Ứng dụng Dynamo Revit trong tự động hóa thiết kế cấu kiện 3D công trình cầu

Ngày nhận bài: 20/9/2025; Ngày sửa bài: 10/10/2025; Ngày chấp nhận đăng: 29/10/2025

http://doi.org/10.64588/jc.10.10.2025

Tóm tắt

Thiết kế cấu kiện 3D cho công trình cầu đòi hỏi độ chính xác cao và tiến độ nhanh chóng, đặc biệt trong bối cảnh tiến trình BIM (Building Information Modeling) ngày càng được áp dụng rộng rãi. Nghiên cứu này tập trung vào việc ứng dụng Dynamo Revit, một công cụ lập trình trực quan, để tự động hóa quá trình thiết kế cấu kiện 3D của công trình cầu, nhằm giảm thiểu sai sót và tối ưu hóa thời gian. Cụ thể, nội dung nghiên cứu trong bài báo bao gồm phân tích tính năng của Dynamo Revit, xây dựng các luồng kịch bản tự động hóa cho mô hình các cấu kiện công trình cầu. Kết quả cho thấy Dynamo Revit không chỉ tăng tốc độ thiết kế mà còn nâng cao khả năng tùy chỉnh và độ chính xác so với phương pháp thủ công.

Từ khoá: Lập trình trực quan, mô hình tham số, tự động hóa, mô hình thông tin công trình (BIM), Dynamo Revit.

Abstract

Designing 3D components for bridge structures demands high precision and rapid progress, especially in the context of the increasingly widespread adoption of BIM (Building Information Modeling) in civil engineering. This research focuses on the application of Dynamo, a visual programming tool for Revit, to automate the 3D component design process for bridge projects, aiming to minimize errors and optimize time efficiency. Specifically, the paper involves analyzing the features of Dynamo Revit and developing graph flows to formulate models of bridge components automatically. The results indicate that Dynamo Revit not only accelerates the design process but also enhances customization capabilities and accuracy compared to manual methods.

Keywords: Visual programming, parametric model, automation, building information modeling (BIM), Dynamo Revit.

1. Đặt vấn đề

Trong xu thế chuyển đổi số của ngành Xây dựng hiện nay, BIM (Building Information Modeling) được xem là nền tảng cốt lõi giúp nâng cao hiệu quả thiết kế, thi công và quản lý công trình [1-3]. Tuy nhiên, quá trình tạo lập mô hình BIM cho các cấu kiện xây dựng nói chung và công trình cầu nói riêng thường bao gồm nhiều bước lặp lại, đòi hỏi thao tác thủ công tỉ mỉ, tốn thời gian và dễ phát sinh sai sót. Điều này đặt ra nhu cầu cấp thiết về các công cụ tự động hóa nhằm rút ngắn thời gian, tăng độ chính xác và chuẩn hóa quy trình mô hình hóa.

Các công cụ hỗ trợ tự động hóa xây dựng mô hình BIM hiện nay có thể được chia làm hai nhóm: (1) Nhóm sử dụng các mã lệnh lập trình thuần túy để tương tác với thư viện của phần mềm BIM, ví dụ C# hoặc Python cho Revit API hoặc Tekla API; (2) Nhóm sử dụng công cụ lập trình trực quan (Visual Programming) [4-6] tạo lập các kịch bản nhằm liên kết và tương tác với mô hình BIM, ví dụ Grasshopper hay Dynamo. Các công cụ thuộc nhóm thứ hai (lập trình trực quan) có các ưu điểm nổi bật về tính dễ tiếp cận, thao tác dễ dàng, thời gian phát triển nhanh chóng trong khi giảm thiểu được các  lỗi cú pháp so với lập trình truyền thống.

Vì vậy, chúng thể hiện sự phù hợp cao với các kỹ sư xây dựng - đối tượng không có các kỹ năng chuyên sâu về công nghệ thông tin. Cụ thể, với Autodesk Revit - phần mềm thiết kế BIM phổ biến nhất trong lĩnh vực xây dựng và hạ tầng, công cụ lập trình trực quan Dynamo được tích hợp sẵn và đang được sử dụng rộng rãi và hiệu quả [6-8] để triển khai các tác vụ tự động hóa trong thiết kế và xây dựng mô hình thông tin công trình. Hơn nữa, Dynamo còn cho phép mở rộng hiệu quả các tính năng của Revit để phù hợp với các cấu kiện có tính phức tạp và chuyên biệt cao trong các công trình cầu [5,9-11], trong khi các tính năng sẵn có của Revit chưa hỗ trợ tốt và trực tiếp.

Trên cơ sở đó, bài báo này tập trung nghiên cứu và trình bày quy trình xây dựng các kịch bản Dynamo trong môi trường Revit nhằm tự động hóa việc tạo dựng mô hình 3D cho các cấu kiện đặc trưng của công trình cầu. Thông qua việc triển khai thử nghiệm, bài báo hướng tới kiểm chứng hiệu quả và tính khả thi của việc ứng dụng Dynamo trong tự động hóa thiết kế mô hình BIM cho công trình cầu, góp phần khẳng định tiềm năng ứng dụng rộng rãi của công cụ này trong lĩnh vực thiết kế hạ tầng giao thông.

2. Lập trình trực quan với Dynamo Revit

Dynamo Revit cho phép người dùng thiết lập các quá trình tự động hóa thông qua luồng kết nối trực quan giữa các khối nút (node) chứa đối tượng kết hợp logic thay vì viết mã lệnh truyền thống. Những đặc điểm này giúp kịch bản tự động hoá trở nên rõ ràng, dễ hiểu, trực quan, giúp hạn chế sai sót đồng thời tăng tính linh hoạt khi hiệu chỉnh mô hình [6,12 - 14].

2.1. Các thành phần chính trong lược đồ trực quan với Dynamo Revit

Việc mở rộng tính năng của Revit dựa trên Dynamo được thực hiện thông qua xây dựng các lược đồ thực thi trực quan (Visual Graph hay Dynamo Graph) thể hiện kịch bản tự động hóa. Hình 1 thể hiện các thành phần chính của một không gian làm việc (Workspace) để tạo ra một lược đồ trực quan với Dynamo.

Nút (node): Là một đơn vị chức năng cơ bản và quan trọng nhất của Dynamo. Mỗi nút thể hiện một tác vụ như tạo phần tử, xử lý dữ liệu, hoặc truy vấn thông tin từ mô hình Revit. Như được trình bày trong Hình 2 dưới đây, cấu tạo của một nút thường gồm có: (1) - tên (Name); (2) - phần thân (Main) thể hiện dữ liệu và xử lý; (3) - kênh/cổng (Ports) thông tin thể hiện đầu vào (In) và kết quả đầu ra (Out); (4) - ràng buộc dữ liệu danh sách (Lacing); (5) - giá trị dữ liệu mặc định (Default Value).

Các nút trong Revit không chỉ đơn thuần là dữ liệu hoặc các đối tượng trong mô hình của Revit mà còn có thể ở dạng các mã xử lý (Code Block). Ngoài ra, trong Dynamo còn hỗ trợ các nút với mã lệnh Python (Python Script Node) cho phép thực hiện các tác vụ phức tạp để sử dụng API của Revit.

Liên kết (Wire): Được sử dụng để kết nối giữa các nút, cụ thể là kết nối đầu ra (cổng Out) của một nút với đầu vào của một nút khác (cổng In). Liên kết truyền dữ liệu từ nút này sang nút khác và thể hiện luồng thực thi của chương trình.

Thư viện (Libraries): Cung cấp tập hợp các mẫu nút có thể được sử dụng trong dự án. Các tập hợp nút được tổ chức theo danh mục dạng cây phù hợp với chức năng cụ thể, ví dụ Data, Geometry, List… Cần chú ý rằng, khái niệm thư viện ở đây không chỉ đề cập đến các mẫu nút cơ bản được hỗ trợ sẵn bởi Dynamo, mà còn có thể bao gồm các gói thư viện mở rộng (Packages) được tạo từ các bên thứ ba.

2.2. Xây dựng, thực thi và chia sẻ chương trình tạo bởi Dynamo

Trong không gian làm việc của Dynamo, một chương trình được tạo ra thực chất là một lược đồ thực thi Hình 3 với các nút và liên kết thể hiện một kịch bản và quy trình vận hành hoàn chỉnh. Một lược đồ được lưu lại dưới dạng file .dyn để chạy trực tiếp trong Dynamo hoặc từ Revit thông qua Dynamo Player. Các file này hoàn toàn có thể được trao đổi giữa các người dùng hoặc đóng gói thành các gói thư viện để chia sẻ trong cộng đồng để tái sử dụng và cải tiến.

Trình tự xây dựng một chương trình với Dynamo Revit cơ bản như sau:

- Xác định mục tiêu & tham số đầu vào (kích thước, vị trí, vật liệu, cover thép, category…).

- Thiết kế logic thuật toán (sơ đồ khối: Nhập dữ liệu → Dựng hình học → Chuyển đổi sang đối tượng Revit → Gán thuộc tính).

- Xây dựng các nút và các liên kết tương ứng với logic xử lý.

- Kiểm thử - hiệu chỉnh - tối ưu (tốc độ, số node, tính ổn định, khả năng tái sử dụng).

2.3. Một số trường hợp sử dụng cơ bản

Tự động hóa các công việc lặp lại: Đây là nhóm ứng dụng phổ biến và mang lại hiệu quả trực của Dynamo. Những tác vụ thủ công tốn nhiều thời gian trong Revit có thể được tự động hóa hoàn toàn, giúp giảm sai sót và tiết kiệm đáng kể công sức cho người thiết kế.

Quản lý dữ liệu và thông tin mô hình: Dynamo cung cấp khả năng truy cập, lọc và thao tác dữ liệu trong mô hình BIM một cách linh hoạt, cho phép người dùng quản lý thông tin nhanh chóng và chính xác hơn, ví dụ: Trích xuất dữ liệu từ các đối tượng Revit sang các định dạng, cập nhật hàng loạt thông số.

Thiết kế hình học phức tạp và tính toán: Dynamo cho phép tạo ra các mô hình hình học phức tạp và thực hiện phân tích tính toán trong quá trình thiết kế, khắc phục giới hạn của các mô hình cấu kiện sẵn có trong Revit: Tạo bề mặt, hình khối hoặc cấu kiện có hình dạng tự do (Freeform) dựa trên thuật toán và tham số đầu vào.

Tích hợp tự động, thực hiện phân tích mô hình BIM tương ứng với các bộ môn/lĩnh thiết kế:

- Kiến trúc: Tạo các khối hình học sáng tạo, mặt đứng tham số, tối ưu hóa không gian, và phân tích điều kiện môi trường.

- Kết cấu: Tự động hóa bố trí cốt thép, tạo mô hình kết cấu phức tạp, và liên kết với các phần mềm phân tích như Robot Structural Analysis hoặc SAP2000.

- Cơ điện (MEP): Tự động hóa việc đi ống, đặt thiết bị, kiểm tra va chạm, và tối ưu hóa hệ thống theo các quy tắc kỹ thuật.

Nhờ những khả năng này, Dynamo cho Revit không chỉ là công cụ hỗ trợ, mà đã trở thành một phần quan trọng trong quy trình thiết kế BIM hiện đại, đặc biệt hữu ích trong các dự án công trình cầu, đường và hạ tầng giao thông, nơi tính chính xác và khả năng tùy biến theo tham số đóng vai trò then chốt [7-10,13].

3. Ứng dụng dynamo revit trong hỗ trợ xây dựng mô hình bim cho công trình cầu

Về cơ bản, các cấu kiện công trình hoàn toàn có thể được mẫu hóa dựa trên việc xây dựng các họ cấu kiện (Families) trong Revit. Tuy nhiên, với các mẫu cấu kiện phức tạp hoặc kèm theo các tính toán logic thì giải pháp sử dụng Dynamo có thể đem lại hiệu quả tốt và rõ ràng.

Trong mô hình BIM của công trình cầu, các cấu kiện chính như mố, trụ, dầm… đều có cấu tạo hình học phức tạp, phụ thuộc vào nhiều tham số thiết kế. Nếu thực hiện mô hình hóa bằng thao tác thủ công trong Revit, kỹ sư thường phải lặp lại nhiều bước dựng hình, nhập tham số và hiệu chỉnh chi tiết, dẫn đến mất nhiều thời gian, dễ sai lệch thông số.

Thông qua việc xây dựng các kịch bản (scripts) lập trình trực quan trong Dynamo, người thiết kế có thể mô hình hóa các cấu kiện 3D của công trình cầu một cách tham số hóa, nhất quán và dễ dàng cập nhật khi thay đổi dữ liệu đầu vào. Phần dưới đây trình bày một số ví dụ ứng dụng Dynamo trong thiết kế cấu kiện cầu được nhóm nghiên cứu thực hiện.

Mố cầu: Các tham số đầu vào bao gồm kích thước bệ, chiều cao tường mố, góc nghiêng và vị trí gối cầu. Dynamo tự động phát sinh hình khối bệ, thân và tường cánh dựa trên các tham số này, giúp mô hình 3D có thể điều chỉnh tức thời khi thay đổi dữ liệu thiết kế Hình 4. So với cách dựng thủ công, thời gian mô hình hóa giảm hơn 70%.

Trụ cầu: Dựa vào các tham số như chiều cao, kích thước thân trụ, bán kính bo, và cao độ xà mũ, Dynamo cho phép tạo nhanh mô hình trụ cầu dạng chữ nhật bo tròn hoặc trụ tròn. Việc hiệu chỉnh hình học hoặc thay đổi cao độ được thực hiện tự động Hình 5, thay vì phải sửa từng Family như trước.

Dầm cầu: Với tuyến cầu cong hoặc có độ dốc phức tạp, Dynamo sử dụng các node hình học như Curve.ByPoints và Solid.BySweep để sinh dầm theo đường cong tim cầu, đồng thời tự động nhân bản và đặt các dầm đúng vị trí gối. Nhờ đó, mô hình dầm có độ chính xác cao và dễ dàng cập nhật khi tuyến thay đổi Hình 6.

Trụ tháp cầu với dạng hình học phức tạp: Với nhiều hạng mục trụ tháp cầu có biên hình học hoặc dạng kiến trúc phức tạp, giải pháp sử dụng Dynamo với các nút về hình học kết hợp với nút mã (Code Block) là một giải pháp phù hợp. Hình 7 dưới đây mô tả một trụ tháp cầu dầm cáp hỗn hợp (Extradosed) với dạng cong phức tạp được xây dựng với Dynamo trong đó dữ liệu về tọa độ hình học được liên kết với tập hợp điểm trong một bảng lưu trữ trong file Excel.

Cốt thép kết cấu cầu: Đây là một hạng mục phức tạp, thường tốn nhiều thời gian khi triển khai thủ công. Dynamo cho phép tạo kịch bản sinh tự động cốt thép tham số hóa, sử dụng các node tương tác với Rebar API trong Revit hoặc thông qua Python Script để tạo và gán các thanh thép theo quy luật định sẵn. Kết quả là mô hình cốt thép 3D Hình 8 chính xác, thống nhất với hình học cấu kiện và có thể tự động cập nhật khi kích thước thay đổi.

Nhìn chung, việc ứng dụng Dynamo trong thiết kế cấu kiện 3D công trình cầu đã chứng minh được hiệu quả vượt trội so với phương pháp thủ công. Các kịch bản Dynamo giúp rút ngắn thời gian mô hình hóa 60 - 80%, đảm bảo tính thống nhất dữ liệu, đồng thời cho phép điều chỉnh linh hoạt khi có thay đổi thiết kế.

4. Kết luận và kiến nghị

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc ứng dụng Dynamo trong thiết kế và mô hình hóa các cấu kiện BIM công trình cầu mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với phương pháp thao tác thủ công trực tiếp trên Revit. Thay vì phải thực hiện hàng loạt bước lặp lại tốn thời gian, Dynamo cho phép tự động hóa quy trình thiết kế, giúp giảm đáng kể khối lượng công việc, hạn chế sai sót, và nâng cao tính nhất quán dữ liệu trong mô hình.

Mặc dù vậy, quá trình triển khai Dynamo trong thực tế vẫn còn một số hạn chế nhất định.

- Người sử dụng cần có kiến thức cơ bản về lập trình và tư duy logic để xây dựng được các lược đồ hoạt động ổn định.

- Hiệu suất xử lý của Dynamo còn phụ thuộc nhiều vào quy mô mô hình và số lượng phần tử Revit. Khi mô hình quá lớn hoặc kịch bản chứa nhiều vòng lặp, tốc độ tính toán giảm đáng kể, gây ra tình trạng treo hoặc gián đoạn trong quá trình chạy script. Bên cạnh đó, giao diện lập trình trực quan dạng node tuy thân thiện với người dùng mới, nhưng khi logic trở nên phức tạp, sơ đồ kết nối trở nên rối và khó bảo trì.

- Ngoài ra, Dynamo hiện nay chưa hỗ trợ đầy đủ tất cả các lớp đối tượng và tham số trong Revit API, khiến một số tác vụ chuyên sâu vào thư viện đối tượng của Revit vẫn còn có thể gặp khó khăn.

Để khắc phục những hạn chế trên, sự kết hợp giữa Dynamo và ngôn ngữ Python là một hướng đi hiệu quả. Python cho phép truy cập trực tiếp vào Revit API, giúp mở rộng đáng kể khả năng của Dynamo vượt ra ngoài các node có sẵn. Ngoài ra xu hướng tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI) cũng mở ra khả năng hỗ trợ sinh mã Python tự động giúp kỹ sư tiếp cận lập trình dễ dàng hơn, tăng hiệu quả thiết kế.

Trong tương lai, sự kết hợp giữa Dynamo - Python - AI hứa hẹn hình thành một hệ sinh thái tự động hóa thông minh trong Revit. Đây chính là hướng phát triển tất yếu nhằm nâng cao hiệu quả, độ chính xác và tính linh hoạt của quy trình thiết kế BIM công trình cầu trong kỷ nguyên số hóa.

Lời cảm ơn và ghi nhận hỗ trợ

Nghiên cứu này được tài trợ bởi Trường Đại học Giao thông vận tải trong đề tài mã số T2025-CT-024.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Bùi Công Độ (2012), Mô hình hóa thông tin công trình trong thiết kế cầu, Tạp chí GTVT.

[2]. 348/QĐ-BXD, Công bố Hướng dẫn chung áp dụng BIM, Việt Nam, 2021.

[3]. 258/QĐ-TTg, Phê duyệt lộ trình áp dụng BIM trong hoạt động xây dựng, Việt Nam, 2023.

[4]. X. Zhu, T. Bao, H. Yu, J. Zhao (2020), Utilizing BIM and Visual Programming for Segment Design and Composition, Journal of Computing in Civil Engineering 34, 04020024. https://doi.org/10.1061/(ASCE)CP.1943-5487.0000903.

[5]. J. Collao, F. Lozano-Galant, J.A. Lozano-Galant, J. Turmo, BIM Visual Programming Tools Applications in Infrastructure Projects: A State-of-the-Art Review, Applied Sciences 2021, Vol. 11, Page 8343 11 (2021) 8343. https://doi.org/10.3390/APP11188343.

[6]. P.G. Kossakowski (2023), Visual Programming as Modern and Effective Structural Design Technology - Analysis of Opportunities, Challenges, and Future Developments Based on the Use of Dynamo, Applied Sciences 2023, Vol. 13, Page 9298 13, 9298. https://doi.org/10.3390/APP13169298.

[7]. N. Xu, Y. Yao, J. Zhao (2022), Parametric Modeling for Bridge structures Based on Dynamo, Proceedings - 2022 International Conference on Intelligent Transportation, Big Data and Smart City, ICITBS 2022, 1310-1313. https://doi.org/10.1109/ICITBS55627.2022.00280.

[8]. Jakub Bielski (2022), Dynamo-Powered Infrastructure Design for Automation and Sustainability, Autodesk University. https://www.autodesk.com/autodesk-university/class/Dynamo-Powered-Infrastructure-Design-Automation-and-Sustainability-2022 (accessed October 19, 2025).

[9]. James Crabtree (2019), Bridge Detailing 2.0: Computational modelling methods using Civil 3D, Revit & Dynamo, Autodesk University. https://www.autodesk.com/autodesk-university/class/Bridge-Detailing-20-Computational-modelling-methods-using-Civil-3D-Revit-Dynamo-2019 (accessed October 19, 2025).

[10]. Z. Shan, S. Haoyuan, S. Yesheng, C. Jixiang, X. Bin (2020), S. Haoran, Application of dynamo in modeling of variable cross section bridges, Proceedings - 2020 International Conference on Virtual Reality and Intelligent Systems, ICVRIS,  1011–1013. https://doi.org/10.1109/ICVRIS51417.2020.00247.

[11]. S. Wu, M.Z. Ramli, S.P. Ngian, G. Qiao, B. Jiang, Review on parametric BIM and forward design approaches for sustainable bridge engineering, Discover Applied Sciences 7 (2025) 1–24. https://doi.org/10.1007/S42452-025-06543-Y/FIGURES/7.

[12]. D. Shishina, P. Sergeev, REVIT DYNAMO: DESIGNING OBJECTS OF COMPLEX FORMS. TOOLKIT AND PROCESS AUTOMATION FEATURES, Architecture and Engineering 4 (2019) 30–38. http://aej.spbgasu.ru/index.php/AE/article/view/250 (accessed October 19, 2025).

[13]. G. Rocha, L. Mateus, Using Dynamo for Automatic Reconstruction of BIM Elements from Point Clouds, Applied Sciences 2024, Vol. 14, Page 4078 14 (2024) 4078. https://doi.org/10.3390/APP14104078.

[14]. Jacqueline Rohrmann, Lilli Smith, Dynamo from BIM Automation to Generative Design - Part 1 of 4, Autodesk University (2019). https://www.autodesk.com/autodesk-university/class/Dynamo-BIM-Automation-Generative-Design-Part-1-4-2019 (accessed October 19, 2025).