基于Revit+Dynamo建立道路三維空間曲線及精度評價研究

范文曉， 喬東閣,2， 鄧雲汀,3

（1. 新疆工程學院土木工程學院；2. 涵熙（蘇州）工程顧問有限公司；3. 中鐵建設集團有限公司華中分公司）

1 引言

隨著BIM 技術在道路[1]、鐵路、市政[2]、橋梁[3]等建設行業的不斷應用，Revit軟件作為目前業界公認的主流BIM 建模軟件，正逐漸被應用于道路工程當中。而線型復雜構件的創建，如道路BIM 模型的精確建立是BIM在道路工程應用中最為重要的一個環節。基于BIM 模型精確創建的重要意義，對于線型復雜構件的創建，首先需要建立放樣構件的路徑，建立道路中心線。道路的中心線是由平曲線和縱曲線擬合而成的三維空間線，傳統的道路線形設計方法難以實現平面線形、縱斷面線形之間的動態關聯，且Revit 不能直接建立三維空間線[4]，本文利用Revit+Dynamo來完成。此外，線形構件的中心線三維空間曲線精度是重中之重，它的精度影響著整個模型的精度，其精度的評價對于BIM 技術在道路工程中的應用有著重要意義[5]。本研究將以道路復雜構件中心線為對象，探索基于Dynamo 可視化編程與Revit相結合的方式解決Revit 無法解決的復雜空間曲線類問題，Revit+Dynamo 建立道路三維空間線，分析建立曲線過程中影響空間曲線精度的因素，利用Revit+Dynamo 檢驗和評價曲線精度情況，選出更推崇的精度更佳的道路三維空間曲線創建方式，在工程項目實踐應用中推薦優先選用，為BIM 技術在道路工程建模過程中提供有益參考。

2 Revit+Dynamo道路三維空間曲線建模方法

本研究使用Revit+Dynamo建立三維空間線，擬采用兩種方法：①使用Civil3D 軟件導出中心線到Revit，Dynamo 拾取轉換為Element.geometry，即為Dynamo 中擬合的空間曲線；②使用專業測量軟件（如道路之星、測量員、Civil3D）導出點坐標，Dynamo讀取點坐標后使用Nurbscurve.bypoints 重新擬合空間曲線。

本文先對所使用的軟件計算三維坐標的特點進行簡要介紹，具體內容見表1。

表1 使用軟件介紹

3 工程概況

為進行三維空間曲線精度評價，以烏魯木齊某市政項目的某匝道（A）路線為案例，達到工程應用的目的。該段匝道路線包含直線、圓曲線、緩和曲線，單元要素多、計算復雜。曲線參數如表2和表3，選取K0+050～500區間段作為對比。

表2 平曲線參數表 m

表3 豎曲線參數表 m

4 分析誤差產生的原因及精度評價

4.1 測量軟件計算影響

道路中心線一般由直線、圓弧、回旋線組成，圓弧、回旋線的計算受保留小數的精度和計算機算法影響一般會產生誤差，對于不同測量軟件計算出來的誤差需要進行對比分析，精度評價技術路線如圖1。

圖1 不同測量軟件計算精度評價技術路線

道路之星為Casio 公司產品，其工程應用廣泛，具有基準參考價值，因此以“道路之星”的數據為基準，其他兩款測量軟件數據分別與“道路之星”數據相減得到偏差如圖2和圖3。

圖2 Civil3D與“道路之星”X、Y、Z數據偏差對比

圖3 “測量員”與“道路之星”X、Y、Z數據偏差對比

從上圖分析得出如下結論：

①Civil3D 的X、Y數據相比“測量員”數據更波動一些，整體偏差在0.5mm 以內；Civil3D 的Z 數據最大偏差在2mm左右；

②“測量員”的X、Y數據相比Civil3D 更集中一些，整體偏差在0.2mm以內；“測量員”Z數據單數據偏差更小些，在0.6mm以內。

因此不同測量軟件對曲線的計算，特別是對緩和曲線的計算是有誤差的，Civil 3D的數據相對波動更大。

4.2 擬合曲線方式影響

如前所述，Revit+Dynamo 中創建擬合曲線有兩種方式，檢測過程中進行了數據點加密，同時評價數據點加密后精度情況。

①Dynamo擬合Civil 3D導出的曲線與Civil 3D導出的坐標點誤差對比情況如圖4。

圖4 Dynamo擬合曲線導出數據與Civil 3D導出坐標點X、Y、Z偏差

經對比，Dynamo 重新擬合Civil 3D 導出曲線的偏差在0.6mm左右，因此，更建議使用測量軟件導出坐標點，Dynamo 讀取點坐標后建立空間曲線的方式。

②Dynamo 擬合“測量員”導出的曲線與“測量員”導出的坐標點（數據點間距1m）誤差對比情況如圖5。

圖5 Dynamo擬合曲線導出數據與“測量員”導出數據坐標對比

偏差為“0”。原因在于Dynamo計算求解的點剛好是生成nurbscurve 的點，輸入點和輸出點為同一點。該對比可證明，Dynamo計算流程準確無誤。

③數據加密點后誤差情況，在“測量員”軟件中以間距0.5m重新導出逐樁坐標點XYZ數據，作為加密后的數據；上述已有按照“測量員”間距1m導出坐標點在Dynamo 中擬合的曲線，此曲線不變，以間距0.5m 導出坐標點，此0.5m 處的坐標點即為Dynamo中擬合形成；與加密后的源數據為基準對比結果如圖6。

圖6 Dynamo中使用“測量員”數據源間距1m時與間距0.5m時誤差對比

分析看出，加密后偏差不超過0.1mm，但是可以說明：0.5m處的數據是nurbsCurve擬合出來的，偏差由此產生。

5 結論

①以Revit+Dynamo 的方式創建道路三維空間曲線，解決了Revit 無法解決的復雜空間曲線類問題；分析了建立三維空間曲線過程中數據產生誤差的原因，即不同測量軟件計算曲線產生的誤差和重新擬合曲線所產生的誤差，并分別進行了精度評價。

②在測量軟件計算曲線過程中，Civil3D的數據相對波動更大；在重新擬合建立曲線過程中，因測量員軟件可自由設置導出間距，而道路之星最小只能做到1m間距導出，因此作者更推崇測量員軟件導出坐標點，Dynamo讀取點坐標后擬合曲線建立三維空間曲線的方式，該方式精度可控，在工程項目中可以推薦優先選用。