基于Bentley平台的交通标志BIM软件开发

　　摘 要：交通标志对公路 BIM 十分重要，为了快速构建交通标志 BIM 模型，文中研究我国交通标志相关规范和标志设计的特点和规律，分析标志版面布局构成要素，提出交通标志“通用词”概念，采用二次开发技术，在 Bentley 平台中开发交通标志 BIM 模型辅助软件。该软件简化标志模板设计，快速构建标志库，应用“通用词表”辅助建立标志布设模式，灵活高效地布设交通标志 BIM 模型。文中论述了交通标志 BIM 模型辅助软件的研究过程和实现方法，并演示软件功能，结果显示该软件有效地实现了交通标志的快速建模。

　　本文源自土木建筑工程信息技术 2021-02-01《土木建筑工程信息技术》(季刊)创刊于2009年，是经国家新闻出版总署批准登记注册，由中国科协主管、中国工程图学学会主办的国家一级刊物，面向国内外公开发行。《土木建筑工程信息技术》旨在全面反映国内外土木工程行业在图学和信息技术方面的成果与动态，坚持理论与实践并重，提高与普及兼容，推动土木工程行业信息化建设步伐，提升土木工程行业信息化整体水平。本刊是国内土木工程行业专门进行图学和信息技术交流的惟一刊物，面向全国从事建筑、市政、道路、桥梁、交通、石化、电力等领域的设计、科研、施工和工程管理的广大工程技术人员，以及工程类高等院校师生等。

　　关键词：交通标志;BIM;二次开发;Bentley;C++

　　近年来，BIM 技术在交通基础设施领域广泛应用[1]，涵盖道路、隧道、桥梁等多个专业，并在可视化、VR、编码技术和施工运维管理[2]等多个方面均呈现出蓬勃发展的势头。交通标志是公路运输最重要的信息，反映了公路项目与公路路网、交通、社会环境和自然环境的相互作用，是公路 BIM 项目中十分重要的环节。随着 BIM 与 GIS 技术相结合[3]后，无论是项目展示还是后期应用，都要求完善交通标志 BIM 模型设计，为实景状态提供地理信息指示。然而目前主流软件[4-5]还没有成熟的交通标志 BIM 应用软件，促使我们开发专用软件提高交通标志的建模效率。

　　1 Bentley 软件及其开发方法介绍

　　1.1 开发环境选择

　　BIM 核 心 建 模 软 件 主 要 有 奔 特 力 ( Bentley)、欧特克( Autodesk)、达索公司和图软 ( Graphisoft)等四种[6]，分别向用户提供了一整套基于 BIM 理念的解决方案。在基础设施领域，奔特力 (Bentley)系列软件具有明显的优势，主要因为 Bentley 平台的各种专业软件，其底层图形引擎都采用 MicroStation，软件兼容性强，处理大体量模型速度更快，适用于大型基础设施。公路工程为线状工程，项目体量一般都比较大，长达几十乃至上百公里，对 BIM 平台要求较高，因此 Bentley 平台在公路行业有比较成功的应用。

　　Bentley ORD ( OpenRoads Designer CONNECT Edition)是 Bentley 专业道路设计软件，在道路 BIM 模型设计中应用较广。而 Bentley CE ( CONNECT Edition ) 是 Bentley 平台上基础的二维/三维结构处理软件，在 CE 上开发的软件通用性比较好，能在很好运用到 ORD 上，因此选择 CE 作为软件开发平台。

　　1.2 Bentley 软件开发技术与方案

　　基于 MicroStation，Bentley 提供了几种开发手段，主要有早期的 MDL (MicroStation Development Language/Library) 、 MVBA(MicroStation Visual Basic for Application)、Addins 等。使用这些技术，胡小端[7]等用 MVBA 技术编制收费岛 BIM 设计软件，崔振宇[8]利用 C#开发铁路箱涵设计软件。Bentley还提供图形化开发技术GC，胡正扬[9]使用该技术实现桥梁快速建模。

　　Addins 是 MicroStation 新的开发方式， Addins 是基于.NET 框架，可以使用 C#、 C++/CLI 或 VB.NET 语言来开发 Addins 应用程序。相比较于 MVBA，Addins 支持命令表、可以编译成 DLL;相比较于 MicroStation 早期的 MDL，Addins 可以用 WinForm 来设计界面;此外，Addins 可以直接访问 MicroStation 底层图形引擎，开发出来的软件速度快，专业性强，具有强大的开发潜力。因此，本次开发使用 C++/CLI 语言，采用MicroStation Addins方式和WinForm界面进行开发。

　　1.3 交通标志建模软件的流程与界面

　　软件设计框图见图 1 左，软件由三个模块构成：标志模板设计模块，标志布设模式设计模块，标志布设模式应用模块;软件包含了两个数据库：标志模板数据库和标志布设模式数据库，通过窗体界面进行数据交互，实现标志数据库和标志布设模式的存储和管理，在 Bentley 平台上快速布设交通标志，提高交通标志 BIM 建模效率。

　　软件主要完成三个方面的工作，构成软件的三个模块，图1右显示软件的初始界面，该界面实现对三种工作模块的选择：

　　(1) 标志的模板设计模块：实现标志模板的快速设计，并建立标志模板样式的数据库;

　　(2) 标志的布设设计模块：应用标志模板样式数据库，结合标志支撑方式，建立标志的布设模式，并形成标志布设模式库;

　　(3) 标志的快速布设模块：应用布设模式进行标志的快速布设。

　　通过研究交通标志规范，分析标志模板设计和标志布设设计的规律(具体分析见后两节)，总结软件开发的主要技术需求包括：

　　(1)设计标志数据库和标志布设模式数据库两个数据库，确定数据库文件的格式、读取原则和索引方式等;

　　(2)对数据库文件的添加、删除、修改、定位、读取等操作接口软件设计;

　　(3)界面设计以及输入数据核查等;

　　(4)建立交通标志常用图形数据库，比如方向箭头、警告禁令等的图形样式，便于应用;

　　(5)应用数据库中的数据，在 Bentley CE 上对文本、形状和实体的创建来实现标志、支撑等构件，以及对构件的定位、布置等来实现标志的布设。

　　2 标志模板 BIM 设计软件分析

　　2.1 交通标志构成特点

　　按照我国交通标志的规范规定[10-11]，交通标志主要分为指示标志、指路标志、警告和禁令标志。交通标志由 4 个要素组成，分别是版面、边框、文字和图形，通过控制这 4 个要素的形状、大小、位置、内容和颜色等属性，组成各种类型的标志。

　　常用的标志版面和边框形状主要有三角形，圆形和方形(长方形或正方形)。

　　2.2 标志模板设计软件简介

　　标志模板软件基本流程参见图 2 左，图 2 右是模板设计软件的界面。软件实现标志的版面、边框、文字和图形等 4 个要素的大小、位置、内容和颜色的设计，每种要素设计由有三个按钮，“添加版面”按钮和“全部删除”实现添加或删除该要素的内容，“显示 XX 列表”作用实现列表方式录入和修改数据操作。

　　系统设计了 5 种标志数据库，通过“选择标志类型”下拉框选择。标志图形样式也通过下拉框选择，目前图形库中实现常用的 24 种图形，包括方向箭头、互通样式、服务区、收费站、警告等，图形样式还需要在继续丰富。

　　标志设计模板完成后，在 Bentley CE 平台中显示当前标志设计样式，查看标志版面设计是否正确。正确的标志模板录入到选中的数据库中。双击界面右侧的标志模板列表，可以调出设计好的标志模板，重新编辑并生成新的模板。

　　2.3 交通标志模板设计软件及应用

　　图 3 显示设计好的标志模板样式，包括服务区、收费站，指示标志和警告禁令标志等，可以看出使用该软件可以快速设计出不同类型的交通标志。通过交通标志模板设计，将各种标志模板数据化，建立标志数据库，为标志布设提供数据支撑。

　　3 标志布设模块分析

　　交通标志布设主要研究两个方面的内容：标志布设规律和标志的支撑方式。

　　3.1 标志布设规律分析

　　标志的布设主要是根据公路的出入口，功能构造物，特殊路段等因素进行布置，为司乘人员提供位置、方向、驾驶要求和警示等信息。这些设计要素会导致标志模板反复应用，反映标志设计布设规律。如果软件能够保存这种布设规律，就可能实现标志的快速布设。我们将这种在单一道路设计线上规律性标志布置简称为标志布设模式，此软件的重要功能是能帮助建模人员建立标志布设模式。

　　把标志布设模式中有规律地替换的文字内容称为“通用词”，单个布设模式中所有的“通用词”构成该模式的通用词表。“通用词”包括通用词名称和通用词内容，通用词内容表示可替换的内容。比如图 5(b)中服务区入口的布设模式中，通用词名称为 “服务区名称”，通用词内容为“花园”。在应用服务区入口布设模式时，只需要将 “花园”替换为项目的服务区名称，即可应用该模式快速布设该服务区标志的 BIM 模型。

　　3.2 标志支撑方式与布设

　　交通标志的支撑方式分为立柱式、悬臂式、门架式和附着式。其中立柱式又可分为单立柱和双立柱，悬臂式又分为单悬臂和双悬臂。同一支撑结构上可以附着多个标志。

　　3.3 标志布设软件简析

　　交通标志布设的流程图和界面见图 4。此部分软件实现交通标志预设位置设置、支撑方式选择和布置，标志内容是否与通用词表的内容对应，标志布置加入到所选的布设模式中。

　　标志的支撑采用下拉菜单选取，并输入设计参数。支撑样式的基点在右立柱中心线与路面交点，这个基点是该布设位置的参照点，该位置上的每个标志都需要参照这个定位点进行定位。

　　每个标志模板用轮询方式(图 4 设计界面中“变更内容”按钮)，依次决定是否将模板内的内容替换为通用词名称，或者替换为项目所需的内容。今后在该模式下，标志相关内容都会被对应的通用词内容所替换，通过这种方式，提高标志模板的适用性。

　　3.4 标志布设效果

　　软件的设计目标是在应用过程中不断添加标志布设模式，形成丰富的设计资源，从而简化标志的 BIM 设计。软件有以下两种优点：一是可将每次标志设计成果保存下来，为以后的标志布设提供帮助;二是可以帮助设计人员将标志布设过程按照设计规律分类，建立布设模式，从而规范标志布设，以提高效率。比如对于单喇叭互通的标志设计，一般可以分为三个布设模式：主线出口预告与指示、匝道出口指示、匝道入口预告与指示。

　　应用设计好的标志布设模式，选择道路设计线，点击“布设标志”按钮即可展示设计效果。图 5 中(a-c)分别显示了主线枢纽互通出口布设模式，服务区入口指示模式和主线互通出口布设模式。为了演示效果，布设间距适当靠近。

　　4 交通标志布设模式的应用

　　通常交通标志是沿道路设计线线性布置，这种依靠单条设计线规律性布置的标志均可建立标志布设模式。选择布设模式后，选中设计线，修改通用词、桩号、路边距等参数后，实现一组关联的标志组合的快速布设。设计人员可按照个人的习惯和项目的特点建立自己的模式。

　　图6中显示应用标志布设模式的界面和设计效果，图中显示了互通出口匝道标志布设，在该模式下，软件一次性地完成出口指示、匝道限速等标志的布设。

　　5 结语

　　(1)基于 Bentley 平台开发交通标志 BIM 软件，软件开发采用 Microstation 的 Addins 技术，直接访问 MicroStation 底层图形引擎，使用 C++/CLI 语言，采用 WinForm 界面进行开发，软件速度快，界面清晰，使用方便。

　　(2)研究我国交通标志设计的相关规范并结合标志设计的特点和规律，分析标志模板设计构件要素，使得软件可以简化标志设计，快速构建标志模板库。

　　(3)提出“通用词”方法来建立标志布设模式，有效地应用了交通标志布设规律，灵活高效地布设交通标志 BIM 模型。

　　(4)在交通标志 BIM 辅助软件的帮助下，用户可逐步完善自有的标志库和标志布设模式，加快标志 BIM 模型的构建和布设，促进公路 BIM 模型的丰富和完善。

　　(5)将交通标志模板和标志布设模式数据化，把常用的标志设计流程固化，减少重复劳动，简化标志 BIM 设计和布设的工作。