基于MicroStation的工程措施实体定义及管理方法
2022-01-21张协崇
张协崇
（中铁第四勘察设计集团有限公司 地质路基设计研究院，湖北 武汉 430063）
0 引言
随着BIM技术的迅速发展［1-5］，各行业对正向设计提出了迫切需求，为此各大设计院投入大量人力、物力资源研发BIM软件［6-8］。MicroStation是一款优秀的图形软件，具备强大的几何绘图、建模功能［9］，但是它本身仅有线、面、体等纯几何对象，没有铁路线路、路基边坡、路基支挡、地基处理、桥梁、隧道等工程及措施对象。在MicroStation上开发BIM设计软件，需开发出一系列具备铁路专业属性、行为特征和工程关系的措施实体对象，进行有机整合，形成一套具备BIM正向设计功能的系统。那么如何满足该需求，就需要探索出一种方法，能基于MicroStation定义工程措施实体并进行组织管理。
经研究提出一种基于MicroStation的工程措施实体定义及管理方法：设计数据版本兼容模式，通过字符流转换读写XAttribute与ECXAttribute（扩展属性与EC扩展属性），将工程措施的属性与关系，存储于Micro-Station元素，形成工程措施实体，结合分散存储与按需读取的方式，融入专业行为的算法，科学、灵活地管理工程措施实体，形成一套系统的具备工程属性和行为特征的BIM模型。
1 MicroStation的XAttribute技术
XAttribute是MicroStation中最底层的一项技术，称为扩展属性，可通过MDL方式开发［8］。其存储于元素（Element）之上、非元素之内。且XAttribute并非元素数据的一部分，而是关联于该元素。相对的，data linkage则是元素数据的一部分。XAttribute与ECXAttribute具备以下特点：
（1）通过SDK的函数：StatusInt EditElement Handle：：ScheduleWriteXAttribute（XAttributeHandlerIdCR h，UInt32 xAttrId，size_t dataSize，void const*data）存储。
（2）每个XAttribute数据的大小不能超过100 000个字节，即（1）中的data不能超过100 000个字节，否则会导致程序崩溃。
（3）1个元素上可以存储任意多个XAttribute。
（4）XAttribute的身份码，通过XAttributeHandlerId与XAttributeID确定唯一性，XAttributeHandlerId又由MajorID、MinorID两个合成。常规运用方法是：1个软件对应1个XAttributeHandlerId，XAttributeID作为同一个软件内部区分不同用途的XAttribute。
（5）ECXAttribute作为一种公开的XAttribute，由MicroStation平台提供的一套较复杂的机制去定义与读写［10］，可以被Bentley公司的各款软件识别。ECXAttribute会在MicroStation原生的属性界面中展示，比如元素或文件上的General、Geometry、Extended、Locks、Grid等属性均为ECXAttribute，其展示示例见图1。ECXAttribute的ID号固定为XAttributeHandlerId（22271，0），在读写其他XAttribute时，需注意不能占用该ID号。
图1 ECXAttribute示例
（6）其他XAttribute仅是一串二进制数据，二次开发中读写起来比ECXAttribute简易很多；但若无二次开发的源程序，则无法解析其数据结构。
基于以上特点，设定工程对象的存储方式如下：
（1）软件中所有需要存储的数据，包括一些过程数据，转换成void const*data存于XAttribute中，而要公开的属性数据，相对于前者要少很多，则写于ECXAttribute中。
（2）当某个数据特别大，超过100 000个字节的限制时，可分解成多个XAttribute，存储于一串连续的XAttributeID中。
（3）定义所有类共同的属性集TSYID，做成ECXAttribute，定义属性集ECClass TSYID代码如下：
其中，以关键字“Name”命名的属性值，附在Micro-Station元素时，该元素将显示成“Name”所赋予的名称，示例见图2，图中2个“Name”属性值分别赋值为“左侧沟平台”“路堑挡墙A”。
图2 自定义ECXAttribute示例
2 字符流读写数据
类对象的基础数据由int、double、wstring等类型组成，为方便读写，该方法采用了字符串流来读写数据，并转换成字符串，再将其以二进制数据形式存储于XAttribute，具体实施方法见图3。
图3 字符串流读写XAttribute的流程
在基类TSYLJRoot定义了4个虚函数：
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个函数是将类中的各种数据通过字符串流wostringstream、wistringstream进行读写，各派生类需要重载该函数：先调用基类的函数读写基类数据，再补充自身读写的数据。
后2个函数则是将字符串流wostringstream、wistringstream与字符串进行转换，一般不重载，只在某些读写精度有变化时需要重载。
3 数据版本兼容
软件在使用过程中需要不断地开发升级，必定涉及类的数据结构的调整变化。当软件版本持续升级时，也需要读写不同版本的数据，可采用以下方法：
（1）每个类，包括各层级的基类、派生类，都设定自身的版本号。
（2）writeOutStream中存储数据：调用基类write-OutStream>>存储自身最新的版本号>>存储自身数据。以CptSection为例，其代码如下：
（3）readInStream中读取数据：调用基类readIn-Stream>>读取该数据的版本号>>按版本号读取自身数据。以CptSection为例，其代码如下：
4 分散存储与按需读取
1个工程设计单元包含众多繁杂的工程措施对象，相互间有包含与被包含的关系，且层次结构复杂。若将1个设计单元的数据全部存储于一处，则数据量过于庞大，该软件以面向对象思想，将各工程措施的属性数据及其对象关系，分散存储于各自的措施对象。在进行设计时，再按不同的行为需求，从某个工程措施开始，溯源读取所使用到的各个关联措施的数据，组成一套有机整体，完成设计行为，步骤如下：
（1）1个dgn文件包含多个模型空间（dgnModel），1个模型空间又包含众多元素。所有工程措施对象都是1个元素，那么1个dgn文件中的1个工程措施对象的唯一身份码，由ModelId与ElementId组成，故定义ModelElementID作为工程措施对象在MicroStation中的唯一身份码，其代码如下：
（2）扩展属性中存储工程关系，也就是存储相关对象的ModelElementID，以边坡面对象为例，其包含关系见图4。
图4 边坡面包含关系
以边坡面与边坡防护为例，边坡面有父部件LjSlopeCpt和一系列边坡防护子对象2类关系，父部件ID定义于基类LJSideCpt的ModelElementID sideId，子对象ID定义于vector
边坡防护LjSlopeProtectCpt有父构件和一系列的子构件2类关系，父构件ID定义于ModelElementID parId，子构件定义于vector
（3）扩展属性中存储关系与自身数据，但是并不存储子对象的数据，到执行用户行为时，再根据需要读取分散的子对象数据。
仍以边坡面LjSlopeCpt为例说明，LjSlopeCpt类中定义了子对象边坡防护指针vector
在设计边坡面时，点击边坡面后，读取数据流程见图5：①先读取边坡面LjSlopeCpt扩展数据；②通过LjSlopeCpt.ChdSPCIdAr找到所含子对象边坡防护LjSlopeProtectCpt，再将分散在对子象中存储的数据读取出来；③在有需要时，通过LjSlopeProtectCpt中的ChdI-dAr，进一步读取边坡防护子构件（踏步、吊沟等）的数据；④通过sideId读取父部件数据，再根据需要读取父部件的其他子构件数据；⑤将这些读取的数据构成有机的整体开展设计行为。
图5 由边坡面读取数据
在设计边坡防护时，点击边坡防护后，读取数据流程见图6：①先读取边坡防护LjSlopeProtectCpt扩展数据；②通过LjSlopeProtectCpt.ChdIdAr读取边坡防护子构件（踏步、吊沟等）的数据；③通过LjSlopeProtectCpt.parId读取父构件边坡面的数据；④在有需要时，读取父构件边坡面的父部件数据，再根据需要读取父部件的其他子构件数据；⑤将这些读取的数据构成有机的整体开展设计行为。
图6 由边坡防护读取数据
5 结束语
MicroStation是款优秀的图形软件，但并不具备工程专业特性，因此，提出一种基于MicroStation的工程措施实体定义及管理方法，可开发出一系列具备铁路专业属性、行为特征和工程关系的措施实体对象，进行有机整合，形成一套具备BIM正向设计功能的系统，可让工程师只需专注于专业本身，降低BIM学习成本，提高BIM设计的质量与效率。
