基于Revit Dynamo的交通领域线性工程装配方法研究

吴 爽，尹华拓，陈 剑，王文涛*

（1、广州城市职业学院 广州 510405；2、广州地铁设计研究院股份有限公司 广州 510010；3、中国铁路设计集团有限公司 天津 300308）

“十四五”规划提出了“加快数字化发展，建设数字中国”，将建立数字社会、数字生态作为重要发展目标。《数字经济及其核心产业统计分类（2021）》中，对数字经济进行了定义，并将数字化建筑业纳入数字化经济统计分类，属于产业数字化部分（指应用数字技术和数据资源为传统产业带来的产出增加和效率提升，是数字技术与实体经济的融合）。数字化建筑业指利用BIM 技术、云计算、大数据、物联网、人工智能、移动互联网等数字技术与传统建筑业的融合活动。这是国家层面对建筑行业加大BIM应用的硬性要求。

王茹等人［1］在对公路立交BIM 参数化快速精确建模方法进行了研究；CHEN 等人［2］研究了一种基于BIM三维视图深度特征的BIM自动细化方法；SHISHINA 等人［3］利用Revit Dynamo 设计复杂形态的对象；WALID等人［4］使用Revit Dynamo将生命周期BIM数据链接到一个设施管理系统中；程霄等人［5-7］基于Dynamo 可视化编程，研究了建筑预制装配式构件的建模方法；黄莹等人［8-9］基于Revit 进行了铁路工程三维建模方法研究与应用；鲍大鑫等人［11-16］基于“Revit+Dynamo”平台对桥梁工程BIM 建模进行了探究。从既有研究成果可看出，Revit 在建筑行业应用程度较高，市场占有率高，但在交通领域的应用范围仍然微乎其微，对于线性工程模型的通用构建方法研究仍然寥寥无几。

线性工程指市政道路、桥梁、隧道、管廊等工程。线性工程模型的创建及信息维护存在以下难点：项目设计线路为三维空间曲线，如果手动计算各种位置数据，数据处理工作量巨大；横断面有超高，线型空间曲面定位困难大；项目附属设施多而且形式复杂，尤其是隧道、管廊等构件信息的添加和维护工作量巨大。而传统的Revit 建立线性工程BIM 建筑信息模型，需要建模师逐一将构件族移动、旋转以调整至正确位置，重复机械工作量巨大。以上这些问题的存在，导致传统的方法几乎难以完成大型线性工程模型的建立和维护工作。单纯依靠Revit 进行线性工程建模的传统方法，难以适应土木交通领域的线性工程模型的建立和维护等问题。

鉴于线性工程建模的空间数据计算，有很强的逻辑性，可以通过编制程序计算出来；而对各种构件的建模，Revit 中的族提供了丰富的解决方案，族的放置可以依附于线性工程的三维曲线提取的空间信息来完成。这是本文在寻求线性工程解决方案的主要思路。

为解决Revit 对复杂曲面建立方面的不足，尤其是处理带有逻辑的一系列操作以提高建模效率，Dynamo 应运而生。Dynamo 是一款可视化编程软件，对没有编程经验的工程师也很容易上手。

将Revit+Dynamo 进行联合应用，提出了在Dynamo 中进行空间曲线信息提取，并通过建立Dynamo 标准化的节点和标准的设计输入模板，在Revit中快速生成线性工程模型的方法。建立的三维模型可应用于碰撞检查、施工算量、施工模拟、可视化漫游、施工进度推演等各方面。同时，线性工程BIM 应用仍然落后于建筑业，此解决方案可以提升线性工程BIM应用水平。

1 Revit+Dynamo的建模优势

近年来，随着BIM 技术、数字化建筑、智能建筑行业的不断发展，土木工程的BIM 应用的发展搭上了行业的高速发展列车，传统的土木工程信息化进程不断向纵深发展。由于建筑物模型具有规律性强、模型相对较小的特点，建筑行业BIM 应用逐渐处于土木工程领域领先地位，线性工程的BIM 应用程度也渐渐走上了正轨。目前，市面上为交通工程提供解决方案的软件公司主要有三家［9］：分别为AutoDesk 的Revit 软件、Bentley 的OpenBridge 系列软件和Dassault 的CATIA软件。下面对其进行优缺点分析，如表1所示。

表1 BIM软件对比Tab.1 BIM Software Comparison

同属于Autodesk 平台的CAD 界面和Revit 软件面板相似，在建筑BIM 行业的占有率高［1］。鉴于Revit界面友好、学习难度低、应用成本低，且Revit本身提供了丰富的族类型和Dynamo 可视化编程解决有逻辑的放置问题的便利性，采用Autodesk 的“Revit+Dynamo”进行BIM技术在线性工程中的装配方案研究。

2 线性工程的装配方法

针对交通工程里程长、空间关系复杂、构件多样的特点，提出的一套通用性强的线性工程装配方法，主要技术路线为：

第一步：对线性工程各类数据进行整理，作为模型输入基础数据；

第二步：提取线性工程的线路数据，在Dynamo 中建立三维曲线模型；

第三步：在Revit 中，建立线性工程标准构件、非标准构件族；

第四步：在Dynamo 中，获取构件的位置信息，进行各构件的装配建模；

第五步：在Dynamo 中，进行模型的信息添加和维护工作；

第六步：进行模型的整合应用。

通过Revit+Dynamo 相结合应用，可以为线性工程提供装配方案。线性工程装配方法及应用流程（以桥梁工程为例）如图1所示。

图1 线性工程装配方法及应用流程（以桥梁工程为例）Fig.1 Linear Engineering Assembly Method and Application Flow （Taking Bridge Engineering as an Example）

2.1 数据的分类

线性工程建模所需的数据量较大，首先需要将基础设计数据进行合理的整理和分类。根据建模时对数据的使用情景，将线性工程的设计数据划分为：决定空间位置的线路数据；决定构件或附属设施的形状和方向的族参数数据；体现构件或附属设施的属性信息的属性数据（例如类型、材质、钢筋信息等）、编号等。基础数据分类如表2所示。

表2 基础数据分类Tab.2 Basic Data Classification

2.2 线路模型的建立方法

获取线路模型数据的方法有两种：①在Civil 3D中建立线路模型，将Civil 3D 模型数据导出，以供Dy-namo 中建立线路模型使用；②利用线路设计成果的CAD 文件，在Revit 中编辑成为模型线，进而编辑为Revit模型组，以供Dynamo中利用。

线路模型准备就绪后，在Dynamo 中，读取线路中心线数据，通过NurbsCurve.Bypoints节点，可以生成平面曲线，再通过Geometry.Translate 节点，可以进一步生成三维空间曲线。生成空间曲线方法如图2所示。

图2 生成空间曲线方案Fig.2 Generating the Spatial Curves Scheme

2.3 构件三维可参数化模型创建方法

Revit 中提供了丰富的族模板，通过公制常规模型、公制结构框架-梁和支撑等，将用于创建线性工程（以连续桥梁为例）所需的构件Revit族建好，并赋予构件属性信息。构件的参数信息如表3所示。

表3 构件参数Tab.3 Component Parameter

以创建可参数化箱梁族为例，在Revit环境中选择公制轮廓族模板，创建箱梁轮廓并设置箱梁尺寸参数，将制作好的轮廓载入到公制结构框架族中，将设置的尺寸参数关联到箱梁族中，实现箱梁的可参数化（见图3）。

图3 参数化箱梁Fig.3 Parametric Box-beam

2.4 Revit+Dynamo拼装方法

基于在Dynamo 中生成的三维空间平面，运用节点Curve.CoordinateSystemAtSegmentLength，可以进一步获取构件所在里程处的坐标系，通过Geometry.Intersect，得到构件放置点的空间位置。

但是此时的构件方向还未调整，要进一步运用FamilyInstance.SetRotation 节点，调整构件的放置方向。这样，构件就批量装配在线性工程正确位置了。构件的放置流程，如图4所示。

图4 构件放置方案Fig.4 Component Placement Scheme

2.5 模型信息添加剂及维护

线性工程BIM 模型集聚了各类信息，实际工程中，在模型建立后，经常面临各种数据的更改问题，为了模型能更好的应用于设计、施工和运营管理各个环节，研究如何在Dynamo 中对模型的各种信息进行添加和更改，也是十分迫切的。

在模型信息更改中，结合数据表格实例化数据的修改，并运用了Element.SetParameterByName 节点设置族参数。构件的属性信息设置方案，如图5所示。

图5 设置构件属性信息方案Fig.5 Setting the Component Property Information Scheme

3 工程应用

3.1 工程实例

为验证本文提出的线性工程装配方案的可行性，对某高速铁路工程1.2 km 高架段落进行建模，路段内包含48+80+48 三跨混凝土变截面连续梁桥和简支梁桥。桥实例模型如图6所示。

图6 铁路混凝土梁桥BIM模型Fig.6 BIM Model of Railway Concrete Girder Bridge

通过成功建立模型，验证了本文提出的线性工程装配方案的可行性，为线性工程的BIM 技术应用提出了一种高效的建模思路。

3.2 模型评价

采用Revit+Dynamo 线性工程装配式解决方案，基于Revit 强大的族库和族参数化功能，通过将图纸中空间信息和构件参数整理在Excel 表格中，利用Dynamo 获取线性工程平面并建立三维空间线路，仅需约3 h，便可以建立模型。并且可以通过修改数据表格，快速实现模型的修改和属性信息更新。相比传统建模方法，大大提高了建模效率。同时，在建模过程中，积累了桥梁支座、桥墩、主梁等标准构件族库，为后续建模提供了便利。

当线路长度超过3 km 时，由于模型体量太大，运行会变慢。但可以通过分段建模解决此问题。模型效果分析，如表4所示。

表4 模型效果分析Tab.4 Model Effect Analysis

4 结论

⑴ 通过Revit+Dynamo 建立了线性工程BIM 模型，提出的建模思路和步骤适用性较广，可以应用在道路、桥梁、隧道、管廊等各种线性工程建模中，破除了单一运用Revit进行线性工程建模的技术壁垒；

⑵通过编写标准化数据模板和Dynamo 程序模块，提高了自动化建模效率，同时避免由于人工建模放置构件造成的疏忽错误；

⑶对建模基础数据进行了分类，通过数据的调整，并结合Dynamo 程序脚本，可快速实现批量更改各类参数，能较好地适应工程实际应用过程中反复调整方案的需求；

⑷结合Autodesk 公司其他平台，所建立的BIM模型可以广泛应用于碰撞检查、施工算量、施工模拟、可视化漫游、施工进度推演等方面。