基于Bentley平臺的交通標志BIM軟件開發

　　摘 要：交通標志對公路 BIM 十分重要，為了快速構建交通標志 BIM 模型，文中研究我國交通標志相關規范和標志設計的特點和規律，分析標志版面布局構成要素，提出交通標志“通用詞”概念，采用二次開發技術，在 Bentley 平臺中開發交通標志 BIM 模型輔助軟件。該軟件簡化標志模板設計，快速構建標志庫，應用“通用詞表”輔助建立標志布設模式，靈活高效地布設交通標志 BIM 模型。文中論述了交通標志 BIM 模型輔助軟件的研究過程和實現方法，并演示軟件功能，結果顯示該軟件有效地實現了交通標志的快速建模。

　　本文源自土木建筑工程信息技術 2021-02-01《土木建筑工程信息技術》(季刊)創刊于2009年，是經國家新聞出版總署批準登記注冊，由中國科協主管、中國工程圖學學會主辦的國家一級刊物，面向國內外公開發行。《土木建筑工程信息技術》旨在全面反映國內外土木工程行業在圖學和信息技術方面的成果與動態，堅持理論與實踐并重，提高與普及兼容，推動土木工程行業信息化建設步伐，提升土木工程行業信息化整體水平。本刊是國內土木工程行業專門進行圖學和信息技術交流的惟一刊物，面向全國從事建筑、市政、道路、橋梁、交通、石化、電力等領域的設計、科研、施工和工程管理的廣大工程技術人員，以及工程類高等院校師生等。

　　關鍵詞：交通標志;BIM;二次開發;Bentley;C++

　　近年來，BIM 技術在交通基礎設施領域廣泛應用[1]，涵蓋道路、隧道、橋梁等多個專業，并在可視化、VR、編碼技術和施工運維管理[2]等多個方面均呈現出蓬勃發展的勢頭。交通標志是公路運輸最重要的信息，反映了公路項目與公路路網、交通、社會環境和自然環境的相互作用，是公路 BIM 項目中十分重要的環節。隨著 BIM 與 GIS 技術相結合[3]后，無論是項目展示還是后期應用，都要求完善交通標志 BIM 模型設計，為實景狀態提供地理信息指示。然而目前主流軟件[4-5]還沒有成熟的交通標志 BIM 應用軟件，促使我們開發專用軟件提高交通標志的建模效率。

　　1 Bentley 軟件及其開發方法介紹

　　1.1 開發環境選擇

　　BIM 核 心 建 模 軟 件 主 要 有 奔 特 力 ( Bentley)、歐特克( Autodesk)、達索公司和圖軟 ( 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。在基礎設施領域，奔特力 (Bentley)系列軟件具有明顯的優勢，主要因為 Bentley 平臺的各種專業軟件，其底層圖形引擎都采用 MicroStation，軟件兼容性強，處理大體量模型速度更快，適用于大型基礎設施。公路工程為線狀工程，項目體量一般都比較大，長達幾十乃至上百公里，對 BIM 平臺要求較高，因此 Bentley 平臺在公路行業有比較成功的應用。

　　Bentley ORD ( OpenRoads Designer CONNECT Edition)是 Bentley 專業道路設計軟件，在道路 BIM 模型設計中應用較廣。而 Bentley CE ( CONNECT Edition ) 是 Bentley 平臺上基礎的二維/三維結構處理軟件，在 CE 上開發的軟件通用性比較好，能在很好運用到 ORD 上，因此選擇 CE 作為軟件開發平臺。

　　1.2 Bentley 軟件開發技術與方案

　　基于 MicroStation，Bentley 提供了幾種開發手段，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，胡小端[7]等用 MVBA 技術編制收費島 BIM 設計軟件，崔振宇[8]利用 C#開發鐵路箱涵設計軟件。Bentley還提供圖形化開發技術GC，胡正揚[9]使用該技術實現橋梁快速建模。

　　Addins 是 MicroStation 新的開發方式， Addins 是基于.NET 框架，可以使用 C#、 C++/CLI 或 VB.NET 語言來開發 Addins 應用程序。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 來設計界面;此外，Addins 可以直接訪問 MicroStation 底層圖形引擎，開發出來的軟件速度快，專業性強，具有強大的開發潛力。因此，本次開發使用 C++/CLI 語言，采用MicroStation Addins方式和WinForm界面進行開發。

　　1.3 交通標志建模軟件的流程與界面

　　軟件設計框圖見圖 1 左，軟件由三個模塊構成：標志模板設計模塊，標志布設模式設計模塊，標志布設模式應用模塊;軟件包含了兩個數據庫：標志模板數據庫和標志布設模式數據庫，通過窗體界面進行數據交互，實現標志數據庫和標志布設模式的存儲和管理，在 Bentley 平臺上快速布設交通標志，提高交通標志 BIM 建模效率。

　　軟件主要完成三個方面的工作，構成軟件的三個模塊，圖1右顯示軟件的初始界面，該界面實現對三種工作模塊的選擇：

　　(1) 標志的模板設計模塊：實現標志模板的快速設計，并建立標志模板樣式的數據庫;

　　(2) 標志的布設設計模塊：應用標志模板樣式數據庫，結合標志支撐方式，建立標志的布設模式，并形成標志布設模式庫;

　　(3) 標志的快速布設模塊：應用布設模式進行標志的快速布設。

　　通過研究交通標志規范，分析標志模板設計和標志布設設計的規律(具體分析見后兩節)，總結軟件開發的主要技術需求包括：

　　(1)設計標志數據庫和標志布設模式數據庫兩個數據庫，確定數據庫文件的格式、讀取原則和索引方式等;

　　(2)對數據庫文件的添加、刪除、修改、定位、讀取等操作接口軟件設計;

　　(3)界面設計以及輸入數據核查等;

　　(4)建立交通標志常用圖形數據庫，比如方向箭頭、警告禁令等的圖形樣式，便于應用;

　　(5)應用數據庫中的數據，在 Bentley CE 上對文本、形狀和實體的創建來實現標志、支撐等構件，以及對構件的定位、布置等來實現標志的布設。

　　2 標志模板 BIM 設計軟件分析

　　2.1 交通標志構成特點

　　按照我國交通標志的規范規定[10-11]，交通標志主要分為指示標志、指路標志、警告和禁令標志。交通標志由 4 個要素組成，分別是版面、邊框、文字和圖形，通過控制這 4 個要素的形狀、大小、位置、內容和顏色等屬性，組成各種類型的標志。

　　常用的標志版面和邊框形狀主要有三角形，圓形和方形(長方形或正方形)。

　　2.2 標志模板設計軟件簡介

　　標志模板軟件基本流程參見圖 2 左，圖 2 右是模板設計軟件的界面。軟件實現標志的版面、邊框、文字和圖形等 4 個要素的大小、位置、內容和顏色的設計，每種要素設計由有三個按鈕，“添加版面”按鈕和“全部刪除”實現添加或刪除該要素的內容，“顯示 XX 列表”作用實現列表方式錄入和修改數據操作。

　　系統設計了 5 種標志數據庫，通過“選擇標志類型”下拉框選擇。標志圖形樣式也通過下拉框選擇，目前圖形庫中實現常用的 24 種圖形，包括方向箭頭、互通樣式、服務區、收費站、警告等，圖形樣式還需要在繼續豐富。

　　標志設計模板完成后，在 Bentley CE 平臺中顯示當前標志設計樣式，查看標志版面設計是否正確。正確的標志模板錄入到選中的數據庫中。雙擊界面右側的標志模板列表，可以調出設計好的標志模板，重新編輯并生成新的模板。

　　2.3 交通標志模板設計軟件及應用

　　圖 3 顯示設計好的標志模板樣式，包括服務區、收費站，指示標志和警告禁令標志等，可以看出使用該軟件可以快速設計出不同類型的交通標志。通過交通標志模板設計，將各種標志模板數據化，建立標志數據庫，為標志布設提供數據支撐。

　　3 標志布設模塊分析

　　交通標志布設主要研究兩個方面的內容：標志布設規律和標志的支撐方式。

　　3.1 標志布設規律分析

　　標志的布設主要是根據公路的出入口，功能構造物，特殊路段等因素進行布置，為司乘人員提供位置、方向、駕駛要求和警示等信息。這些設計要素會導致標志模板反復應用，反映標志設計布設規律。如果軟件能夠保存這種布設規律，就可能實現標志的快速布設。我們將這種在單一道路設計線上規律性標志布置簡稱為標志布設模式，此軟件的重要功能是能幫助建模人員建立標志布設模式。

　　把標志布設模式中有規律地替換的文字內容稱為“通用詞”，單個布設模式中所有的“通用詞”構成該模式的通用詞表。“通用詞”包括通用詞名稱和通用詞內容，通用詞內容表示可替換的內容。比如圖 5(b)中服務區入口的布設模式中，通用詞名稱為 “服務區名稱”，通用詞內容為“花園”。在應用服務區入口布設模式時，只需要將 “花園”替換為項目的服務區名稱，即可應用該模式快速布設該服務區標志的 BIM 模型。

　　3.2 標志支撐方式與布設

　　交通標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。同一支撐結構上可以附著多個標志。

　　3.3 標志布設軟件簡析

　　交通標志布設的流程圖和界面見圖 4。此部分軟件實現交通標志預設位置設置、支撐方式選擇和布置，標志內容是否與通用詞表的內容對應，標志布置加入到所選的布設模式中。

　　標志的支撐采用下拉菜單選取，并輸入設計參數。支撐樣式的基點在右立柱中心線與路面交點，這個基點是該布設位置的參照點，該位置上的每個標志都需要參照這個定位點進行定位。

　　每個標志模板用輪詢方式(圖 4 設計界面中“變更內容”按鈕)，依次決定是否將模板內的內容替換為通用詞名稱，或者替換為項目所需的內容。今后在該模式下，標志相關內容都會被對應的通用詞內容所替換，通過這種方式，提高標志模板的適用性。

　　3.4 標志布設效果

　　軟件的設計目標是在應用過程中不斷添加標志布設模式，形成豐富的設計資源，從而簡化標志的 BIM 設計。軟件有以下兩種優點：一是可將每次標志設計成果保存下來，為以后的標志布設提供幫助;二是可以幫助設計人員將標志布設過程按照設計規律分類，建立布設模式，從而規范標志布設，以提高效率。比如對于單喇叭互通的標志設計，一般可以分為三個布設模式：主線出口預告與指示、匝道出口指示、匝道入口預告與指示。

　　應用設計好的標志布設模式，選擇道路設計線，點擊“布設標志”按鈕即可展示設計效果。圖 5 中(a-c)分別顯示了主線樞紐互通出口布設模式，服務區入口指示模式和主線互通出口布設模式。為了演示效果，布設間距適當靠近。

　　4 交通標志布設模式的應用

　　通常交通標志是沿道路設計線線性布置，這種依靠單條設計線規律性布置的標志均可建立標志布設模式。選擇布設模式后，選中設計線，修改通用詞、樁號、路邊距等參數后，實現一組關聯的標志組合的快速布設。設計人員可按照個人的習慣和項目的特點建立自己的模式。

　　圖6中顯示應用標志布設模式的界面和設計效果，圖中顯示了互通出口匝道標志布設，在該模式下，軟件一次性地完成出口指示、匝道限速等標志的布設。

　　5 結語

　　(1)基于 Bentley 平臺開發交通標志 BIM 軟件，軟件開發采用 Microstation 的 Addins 技術，直接訪問 MicroStation 底層圖形引擎，使用 C++/CLI 語言，采用 WinForm 界面進行開發，軟件速度快，界面清晰，使用方便。

　　(2)研究我國交通標志設計的相關規范并結合標志設計的特點和規律，分析標志模板設計構件要素，使得軟件可以簡化標志設計，快速構建標志模板庫。

　　(3)提出“通用詞”方法來建立標志布設模式，有效地應用了交通標志布設規律，靈活高效地布設交通標志 BIM 模型。

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

　　(5)將交通標志模板和標志布設模式數據化，把常用的標志設計流程固化，減少重復勞動，簡化標志 BIM 設計和布設的工作。