木水利”研究生學科形成了鮮明的“實踐”特點，并在學校層面得到了系統的管理[5-7]。此期間該校土木工程學院全日制專業學位研究生招生情況見圖1。

從圖1可知，隨著學校政策的重視和學院管理的加強，土木水利的招生情況日益突出。

圖1 土木工程學院全日制土木水利專業招生情況

2 可視化編程在教學中的使用

為對可視化編程在土木水利研究生中的教學進行試點，學院安排一位導師以小班教學形式開展了可視化編程的教學工作：以該導師的學生為主要試點對象，以組會的形式對可視化編程進行教學和探討。教學時間為研究生第一學期每周二晚上9～10節，合計40學時。教學內容分為三大部分。

1)Revit基礎知識教學。鑒于可視化編程對Revit基礎操作有一定的要求，在教學的開始階段，導師主要以Revit的操作教學為主，導師使用20學時時間對Revit軟件的建模、建筑設計方面進行全面地教學，以提升學生對軟件的熟悉程度[8]。

2)Dynamo可視化編程教學。熟悉了Revit的相關操作后，導師即進入可視化編程的教學活動中。導師以3～5個實踐案例為主，以10學時時長講述可視化編程的設計過程和邏輯概念[9]。

3)研究生進行可視化編程操作。待研究生對Revit和Dynamo均有一定掌握后，則以一個實際工程為案例，以10學時時間指導研究生獨立完成一套完整的程序。以程序的可操作性、完整性、計算速度等作為該門課程的考核指標對研究生進行考察[10]。

經過一學期的教學試點，研究生均能夠達到熟練使用Dynamo的教學目的，并且考察成績均在90分以上，說明可視化編程的教學不僅大大增強了學生對Revit和Dynamo的熟練程度，使學生在該方向具有較為扎實的理論儲備，而且大大增加了學生的學習興趣，教學后期來聽課的學生達到了10人，而且調查時發現學生開始自發使用可視化編程進行日常生活和科研的程序開發。這說明基于Revit的可視化編程能夠在土木水利學科的教學中發揮了較大作用。

3 可視化編程在科研中的使用

在對研究生進行了一學期的可視化編程教學工作后，第二學期即要求學生通過可視化編程的實操進行科研工作。導師對研究生科研的方向及研究生取得的成果如下。

1)Dynamo在《建筑設計防火規范》(GB 50016—2014)等規范中的應用。通過Dynamo進行程序設計，將以《建筑設計防火規范》(GB 50016—2014)為主的規范的若干強條轉化為程序語言。使用程序語言對施工圖中的防火、建筑等各種設計進行自動比對，對不符合強條的地方進行高亮顯示。最終形成能夠對施工圖中防火、建筑等各種設計進行自動比對的程序族，從而達到減少人工審圖帶來的人力資源浪費、審圖錯誤的效果。目前，該科研內容依托的項目《基于Dynamo的防火規范強條自動比對程序開發》已獲到位經費16萬元，在該項目支撐下，研究生已經完成《建筑設計防火規范》(GB 50016—2014)中5～7章強條的程序設計(程序界面見圖2)；基于程序設計共完成并發表論文2篇[11-12]。

圖2 建筑設計防火規范程序設計界面

2)Dynamo在停車場設計中的應用。在已有不規則地下停車場建筑圖的前提下，研究生通過程序開發自動計算各種布置條件下地下停車場的最大車位數，并最終得到以最大車位數為最優解的地下停車場車位布置方案。通過該程序設計不僅極大程度節約了人工和時間，使得足不出戶進行車位布置成為現實，更重要的是研究生發現最優解比最差解多出了300個車位，這為地產開發商帶來了極大的經濟價值。

3)Dynamo在場地平整、挖填方中的應用。首先將場地信息數據輸入Revit軟件中建立場地3D模型，然后通過程序開發計算場地最經濟挖填方方案，該科研內容依托的項目《Dynamo在民用建筑設計中的使用》已獲立項并得到到位經費45萬元。

綜上所述，在可視化編程的指導下，導師及土木水利研究生已經完成并見刊論文2篇、立項科研項目2項(到位經費61萬)、服務企業2項(其中1項帶來極大經濟效益)、一位研究生的畢業論文也以可視化編程開題，說明可視化編程能夠在土木水利研究生的科研培養中起到很大作用。

4 結 語

基于Revit的可視化編程不僅能夠單獨作為一門課程對土木水利研究生開課，起到課程創新、提升學習積極性、滿足多學科交叉融合等效果，而且能夠大大提升土木水利研究生實踐、科研水平，使其能夠理論聯系實際，完整達到專業碩士的培養要求。說明基于Revit的可視化編程在土木水利學科的教學與科研中具有廣闊的應用空間。

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