基于MicroStation的工程措施實體定義及管理方法

張協崇

（中鐵第四勘察設計集團有限公司 地質路基設計研究院，湖北 武漢 430063）

0 引言

隨著BIM技術的迅速發展［1-5］，各行業對正向設計提出了迫切需求，為此各大設計院投入大量人力、物力資源研發BIM軟件［6-8］。MicroStation是一款優秀的圖形軟件，具備強大的幾何繪圖、建模功能［9］，但是它本身僅有線、面、體等純幾何對象，沒有鐵路線路、路基邊坡、路基支擋、地基處理、橋梁、隧道等工程及措施對象。在MicroStation上開發BIM設計軟件，需開發出一系列具備鐵路專業屬性、行為特征和工程關系的措施實體對象，進行有機整合，形成一套具備BIM正向設計功能的系統。那么如何滿足該需求，就需要探索出一種方法，能基于MicroStation定義工程措施實體并進行組織管理。

經研究提出一種基于MicroStation的工程措施實體定義及管理方法：設計數據版本兼容模式，通過字符流轉換讀寫XAttribute與ECXAttribute（擴展屬性與EC擴展屬性），將工程措施的屬性與關系，存儲于Micro-Station元素，形成工程措施實體，結合分散存儲與按需讀取的方式，融入專業行為的算法，科學、靈活地管理工程措施實體，形成一套系統的具備工程屬性和行為特征的BIM模型。

1 MicroStation的XAttribute技術

XAttribute是MicroStation中最底層的一項技術，稱為擴展屬性，可通過MDL方式開發［8］。其存儲于元素（Element）之上、非元素之內。且XAttribute并非元素數據的一部分，而是關聯于該元素。相對的，data linkage則是元素數據的一部分。XAttribute與ECXAttribute具備以下特點：

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

（2）每個XAttribute數據的大小不能超過100 000個字節，即（1）中的data不能超過100 000個字節，否則會導致程序崩潰。

（3）1個元素上可以存儲任意多個XAttribute。

（4）XAttribute的身份碼，通過XAttributeHandlerId與XAttributeID確定唯一性，XAttributeHandlerId又由MajorID、MinorID兩個合成。常規運用方法是：1個軟件對應1個XAttributeHandlerId，XAttributeID作為同一個軟件內部區分不同用途的XAttribute。

（5）ECXAttribute作為一種公開的XAttribute，由MicroStation平臺提供的一套較復雜的機制去定義與讀寫［10］，可以被Bentley公司的各款軟件識別。ECXAttribute會在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，其展示示例見圖1。ECXAttribute的ID號固定為XAttributeHandlerId（22271，0），在讀寫其他XAttribute時，需注意不能占用該ID號。

圖1 ECXAttribute示例

（6）其他XAttribute僅是一串二進制數據，二次開發中讀寫起來比ECXAttribute簡易很多；但若無二次開發的源程序，則無法解析其數據結構。

基于以上特點，設定工程對象的存儲方式如下：

（1）軟件中所有需要存儲的數據，包括一些過程數據，轉換成void const*data存于XAttribute中，而要公開的屬性數據，相對于前者要少很多，則寫于ECXAttribute中。

（2）當某個數據特別大，超過100 000個字節的限制時，可分解成多個XAttribute，存儲于一串連續的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，以關鍵字“Name”命名的屬性值，附在Micro-Station元素時，該元素將顯示成“Name”所賦予的名稱，示例見圖2，圖中2個“Name”屬性值分別賦值為“左側溝平臺”“路塹擋墻A”。

圖2 自定義ECXAttribute示例

2 字符流讀寫數據

類對象的基礎數據由int、double、wstring等類型組成，為方便讀寫，該方法采用了字符串流來讀寫數據，并轉換成字符串，再將其以二進制數據形式存儲于XAttribute，具體實施方法見圖3。

圖3 字符串流讀寫XAttribute的流程

在基類TSYLJRoot定義了4個虛函數：

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個函數是將類中的各種數據通過字符串流wostringstream、wistringstream進行讀寫，各派生類需要重載該函數：先調用基類的函數讀寫基類數據，再補充自身讀寫的數據。

后2個函數則是將字符串流wostringstream、wistringstream與字符串進行轉換，一般不重載，只在某些讀寫精度有變化時需要重載。

3 數據版本兼容

軟件在使用過程中需要不斷地開發升級，必定涉及類的數據結構的調整變化。當軟件版本持續升級時，也需要讀寫不同版本的數據，可采用以下方法：

（1）每個類，包括各層級的基類、派生類，都設定自身的版本號。

（2）writeOutStream中存儲數據：調用基類write-OutStream>>存儲自身最新的版本號>>存儲自身數據。以CptSection為例，其代碼如下：

（3）readInStream中讀取數據：調用基類readIn-Stream>>讀取該數據的版本號>>按版本號讀取自身數據。以CptSection為例，其代碼如下：

4 分散存儲與按需讀取

1個工程設計單元包含眾多繁雜的工程措施對象，相互間有包含與被包含的關系，且層次結構復雜。若將1個設計單元的數據全部存儲于一處，則數據量過于龐大，該軟件以面向對象思想，將各工程措施的屬性數據及其對象關系，分散存儲于各自的措施對象。在進行設計時，再按不同的行為需求，從某個工程措施開始，溯源讀取所使用到的各個關聯措施的數據，組成一套有機整體，完成設計行為，步驟如下：

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

（2）擴展屬性中存儲工程關系，也就是存儲相關對象的ModelElementID，以邊坡面對象為例，其包含關系見圖4。

圖4 邊坡面包含關系

以邊坡面與邊坡防護為例，邊坡面有父部件LjSlopeCpt和一系列邊坡防護子對象2類關系，父部件ID定義于基類LJSideCpt的ModelElementID sideId，子對象ID定義于vectorChdSPCIdAr，相關代碼如下：

邊坡防護LjSlopeProtectCpt有父構件和一系列的子構件2類關系，父構件ID定義于ModelElementID parId，子構件定義于vectorChdIdAr，相關代碼如下：

（3）擴展屬性中存儲關系與自身數據，但是并不存儲子對象的數據，到執行用戶行為時，再根據需要讀取分散的子對象數據。

仍以邊坡面LjSlopeCpt為例說明，LjSlopeCpt類中定義了子對象邊坡防護指針vectorChdSPCAr，但是子對象數據并不存儲于邊坡面的擴展屬性中，而是存儲于邊坡防護對象的擴展屬性中。

在設計邊坡面時，點擊邊坡面后，讀取數據流程見圖5：①先讀取邊坡面LjSlopeCpt擴展數據；②通過LjSlopeCpt.ChdSPCIdAr找到所含子對象邊坡防護LjSlopeProtectCpt，再將分散在對子象中存儲的數據讀取出來；③在有需要時，通過LjSlopeProtectCpt中的ChdI-dAr，進一步讀取邊坡防護子構件（踏步、吊溝等）的數據；④通過sideId讀取父部件數據，再根據需要讀取父部件的其他子構件數據；⑤將這些讀取的數據構成有機的整體開展設計行為。

圖5 由邊坡面讀取數據

在設計邊坡防護時，點擊邊坡防護后，讀取數據流程見圖6：①先讀取邊坡防護LjSlopeProtectCpt擴展數據；②通過LjSlopeProtectCpt.ChdIdAr讀取邊坡防護子構件（踏步、吊溝等）的數據；③通過LjSlopeProtectCpt.parId讀取父構件邊坡面的數據；④在有需要時，讀取父構件邊坡面的父部件數據，再根據需要讀取父部件的其他子構件數據；⑤將這些讀取的數據構成有機的整體開展設計行為。

圖6 由邊坡防護讀取數據

5 結束語

MicroStation是款優秀的圖形軟件，但并不具備工程專業特性，因此，提出一種基于MicroStation的工程措施實體定義及管理方法，可開發出一系列具備鐵路專業屬性、行為特征和工程關系的措施實體對象，進行有機整合，形成一套具備BIM正向設計功能的系統，可讓工程師只需專注于專業本身，降低BIM學習成本，提高BIM設計的質量與效率。