基于Dynamo的雄安园林绿化植物模型创建方法研究.pdf

第 15 卷 第 4 期2023 年 8 月Vol.15 No.4Aug.2023引言近年，在国家相关 BIM 政策的推动下，以及国家和地方 BIM 标准的颁布，BIM 应用目前已呈“百家花开之态”1。所谓的“BIM 实施”已不是停留在软件应用层面，而是以“工具化”方式融进工程实际工作流程中2。雄安新区用 BIM 技术打造建造数字化底座，以物联网+BIM 方式，打通建筑设备数据和 BIM 模型静态数据，解决建筑业信息孤岛问题。BIM 模型作为底层的数据基础，其信息准确性尤为重要3，所以要确保模型数据精准且无遗漏，挂载信息完备4。雄安新区也将 BIM 技术应用于园林项目中，金湖公园中央湖区项目中应用 BIM 工具实现古建、景观桥和小品等模型创建，根据施工需求积极调整植被景观、园林夜景和灯光布置5。本文以雄安起步区北部绿化带（三至五团组）项目施工总承包三标段项目为例，项目实施过程中绿化植物模型创建自身为园林 BIM 实施的痛点，植物自身数量庞大，植物模型的面数据量巨大，可以直接定性为人工手动模型创建已无法满足园林项目实施要求6。为解决绿化植物模型创建难题，采用 Dynamo 开源可视化编程软件，自主创新研发园林绿化植物模型创建方法，为确保整体项目实施提供有力保障。1 项目概况 启步区北部绿化带(三至五组团)项目施工总承包三标段项目位于雄安新区容城县内，东临白沟引河，西至NA11路，北临荣乌高速容城段，南至规划EA1路，启步区北部绿化带(三至五组团)项目施工总承包三标段建设规模 302.152 公顷，工期 2021 年 10 月 15 号至2022 年 6 月 30 日，园林绿植面积广域，体量庞大。乔灌木数量为 108 132 株，灌木地被面积为 2 897 248 平方米，如图 1 所示。本项目园林绿化植物在设计图纸上有三种表现形式。第一种为乔灌木以精准点位体现在总图上；第二种为乔灌木依据给定种植边界范围和种植间距计算获基于 Dynamo 的雄安园林绿化植物模型创建方法研究刘明英刘明英1 1 杜明君 杜明君1 1 邓勇 邓勇1 1 李丹洋 李丹洋2 2 彭云飞 彭云飞3 3 刘思雨 刘思雨3 3（1.北京城建集团有限责任公司，北京 100088；2.北京华筑建筑科学研究院有限公司，北京 100176；3.北京工业大学 城市建设学部，北京 100124）【摘 要】【摘 要】为满足雄安新区在园林绿化工程 BIM 技术实施中做出的细度要求相关规定，针对本项目园林绿化植物在设计图纸上的三种表现形式，本文自主创新研发了三种不同的技术路线，并利用 Dynamo 开源可视化编程软件的可视化编程脚本，研究了三种制作园林绿化植物方法，保证了精准定位和高效模型创建。望本篇论文中的研究方法对其他园林工程项目的绿化植物建模实施具有借鉴意义。【关键词】【关键词】园林景观；绿化植物；BIM；Dynamo【中图分类号】【中图分类号】TU17 【文献标识码】【文献标识码】A 【文章编号】【文章编号】1674-7461（2023）04-0078-06【DOI】【DOI】10.16670/11-5823/tu.2023.04.13【基金项目】教育部工程管理和工程造价专业教学指导分委员会课程思政专业研究项目“基于 XR 技术的国家重点工程进课堂”（编号：CMPC202129）;住房和城乡建设部软科学研究项目：建筑信息与区域信息多尺度耦合研究与实践（编号：2017-R3-005）【第一作者】刘明英(1988-)，男，经济师，主要研究方向：工程施工与工程信息化。【通信作者】邓勇(1982-)，男，助理工程师，主要研究方向：工程施工与工程信息化。79基于 Dynamo 的雄安园林绿化植物模型创建方法研究取点位数据；第三种地被给定边界范围。针对设计图纸三种表现形式自主创新研发三种不同的技术路线，应用于园林绿化模型创建工作任务中。图 1 北部绿化带三标段项目平面图2 精准点位植物模型创建方法研究2.1 选用方法适用条件乔灌木在设计图中给定具体点位位置，依据点位准确放置完成，如图 2 所示。图 2 乔灌木具体点位图纸2.2 技术路线本文采用精准点位植物模型创建的技术路线，如图 3 所示。图 3 精准点位植物模型创建技术路线图2.3 具体方法实施乔灌木植物模型创建实施有五个步骤。（1）乔灌木具体点位数据提取依据图纸所给乔灌木点位，提取 CAD 点位数据，乔灌木具体点位数表单如图 4 所示，在确保单位精度的前提下完成坐标数据转换，为后续程序脚本提供准确数据基础。图 4 乔灌木具体点位数表单（2）读取并整理点位数据在 Dynamo 中使用 Data.ImportExcel 读取乔灌木具体点位数据，并通过 List.Transpose、List.RestOfItems等节点处理数据，如图 5 所示。图 5 读取并整理点位数据程序脚本（3）绝对坐标转换为相对坐标绝对坐标转换为相对坐标是程序计算重中之重。雄安新区规建 BIM 管理平台信息挂载手册明确提到雄安的项目基点区间定位须满足：X467896492.000528398386.500Y4285085836.1004337534894.200由于提取的乔灌木具体点位数据为绝对坐标值。故将灌木具体点位坐标值减去项目基点坐标值，从而转换为相对坐标，确保植物定位满足雄安项目定位的硬性规定。（4）创建族实例在程序中调用植物族文件，再根据相对坐标点位数据，程序可以批量且快速创建植物族实例模型，如图 6 所示。图 6 数据列表整理程序脚本（5）族实例拾取主体整体地形数据量过大，读取进入 Dynamo 中会导致软件崩溃，所以以程序完成步骤无法做到点位投影。从软件承载计算和操作简化角度出发，植物族一键式拾取地形为主体，将植物放置于地形上，完成精准点位植物模型创建，如图 7 所示。图 7 精准点位植物模型创建完成截图2.4 方法优势与弊端2.4.1 优势80（1）精准点位植物模型创建方法为完全自主创新，通过项目实践经验总结而形成；（2）传统“逐个点击式”模型创建无法满足项目需求，此方法可以快速、精准创建一种植物类型模型。2.4.2 弊端（1）前期点位数据提取工作量大，同时需要两人以上做数据复核，确保数据源准确；（2）此方法目前只可以实现一种植物类型模型创建。多种类型植物做精准点位计算会导致程序计算崩溃，需要后期优化算法，增强程序适用性。3 边界范围内计算植物模型点位方法研究3.1 选用方法适用条件乔灌木在设计图中给定种植边界范围，依据边界范围、株行间距和种植数量计算点位位置，完成模型放置，如图 8 所示。图 8 乔灌木种植边界范围图纸3.2 技术路线乔灌木边界范围内计算植物模型点位技术路线如图 9 所示。图 9 边界范围内计算植物模型点位技术路线图3.3 具体方法实施乔灌木边界范围的模型创建有五个步骤。（1）边界范围图纸简化创建模型线图纸中种植范围为修订云线绘制，需要将其简化为直线且边界闭合。利用 CAD.CurvesFromCADLayers节点，将简化的边界范围转化为 Revit 模型线图元，为后续程序提供边界范围依据，如图 10 所示。图 10 创建边界范围模型线（2）计算并筛选种植点位数据将闭合种植边界范围形成面，根据株行间距、种 植 数 量 进 行 面 的 UV 网 格 划 分，利 用 Surface.PointAtParameter 节点计算得出的点位，会出现边界范围外，通过 Point.Project、List.Clean、List.Count 等节点清除边界范围外的点数据，确保范围内的点位数据满足种植数量，如图 11 所示。图 11 筛选范围内的点位数据（3）读取切分地形模型并转化为多边形曲面由 于 整 体 地 形 数 据 量 过 大，无 法 读 取 进 入Dynamo，需要将地形模型切分再读取。地形模型为Mesh 曲面，利用 Mesh.ToPolySurface 节点将 Mesh 曲面转化为多边形曲面，如图 12 所示。图 12 读取地形模型转化为多边形曲面（4）点位坐标投影至地形表面将筛选范围内的点位数据以 Z 轴方向投影至地形的多边形曲面，直接将点位数据赋予正确高程值。（5）批量创建族实例程序调用植物族文件，根据投影得出点位数据，批量创建植物族实例，使单个边界范围闭合区域内的乔灌木植物模型快速创建完成，如图 13 所示。图 13 边界范围内计算植物模型创建3.4 方法优势与弊端3.4.1 优势（1）边界范围内计算植物模型点位方法为完全自主创新研发；81基于 Dynamo 的雄安园林绿化植物模型创建方法研究（2）传统“逐个点击式”模型创建无法满足项目需求，此方法可以快速、精准计算出植物点位，创建单个边界范围闭合区域内的一种植物类型模型。3.4.2 弊端（1）前期种植范围修订云线简化直线工作量大，直线数量越多越贴近边界范围；（2）此方法目前只可以实现单个边界范围闭合区域内的一种植物类型模型创建。需要多次运行程序完成。4 地被模型创建方法研究4.1 选用方法适用条件地被模型创建不再采用放置植物族模型。因为地被植物模型面数据量巨大，目前现有 BIM 建模软件技术和电脑硬件无法完美实现整体园林灌木地被的三维表达。经所多次尝试，选用软件楼板命令绘制。4.2 技术路线地被模型创建的技术路线如图 14 所示。图 14 地被模型创建技术路线图4.3 具体方法实施地被模型创建有下面三个步骤。（1）创建地形子面域，获取高程点数据图纸中地被边界线型简化，将边界数据交互至Dynamo 中，再利用 SuperJoin-ArchiLab、List.Flatten、PolyCurve.Curves 做到每组闭合线型的列表数据分组，实现地形子面域创建并直接计算出地形子面域高程点数据，如图 15 所示。（2）地被范围内生成楼板实例经 PolySurface.UnconnectedBoundaries 节点获取子面域轮廓线，再将其拍平在 XY 平面上，如图 16 所示。这样可以直接将子面域边界应用于地被楼板边界。程序读取图纸地被文字标注，作用于复制不同地被楼板类型，依据中国雄安集团建设项目 BIM 技术标准-园林分册（四分册），创建地被材质，赋值地被楼板材质和厚度，如图 17 所示，在地被边界范围内创建对应的地被楼板实例。图 15 创建地形子面域图 16 获取地形子面域轮廓线且拍平在 XY 平面图 17 依据雄安标准进行地被材质创建且赋值材质、厚度（3）地被楼板修改子图元依据地形子面域高程点，修改地被楼板子图元。其中地被楼板和地形子面域边界线必须一致，确保地被楼板子图元修改成功，使地被楼板紧贴地形，如图18 所示。图 18 地被模型创建完成截图4.4 方法优势与弊端4.4.1 优势（1）地被模型创建方法为完全自主创新研发，且通过项目实践可行；（2）楼板命令创建地被模型，可以完全适用雄安集团建设项目 BIM 标准，符合信息内容和模型细度要求。同时可以依据设计要求，批量创建对应地被植物类型的楼板实例，并直接利用程序快速调整楼板子图元，使楼板贴合地形。4.4.2 弊端（1）此方法目前依然需要对地形模型分块处理，不能实现整体园林地被模型创建；（2）单个边界范围闭合区域内只能有一种地被楼板出现。模型信息只可以按照边界范围内的楼板添加属性信息，不能按照单株植物添加。825 手动与 Dynamo 可视化编程创建园林绿化植物的效率、出错率对比分析依据三种雄安园林绿化植物模型创建方法，同时分别利用项目各 1/5 的园林绿化面积做手动模型创建(如图 19 所示)和 Dynamo 可视化编程模型创建（如图 20 所示）的实际工期数据推算。根据模型创建难度，分别从精准点位模型创建、边界范围内计算植物模型点位、地被范围内生成对应类型楼板实例和地被楼板修改子图元做到地被楼板贴地形四个方面进行数据量化分析，并绘制创建模型效率对比分析图（如图 21 所示）和模型错误修正对比分析图（如图 22 所示）。可依据数据和分析图得出Dynamo 模型创建效率远高与手动模型创建，同时出错率大大降低，减少视图控制难、少改、漏改等现象，提高了效率，保证了模型质量。图 19 手动创建园林绿化植物模型工期图 20 Dynamo 可视化编程批量创建园林绿化植物模型工期图 21 手动与 Dynamo 可视化编程批量创建园林绿化植物模型效率对比分析图图 22 手动与 Dynamo 可视化编程批量创建园林绿化植物模型错误修正对比分析图6 结论启步区北部绿化带(三至五组团)项目施工总承包三标段项目园林绿植面积大，乔灌木种类和数量众多，模型面数据量巨大。采用 Dynamo 可视化编程技术解决模型创建痛点。将繁重的重复性工作智能化计算、自动化完成7。针对本项目应用总结为以下两点：（1）模型创建高效。可以做到与图纸数据交互，根据图纸数据直接精准计算植物放置点位。可以直接复制地被楼板类型，将创建的地被楼板直接匹配地被类型。将复杂、耗时的人工手动创建替换为程序脚本批量化创建完成，从而节省工期和节约成本。同时编制好的程序脚本保存好，可以应用到类似项目中，节省编程时间8；（2）程序过程可视化。Dynamo 是以块和流的展现方式体现，可以将每一个电池节点的运算结果直接显示。在编程过程中方便数据列表查看和过程查错9。本工程项目为满足三种技术路线不仅引用 Dynamo外部节点包，同时编写 Python 代码解决技术问题。未来会继续优化程序脚本通用性，并且将此篇文章涉及技术路线应用到国产 BIM 软件平台或其他国外 BIM 软件平台中10。望本篇论文中的研究方法对其他园林工程项目实施具有借鉴意义。参考文献参考文献1 陈 凯.BIM 技 术 在 园 林 景 观 规 划 的 应 用 J.居舍,2022,(04):106-109.2(德)安得烈亚斯卢卡,郭湧.智慧 BIM 乔木模型：从设计图纸到施工 现场 J.中国园林,2020.36(9):29-35.3 黄志超.BIM 技术在风景园林工程项目中的应用研究D.华南理工大学,2017.4 瞿树昊,肖湘东.基于Revit软件的园林工程应用研究J.城市建筑,2020,17(26):127-128.5 刘 润 之,刘 明 英,王 建 伟.BIM 技 术 在 雄 安 新 区金 湖 公 园 项 目 的 应 用 J.土 木 建 筑 工 程 信 息 技术,2022.14(1):112-118.6 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,2015,9(11):105-110.7 李 德 全.Dynamo for Revit 在 施 工 图 设 计 中 的 应用-门 窗 表、门 窗 详 图 J.土 木 建 筑 工 程 信 息 技术,2021.13(6):51-58.8 韩 继 宗.基 于 Dynamo 的 参 数 化 设 计 研 究 J.居业,2019,(12):36-38.9 吴樊,闫智,孔祥平.Dynamo for Revit 在基坑围护结构83基于 Dynamo 的雄安园林绿化植物模型创建方法研究Dynamo Based on Xiongan Landscape Plant Model Building MethodDynamo Based on Xiongan Landscape Plant Model Building MethodLiu Mingying1,Du Mingjun1,Deng Yong1,Li Danyang2（1.Beijing Urban Construction Group Co.,Ltd，Beijing 100088，China;2.Beijing Huazhu Building Research Institute Co.,Ltd.,Beijing 100176，China)Abstract:Since the garden project is located in the open space,greening plants is an important part of the garden landscape.For Xiongan New Area,this paper makes clear provisions in the implementation of BIM technology for landscaping projects,as well as fineness requirements for geometric information and attributes information of greening plant models from BIM3 to BIM5 stages.The huge number of green plants brings great challenges to the technical implementation of BIM engineers.It can be determined that manual placement and adjustment can no longer meet the normal model creation schedule,and even affect the delivery of the completed materials of the whole garden project.Based on Dynamo open source visual programming software,this paper uses visual programming scripts to describe three methods of making landscaping plants,while ensuring accurate positioning and efficient model creation.The research method in this paper may be extended to similar applications.Keywords:Garden Landscape;Green Plants;BIM;Dynamo建模中的应用J.土木建筑工程信息技术,2020.12(2):62-67.10 江施言.BIM 技术在智慧园林模型构建中的应用与探索J.智能建筑与智慧城市,2021(12):87-88.