Revit+Dynamo在螺旋隧道参数化建模中的研究与应用

李中元 程熙竣

(中国电建集团市政规划设计研究院有限公司，珠海 519000)

引言

Revit于2004年进入中国，在逐年高涨的基础建设浪潮背景下，其应用领域逐渐从最传统的建筑行业扩张至水利水电行业、工厂行业等。BIM理念深入人心的同时，不同行业对Revit的应用也出现了不同的需求，但Revit深耕建筑信息模型使得其在其他领域的应用显得举步维艰，尤其无法适应公路工程路线长、空间曲线复杂、信息大、变更量大的特点[1]。

Dynamo是一款可用在Revit平台上的可视化编程软件[2]，在此软件上可以根据界面中生成的几何造型直观地编写脚本，再通过不同的算法组合来实现异形结构体的创建，Dynamo秉持“所见即所得”的原则，让脚本与结果实现调整和观看同步。

本文尝试采用“Revit+Dynamo”的技术路径来实现长螺旋线高速公路隧道真三维建模，所创建的模型不仅真实地创建了隧道主洞及车行、人行横通道的围岩支护结构，还通过参数化驱动实现路面横坡的连续变化，为完善隧道BIM正向设计奠定了基础。

1 工程概况

红河州建水(个旧)至元阳高速公路工程是云南省“十三五”高速公路网规划的重要组成部分，项目位于建水县、元阳县、个旧市，建设历程全长约124.798km，是中国电建集团转型升级关键时期承担建设规模单体最大的高速公路项目。其控制性重点工程之一的咪的村隧道属于深埋特长隧道，最大埋深366m，右线长4 004.621m，左线长3 903.620m，包含10条人行横通道、5条车行横通道。咪的村隧道整体呈空间螺旋分布，沿线地质情况复杂多变，主洞结构覆盖I～V级围岩所对应的全断面衬砌类型。

根据建设单位的要求需建设红河州建水(个旧)至元阳高速公路BIM建设管理信息系统，其中包括根据设计图纸建立控制性重点工程的精细三维模型，并进行深化应用。

隧道工程依托于横断面和纵断面设计，其结构本质就是根据沿线的围岩特定选定安全、合理、经济的断面形式，进行从平面到立体的拉伸过程，下文根据这一原理阐述“Revit+Dynamo”的建模思路。

2 参数化建模技术路径

“Revit+Dynamo”建模主要结合两款软件各自的特点，并依托数据接口完成建模数据的获取、传输、重构、创建及导出。

通过Civil 3D获取隧道中心线的平纵设计数据源，主要是坐标和高程信息，将数据通过特定节点导入Dynamo并重构三维空间设计线。根据隧道信息表整理的纵断面设计信息，Dynamo对设计线实施逐桩分段定位、各分段起讫断面放样融合、各分段主洞模型合拢和横通道剪切，最终将隧道模型作为族文件导出到Revit便完成了整体隧道精细化三维模型的创建。图1为参数化建模技术路径。

表1 咪的村隧道Z线73～75段衬砌详细信息表

2.1 隧道详细信息表

本项目沿线地质复杂多变呈现无规律性，咪的村隧道整体呈现长螺旋深埋分布，因此该隧道横断面设计覆盖了I～V级围岩所对应的全体围岩衬砌类型。隧道精细化建模需要真实地展现不同桩号段落对应的不同围岩衬砌类型，因此，要把纵断面、横断面以及附属结构等详图中直接用于精细化建模的一系列信息和参数整合汇总于Excel表中。从短期来看，此举有助于同步校核施工图设计成果，对现阶段失误和不足留下修正的空间； 从长期来看，此举为今后可能出现的设计变更留出了改进的空间，避免了三维成果的重复设计，实现了设计变更联动更新与迭代。

隧道详细信息表主要包括标定点、距标定点的距离、起始结束里程桩号、衬砌结构类型、起始/结束坡率、起始/结束内轮廓、起始/结束外轮廓。其中，标定点是在隧道起始桩号向小桩号方向延长5m确定的一个辅助定位点； 距标定点距离是指各衬砌分段起讫里程桩号距标定点的里程距离； 衬砌结构类型是各桩号段对应的特定围岩衬砌类型； 起始/结束坡率是指各桩号段起始/结束断面的超过横坡坡率； 起始/结束内轮廓是指横断面设计的内部轮廓类型； 起始/结束外轮廓是指横断面设计的外部围岩衬砌类型。

设定标定点的目的是为了降低Dynamo在空间曲线上定位路线切线方向的法平面产生较大系统误差的可能性，如表1所示，为Z线隧道详细信息表具有代表性的部分。

横通道详细信息部主要包括车行/人行横通道编号、对应衬砌段落、对应剪切里程桩号、横通道起讫方向及衬砌结构类型。其中，对应剪切里程桩号是指该横通道中心线与左右线隧道中心线相交位置的里程桩号； 对应衬砌段落是指横通道中心线与左右线的交点桩号对应于左右线隧道详细信息表中按桩号列举所属的衬砌段； 横通道起讫方向是将横通道视为一段小型隧道统一视为自右线向左线贯通地方式创建真三维模型的横通道路线前进方向； 衬砌结构类型是指横通道考虑围岩防护、防火设计而设置的不同横断面衬砌类型。

此外，需在横通道起始位置向两端方向延长一定距离，并计算各段衬砌结构起讫桩号距离该标定点的距离。此举旨在避免因实体外露不充分而导致的横通道与主洞布尔运算出错的可能，需要把两端的起始和结束衬砌适当延长。具有代表性的V级围岩车行横通道详细信息表如表2所示。

表2 咪的村隧道1#车行横通详细信息表

2.2 参数化横断面构建集

本项目隧道设计一律采用标准断面，内轮廓设计包含：带仰拱隧道内轮廓、无仰拱隧道内轮廓、带仰拱紧急停车带内轮廓、无仰拱紧急停车带内轮廓、带仰拱人行横通道内轮廓、无仰拱人行横通道内轮廓、带仰拱车行横通道内轮廓及无仰拱车行横通道内轮廓。

外轮廓设计包含：Ⅲa、Ⅲb、Ⅲc型衬砌； Ⅳa、Ⅳb、Ⅳc、Ⅳd型衬砌； Ⅴa、Ⅴb、Ⅴc型衬砌； J-Ⅲ、J-Ⅳ、J-Ⅴ型衬砌、R-Ⅲ、R-Ⅳ、R-Ⅴ型衬砌； C-Ⅲ、C-Ⅳ、C-Ⅴ型衬砌。图2为V级围岩标准横断面设计，各类型与内外轮廓构件对应关系如表3～表4所示。

图2 V级围岩标准横断面设计

表3 衬砌与外轮廓构件对应关系表

表4 衬砌与内轮廓构件对应关系表

2.3 中心数据源获取

运用Civil 3D整合咪的村隧道的平面、纵断面信息生成三维空间定位线。此时的三维空间定位线无法被Dynamo识别，需要经过移轴、投影至XY平面以及向两端延长空间线，以便降低Dynamo在空间曲线上定位路线切线方向的法平面存在误差的可能性。中心数据源在Civil 3D中整合后形成如图3所示的包含了K线、Z线、人行横通道线、车行横通道线在内的建模基准空间线。

图3 隧道建模基准空间线

2.4 Dynamo读取空间线及逐桩分段

利用Dynamo读取空间线及逐桩分段节点说明如表5所示。

Dynamo拾取基准空间线如图4 所示。

图4 Dynamo拾取基准空间线

2.5 分段合拢及横通道剪切

(1)主体结构

根据隧道详细信息表可知，Z线总分为11段建模细分为90段，K线总分为11段建模细分为93段。划分依据：首先要考虑衬砌结构类型，其次要考虑前后断面坡率，考虑坡率是因为坡率为参数化断面轮廓的一个参数，该参数影响隧道路面结构的形态，在超高设计文件中仅提高横坡坡率随桩号线性变化的关系，精细化建模需要各段落衬砌的起讫断面横坡坡率，因为横坡坡率是横断面设计的一个重要参数。

调用Dynamo系列节点实现空间曲线对应桩号点的精确定位和断面轮廓载入，前后断面保持一致时使用Solid.BySweep节点； 前后断面不一致比如存在变宽段时使用Solid.ByLoft节点完成主体结构三维建模，如图5所示。

表5 Dynamo读取空间线及逐桩分段节点说明

(2)横通道

横通道建模和主体结构类似，主要区别在于横通道进出口需要和主洞结构进行布尔运算从而实现曲面剪切效果，如图6所示。

图6 横通道主体结构布尔运算

将逐段创建的三维模型通过Springs节点包将Dynamo内创建的几何图元转化为Revit族文件，再将隧道洞门结构与之整合后完成整体隧道精细化三维模型的创建，如图7所示。

图7 咪的村隧道精细化三维模型

3 结论

本文以红河建水(个旧)至元阳高速公路控制性工程咪的村隧道为研究对象，综合运用三维设计软件Civil 3D、Revit、Dynamo构建出一种参数化创建精细化隧道三维模型的方法。该方法实现了从Civil 3D到Dynamo的隧道基础设计要素架构，从Dynamo到Revit的真三维隧道实体模型创建，最终推广至整条高速公路隧道精细化三维模型的创建，圆满地完成了为建设红河州建水(个旧)至元阳高速公路BIM建设管理信息系统运营创建所需的施工图阶段控制性重点工程的BIM模型的任务，为工程后续运用打下坚实的基础。本文的研究成果表明：

(1)作为最早应用的BIM软件Revit，其主要用于建筑工程的BIM应用，对线性带状的工程结构缺乏系统支持，需借助Dynamo插件才能实现设计路线数据读取和桩号定位，从而真实地反应设计意图；

(2)BIM模型是追求精细化为前提的信息化成果，本文采用的技术路线能够最大程度地降低建模误差，但暂无有效手段消除中心数据源获取时积累的微笑系统误差。因此，从Civil 3D向Dynamo导入中心数据源时，软件将平滑的三维路线打散成多段线，该多段线在平曲线要素衔接方面必定存在一定程度的偏差，但该误差在工程应用尺度上可以忽略不计；

(3)Revit无法直接读取Civil 3D的路线中心数据源，但通过Dynamo作为桥梁依托Civil 3D的中心数据创建三维模型再通过Springs节点转化为Revit最常见的族，故Revit+Dynamo的联合使用解决了线性带状工程在Revit中建模难题。

通过本次研究，在高速公路工程设计中有针对性地运用BIM技术解决了实际应用难题，并且对BIM技术在公路隧道等线性带状结构领域的研究提供了一些探索性认知，同时积累了宝贵的经验。