Dynamo在屋顶光伏设计与施工中的创新参数化应用研究

Dynamo在屋顶光伏设计与施工中的创新参数化应用研究

徐杨辉

垒知科技集团有限公司

摘要：本论文旨在探讨Dynamo在屋顶光伏设计中的应用，结合其在建筑信息模型（BIM）平台Revit上的集成，以及在设计流程中的作用。首先，介绍了Dynamo的功能和特点。然后，着重讨论了屋顶光伏设计的核心要素，并详细描述了Dynamo在设备选型、自动布置策略和自动统计实施方面的应用方式。在实践部分，阐述了Dynamo参数化建模的实现流程，包括制作光伏瓦片族、选择准备屋顶平面、创建配置网格等步骤。最后，对Dynamo在屋顶光伏设计中的应用进行了评价，探讨了其在设计流程中的优势和效益。本论文旨在为光伏系统设计提供新思路和方法，提高设计效率和质量，推动可再生能源在建筑领域的应用。

关键词：光伏系统设计；参数化设计；Dynamo；BIM平台

引言

随着可再生能源的重要性日益凸显，光伏系统作为一种清洁、可持续的能源来源，在建筑领域的应用越来越受到关注。然而，在屋顶光伏设计过程中，如何高效地选择设备、布置光伏板并进行优化，是一项具有挑战性的任务。传统的手工设计方法存在效率低、精度不足等问题[1]。因此，借助参数化设计工具Dynamo在建筑信息模型（BIM）平台Revit上的集成，成为了一种解决方案。本论文旨在探讨Dynamo在屋顶光伏设计中的应用，从设备选型到布置优化，以及数据提取和报告等方面展开讨论。

1Dynamo工具概述

1.1Dynamo的介绍与功能

Dynamo是一款强大的参数化设计工具，旨在帮助用户通过创建可自定义的算法和脚本，实现复杂的建筑信息模型（BIM）和数字化设计。其功能如表1-1所示。

表1-1 Dynamo的功能

1.2Dynamo与Revit平台的集成

Dynamo与Revit平台的集成无缝连接，使得在Revit环境中可以直接使用Dynamo的功能。用户可以在Dynamo中创建参数化设计，并将其直接转换为Revit中的建筑信息模型（BIM），实现设计的无缝转换。两者之间可以实现数据的交换和同步，确保模型的实时更新和同步。此外，Dynamo的使用与Revit的工作流程相互配合，可以在Revit中直接调用Dynamo的功能，实现设计过程的高效整合。

1.3Dynamo在设计流程中的作用

在设计流程中，Dynamo扮演着关键角色，其作用主要体现在以下几个方面：

Dynamo通过参数化设计和算法编写实现了建筑元素的自动化设计和模型生成，提高了设计效率。同时，设计师可以通过输入各种数据来驱动设计的生成和变化，更灵活地满足项目需求。Dynamo的应用促进了设计流程的优化和标准化，建立了自动化的设计流程，使得设计更规范和高效。其直观的可视化编程界面使设计师能够实时调整和优化设计方案，快速反馈设计效果，加速设计决策过程。其与多种建筑设计软件平台的紧密集成为设计师提供了全面和一体化的设计工具链。

2屋顶光伏设计的核心要素与Dynamo应用

2.1Dynamo在设备选型中的应用

光伏系统的性能和效率主要取决于所选的太阳能电池板和逆变器[2]，而Dynamo提供了多种应用方式：

首先，研究利用Dynamo编写脚本，将不同型号的太阳能电池板和逆变器的性能参数导入模型，进行性能分析、模拟和比较评估，以选择最适合项目需求的设备。其次，利用Dynamo的参数化设计功能创建设备选型模型，定义各种参数如功率、效率、尺寸等，快速比较不同条件下的性能和成本。此外，利用Dynamo编写算法，研究实现了设备选型过程的自动化。根据项目的具体要求和约束条件，Dynamo可以自动搜索最佳的设备组合，以实现性能最优化或成本最优化。最后，Dynamo与各种数据源和软件平台集成紧密，可轻松与设备制造商的数据库或第三方工具进行数据交换和集成，从而直接获取最新的设备信息和技术数据，更准确地进行设备选型。

2.2自动布置的策略及Dynamo实现方式

2.2.1自动布置的策略

光伏系统的自动布置策略可以根据不同因素进行调整。首先，基于光照条件的布置，通过模拟光照情况确定最佳布置方案，提高能量收集效率。其次，考虑建筑结构特点，优化光伏板布局，确保稳定性和美观性。再者，考虑阴影遮挡情况，避免阴影对系统性能的影响。最后，利用最优化算法，自动布置光伏板以最大化屋顶可利用面积，同时满足光伏板之间的最小间距要求，提高能量收集效率

[3]。

2.2.2Dynamo实现方式

运用Dynamo自动布置光伏系统首先，在Dynamo中定义布置规则，如光照条件、建筑结构和阴影遮挡，作为算法的输入。其次，利用Dynamo的编程功能编写布置算法，考虑规则并计算最佳布置位置和方向。然后，利用Dynamo的模拟工具对结果进行模拟和优化，评估性能并调整布局。最后，将算法集成到BIM平台，如Revit，与建筑模型联动，以便工程师在BIM环境中直观地查看和协调光伏板的布置效果。

2.3自动统计的实施与Dynamo的数据提取功能

自动统计在光伏设计中起着重要作用，可以帮助工程师快速准确地获取设计信息，为进一步的分析和决策提供支持。Dynamo具有强大的数据提取功能，可以自动从建模中提取所需的数据，并生成报告，从而简化了统计过程，提高了工作效率。

3Dynamo在屋顶光伏设计中的应用实践

3.1Dynamo参数化建模实现流程

3.1.1制作参数化光伏瓦片族

为了实现光伏系统的参数化建模，首先需要创建一个参数化的光伏瓦片族。研究在Revit中创建一个新的族，并选择适当的模板，开始设计光伏瓦片。这个族模板将成为本次研究建立光伏瓦片的基础。利用Revit的“尺寸”和“参数”工具定义光伏瓦片的可变参数。这些参数包括瓦片的长、宽、角度等。通过定义这些参数，研究可以调整光伏瓦片的尺寸和形状，满足本次项目的需求。

3.1.2选择并准备屋顶平面

为了后续的光伏板布置，第二步研究对屋顶平面进行建模。在Revit中，首先选定一个适合安装光伏板的屋顶平面。使用Revit的“平面”工具，研究对选定的屋顶平面进行清理操作，清除可能存在的障碍物并调整了平面的倾斜角度，确保光伏板能够正确安装在平整的表面上。

3.1.3创建并配置网格

研究利用Dynamo的“代码块”功能，首先定义网格的间距和大小。这些参数将决定光伏板的布置密度和排列方式，因此需要根据项目需求进行合理的设置。使用Dynamo中的“Surface.Grid”节点，根据定义好的网格参数，创建一个适合光伏板布置的网格。这个网格将成为光伏板布置的参考基准，确保光伏板能够均匀且有效地覆盖整个屋顶平面。

在Dynamo中创建和配置好网格后，可以为后续的光伏板布置提供准确的参考和支持。这样的参数化建模流程能够极大地提高设计的灵活性和效率，使得光伏系统的布置更加精准和可控。

3.1.4放置光伏瓦片

利用Dynamo的“FamilyInstance.ByPoint”节点，在每个预定义的网格交点处放置光伏瓦片族实例。这个节点将根据预先定义的位置信息，在屋顶平面上精确放置光伏瓦片，为光伏系统的建模提供了基础。随后，研究使用Dynamo的“Slider”节点，实时调整光伏瓦片的参数，包括位置和方向等，以优化光伏瓦片的布局，确保其位置和方向最符合设计要求，同时满足光照条件和阴影遮挡的要求。

3.1.5调整和优化

在完成光伏瓦片的放置后，研究回到Revit平台，进行进一步的调整和优化。根据Dynamo的输出结果，在Revit中对光伏板的布局进行细致的审查和调整。通过审查光伏板的位置和方向，确保其符合设计要求，并最大程度地利用屋顶空间。同时，使用Revit提供的“移动”和“旋转”工具，对光伏板进行必要的手动调整，包括光伏板的位置、旋转角度等，以优化其布局并适应屋顶的特殊情况，如管道、通风口等。

3.1.6数据提取和报告

完成上述操作后，研究使用“Element.GetParameterValueByName”节点，提取所需的各种信息，如光伏板的数量和面积等，作为后续报告的基础数据。最后，利用“Excel.WriteToFile”节点，生成一个包含所有提取数据的报告。利用Dynamo创建的每个模型都具有一个唯一的编号，这使得无论是按区域还是按XY方向进行统计都变得简单和直观。例如，在进行面积统计时，可以通过对嵌板族内需要计算面积的部分进行标色来辅助计算，之后生成材质提取明细表来得出每块嵌板的实际面积。

3.2Dynamo的应用评价

根据本次实验的实际应用操作，研究发现Dynamo在屋顶光伏设计中的作用较大。其快速、准确的建模与布置能力大大提高了设计速度和准确性，使研究能够轻松生成光伏系统的布局方案。同时，自动化的建模过程减少了人为误差的可能性，通过预先定义的规则和算法，光伏板的布局能够自动完成，降低了手动操作带来的错误。此外，Dynamo还实现了光伏系统建模的数字化和信息化，为模型提供了丰富的数据结构，使得设计过程更加规范和高效。总体而言，Dynamo的应用为本次研究提供了强大的支持，极大地提升了设计效率和质量，为光伏系统的设计和实施带来了新的可能性。

4结语

本论文系统地探讨了Dynamo在屋顶光伏设计中的应用，通过对参数化建模实现流程的详细分析和评价，揭示了Dynamo在设备选型、自动布置和数据提取等方面的重要作用。通过借助Dynamo这一先进的工具，设计师能够更高效地完成光伏系统设计，提高设计效率和质量。然而，研究也意识到，Dynamo在光伏设计中的应用仍然存在一些挑战和局限性，例如对于复杂场景的适应性和算法的优化等方面需要进一步研究和改进。因此，研究期待未来能够进一步深化对Dynamo在光伏设计中的应用，推动可再生能源在建筑领域的更广泛应用和发展。

参考文献

[1]张华.城市建筑屋顶光伏利用潜力评估研究[D].天津大学,2017.

[2]孙凯航.基于AutoCAD平台的光伏智能化设计应用[J].智能制造,2023,(01):38-41.

[3]党莹颖,袁博,张顺.基于BIM的漂浮式水上光伏电站设计[J].人民长江,2022,53(S1):39-43.

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