可视化编程Dynamo在土木工程专业教学中的应用

徐咏　屈钰森　舒波　张颖　刘烽　马奔

【摘 要】目前我国各大高校对Revit的教学越来越重视，但是大多教师主要将Revit作为建模和检测管线碰撞的工具，忽略了对编程的指导。而编程的教学是十分重要的，以土木工程中的设计和审图为例：我国的规程规范众多，对于有经验的工程师来说设计和审图过程相对轻松，但对于刚入职的设计人员来说难度极大;同时高校学生对现有规范以及规范更新的关注度更小，规范不熟悉、漏掉重要条款、规范理解不到位等都可能造成设计的返工甚至审图时的全盘否决。对于这样的情况，可通过Revit软件自带的可视化编程模块Dynamo开发自动审图程序，对设计自动判别并显示，从而达到节省人力、减少时间、节约资源的目的。在这样的背景下，将可视化编程引入土木工程专业的大学课程中是必要和迫切的。

【关键词】可视化编程; Revit; 教学改革; 土木工程专业

【中图分类号】G642.3【文献标志码】A

1 Revit在国内土木工程专业教学中的发展现状与局限

目前开设土木工程专业的高校对Revit越来越重视，各个学校均相继开展了Revit相关的教育和科研活动。据超星统计，目前高校对Revit科研贡献率最高的五所高校是同济大学、清华大学、华中科技大学、天津大学以及重庆大学，许多高校开设了Revit导论及相关软件的课程，但是教学整体滞后于科研[1]。高校对于Revit的应用局限主要体现在四个方面，第一，教学内容受限，很多老师将其简单的当作建模和检查管线是否碰撞的工具，禁锢了学生们的思维，极大限制了学生对Revit兴趣;第二，重视程度不够，大部分学生主要依赖自学，无法将相关课程以及工程项目与软件有机结合;第三，综合能力缺失，大多学生仅会机械的使用软件，这无疑是单一的，在校期间应该给与学生一定的工程经验、软件使用能力、将Revit当作创新工具以及共享平台的条件;第四，编程教学欠缺，Revit是和计算机高度结合的工具，要实现智能化建造与建筑工业化协同发展，对编程的学习是必不可少的[2]。

2 什么是可视化编程（Dynamo）

各种设计，尤其是土木工程的设计经常会涉及在设计的各部分之间建立视觉、系统或几何关系，大多数情况下，这些关系由工作流程制定，这些工作流程会通过规则让我们完成从概念到结果的输出，我们以算法方式定义一组循序渐进的操作，这些操作遵循输入、处理和输出的基本逻辑。通过编程，可以继续使用此方式，但要对算法进行形式化，可视化编程会透过图形（即可视化）让使用者通过图形界面定义程序的指令与关系，不受语法约束，将预先封装的图形节点连接在一起即可[3]，非常适合非计算机专业的学生学习。

3 将Dynamo引入土木工程专业课程的必要性

2020年7月28日《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》明确指出推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导思想、基本原则、发展目标、重点任务和保障措施[4]。计算机编程常常涉及到解决具体问题，每一项编程任务都包括了分析问题、分解问题、选择解决问题的方法，再用计算机能够识别的语言来表达过程。用计算机处理问题的方式是21世纪不可缺少的思维方式，针对土木工程专业依然多数是使用传统的教学方式，忽视对编程的学习会很大程度上限制学生的思维方式和实践能力的问题，我们应该加强土木工程专业学生编程能力[5]。以土木工程专业学生毕业设计为例，学生需要完成建筑设计、结构设计、整理计算书、编写设计说明书几大步骤，其中建筑设计和结构设计包含大量规程规范，同时目前主流的建筑设计过程为建筑方案设计与相关规程规范逐条比对进行修改，从而最终达到满足建筑设计要求的目的，该过程对于大学生来说极为困难，存在着找不到相关规范，对规范的错误理解，翻阅相关规范仅仅为了完成毕业设计而不会关注规范本身以及规范的更新，同时造成浪费资源、时间损失、效率低下等问题，针对这一问题可基于Revit的可视化编程（Dynamo）开发自动识别程序，自动完成建筑设计与规程规范的比对，并对不符合规程规范的设计进行自动输出，大大节约了人工和时间，学生在编程的同时对规范会有更深刻的理解，这仅仅是Dynamo的一个作用，学生还可根据实际工程情况编写有用的程序从而大大增加实践能力，为今后的工作作更好的铺垫。

4 Dynamo在土木工程专业中的应用

学生在平时的学习中，可将遇到的强制性条文用Dynamo将其编为程序供以后使用。编辑逻辑见图1。

基于Revit的可视化编程在建筑设计中的应用—以疏散门最小间距的自动判别为例。GB 50016-2014《建筑设计防火规范》2018年版中5.5.2条规定：建筑内的安全出口和疏散门应分散布置，且建筑内每个防火分区或一个防火分区的每个楼层、每个住宅单元每层相邻两个安全出口以及每个房间相邻两个疏散门最近边缘之间的水平距离不应小于5 m[6]，该条文属于强制性条文。编辑结果见图2～图5。

以上是基于Revit的可视化编程在建筑设计中的应用—以疏散门最小间距的自动判别为例，使用Dynamo的编辑结果。显而易见，相比于通过人工对规范进行逐条比对而言，自动比对更加便利、高效，极大的降低了人力资源的浪费以及时间的损失，并且新规范出版后将程序稍作修改即可继续使用，达到“一劳永逸”的效果，综上所述，可视化编程对土木专业学生在学习、使用规范方面提供很大的便利。这仅是Dynamo一个方面的应用，学生可根据研究方向学习和探索不同功能。

5 结束语

根据国家以及行业需求，将Dynamo引入大學生课程，可以提高学生综合实践能力，巩固提升专业能力，更深入的了解规范、理解规范，使用Dynamo编写程序族，可以形成整本规范的自动比对，达到节约时间，提高效率，降低失误率的效果。将Dynamo更进一步深入甚至有可能达到由计算机自动提出对设计的优化方案的效果，从而形成可视化编程的土木工程专业的智能化，可见Dynamo在土木工程的设计过程中具有很大的帮助。面对当下行业背景的大学生，更应该着眼于行业的未来，为推动智能建造与建筑工业化协同发展作出努力。

参考文献

[1]朱峰.BIM在高校教学中的发展现状与应用[D].山东烟台：山东商务职业学院，2015.

[2]张婷婷.融入BIM技术的建筑设计专业教学改革—运用Revit软件实施[D].新疆：新疆建设职业技术学院，2020.

[3]韩继恩.基于Dynamo的参数化设计研究[J].居业.2019，12：36-38.

[4]住房和城乡建设部等部门. 关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见（建市〔2020〕60 号）[EB/OL].住房和城乡建设部网站.2020.7.3.

[5]彭丽莉.基于BIM的高职土建类专业人才培养模式和课程体系构建探究[D].重庆：重庆房地产职业学院，2020.

[6]建筑设计防火规范（2018年版）：GB50016-2014[S].北京：中国建筑工业出版社，2018.

[定稿日期]2021-09-27

[基金项目]四川省科技厅重点研发项目（项目编号：2020YFS0309）;西华大学人才引进项目（项目编号：Z201079、Z202086）

[作者简介]徐咏（1989～），男，博士，讲师，研究方向为结构工程。