張協(xié)崇

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 地質(zhì)路基設(shè)計(jì)研究院，湖北 武漢 430063）

0 引言

隨著BIM技術(shù)的迅速發(fā)展［1-5］，各行業(yè)對(duì)正向設(shè)計(jì)提出了迫切需求，為此各大設(shè)計(jì)院投入大量人力、物力資源研發(fā)BIM軟件［6-8］。MicroStation是一款優(yōu)秀的圖形軟件，具備強(qiáng)大的幾何繪圖、建模功能［9］，但是它本身僅有線、面、體等純幾何對(duì)象，沒(méi)有鐵路線路、路基邊坡、路基支擋、地基處理、橋梁、隧道等工程及措施對(duì)象。在MicroStation上開(kāi)發(fā)BIM設(shè)計(jì)軟件，需開(kāi)發(fā)出一系列具備鐵路專業(yè)屬性、行為特征和工程關(guān)系的措施實(shí)體對(duì)象，進(jìn)行有機(jī)整合，形成一套具備BIM正向設(shè)計(jì)功能的系統(tǒng)。那么如何滿足該需求，就需要探索出一種方法，能基于MicroStation定義工程措施實(shí)體并進(jìn)行組織管理。

經(jīng)研究提出一種基于MicroStation的工程措施實(shí)體定義及管理方法：設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)版本兼容模式，通過(guò)字符流轉(zhuǎn)換讀寫XAttribute與ECXAttribute（擴(kuò)展屬性與EC擴(kuò)展屬性），將工程措施的屬性與關(guān)系，存儲(chǔ)于Micro-Station元素，形成工程措施實(shí)體，結(jié)合分散存儲(chǔ)與按需讀取的方式，融入專業(yè)行為的算法，科學(xué)、靈活地管理工程措施實(shí)體，形成一套系統(tǒng)的具備工程屬性和行為特征的BIM模型。

1 MicroStation的XAttribute技術(shù)

XAttribute是MicroStation中最底層的一項(xiàng)技術(shù)，稱為擴(kuò)展屬性，可通過(guò)MDL方式開(kāi)發(fā)［8］。其存儲(chǔ)于元素（Element）之上、非元素之內(nèi)。且XAttribute并非元素?cái)?shù)據(jù)的一部分，而是關(guān)聯(lián)于該元素。相對(duì)的，data linkage則是元素?cái)?shù)據(jù)的一部分。XAttribute與ECXAttribute具備以下特點(diǎn)：

（1）通過(guò)SDK的函數(shù)：StatusInt EditElement Handle：：ScheduleWriteXAttribute（XAttributeHandlerIdCR h，UInt32 xAttrId，size_t dataSize，void const*data）存儲(chǔ)。

（2）每個(gè)XAttribute數(shù)據(jù)的大小不能超過(guò)100 000個(gè)字節(jié)，即（1）中的data不能超過(guò)100 000個(gè)字節(jié)，否則會(huì)導(dǎo)致程序崩潰。

（3）1個(gè)元素上可以存儲(chǔ)任意多個(gè)XAttribute。

（4）XAttribute的身份碼，通過(guò)XAttributeHandlerId與XAttributeID確定唯一性，XAttributeHandlerId又由MajorID、MinorID兩個(gè)合成。常規(guī)運(yùn)用方法是：1個(gè)軟件對(duì)應(yīng)1個(gè)XAttributeHandlerId，XAttributeID作為同一個(gè)軟件內(nèi)部區(qū)分不同用途的XAttribute。

（5）ECXAttribute作為一種公開(kāi)的XAttribute，由MicroStation平臺(tái)提供的一套較復(fù)雜的機(jī)制去定義與讀寫［10］，可以被Bentley公司的各款軟件識(shí)別。ECXAttribute會(huì)在MicroStation原生的屬性界面中展示，比如元素或文件上的General、Geometry、Extended、Locks、Grid等屬性均為ECXAttribute，其展示示例見(jiàn)圖1。ECXAttribute的ID號(hào)固定為XAttributeHandlerId（22271，0），在讀寫其他XAttribute時(shí)，需注意不能占用該ID號(hào)。

圖1 ECXAttribute示例

（6）其他XAttribute僅是一串二進(jìn)制數(shù)據(jù)，二次開(kāi)發(fā)中讀寫起來(lái)比ECXAttribute簡(jiǎn)易很多；但若無(wú)二次開(kāi)發(fā)的源程序，則無(wú)法解析其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

基于以上特點(diǎn)，設(shè)定工程對(duì)象的存儲(chǔ)方式如下：

（1）軟件中所有需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，包括一些過(guò)程數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成void const*data存于XAttribute中，而要公開(kāi)的屬性數(shù)據(jù)，相對(duì)于前者要少很多，則寫于ECXAttribute中。

（2）當(dāng)某個(gè)數(shù)據(jù)特別大，超過(guò)100 000個(gè)字節(jié)的限制時(shí)，可分解成多個(gè)XAttribute，存儲(chǔ)于一串連續(xù)的XAttributeID中。

（3）定義所有類共同的屬性集TSYID，做成ECXAttribute，定義屬性集ECClass TSYID代碼如下：

其中，以關(guān)鍵字“Name”命名的屬性值，附在Micro-Station元素時(shí)，該元素將顯示成“Name”所賦予的名稱，示例見(jiàn)圖2，圖中2個(gè)“Name”屬性值分別賦值為“左側(cè)溝平臺(tái)”“路塹擋墻A”。

圖2 自定義ECXAttribute示例

2 字符流讀寫數(shù)據(jù)

類對(duì)象的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)由int、double、wstring等類型組成，為方便讀寫，該方法采用了字符串流來(lái)讀寫數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成字符串，再將其以二進(jìn)制數(shù)據(jù)形式存儲(chǔ)于XAttribute，具體實(shí)施方法見(jiàn)圖3。

圖3 字符串流讀寫XAttribute的流程

在基類TSYLJRoot定義了4個(gè)虛函數(shù)：

virtual void write Out Stream（wostringstream&out）；

virtual int read In Stream（wistringstream&in）；

virtual wstring write WStr（）；

virtual int read WStr（wstring ws）；

前2個(gè)函數(shù)是將類中的各種數(shù)據(jù)通過(guò)字符串流wostringstream、wistringstream進(jìn)行讀寫，各派生類需要重載該函數(shù)：先調(diào)用基類的函數(shù)讀寫基類數(shù)據(jù)，再補(bǔ)充自身讀寫的數(shù)據(jù)。

后2個(gè)函數(shù)則是將字符串流wostringstream、wistringstream與字符串進(jìn)行轉(zhuǎn)換，一般不重載，只在某些讀寫精度有變化時(shí)需要重載。

3 數(shù)據(jù)版本兼容

軟件在使用過(guò)程中需要不斷地開(kāi)發(fā)升級(jí)，必定涉及類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的調(diào)整變化。當(dāng)軟件版本持續(xù)升級(jí)時(shí)，也需要讀寫不同版本的數(shù)據(jù)，可采用以下方法：

（1）每個(gè)類，包括各層級(jí)的基類、派生類，都設(shè)定自身的版本號(hào)。

（2）writeOutStream中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)：調(diào)用基類write-OutStream>>存儲(chǔ)自身最新的版本號(hào)>>存儲(chǔ)自身數(shù)據(jù)。以CptSection為例，其代碼如下：

（3）readInStream中讀取數(shù)據(jù)：調(diào)用基類readIn-Stream>>讀取該數(shù)據(jù)的版本號(hào)>>按版本號(hào)讀取自身數(shù)據(jù)。以CptSection為例，其代碼如下：

4 分散存儲(chǔ)與按需讀取

1個(gè)工程設(shè)計(jì)單元包含眾多繁雜的工程措施對(duì)象，相互間有包含與被包含的關(guān)系，且層次結(jié)構(gòu)復(fù)雜。若將1個(gè)設(shè)計(jì)單元的數(shù)據(jù)全部存儲(chǔ)于一處，則數(shù)據(jù)量過(guò)于龐大，該軟件以面向?qū)ο笏枷耄瑢⒏鞴こ檀胧┑膶傩詳?shù)據(jù)及其對(duì)象關(guān)系，分散存儲(chǔ)于各自的措施對(duì)象。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，再按不同的行為需求，從某個(gè)工程措施開(kāi)始，溯源讀取所使用到的各個(gè)關(guān)聯(lián)措施的數(shù)據(jù)，組成一套有機(jī)整體，完成設(shè)計(jì)行為，步驟如下：

（1）1個(gè)dgn文件包含多個(gè)模型空間（dgnModel），1個(gè)模型空間又包含眾多元素。所有工程措施對(duì)象都是1個(gè)元素，那么1個(gè)dgn文件中的1個(gè)工程措施對(duì)象的唯一身份碼，由ModelId與ElementId組成，故定義ModelElementID作為工程措施對(duì)象在MicroStation中的唯一身份碼，其代碼如下：

（2）擴(kuò)展屬性中存儲(chǔ)工程關(guān)系，也就是存儲(chǔ)相關(guān)對(duì)象的ModelElementID，以邊坡面對(duì)象為例，其包含關(guān)系見(jiàn)圖4。

圖4 邊坡面包含關(guān)系

以邊坡面與邊坡防護(hù)為例，邊坡面有父部件LjSlopeCpt和一系列邊坡防護(hù)子對(duì)象2類關(guān)系，父部件ID定義于基類LJSideCpt的ModelElementID sideId，子對(duì)象ID定義于vectorChdSPCIdAr，相關(guān)代碼如下：

邊坡防護(hù)LjSlopeProtectCpt有父構(gòu)件和一系列的子構(gòu)件2類關(guān)系，父構(gòu)件ID定義于ModelElementID parId，子構(gòu)件定義于vectorChdIdAr，相關(guān)代碼如下：

（3）擴(kuò)展屬性中存儲(chǔ)關(guān)系與自身數(shù)據(jù)，但是并不存儲(chǔ)子對(duì)象的數(shù)據(jù)，到執(zhí)行用戶行為時(shí)，再根據(jù)需要讀取分散的子對(duì)象數(shù)據(jù)。

仍以邊坡面LjSlopeCpt為例說(shuō)明，LjSlopeCpt類中定義了子對(duì)象邊坡防護(hù)指針vectorChdSPCAr，但是子對(duì)象數(shù)據(jù)并不存儲(chǔ)于邊坡面的擴(kuò)展屬性中，而是存儲(chǔ)于邊坡防護(hù)對(duì)象的擴(kuò)展屬性中。

在設(shè)計(jì)邊坡面時(shí)，點(diǎn)擊邊坡面后，讀取數(shù)據(jù)流程見(jiàn)圖5：①先讀取邊坡面LjSlopeCpt擴(kuò)展數(shù)據(jù)；②通過(guò)LjSlopeCpt.ChdSPCIdAr找到所含子對(duì)象邊坡防護(hù)LjSlopeProtectCpt，再將分散在對(duì)子象中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)讀取出來(lái)；③在有需要時(shí)，通過(guò)LjSlopeProtectCpt中的ChdI-dAr，進(jìn)一步讀取邊坡防護(hù)子構(gòu)件（踏步、吊溝等）的數(shù)據(jù)；④通過(guò)sideId讀取父部件數(shù)據(jù)，再根據(jù)需要讀取父部件的其他子構(gòu)件數(shù)據(jù)；⑤將這些讀取的數(shù)據(jù)構(gòu)成有機(jī)的整體開(kāi)展設(shè)計(jì)行為。

圖5 由邊坡面讀取數(shù)據(jù)

在設(shè)計(jì)邊坡防護(hù)時(shí)，點(diǎn)擊邊坡防護(hù)后，讀取數(shù)據(jù)流程見(jiàn)圖6：①先讀取邊坡防護(hù)LjSlopeProtectCpt擴(kuò)展數(shù)據(jù)；②通過(guò)LjSlopeProtectCpt.ChdIdAr讀取邊坡防護(hù)子構(gòu)件（踏步、吊溝等）的數(shù)據(jù)；③通過(guò)LjSlopeProtectCpt.parId讀取父構(gòu)件邊坡面的數(shù)據(jù)；④在有需要時(shí)，讀取父構(gòu)件邊坡面的父部件數(shù)據(jù)，再根據(jù)需要讀取父部件的其他子構(gòu)件數(shù)據(jù)；⑤將這些讀取的數(shù)據(jù)構(gòu)成有機(jī)的整體開(kāi)展設(shè)計(jì)行為。

圖6 由邊坡防護(hù)讀取數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語(yǔ)

MicroStation是款優(yōu)秀的圖形軟件，但并不具備工程專業(yè)特性，因此，提出一種基于MicroStation的工程措施實(shí)體定義及管理方法，可開(kāi)發(fā)出一系列具備鐵路專業(yè)屬性、行為特征和工程關(guān)系的措施實(shí)體對(duì)象，進(jìn)行有機(jī)整合，形成一套具備BIM正向設(shè)計(jì)功能的系統(tǒng)，可讓工程師只需專注于專業(yè)本身，降低BIM學(xué)習(xí)成本，提高BIM設(shè)計(jì)的質(zhì)量與效率。