《2016—2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》明確指出：建筑業(yè)信息化是建筑業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，也是建筑業(yè)轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、提質(zhì)增效、節(jié)能減排的必然要求，對(duì)建筑業(yè)綠色發(fā)展、提高人民生活品質(zhì)具有重要意義[1]。

加快BIM普及應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)勘察設(shè)計(jì)技術(shù)升級(jí)是信息化發(fā)展的主要任務(wù)[1]。BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠提升鐵路工程建設(shè)技術(shù)水平及信息管理能力，也是鐵路工程建設(shè)信息化的核心和方向[2]。

鐵路站臺(tái)雨棚施工圖設(shè)計(jì)目前還采用基于CAD的輔助設(shè)計(jì)模式。站臺(tái)雨棚形式雖然簡(jiǎn)單，但受限因素多，直接參與專業(yè)有建筑、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)弱電等專業(yè)，間接還需要配合站場(chǎng)設(shè)施進(jìn)行調(diào)整，重復(fù)修改工作量大。本文首先分類研究站房雨棚參數(shù)和參數(shù)之間的邏輯，把設(shè)計(jì)表達(dá)內(nèi)容變成結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，基于此開發(fā)一種雨棚設(shè)計(jì)系統(tǒng)能快速實(shí)現(xiàn)三維模型建立、快速出圖，有著提高設(shè)計(jì)效率的現(xiàn)實(shí)目的。

另外，由于專業(yè)之間的鴻溝，在設(shè)計(jì)專業(yè)工具開發(fā)領(lǐng)域，如何將用戶需求有效傳遞給開發(fā)人員一直存在較大困難，本文通過站臺(tái)雨棚基于Grasshopper的參數(shù)化開發(fā)研究，總結(jié)出一套將設(shè)計(jì)人員的思維有效傳達(dá)給開發(fā)人員的溝通方法。

本次研究的對(duì)象是站房混凝土雨棚，結(jié)構(gòu)類型包括單立柱雨棚、雙立柱雨棚，以及寶蓋屋面雨棚。參見圖1、圖2。

單立柱雨棚站臺(tái)寬度在10 m以內(nèi)，混凝土結(jié)構(gòu)柱標(biāo)準(zhǔn)跨距為10 m，單柱直徑一般為650 mm�；炷�土屋頂找坡一般為5%，屋頂懸挑最多不超過5 m。

雙立柱雨棚站臺(tái)寬度在10 m以上，混凝土結(jié)構(gòu)柱標(biāo)準(zhǔn)跨距為10m，柱直徑一般為550 mm�；炷�土屋頂雙柱之間找坡一般為2%。

寶蓋屋頂雨棚為中間高，兩邊低，并在兩側(cè)設(shè)置雨水槽和雨水管的新型雨棚結(jié)構(gòu)形式，立柱為雙排鋼筋混凝土柱。因其美觀、新穎等特點(diǎn)已逐步應(yīng)用到新建站臺(tái)雨棚中。

站臺(tái)雨棚系統(tǒng)由土建結(jié)構(gòu)、屋面、站臺(tái)鋪裝、設(shè)備管線四大主要部分組成，還受跨線設(shè)施（天橋、地道）和站場(chǎng)設(shè)施影響。各專業(yè)構(gòu)件的設(shè)計(jì)參數(shù)種類繁多，研究和整理各專業(yè)實(shí)體構(gòu)件的設(shè)計(jì)參數(shù)及相互影響關(guān)系，對(duì)于開發(fā)站臺(tái)雨棚BIM系統(tǒng)至關(guān)重要。

站臺(tái)雨棚的特點(diǎn)是線性構(gòu)筑物，通過整理各專業(yè)實(shí)體構(gòu)件的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)和圖紙表達(dá)要求，以及分析站臺(tái)雨棚各專業(yè)構(gòu)件參數(shù)間的邏輯關(guān)系，站臺(tái)雨棚可分解為相鄰縱向軸網(wǎng)組成的單元模塊。

按照站臺(tái)雨棚的特點(diǎn)，站臺(tái)雨棚BIM設(shè)計(jì)系統(tǒng)可劃分為九個(gè)單元，分別是：①軸網(wǎng)單元，②屋面單元，③站臺(tái)裝修單元，④設(shè)備管線單元，⑤雨棚結(jié)構(gòu)單元，⑥站臺(tái)單元，⑦線路單元，⑧地道單元，⑨天橋單元。單元之間的關(guān)系如圖3所示。將重復(fù)單元的內(nèi)容作為模塊整體看待，形式根據(jù)邊界條件生成，受軸網(wǎng)模塊的驅(qū)動(dòng)，每個(gè)單元按照軸網(wǎng)順序重復(fù)排列，不同單元之間設(shè)置轉(zhuǎn)換規(guī)則自動(dòng)連接。相同的單元模塊實(shí)例參數(shù)一致，在每個(gè)實(shí)例中參數(shù)均獨(dú)立可調(diào)，也可以通過全局參數(shù)進(jìn)行批量調(diào)整。

以軸網(wǎng)單元與單元模塊為例，軸網(wǎng)是所有專業(yè)設(shè)計(jì)定位的依據(jù)，因此以軸網(wǎng)為基礎(chǔ)單元。單元模塊是長(zhǎng)度方向上相鄰兩柱之間柱梁支撐體系，單個(gè)單元模塊與單個(gè)軸網(wǎng)單元是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，任一單元改動(dòng)，另一單元根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則自動(dòng)調(diào)整。

這種面向?qū)ο蟮拈_發(fā)思路，能夠適應(yīng)BIM正向設(shè)計(jì)中的反復(fù)調(diào)整和修改，同時(shí)降低開發(fā)復(fù)雜程度，縮短開發(fā)周期。

僅通過軟件需求溝通，很難讓非專業(yè)的開發(fā)人員理解設(shè)計(jì)需要，設(shè)計(jì)院借助參數(shù)化工具Grasshopper軟件，將構(gòu)件參數(shù)和設(shè)計(jì)邏輯展示出來[3]，作為設(shè)計(jì)師和IT程序員的溝通橋梁。

Grasshopper是與3D建模工具Rhino緊密集成的圖形算法軟件，與Rhino軟件平臺(tái)上腳本語言不同，Grasshopper可以在不需要書寫程序代碼的情況下，快速實(shí)現(xiàn)模型及相關(guān)模型信息的編輯與呈現(xiàn)。設(shè)計(jì)師結(jié)合初始的站場(chǎng)資料與站臺(tái)雨棚設(shè)計(jì)條件，將其精簡(jiǎn)為符合雨棚設(shè)計(jì)習(xí)慣的設(shè)計(jì)參數(shù)與相應(yīng)的雨棚建模邏輯系統(tǒng)，再通過Grasshopper軟件驗(yàn)證站臺(tái)雨棚項(xiàng)目中各專業(yè)實(shí)體構(gòu)件的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)的必要性及合理性，以及各專業(yè)構(gòu)件參數(shù)間的邏輯關(guān)系的可行性。

以雨棚結(jié)構(gòu)單元為例，結(jié)合多種結(jié)構(gòu)類型的混凝土雨棚設(shè)計(jì)參數(shù)，并按專業(yè)模塊劃分歸類匯總成表格，如表1所示。每個(gè)參數(shù)包含相應(yīng)的參數(shù)類別、單位、取值范圍、默認(rèn)值、輸入方式、參數(shù)說明等，作為進(jìn)一步驗(yàn)證的參數(shù)依據(jù)。

在Grasshopper軟件中搭建邏輯系統(tǒng)，通過調(diào)整參數(shù)，借助Grasshopper與ArchiCAD聯(lián)動(dòng)功能，在ArchiCAD軟件中模擬生成單柱雨棚柱梁模型和雙柱雨棚柱梁模型。結(jié)合驗(yàn)證過程適當(dāng)調(diào)整、優(yōu)化表1中的設(shè)計(jì)參數(shù)與Grasshopper軟件的邏輯系統(tǒng)，并提供給下一步開發(fā)流程作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)與開發(fā)依據(jù)。通過Grasshopper與ArchiCAD提取參數(shù)并驗(yàn)證的整套流程，各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)參數(shù)與生成邏輯完全符合且對(duì)應(yīng)BIM正向設(shè)計(jì)系統(tǒng)的工作流。

站臺(tái)雨棚BIM設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)基于ArchiCAD平臺(tái)，該平臺(tái)是適合建筑師進(jìn)行正向設(shè)計(jì)的BIM軟件，在復(fù)雜形體的三維建模和二維表達(dá)上與建筑師的使用習(xí)慣一致。并且對(duì)于特殊的構(gòu)件，提供了GDL和API兩種開發(fā)手段。通過這兩種方法在具體項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)站臺(tái)雨棚BIM設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

GDL(Geometric Description Language)是ArchiCAD軟件參數(shù)化程序設(shè)計(jì)語言，是智能化參數(shù)驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的基礎(chǔ)[4]。GDL對(duì)象蘊(yùn)含了二維符號(hào)、三維模型以及文字描述所需的所有信息，而占很少的數(shù)據(jù)空間。類似于Revit的“族”，但更為靈活和小巧。

基于設(shè)計(jì)院的構(gòu)件參數(shù)表，IT開發(fā)人員創(chuàng)建站臺(tái)雨棚各種GDL對(duì)象，每個(gè)GDL對(duì)象的參數(shù)都可以調(diào)整，以滿足各種結(jié)構(gòu)形式、規(guī)格尺寸的要求。這種GDL對(duì)象包括地面鋪裝、排水管、落沙井、天橋、地道等。

采用GDL參數(shù)編寫相關(guān)構(gòu)件，通過參數(shù)調(diào)整即可實(shí)現(xiàn)不同類型、不同尺寸的樣式。但僅通過GDL無法搭建起完整的雨棚設(shè)計(jì)邏輯，因此借助ArchiCAD軟件的API接口，調(diào)用BIM軟件的功能，按照設(shè)計(jì)師提供的Grasshoper邏輯電池圖，實(shí)現(xiàn)批量操作GDL對(duì)象的賦型、賦值、聯(lián)動(dòng)及各種操作，從而按照設(shè)計(jì)的要求完成雨棚的建模邏輯。例如：站臺(tái)軸網(wǎng)與站臺(tái)柱子、站臺(tái)梁、站臺(tái)屋面的聯(lián)動(dòng)；站臺(tái)鋪磚與站臺(tái)單元模塊的聯(lián)動(dòng)；排水系統(tǒng)與站臺(tái)單元模塊的聯(lián)動(dòng)等。采用API聯(lián)動(dòng)后，可以最大量地減少人工操作的工作量，同時(shí)避免人為修改造成的誤差，提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

通過上述Grasshopper軟件的邏輯系統(tǒng)，借助API調(diào)用雨棚各專業(yè)模塊GDL構(gòu)件的源代碼與ArchiCAD軟件相關(guān)的程序接口，再利用C++編程語言將各個(gè)對(duì)象的設(shè)計(jì)參數(shù)實(shí)現(xiàn)邏輯關(guān)聯(lián)（圖4），同時(shí)調(diào)用ArchiCAD軟件的原生設(shè)計(jì)工具與雨棚GDL構(gòu)件根據(jù)邏輯系統(tǒng)依次生成，從而達(dá)到快速生成站臺(tái)雨棚模型的目的。

站臺(tái)雨棚BIM設(shè)計(jì)系統(tǒng)利用金甬線東陽、奉化站實(shí)際工程項(xiàng)目開展正向設(shè)計(jì)驗(yàn)證，目前該項(xiàng)目已完成施工圖。站臺(tái)雨棚與站房緊密相關(guān)，在開展設(shè)計(jì)前需先將站房模型按原始標(biāo)高鏈接至雨棚模型文件中，根據(jù)站房相對(duì)標(biāo)高、站房與雨棚高差、雨棚高度等因素確定站臺(tái)雨棚高程，并在平面視圖中導(dǎo)入站場(chǎng)CAD資料，通過拾取站臺(tái)輪廓線及軌道線完成定位；利用ArchiCAD中BIM Cloud共享協(xié)同設(shè)計(jì)方法，建筑專業(yè)完成軸網(wǎng)單元參數(shù)設(shè)置，結(jié)構(gòu)專業(yè)完成結(jié)構(gòu)單元參數(shù)設(shè)置，建筑專業(yè)繼續(xù)完成屋面單元、站臺(tái)裝修單元參數(shù)設(shè)置，電力、信息專業(yè)完成設(shè)備管線單元。從而實(shí)現(xiàn)站臺(tái)雨棚多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)的流程方法。

針對(duì)BIM建模的工作開展情況如表2所示，插件對(duì)BIM建模設(shè)計(jì)效率有顯著提升。

以集水井及排水波紋管的設(shè)置為例，手動(dòng)建模時(shí)需要根據(jù)雨棚柱位置逐個(gè)放置集水井對(duì)象，并根據(jù)波紋管坡度及相隔距離計(jì)算出集水井深度逐個(gè)調(diào)整尺寸，同理逐個(gè)設(shè)置排水波紋管，調(diào)整兩段高度與集水井相接。插件建模的過程則簡(jiǎn)單許多，在設(shè)置好軸網(wǎng)模塊及單元模塊參數(shù)后開始設(shè)置排水模塊，屋面排水可與地面排水產(chǎn)生聯(lián)動(dòng)一體生產(chǎn)，通過設(shè)置排水管直徑、落沙井長(zhǎng)寬、起始井底標(biāo)高、坡度等參數(shù)，選擇起坡位置后軟件通過自動(dòng)計(jì)算生成正確的落沙井及排水波紋管。實(shí)際工程應(yīng)用中插件具有良好的可操作性，一方面節(jié)約了計(jì)算時(shí)間，避免了大量簡(jiǎn)單重復(fù)工作；另一方面能夠精確建模，提高模型質(zhì)量。

站臺(tái)雨棚BIM設(shè)計(jì)系統(tǒng)基于BIM軟件ArchiCAD開發(fā)，完成建模的雨棚通過剖切及投影的方式生成相應(yīng)的平立剖面，增加二維標(biāo)注后即可出圖。由于設(shè)置了模型參數(shù)，因此標(biāo)注內(nèi)容可直接提取信息，不必手動(dòng)輸入；部分大樣圖來自于平立剖面圖，大樣部分需要對(duì)具體構(gòu)造精確建模，特殊節(jié)點(diǎn)部位可在三維模型基礎(chǔ)上通過增加二維點(diǎn)、線、面增補(bǔ)表達(dá)。模型移交至施工單位后，可基于手機(jī)或IPAD端BIMX軟件集成BIM模型及圖紙，方便現(xiàn)場(chǎng)管理及調(diào)用。

本研究通過大量混凝土站臺(tái)雨棚設(shè)計(jì)圖紙的分析及匯總，整理出一套站臺(tái)雨棚各專業(yè)的設(shè)計(jì)規(guī)則和關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)，并根據(jù)站臺(tái)雨棚的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，引入模塊化開發(fā)思路，將站臺(tái)雨棚劃分為各邏輯模塊，總結(jié)出它們之間的邏輯關(guān)系。

除了總結(jié)雨棚的參數(shù)規(guī)律外，還歸納總結(jié)出一套將設(shè)計(jì)人員的思維有效傳達(dá)給開發(fā)人員，方便設(shè)計(jì)人員與開發(fā)人員有效溝通的新方法，即通過前期研究和分析各種混凝土站臺(tái)雨棚圖紙，整理一套站臺(tái)雨棚各專業(yè)的設(shè)計(jì)規(guī)則和設(shè)計(jì)參數(shù)，利用參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件（Grasshopper）模擬各專業(yè)的設(shè)計(jì)規(guī)則和參數(shù)間的邏輯關(guān)系，為開發(fā)人員提供準(zhǔn)確的開發(fā)邏輯及參數(shù)設(shè)置依據(jù)，這種高效的溝通方式可以運(yùn)用到其他類似的開發(fā)項(xiàng)目中。

另外，通過站臺(tái)雨棚BIM系統(tǒng)開發(fā)，研究團(tuán)隊(duì)開拓了一條站臺(tái)雨棚設(shè)計(jì)的新方法，即BIM正向設(shè)計(jì)，大大減少設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)繪圖工作量，有效提高了設(shè)計(jì)效率。