【《基于Dynamo-Python的装配式建筑构件拆分方法概述》8000字】

基于Dynamo-Python的装配式建筑构件拆分方法概述目录TOC\o"1-3"\h\u14199基于Dynamo-Python的装配式建筑构件拆分方法概述 1153841.1基于规范图集的拆分原则与规则分析（AnalysisofSplitPrinciplesandRulesBasedonCanonicalAtlas） 1163671.1.1构件的拆分原则 1304421.1.2规范图集的构件拆分规则 2254441.2构件自动拆分的方法（PreparationforAutomaticSplittingofComponents） 379091.1.1Dynamo可视化编程语言 425681.1.2构件拆分的基本参数确定 6200551.1.3构件拆分框架与运算流程 851711.3构件拆分的实现（TheRealizationofComponentSplit） 12241861.3.1梁构件拆分的实现 12285501.3.2板构件拆分的实现 23251971.3.3墙构件拆分的实现 28装配式结构分为部分装配式和全装配式结构，这是根据建筑主体的结构是否全部采用预制构件进行拼装决定的。本文根据实际情况与目前的研究的内容，通过比较分析，选用的的主体结构是采用部分预制构件的装配式体系。根据此体系的特点，叠合梁、叠合板、内外墙板构件是本文研究的主要部分。1.1基于规范图集的拆分原则与规则分析（AnalysisofSplitPrinciplesandRulesBasedonCanonicalAtlas）装配式建筑的核心是将传统建筑主体通过分解成单个构件，像搭积木的方式来完成房子的建造。在装配式建筑中，要想达到此种效果，需要对主体结构进行分解成单个构件，再对构件进行分析，能够将构件进行拆分设计，使得构件能够满足流水加工的要求，构件可以由装配式构件生产厂家在工厂内进行制作加工，加工完成后运输至施工作业场地进行构件的拼接，并保证拼装完成的建筑质量满足各种规范的要求。1.1.1构件的拆分原则合理拆分的装配式构件不仅能够保证其本身几何尺寸以及钢筋布置等满足要求，而且还能减少现场作业的时间，同时减少湿垃圾的产生，保护环境。要确保拆分合理，就要对拆分的原则进行深入的研究与探讨，根据规范标准以及现场施工的经验，同时结合装配式建筑的特点，需要将设计人员、构件生产厂家、施工人员以及其他有关人员共同探讨构件的拆分准则。通过总结各方经验与相关标准规范，本文对拆分的总体原则主要概括为以下几点：构件拆分前应该充分考虑到构件受力的特点，要保证构件的受力要满足规范要求同时要合理规划。由构件布置生成的平面要保证其长度与宽度的比值满足要求，不能太大，同时要使得构件组成后的结构平面、整齐且匀称。拆分后的构件要尽量满足“少规格、多组合”，也就是说要尽量对构件进行优化整理，使得构件的拆分的集合尺寸尽量保证一致，对长度、宽度、厚度等可以进行归并的构件进行归并设置，可以减少预制构件的种类，方便后续的工厂加工以及能够减少现场施工构件的组合方式。构件拆分后要满足后续施工的需要，保证构件不会影响到其他构件的安装以及对需要走线或者穿管的构件要提前进行孔洞的开挖，防止在现场对构件造成破坏。在工厂加工完成后，需要对构件进行运输和吊装，所以在进行构件的拆分时候要方便构件的运输与吊装。预制构件最终是需要进行现场安装，在进行拆分的时候要考虑到方便构件安装的要求，同时要满足施工图的要求，方便现场施工人员核对预制构件以及进行构件的安装。1.1.2规范图集的构件拆分规则对于装配式建筑，我国政府与地方出台了一系列的规范图集开保证装配式建筑的结构的安全，对拆分工作来说，满足相应的规范与图集的要求，保证拆分的合理。根据现有的规范图集，对拆分的规则进行整理，为拆分工作的合理合规性做了保证。根据《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ1-2014）中的相关要求，对构件的高宽比以及长宽比做出了相关规定，如表2-1所示：表2-1结构布置规定Table2-1Structurallayoutregulations参数抗震设防烈度非抗震地区6度7度8度长宽比≤4≤4≤3≤5高宽比≤6≤6≤5≤5同样结合《桁架钢筋混凝土叠合板》（15G366-1）、《预制混凝土剪力墙内墙板》（15G365-2）中的相关要求，对梁的模数以及板的标志板宽等具体要求如下：表2-2模数与标志板宽Table2-3Structurallayoutregulations构件参数范围叠合梁模数800、1200、1600、2000叠合板标志宽度1200、1500、1800、2000、2400无洞口内墙板标志宽度2100、2400、2700、3300、3600根据《预制预应力混凝土装配式整体式框架结构技术规程》JGJ224-2010，对相对应的墙、板、梁、楼板、柱、楼梯等构件的拆分见表所示。表2-3构件拆分规则Table2-1Componentsplittingprinciple构件拆分位置要求距离注意事项预制梁梁跨中使用后浇带按灌浆套筒梁端梁纵向钢筋套管连接位置不宜小于梁高，不应小于梁高的一半柱网交点主梁按柱网拆分为单跨梁跨距较小时可拆分为双跨梁柱网交点次梁主梁间距拆分为单跨梁预制楼板任意位置拼接沿非受力方向划分单向叠合板尽量选择等宽拆分后浇带宜宽300mm，预制底板宽度一般不超过3m，跨度一般不超过5m，双向叠合板预制柱楼层标高处宜为1.9m阳台板、空调板结合梁独立预制楼梯按单块斜板预制，不带梯梁和休息平台预制楼梯端部在支承构件上的最小搁置长度应符合相应的要求1.2构件自动拆分的方法（PreparationforAutomaticSplittingofComponents）1.1.1Dynamo可视化编程语言本文采用Dynamo软件作为本次构件拆分的主要工具，Dynamo具有可视化的功能，对不懂得编程语言的初学者来说可以很好入手，而且在Revit上具有Dynamo的插件，能够快速的启动该程序，是Revit进行可视化编程的主要平台软件。Dynamo内嵌于Revit管理面板内，可以通过对软件的节点进行连接以及相关程序的编写进行参数化的生成，不仅提高建模效率，还能减少误差。Dynamo中的程序主要表现在节点内，如果需要修改程序，只需要对节点进行更换或者编辑节点，使之达到相应的功能即可。Dynamo能够弥补Revit建模的缺点，不仅能够对复杂建筑与构件进行快速建模，还能够对构件之间与构件自身的信息进行提取。Dynamo进行编程是通过其中的主要节点模块进行数据的输入以及过程的编辑，最后形成结果的输出，在Dynamo中进行编程，首先要对过程以及所需获得的结果进行探析，对需要获取的构件信息加以确认，选择合适的节点进行参数的获取，获取完成后通过数据处理节点完成相应的数据处理的功能，同时要对节点进行相应的处理，保证整个程序达到精简，不仅能够提高程序的运行速度，减少运行空间，还能够保证处理平台的稳定性，Dynamo在面板上的图标与位置如下图2-2所示：图2-1Dynamo面板界面Figure2-1DynamopanelinterfaceAPI是Revit上进行二次开发的主要利器，是可以对其他编程人员对Revit进行功能的拓展与创新，Dynamo中对此具有很多的编程节点，能够对Revit上的数据继进行可视化的访问和交互。通过对Dynamo中相关节点的使用，可以实现Revit软件内模型图元的创建、更新、删除等各种命令。每个节点都对应着不同的工作内容，相应的节点左边一般作为信息的输入端口，右边作为信息的输出端口，节点上方代表着该节点的主要作用，节点与节点之间通过线条进行连接，可以根据需求按照逻辑结构与工作流程进行不同节点的进行组合，使之能够满足需求。本研究中，部分相关节点的含义如下所示：表2-4相关节点含义Table2-4Relatednodemeaning序号节点图含义输入端输出端1选择Revit中的单个构件2选择Revit中的多个构件表2-2（续）序号节点图含义输入端输出端3设置构件的参数构件参数名称参数值修改后的构件4构件中参数属性获取构件参数名称参数值5结构构件中心线获取构件构件中心线6结构柱放置线段标高柱类型结构梁7结构梁放置线段标高梁类型结构柱Dynamo中还可以通过第三方语言对节点进行自定义的开发，满足用户个性化功能的实现。本文研究的内容中，对Dynamo中的自定义节点采用Python语言来完成相关节点的开发，Python能够直接在Dynamo的相关节点中进行代码的输入与编写，通过Python可以将Dynamo的相关节点转换成代码的形式进行表达，可以使得过程更加简洁。本文对Python的运用在后文中会进行相关功能的阐述与表达。1.1.2构件拆分的基本参数确定在进行构件的拆分工作前，根据项目实际需求，同时要满足预制率的要求，实行拆分的工作。首先对主体结构进行分析，确定需要进行预制的构件，对构件进行归类，区分于需要进行现场浇筑的构件，方便后续对构件进行拆分以及预制率的统计等工作。针对本问研究的相关内容，拟对项目进行拆分的构件分类主要如图2-2所示：图2-2预制构件与现浇构件Figure2-2Prefabricatedcomponentsandcast-in-placecomponents对预制构件和现浇构件进行明确后，本文根据《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ1-2014）中的相关要求，在进行拆分前，需要完成以下工作内容：对预制构件要根据其自身结构特点进行模数的确定，要做到尽可能的模数化处理构件；但是对一些特殊的构件无法进行模数化的处理的同时，要考虑其特殊因素，比如需要进行开洞的构件。图2-3模数与标志板宽的范围Figure2-3Modulusandsignboardwidthrange对长宽比以及高宽比的设定要提前思考如何满足要求下对构件进行合理的拆分，同时保证在利用BIM技术的支持下，通过可视化的方法，如何高效的对构件进行处理。在Revit中，模型是通过基本的图元元素构建而成，通过使用Dynamo中的相关节点可以实现对构件信息的获取，本文采用的拆分方式是通过多种方法与应用平台结合使用，主要是根据梁、板构件各自的特点对构件几何尺寸进行修改，达到拆分的目的。对预制墙板则采用提前拆分的方式，方便在钢筋的参数化生成时对几何尺寸信息进行获取。1.1.3构件拆分框架与运算流程根据构建的拆分原则对构件进行拆分，在此过程中上不能只局限于构件的拆分，还要考虑构件的施工以及构件间的连接方式和工程加工的要求等。本文采用的BIM技术平台是Revit软件，结合Dynmao与Python语言，使得能够自动对构件进行拆分。主要框架图如图：图2-4构件拆分框架Figure2-4Componentsplitframe总体框架中主要注意以下几点：对Revit模型进行建立的过程中要保证模型构件的几何参数与钢筋参数完整准确，可以通过计算软件对其进行结构分析与计算后进行模型的导入，保证原始模型的准确。在进行构件拆分的过程中，需要对构件的拆分尺寸进行合理规划，确定好构件的拆分模数选择，拆分模数能够对构件的数量以及类别起到很重要的影响，与此同时要考虑到构件的加工与构件安装时的需求，满足并方便构件进行运输和吊装。各构件的提取原理与要求各不相同，要对不同的构件进行相对应的拆分方式的确定。对梁和板的采用Dynamo结合Python对整个梁、板进行拆分，对墙板采用通过计算出拆分尺寸然后进行相应模型的建立，并对其进行信息的提取，来保证后续钢筋的建立与生成。根据Dynamo与Revit的软件特点进行交互，在Dynamo中进行构件的编辑流程主要分为三个步骤，分别是构件信息的输入、构件信息的获取与修改以及新构件的输出。其流程如图2-5所示：图2-5Dynamo构件拆分流程图Figure2-5Dynamocomponentsplitflowchart1.3构件拆分的实现（TheRealizationofComponentSplit）1.3.1梁构件拆分的实现（1）叠合梁的截面尺寸要求与族文件建立根据《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ1-2014）对叠合梁的相关规定7.3.1中，叠合梁的截面类型需要采用以下两种方式，在软件中建立相应的叠合梁的截面族文件，同时对建立的梁截面族还要满足其尺寸集合约束条件，方便后续进行梁的建立。图2-6梁截面的相关规定Figure2-6Relevantregulationsforbeamsection（2）确定梁的拆分方案完成梁截面的族文件建立后，我们还要对梁构件进行拆分方案的优化设计，尽可能的减少拆分后梁的类型和种类，同时在保证项目的整体预制率的条件下还要满足生产与施工的要求，通过与各方单位进行讨论分析后，对梁的拆分方案需要满足以下要求，如图2-7所示：图2-7梁的拆分方案Figure2-7Beamsplittingplan对梁构件进行拆分的表达式为：其中Lxjl表示现浇梁的长度；Ldhl表示叠合梁，长度范围为模数的要求取值；Lhjd为表示后浇带的长度，取值范围为后浇段的宽度。（3）梁的长度计算与优化流程通过对后浇带的宽度进行调整，可以使得预制的叠合梁的尺寸进行调整，尽量减少叠合梁的种类，方便构件的加工。后浇带的宽度区间的确定是根据构件加工的厂家中节点连接的灌浆套筒的尺寸来设定，同时考虑预制率的情况下不宜过宽。对梁拆分的长度计算的流程图如下所示：图2-8梁拆分长度计算流程Figure2-8Calculationprocessofbeamsplitlength在梁的拆分优化流程中，主要是对通过判断后浇带的长度来对叠合梁的长度进行计算。本次运行流程主要有三次判断，首先是通过对模数的输入，如果后浇段满足要求，那么就可以直接输出叠合梁的长度；如果不满足要求，那么进行第二次判断，叠合梁的长度减去200mm，两端叠合梁的长度共减去了400mm，再次校核后浇带是否满足要求，如果还不满足要求，直接将叠合梁的长度减去后浇段的最小值得到叠合梁的长度。通过Dynamo进行拆分长度的计算实现，节点运行流程以及转化为Python代码如图2-9所示（可见附录第1点）：图2-9梁拆分长度计算及Python代码Figure2-9BeamsplitlengthcalculationandPythoncode在完成梁构件的长度计算后，通过对后浇段与叠合梁长度进行人工再次调整优化，使得叠合梁的类型最少，方便工厂加工。（4）叠合梁的拆分端点坐标的确定通过对现浇梁的长度进行优化后，接下来就是对是对现浇梁进行叠合梁的转化的工作，对叠合梁的坐标获取的Dynamo流程如图所示：图2-10获取梁两端坐标Figure2-10Getthecoordinatesofthetwoendsofthebeam如果没有正常获取到数据，需要查询Revit中插件命令是否安装完整，本次过程获取是通过RevitLookup对构件的信息进行获取，该插件在面板上的附加模块部分，如图所示：图2-11RevitLookup面板界面Figure2-11RevitLookuppanelinterface通过选择该命令按钮的SnoopCurrentSelection，如图2-12所示；可以发现命令框上具有“Location”，点击后会在面板上发现“Startpoint”和“Endpoint”，本次过程就是通过此次信息的获取来得到梁的坐标。图2-12SnoopCurrentSelection界面信息Figure2-12SnoopCurrentSelectioninterfaceinformation通过上述的相关工作，接下来是运用Dynamo进行叠合梁的参数化建立的过程，主要是对叠合梁的长度进行确定，以及叠合梁的两端坐标点的确定，通过点来确定叠合梁的具体的位置信息，在Dynamo中选择合适的节点对叠合梁进行参数化的生成。对梁的拆分示意图如图所示：图2-13梁的拆分示意Figure2-13Splittingofthebeam由上文可知，叠合梁在现浇梁中，本文采取的拆分方式是跨中拆分，所以对叠合梁来说，AB和CD两段的叠合梁长度是相同的，它们的长度分别是现浇梁的长度减去后浇段的长度所得数值的一半。在实际项目中，可以通过上述方式对梁的长度与后浇带的长度计算得出并进行优化后，在此基础上，沿着中心线的方向，叠合梁AB段的终点B长度就是叠合梁的长度，而叠合梁CD的起点C到A点的长度为叠合梁的长度加上后浇段的长度，计算得出B点和C点分别相对于A点（现浇梁起点）的相对距离。通过Dynamo进行运算如下图所示：图2-14端点相对距离计算Figure2-14Relativedistancecalculationofendpoints通过对B、C两点对A点的长度获取后，运用Dynamo下图中节点的命令还可以获取到其两点的相对的坐标信息，主要是根据现浇梁的位置信息以及所在的曲线进行坐标的转换进行，具体的Dynamo节点以及运行空间如下图所示：图2-15Dynamo节点释义1Figure2-15Dynamonodeinterpretation1图2-16获取端点坐标Figure2-16Getendpointcoordinates（5）叠合梁拆分的实现由于现浇梁上的各个坐标均已经获取完毕，接下来就是使用节点将叠合梁的坐标进行两两相连，保证其方向是现浇梁的中心线方向，同时对梁进行相关坐标点的获取。由于叠合梁的长度和后浇段的长度现在都已经明确，通过对节点结构梁放置的调用即可完成梁的建立，为了保证新建的叠合梁与原现浇梁保持底部在同一水平上，还需要对节点3进行调用，现浇梁的拆分流程图如下图所示：图2-17梁拆分流程Figure2-17Beamsplittingprocess在Dynamo中进行程序空间的设计如下图所示（可见附录第2点）：图2-18梁拆分及Python代码Figure2-18BeamsplitandPythoncode通过Dynamo的运行，在Revit中该梁的拆分如图所示：图2-19梁拆分结果Figure2-19Beamsplitresult1.3.2板构件拆分的实现（1）确定板的拆分参数与方案本文根据《桁架钢筋混凝土叠合板》（15G366-1）对现浇板进行拆分。现浇板其实在实际装配式建筑中是由预制板进行拼合得到的，在以往的对现浇板的拆分工作中，大部分是通过人工的方式进行板构件拆分的工作，人工进行板构件的拆分工作不但占用了较大部分的时间以及人力成本，而且准确性不能得到保证。本文通过对图集中构件的几何尺寸进行研究，拟定的拆分方案如图所示：图2-20板的拆分方案Figure2-20Splitplanoftheboard（2）获取板的边长参数方案确定后，首先要对板的边长进行获取，本文拆分的板的形状设定为规则的矩形。通过运用Dynamo软件中节点的组合使用，可以自动获取板的边长信息，在此过程中主要的流程是对构件进行获取，然后通过节点获取现浇板的面，然后获取现浇板的轮廓边界，最后实现对边长信息的提取后进行输出。具体运行图如图所示：图2-21板的边长获取及Python代码Figure2-21GetthesidelengthoftheboardandPythoncode在获取到的数据中，能够发现是4组数据，分别对应着矩形的四个边长，在此对现浇板的边长先进行设定，AB和CD为现浇板的长边，AC和BD为现浇板的短边。在标准图集中，可以发现边板的标志宽度是边板的实际宽度与板缝一半的长度再加上90mm，而中板的标志宽度为中板的实际宽度与板缝的距离相加。如图所示：图2-22板的拆分示意Figure2-22Splittingoftheplate（3）板边的拆分计算通过对现浇板的尺寸的获取以及对标志板宽与实际板宽的分析，对叠合板的拆分的个数与宽度的思路主要分为两个方面，第一，如果叠合板只有两块边板组成，没有中板，那么通过叠合板的尺寸的相互叠加进行拆分长度的判断，此时两块边板的宽度可以不一致。第二，如果现浇板存在着中板，那么就对两边边板的尺寸设置为同一宽度，然后对中板的拆分尺寸设置为一致宽度进行拆分的设计，叠合板的板边长度计算流程为：图2-23板边计算流程Figure2-23Edgecalculationprocess在板边计算流程图中，Lxjb表示现浇板的宽度，Ldhb代表叠合板的板边宽度，取值范围为上述中板的标志宽度。在此过程中，如果只有两块叠合板进行相互匹配无法满足板的板边宽度的取值要求，那么就只能在板缝中设置为400mm宽来进行板边的匹配。在通过板边的匹配完成后，通过节点可以直接输出匹配成功的数据出，减少了人工计算的麻烦，提高工作效率，下图为Dynamo中节点流程的空间运算（可见附录第3点）以及Python相关代码。图2-24Dynamo节点释义2Figure2-24Dynamonodeinterpretation2图2-25板边计算及Python代码Figure2-25EdgecalculationandPythoncode（4）实现板的拆分在现浇板拆分图中，根据AB的方向将拆分的叠合板进行排序，为B1、B2、B3依次往后，在对板的长度上，将边板的实际宽度对应的板宽为l1，中板的实际宽度为l2，板间之间的间距为d，那么可以通过点的偏移来找到各个叠合板的中心线上对应的点。那么将A点进行平移，则叠合板B1的中心线的上端点距离A点的距离为-10+l1/2，叠合板B2的中心线的上端点距离A点的距离-10+l2/2+l1+d，叠合板B3的中心线的上端点距离A点的距离为-10+3*l2/2+3*l1/2+d，中板距离以此类推，对应的另一边的中板距离就是将B点向BA方向进行移动距离为-10+l1/2。通过Dynamo进行流程的运算，如图所示：图2-26板中位线的计算及Python代码Figure2-26CalculationofthemidlineoftheboardandPythoncode对叠合板的起点进行平移完成之后，根据同样方式将叠合板末端的点同样进行平移，完成坐标点的构成。完成后，通过下方的Dynamo节点完成中心线的创建；再通过节点完成叠合板的创建，并将叠合板与现浇板底部保持在同一水平上即可。拆分完成的结构图以及流程图如图所示：图2-27Dynamo节点释义3Figure2-27Dynamonodeinterpretation3图2-28板的拆分流程Figure2-28Boardsplittingprocess图2-29板拆分结果Figure2-29Boardsplitresult1.3.3墙构件拆分的实现（1）确定墙板的拆分方案在墙板的建立过程中，由于墙板上需要预留门、窗等各类洞口，所以对此项构件采用部分预制的方式进行制作。首先要对预制墙板进行分析，通过对墙板的原始现浇构件进行获取，然后通过对墙板的提取原理进行总结，墙板的提取是