基于Revit+Dynamo建立道路三维空间曲线及精度评价研究

范文晓， 乔东阁,2， 邓雲汀,3

（1. 新疆工程学院土木工程学院；2. 涵熙（苏州）工程顾问有限公司；3. 中铁建设集团有限公司华中分公司）

1 引言

随着BIM 技术在道路[1]、铁路、市政[2]、桥梁[3]等建设行业的不断应用，Revit软件作为目前业界公认的主流BIM 建模软件，正逐渐被应用于道路工程当中。而线型复杂构件的创建，如道路BIM 模型的精确建立是BIM在道路工程应用中最为重要的一个环节。基于BIM 模型精确创建的重要意义，对于线型复杂构件的创建，首先需要建立放样构件的路径，建立道路中心线。道路的中心线是由平曲线和纵曲线拟合而成的三维空间线，传统的道路线形设计方法难以实现平面线形、纵断面线形之间的动态关联，且Revit 不能直接建立三维空间线[4]，本文利用Revit+Dynamo来完成。此外，线形构件的中心线三维空间曲线精度是重中之重，它的精度影响着整个模型的精度，其精度的评价对于BIM 技术在道路工程中的应用有着重要意义[5]。本研究将以道路复杂构件中心线为对象，探索基于Dynamo 可视化编程与Revit相结合的方式解决Revit 无法解决的复杂空间曲线类问题，Revit+Dynamo 建立道路三维空间线，分析建立曲线过程中影响空间曲线精度的因素，利用Revit+Dynamo 检验和评价曲线精度情况，选出更推崇的精度更佳的道路三维空间曲线创建方式，在工程项目实践应用中推荐优先选用，为BIM 技术在道路工程建模过程中提供有益参考。

2 Revit+Dynamo道路三维空间曲线建模方法

本研究使用Revit+Dynamo建立三维空间线，拟采用两种方法：①使用Civil3D 软件导出中心线到Revit，Dynamo 拾取转换为Element.geometry，即为Dynamo 中拟合的空间曲线；②使用专业测量软件（如道路之星、测量员、Civil3D）导出点坐标，Dynamo读取点坐标后使用Nurbscurve.bypoints 重新拟合空间曲线。

本文先对所使用的软件计算三维坐标的特点进行简要介绍，具体内容见表1。

表1 使用软件介绍

3 工程概况

为进行三维空间曲线精度评价，以乌鲁木齐某市政项目的某匝道（A）路线为案例，达到工程应用的目的。该段匝道路线包含直线、圆曲线、缓和曲线，单元要素多、计算复杂。曲线参数如表2和表3，选取K0+050～500区间段作为对比。

表2 平曲线参数表 m

表3 竖曲线参数表 m

4 分析误差产生的原因及精度评价

4.1 测量软件计算影响

道路中心线一般由直线、圆弧、回旋线组成，圆弧、回旋线的计算受保留小数的精度和计算机算法影响一般会产生误差，对于不同测量软件计算出来的误差需要进行对比分析，精度评价技术路线如图1。

图1 不同测量软件计算精度评价技术路线

道路之星为Casio 公司产品，其工程应用广泛，具有基准参考价值，因此以“道路之星”的数据为基准，其他两款测量软件数据分别与“道路之星”数据相减得到偏差如图2和图3。

图2 Civil3D与“道路之星”X、Y、Z数据偏差对比

图3 “测量员”与“道路之星”X、Y、Z数据偏差对比

从上图分析得出如下结论：

①Civil3D 的X、Y数据相比“测量员”数据更波动一些，整体偏差在0.5mm 以内；Civil3D 的Z 数据最大偏差在2mm左右；

②“测量员”的X、Y数据相比Civil3D 更集中一些，整体偏差在0.2mm以内；“测量员”Z数据单数据偏差更小些，在0.6mm以内。

因此不同测量软件对曲线的计算，特别是对缓和曲线的计算是有误差的，Civil 3D的数据相对波动更大。

4.2 拟合曲线方式影响

如前所述，Revit+Dynamo 中创建拟合曲线有两种方式，检测过程中进行了数据点加密，同时评价数据点加密后精度情况。

①Dynamo拟合Civil 3D导出的曲线与Civil 3D导出的坐标点误差对比情况如图4。

图4 Dynamo拟合曲线导出数据与Civil 3D导出坐标点X、Y、Z偏差

经对比，Dynamo 重新拟合Civil 3D 导出曲线的偏差在0.6mm左右，因此，更建议使用测量软件导出坐标点，Dynamo 读取点坐标后建立空间曲线的方式。

②Dynamo 拟合“测量员”导出的曲线与“测量员”导出的坐标点（数据点间距1m）误差对比情况如图5。

图5 Dynamo拟合曲线导出数据与“测量员”导出数据坐标对比

偏差为“0”。原因在于Dynamo计算求解的点刚好是生成nurbscurve 的点，输入点和输出点为同一点。该对比可证明，Dynamo计算流程准确无误。

③数据加密点后误差情况，在“测量员”软件中以间距0.5m重新导出逐桩坐标点XYZ数据，作为加密后的数据；上述已有按照“测量员”间距1m导出坐标点在Dynamo 中拟合的曲线，此曲线不变，以间距0.5m 导出坐标点，此0.5m 处的坐标点即为Dynamo中拟合形成；与加密后的源数据为基准对比结果如图6。

图6 Dynamo中使用“测量员”数据源间距1m时与间距0.5m时误差对比

分析看出，加密后偏差不超过0.1mm，但是可以说明：0.5m处的数据是nurbsCurve拟合出来的，偏差由此产生。

5 结论

①以Revit+Dynamo 的方式创建道路三维空间曲线，解决了Revit 无法解决的复杂空间曲线类问题；分析了建立三维空间曲线过程中数据产生误差的原因，即不同测量软件计算曲线产生的误差和重新拟合曲线所产生的误差，并分别进行了精度评价。

②在测量软件计算曲线过程中，Civil3D的数据相对波动更大；在重新拟合建立曲线过程中，因测量员软件可自由设置导出间距，而道路之星最小只能做到1m间距导出，因此作者更推崇测量员软件导出坐标点，Dynamo读取点坐标后拟合曲线建立三维空间曲线的方式，该方式精度可控，在工程项目中可以推荐优先选用。