基于Bentley平臺(tái)的交通標(biāo)志BIM軟件開(kāi)發(fā)

傅 霆 喬 科 汪 軍

(四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,成都 610041)

引言

近年來(lái)，BIM技術(shù)在交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[1]，涵蓋道路、隧道、橋梁等多個(gè)專業(yè)，并在可視化、VR、編碼技術(shù)和施工運(yùn)維管理[2]等多個(gè)方面均呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的勢(shì)頭。交通標(biāo)志是公路運(yùn)輸最重要的信息，反映了公路項(xiàng)目與公路路網(wǎng)、交通、社會(huì)環(huán)境和自然環(huán)境的相互作用，是公路BIM項(xiàng)目中十分重要的環(huán)節(jié)。隨著B(niǎo)IM與GIS技術(shù)相結(jié)合[3]后，無(wú)論是項(xiàng)目展示還是后期應(yīng)用，都要求完善交通標(biāo)志BIM模型設(shè)計(jì)，為實(shí)景狀態(tài)提供地理信息指示。然而目前主流軟件中[4-5]還沒(méi)有成熟的交通標(biāo)志BIM應(yīng)用軟件，促使我們開(kāi)發(fā)專用軟件提高交通標(biāo)志的建模效率。

1 Bentley軟件及其開(kāi)發(fā)方法介紹

1.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境選擇

BIM核心建模軟件主要有奔特力(Bentley)、歐特克(Autodesk)、達(dá)索公司和圖軟(Graphisoft)等四種[6]，分別向用戶提供了一整套基于 BIM 理念的解決方案。在基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，奔特力(Bentley)系列軟件具有明顯的優(yōu)勢(shì)，主要因?yàn)?Bentley平臺(tái)的各種專業(yè)軟件，其底層圖形引擎都采用MicroStation，軟件兼容性強(qiáng)，處理大體量模型速度更快，適用于大型基礎(chǔ)設(shè)施。公路工程為線狀工程，項(xiàng)目體量一般都比較大，長(zhǎng)達(dá)幾十乃至上百公里，對(duì)BIM平臺(tái)要求較高，因此Bentley平臺(tái)在公路行業(yè)有比較成功的應(yīng)用。

Bentley ORD(OpenRoads Designer CONNECT Edition)是Bentley專業(yè)道路設(shè)計(jì)軟件，在道路BIM模型設(shè)計(jì)中應(yīng)用較廣。而B(niǎo)entley CE(CONNECT Edition)是Bentley平臺(tái)上基礎(chǔ)的二維/三維結(jié)構(gòu)處理軟件，在CE上開(kāi)發(fā)的軟件通用性比較好，能在很好運(yùn)用到ORD上，因此選擇CE作為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

1.2 Bentley軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)與方案

基于MicroStation，Bentley提供了幾種開(kāi)發(fā)手段，主要有早期的MDL(MicroStation Development Language/Library)、MVBA(MicroStation Visual Basic for Application)、Addins等。使用這些技術(shù)，胡小端[7]等用MVBA技術(shù)編制收費(fèi)島BIM設(shè)計(jì)軟件，崔振宇[8]利用 C#開(kāi)發(fā)鐵路箱涵設(shè)計(jì)軟件。Bentley還提供圖形化開(kāi)發(fā)技術(shù)GC，胡正揚(yáng)[9]使用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)橋梁快速建模。

Addins是MicroStation新的開(kāi)發(fā)方式，Addins是基于.NET 框架，可以使用C#、C++/CLI或VB.NET語(yǔ)言來(lái)開(kāi)發(fā)Addins應(yīng)用程序。相比較于MVBA，Addins支持命令表、可以編譯成DLL； 相比較于MicroStation早期的MDL，Addins可以用 WinForm來(lái)設(shè)計(jì)界面； 此外，Addins可以直接訪問(wèn)MicroStation底層圖形引擎，開(kāi)發(fā)出來(lái)的軟件速度快，專業(yè)性強(qiáng)，具有強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)潛力。因此，本次開(kāi)發(fā)使用C++/CLI語(yǔ)言，采用MicroStation Addins方式和WinForm界面進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

1.3 交通標(biāo)志建模軟件的流程與界面

圖1 交通標(biāo)志建模軟件流程圖

軟件設(shè)計(jì)框圖見(jiàn)圖1左，軟件由三個(gè)模塊構(gòu)成：標(biāo)志模板設(shè)計(jì)模塊、標(biāo)志布設(shè)模式設(shè)計(jì)模塊、標(biāo)志布設(shè)模式應(yīng)用模塊； 軟件包含了兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)：標(biāo)志模板數(shù)據(jù)庫(kù)和標(biāo)志布設(shè)模式數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)窗體界面進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)標(biāo)志數(shù)據(jù)庫(kù)和標(biāo)志布設(shè)模式的存儲(chǔ)和管理，在Bentley平臺(tái)上快速布設(shè)交通標(biāo)志，提高交通標(biāo)志BIM建模效率。

軟件主要完成三個(gè)方面的工作，構(gòu)成軟件的三個(gè)模塊，圖1右顯示軟件的初始界面，該界面實(shí)現(xiàn)對(duì)三種工作模塊的選擇：

(1)標(biāo)志的模板設(shè)計(jì)模塊：實(shí)現(xiàn)標(biāo)志模板的快速設(shè)計(jì)，并建立標(biāo)志模板樣式的數(shù)據(jù)庫(kù)；

(2)標(biāo)志的布設(shè)設(shè)計(jì)模塊：應(yīng)用標(biāo)志模板樣式數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合標(biāo)志支撐方式，建立標(biāo)志的布設(shè)模式，并形成標(biāo)志布設(shè)模式庫(kù)；

(3)標(biāo)志的快速布設(shè)模塊：應(yīng)用布設(shè)模式進(jìn)行標(biāo)志的快速布設(shè)。

通過(guò)研究交通標(biāo)志規(guī)范，分析標(biāo)志模板設(shè)計(jì)和標(biāo)志布設(shè)設(shè)計(jì)的規(guī)律(具體分析見(jiàn)后兩節(jié))，總結(jié)軟件開(kāi)發(fā)的主要技術(shù)需求包括：

(1)設(shè)計(jì)標(biāo)志數(shù)據(jù)庫(kù)和標(biāo)志布設(shè)模式數(shù)據(jù)庫(kù)兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，確定數(shù)據(jù)庫(kù)文件的格式、讀取原則和索引方式等；

(2)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)文件的添加、刪除、修改、定位、讀取等操作接口軟件設(shè)計(jì)；

(3)界面設(shè)計(jì)以及輸入數(shù)據(jù)核查等；

(4)建立交通標(biāo)志常用圖形數(shù)據(jù)庫(kù)，比如方向箭頭、警告禁令等的圖形樣式，便于應(yīng)用；

(5)應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，在Bentley CE上對(duì)文本、形狀和實(shí)體的創(chuàng)建來(lái)實(shí)現(xiàn)標(biāo)志、支撐等構(gòu)件，以及對(duì)構(gòu)件的定位、布置等來(lái)實(shí)現(xiàn)標(biāo)志的布設(shè)。

2 標(biāo)志模板BIM設(shè)計(jì)軟件分析

2.1 交通標(biāo)志構(gòu)成特點(diǎn)

按照我國(guó)交通標(biāo)志的規(guī)范規(guī)定[10-11]，交通標(biāo)志主要分為指示標(biāo)志、指路標(biāo)志、警告和禁令標(biāo)志。交通標(biāo)志由4個(gè)要素組成，分別是版面、邊框、文字和圖形，通過(guò)控制這4個(gè)要素的形狀、大小、位置、內(nèi)容和顏色等屬性，組成各種類型的標(biāo)志。

常用的標(biāo)志版面和邊框形狀主要有三角形，圓形和方形(長(zhǎng)方形或正方形)。

2.2 標(biāo)志模板設(shè)計(jì)軟件簡(jiǎn)介

標(biāo)志模板軟件基本流程參見(jiàn)圖2左，圖2右是模板設(shè)計(jì)軟件的界面。軟件實(shí)現(xiàn)標(biāo)志的版面、邊框、文字和圖形等4個(gè)要素的大小、位置、內(nèi)容和顏色的設(shè)計(jì)，每種要素設(shè)計(jì)由有三個(gè)按鈕，“添加版面”按鈕和“全部刪除”實(shí)現(xiàn)添加或刪除該要素的內(nèi)容，“顯示XX列表”作用實(shí)現(xiàn)列表方式錄入和修改數(shù)據(jù)操作。

圖2 交通標(biāo)志模板設(shè)計(jì)流程與界面

系統(tǒng)設(shè)計(jì)了5種標(biāo)志數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)“選擇標(biāo)志類型”下拉框選擇。標(biāo)志圖形樣式也通過(guò)下拉框選擇，目前圖形庫(kù)中實(shí)現(xiàn)常用的24種圖形，包括方向箭頭、互通樣式、服務(wù)區(qū)、收費(fèi)站、警告等，圖形樣式還需要再繼續(xù)豐富。

標(biāo)志設(shè)計(jì)模板完成后，在Bentley CE平臺(tái)中顯示當(dāng)前標(biāo)志設(shè)計(jì)樣式，查看標(biāo)志版面設(shè)計(jì)是否正確。正確的標(biāo)志模板錄入到選中的數(shù)據(jù)庫(kù)中。雙擊界面右側(cè)的標(biāo)志模板列表，可以調(diào)出設(shè)計(jì)好的標(biāo)志模板，重新編輯并生成新的模板。

2.3 交通標(biāo)志模板設(shè)計(jì)軟件及應(yīng)用

圖3顯示設(shè)計(jì)好的標(biāo)志模板樣式，包括服務(wù)區(qū)、收費(fèi)站、指示標(biāo)志和警告禁令標(biāo)志等，可能看出使用該軟件可以快速設(shè)計(jì)出不同類型的交通標(biāo)志。通過(guò)交通標(biāo)志模板設(shè)計(jì)，將各種標(biāo)志模板數(shù)據(jù)化，建立標(biāo)志數(shù)據(jù)庫(kù)，為標(biāo)志布設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐。

圖3 交通標(biāo)志模板樣式

3 標(biāo)志布設(shè)模塊分析

交通標(biāo)志布設(shè)主要研究?jī)蓚€(gè)方面的內(nèi)容：標(biāo)志布設(shè)規(guī)律和標(biāo)志的支撐方式。

3.1 標(biāo)志布設(shè)規(guī)律分析

標(biāo)志的布設(shè)主要是根據(jù)公路的出入口、功能構(gòu)造物、特殊路段等因素進(jìn)行布置，為司乘人員提供位置、方向、駕駛要求和警示等信息。這些設(shè)計(jì)要素會(huì)導(dǎo)致標(biāo)志模板反復(fù)應(yīng)用，反映標(biāo)志設(shè)計(jì)布設(shè)規(guī)律。如果軟件能夠保存這種布設(shè)規(guī)律，就可能實(shí)現(xiàn)標(biāo)志的快速布設(shè)。我們將這種在單一道路設(shè)計(jì)線上規(guī)律性標(biāo)志布置簡(jiǎn)稱為標(biāo)志布設(shè)模式，此軟件的重要功能是能幫助建模人員建立標(biāo)志布設(shè)模式。

把標(biāo)志布設(shè)模式中有規(guī)律地替換的文字內(nèi)容稱為“通用詞”，單個(gè)布設(shè)模式中所有的“通用詞”構(gòu)成該模式的通用詞表。“通用詞”包括通用詞名稱和通用詞內(nèi)容，通用詞內(nèi)容表示可替換的內(nèi)容。比如圖5(b)中服務(wù)區(qū)入口的布設(shè)模式中，通用詞名稱為“服務(wù)區(qū)名稱”，通用詞內(nèi)容為“花園”。在應(yīng)用服務(wù)區(qū)入口布設(shè)模式時(shí)，只需要將“花園”替換為項(xiàng)目的服務(wù)區(qū)名稱，即可應(yīng)用該模式快速布設(shè)該服務(wù)區(qū)標(biāo)志的BIM模型。

3.2 標(biāo)志支撐方式與布設(shè)

交通標(biāo)志的支撐方式分為立柱式、懸臂式、門架式和附著式。其中立柱式又可分為單立柱和雙立柱，懸臂式又分為單懸臂和雙懸臂。同一支撐結(jié)構(gòu)上可以附著多個(gè)標(biāo)志，。

3.3 標(biāo)志布設(shè)軟件簡(jiǎn)析

交通標(biāo)志布設(shè)的流程圖和界面如圖4所示。此部分軟件實(shí)現(xiàn)交通標(biāo)志預(yù)設(shè)位置設(shè)置、支撐方式選擇和布置，標(biāo)志內(nèi)容是否與通用詞表的內(nèi)容對(duì)應(yīng)，標(biāo)志布置加入到所選的布設(shè)模式中。

標(biāo)志的支撐采用下拉菜單選取，并輸入設(shè)計(jì)參數(shù)。支撐樣式的基點(diǎn)在右立柱中心線與路面交點(diǎn)，這個(gè)基點(diǎn)是該布設(shè)位置的參照點(diǎn)，該位置上的每個(gè)標(biāo)志都需要參照這個(gè)定位點(diǎn)進(jìn)行定位。

圖5 交通布設(shè)模式布設(shè)效果圖

每個(gè)標(biāo)志模板用輪詢方式(圖4設(shè)計(jì)界面中“變更內(nèi)容”按鈕)，依次決定是否將模板內(nèi)的內(nèi)容替換為通用詞名稱，或者替換為項(xiàng)目所需的內(nèi)容。今后在該模式下，標(biāo)志相關(guān)內(nèi)容都會(huì)被對(duì)應(yīng)的通用詞內(nèi)容所替換，通過(guò)這種方式，提高標(biāo)志模板的適用性。

3.4 標(biāo)志布設(shè)效果

軟件的設(shè)計(jì)目標(biāo)是在應(yīng)用過(guò)程中不斷添加標(biāo)志布設(shè)模式，形成豐富的設(shè)計(jì)資源，從而簡(jiǎn)化標(biāo)志的BIM設(shè)計(jì)。軟件有以下兩種優(yōu)點(diǎn)：一是可將每次標(biāo)志設(shè)計(jì)成果保存下來(lái)，為以后的標(biāo)志布設(shè)提供幫助； 二是可以幫助設(shè)計(jì)人員將標(biāo)志布設(shè)過(guò)程按照設(shè)計(jì)規(guī)律分類，建立布設(shè)模式，從而規(guī)范標(biāo)志布設(shè)，以提高效率。比如對(duì)于單喇叭互通的標(biāo)志設(shè)計(jì)，一般可以分為三個(gè)布設(shè)模式：主線出口預(yù)告與指示、匝道出口指示、匝道入口預(yù)告與指示。

應(yīng)用設(shè)計(jì)好的標(biāo)志布設(shè)模式，選擇道路設(shè)計(jì)線，點(diǎn)擊“布設(shè)標(biāo)志”按鈕即可展示設(shè)計(jì)效果。圖5中(a-c)分別顯示了主線樞紐互通出口布設(shè)模式，服務(wù)區(qū)入口指示模式和主線互通出口布設(shè)模式。為了演示效果，布設(shè)間距適當(dāng)靠近。

圖6 交通標(biāo)志BIM模型布設(shè)界面與布設(shè)示意

4 交通標(biāo)志布設(shè)模式的應(yīng)用

通常交通標(biāo)志是沿道路設(shè)計(jì)線線性布置，這種依靠單條設(shè)計(jì)線規(guī)律性布置的標(biāo)志均可建立標(biāo)志布設(shè)模式。選擇布設(shè)模式后，選中設(shè)計(jì)線，修改通用詞、樁號(hào)、路邊距等參數(shù)后，實(shí)現(xiàn)一組關(guān)聯(lián)的標(biāo)志組合的快速布設(shè)。設(shè)計(jì)人員可按照個(gè)人的習(xí)慣和項(xiàng)目的特點(diǎn)建立自己的模式。

圖6中顯示應(yīng)用標(biāo)志布設(shè)模式的界面和設(shè)計(jì)效果，圖中顯示了互通出口匝道標(biāo)志布設(shè)，在該模式下，軟件一次性地完成出口指示、匝道限速等標(biāo)志的布設(shè)。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)基于Bentley 平臺(tái)開(kāi)發(fā)交通標(biāo)志BIM軟件，軟件開(kāi)發(fā)采用Microstation的Addins技術(shù)，直接訪問(wèn)MicroStation底層圖形引擎，使用C++/CLI語(yǔ)言，采用WinForm界面進(jìn)行開(kāi)發(fā)，軟件速度快，界面清晰，使用方便。

(2)研究我國(guó)交通標(biāo)志設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范并結(jié)合標(biāo)志設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和規(guī)律，分析標(biāo)志模板設(shè)計(jì)構(gòu)件要素，使得軟件可以簡(jiǎn)化標(biāo)志設(shè)計(jì)，快速構(gòu)建標(biāo)志模板庫(kù)。

(3)提出“通用詞”方法來(lái)建立標(biāo)志布設(shè)模式，有效地應(yīng)用了交通標(biāo)志布設(shè)規(guī)律，靈活高效地布設(shè)交通標(biāo)志BIM模型。

(4)在交通標(biāo)志BIM輔助軟件的幫助下，用戶可逐步完善自有的標(biāo)志庫(kù)和標(biāo)志布設(shè)模式，加快標(biāo)志BIM模型的構(gòu)建和布設(shè)，促進(jìn)公路BIM模型的豐富和完善。

(5)將交通標(biāo)志模板和標(biāo)志布設(shè)模式數(shù)據(jù)化，把常用的標(biāo)志設(shè)計(jì)流程固化，減少重復(fù)勞動(dòng)，簡(jiǎn)化標(biāo)志BIM設(shè)計(jì)和布設(shè)的工作。