《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)展戰略的重要組成部分，也是建筑業(yè)轉變發(fā)展方式、提質(zhì)增效、節能減排的必然要求，對建筑業(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普及應用，實(shí)現勘察設計技術(shù)升級是信息化發(fā)展的主要任務(wù)[1]。BIM技術(shù)的應用能夠提升鐵路工程建設技術(shù)水平及信息管理能力，也是鐵路工程建設信息化的核心和方向[2]。

鐵路站臺雨棚施工圖設計目前還采用基于CAD的輔助設計模式。站臺雨棚形式雖然簡(jiǎn)單，但受限因素多，直接參與專(zhuān)業(yè)有建筑、結構、強弱電等專(zhuān)業(yè)，間接還需要配合站場(chǎng)設施進(jìn)行調整，重復修改工作量大。本文首先分類(lèi)研究站房雨棚參數和參數之間的邏輯，把設計表達內容變成結構化的數據，基于此開(kāi)發(fā)一種雨棚設計系統能快速實(shí)現三維模型建立、快速出圖，有著(zhù)提高設計效率的現實(shí)目的。

另外，由于專(zhuān)業(yè)之間的鴻溝，在設計專(zhuān)業(yè)工具開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，如何將用戶(hù)需求有效傳遞給開(kāi)發(fā)人員一直存在較大困難，本文通過(guò)站臺雨棚基于Grasshopper的參數化開(kāi)發(fā)研究，總結出一套將設計人員的思維有效傳達給開(kāi)發(fā)人員的溝通方法。

本次研究的對象是站房混凝土雨棚，結構類(lèi)型包括單立柱雨棚、雙立柱雨棚，以及寶蓋屋面雨棚。參見(jiàn)圖1、圖2。

單立柱雨棚站臺寬度在10 m以?xún)�，混凝土結構柱標準跨距為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(guò)5 m。

雙立柱雨棚站臺寬度在10 m以上，混凝土結構柱標準跨距為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，并在兩側設置雨水槽和雨水管的新型雨棚結構形式，立柱為雙排鋼筋混凝土柱。因其美觀(guān)、新穎等特點(diǎn)已逐步應用到新建站臺雨棚中。

站臺雨棚系統由土建結構、屋面、站臺鋪裝、設備管線(xiàn)四大主要部分組成，還受跨線(xiàn)設施（天橋、地道）和站場(chǎng)設施影響。各專(zhuān)業(yè)構件的設計參數種類(lèi)繁多，研究和整理各專(zhuān)業(yè)實(shí)體構件的設計參數及相互影響關(guān)系，對于開(kāi)發(fā)站臺雨棚BIM系統至關(guān)重要。

站臺雨棚的特點(diǎn)是線(xiàn)性構筑物，通過(guò)整理各專(zhuān)業(yè)實(shí)體構件的關(guān)鍵設計參數和圖紙表達要求，以及分析站臺雨棚各專(zhuān)業(yè)構件參數間的邏輯關(guān)系，站臺雨棚可分解為相鄰縱向軸網(wǎng)組成的單元模塊。

按照站臺雨棚的特點(diǎn)，站臺雨棚BIM設計系統可劃分為九個(gè)單元，分別是：①軸網(wǎng)單元，②屋面單元，③站臺裝修單元，④設備管線(xiàn)單元，⑤雨棚結構單元，⑥站臺單元，⑦線(xiàn)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。將重復單元的內容作為模塊整體看待，形式根據邊界條件生成，受軸網(wǎng)模塊的驅動(dòng)，每個(gè)單元按照軸網(wǎng)順序重復排列，不同單元之間設置轉換規則自動(dòng)連接。相同的單元模塊實(shí)例參數一致，在每個(gè)實(shí)例中參數均獨立可調，也可以通過(guò)全局參數進(jìn)行批量調整。

以軸網(wǎng)單元與單元模塊為例，軸網(wǎng)是所有專(zhuān)業(yè)設計定位的依據，因此以軸網(wǎng)為基礎單元。單元模塊是長(cháng)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)單元是一一對應關(guān)系，任一單元改動(dòng)，另一單元根據預設規則自動(dòng)調整。

這種面向對象的開(kāi)發(fā)思路，能夠適應BIM正向設計中的反復調整和修改，同時(shí)降低開(kāi)發(fā)復雜程度，縮短開(kāi)發(fā)周期。

僅通過(guò)軟件需求溝通，很難讓非專(zhuān)業(yè)的開(kāi)發(fā)人員理解設計需要，設計院借助參數化工具Grasshopper軟件，將構件參數和設計邏輯展示出來(lái)[3]，作為設計師和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軟件平臺上腳本語(yǔ)言不同，Grasshopper可以在不需要書(shū)寫(xiě)程序代碼的情況下，快速實(shí)現模型及相關(guān)模型信息的編輯與呈現。設計師結合初始的站場(chǎng)資料與站臺雨棚設計條件，將其精簡(jiǎn)為符合雨棚設計習慣的設計參數與相應的雨棚建模邏輯系統，再通過(guò)Grasshopper軟件驗證站臺雨棚項目中各專(zhuān)業(yè)實(shí)體構件的關(guān)鍵設計參數的必要性及合理性，以及各專(zhuān)業(yè)構件參數間的邏輯關(guān)系的可行性。

以雨棚結構單元為例，結合多種結構類(lèi)型的混凝土雨棚設計參數，并按專(zhuān)業(yè)模塊劃分歸類(lèi)匯總成表格，如表1所示。每個(gè)參數包含相應的參數類(lèi)別、單位、取值范圍、默認值、輸入方式、參數說(shuō)明等，作為進(jìn)一步驗證的參數依據。

在Grasshopper軟件中搭建邏輯系統，通過(guò)調整參數，借助Grasshopper與ArchiCAD聯(lián)動(dòng)功能，在A(yíng)rchiCAD軟件中模擬生成單柱雨棚柱梁模型和雙柱雨棚柱梁模型。結合驗證過(guò)程適當調整、優(yōu)化表1中的設計參數與Grasshopper軟件的邏輯系統，并提供給下一步開(kāi)發(fā)流程作為數據基礎與開(kāi)發(fā)依據。通過(guò)Grasshopper與ArchiCAD提取參數并驗證的整套流程，各個(gè)模塊的設計參數與生成邏輯完全符合且對應BIM正向設計系統的工作流。

站臺雨棚BIM設計系統開(kāi)發(fā)基于A(yíng)rchiCAD平臺，該平臺是適合建筑師進(jìn)行正向設計的BIM軟件，在復雜形體的三維建模和二維表達上與建筑師的使用習慣一致。并且對于特殊的構件，提供了GDL和API兩種開(kāi)發(fā)手段。通過(guò)這兩種方法在具體項目中實(shí)現站臺雨棚BIM設計系統。

GDL(Geometric Description Language)是ArchiCAD軟件參數化程序設計語(yǔ)言，是智能化參數驅動(dòng)構件的基礎[4]。GDL對象蘊含了二維符號、三維模型以及文字描述所需的所有信息，而占很少的數據空間。類(lèi)似于Revit的“族”，但更為靈活和小巧。

基于設計院的構件參數表，IT開(kāi)發(fā)人員創(chuàng )建站臺雨棚各種GDL對象，每個(gè)GDL對象的參數都可以調整，以滿(mǎn)足各種結構形式、規格尺寸的要求。這種GDL對象包括地面鋪裝、排水管、落沙井、天橋、地道等。

采用GDL參數編寫(xiě)相關(guān)構件，通過(guò)參數調整即可實(shí)現不同類(lèi)型、不同尺寸的樣式。但僅通過(guò)GDL無(wú)法搭建起完整的雨棚設計邏輯，因此借助ArchiCAD軟件的API接口，調用BIM軟件的功能，按照設計師提供的Grasshoper邏輯電池圖，實(shí)現批量操作GDL對象的賦型、賦值、聯(lián)動(dòng)及各種操作，從而按照設計的要求完成雨棚的建模邏輯。例如：站臺軸網(wǎng)與站臺柱子、站臺梁、站臺屋面的聯(lián)動(dòng)；站臺鋪磚與站臺單元模塊的聯(lián)動(dòng)；排水系統與站臺單元模塊的聯(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，提高設計效率和質(zhì)量。

通過(guò)上述Grasshopper軟件的邏輯系統，借助API調用雨棚各專(zhuān)業(yè)模塊GDL構件的源代碼與ArchiCAD軟件相關(guān)的程序接口，再利用C++編程語(yǔ)言將各個(gè)對象的設計參數實(shí)現邏輯關(guān)聯(lián)（圖4），同時(shí)調用ArchiCAD軟件的原生設計工具與雨棚GDL構件根據邏輯系統依次生成，從而達到快速生成站臺雨棚模型的目的。

站臺雨棚BIM設計系統利用金甬線(xiàn)東陽(yáng)、奉化站實(shí)際工程項目開(kāi)展正向設計驗證，目前該項目已完成施工圖。站臺雨棚與站房緊密相關(guān)，在開(kāi)展設計前需先將站房模型按原始標高鏈接至雨棚模型文件中，根據站房相對標高、站房與雨棚高差、雨棚高度等因素確定站臺雨棚高程，并在平面視圖中導入站場(chǎng)CAD資料，通過(guò)拾取站臺輪廓線(xiàn)及軌道線(xiàn)完成定位；利用ArchiCAD中BIM Cloud共享協(xié)同設計方法，建筑專(zhuān)業(yè)完成軸網(wǎng)單元參數設置，結構專(zhuān)業(yè)完成結構單元參數設置，建筑專(zhuān)業(yè)繼續完成屋面單元、站臺裝修單元參數設置，電力、信息專(zhuān)業(yè)完成設備管線(xiàn)單元。從而實(shí)現站臺雨棚多專(zhuān)業(yè)協(xié)同設計的流程方法。

針對BIM建模的工作開(kāi)展情況如表2所示，插件對BIM建模設計效率有顯著(zhù)提升。

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

站臺雨棚BIM設計系統基于BIM軟件ArchiCAD開(kāi)發(fā)，完成建模的雨棚通過(guò)剖切及投影的方式生成相應的平立剖面，增加二維標注后即可出圖。由于設置了模型參數，因此標注內容可直接提取信息，不必手動(dòng)輸入；部分大樣圖來(lái)自于平立剖面圖，大樣部分需要對具體構造精確建模，特殊節點(diǎn)部位可在三維模型基礎上通過(guò)增加二維點(diǎn)、線(xiàn)、面增補表達。模型移交至施工單位后，可基于手機或IPAD端BIMX軟件集成BIM模型及圖紙，方便現場(chǎng)管理及調用。

本研究通過(guò)大量混凝土站臺雨棚設計圖紙的分析及匯總，整理出一套站臺雨棚各專(zhuān)業(yè)的設計規則和關(guān)鍵設計參數，并根據站臺雨棚的結構特點(diǎn)，引入模塊化開(kāi)發(fā)思路，將站臺雨棚劃分為各邏輯模塊，總結出它們之間的邏輯關(guān)系。

除了總結雨棚的參數規律外，還歸納總結出一套將設計人員的思維有效傳達給開(kāi)發(fā)人員，方便設計人員與開(kāi)發(fā)人員有效溝通的新方法，即通過(guò)前期研究和分析各種混凝土站臺雨棚圖紙，整理一套站臺雨棚各專(zhuān)業(yè)的設計規則和設計參數，利用參數化設計軟件（Grasshopper）模擬各專(zhuān)業(yè)的設計規則和參數間的邏輯關(guān)系，為開(kāi)發(fā)人員提供準確的開(kāi)發(fā)邏輯及參數設置依據，這種高效的溝通方式可以運用到其他類(lèi)似的開(kāi)發(fā)項目中。

另外，通過(guò)站臺雨棚BIM系統開(kāi)發(fā)，研究團隊開(kāi)拓了一條站臺雨棚設計的新方法，即BIM正向設計，大大減少設計人員的設計繪圖工作量，有效提高了設計效率。