自主研發(fā)BIM建模平臺(tái)：二維、三維視圖并存的設(shè)計(jì)模式

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商業(yè)化平臺(tái)技術(shù)成熟、模型渲染美觀，特別是在空間幾何計(jì)算方面的優(yōu)勢(shì)非常突出，但同時(shí)也存在一些問題：(1)專業(yè)性設(shè)計(jì)功能完全需要二次開發(fā);(2)不掌握核心代碼，無法修改其核心用戶界面(UI)以及固有的操作模式，為操作帶來不便;(3)純英文的開發(fā)接口程序庫，為二次開發(fā)帶來極大困難。

因此，如果僅僅是進(jìn)行三維仿真建模的話尚且可行，但如果要利用其開發(fā)長(zhǎng)大橋梁的正向設(shè)計(jì)功能，將無法繞開上述問題，另外，商業(yè)化平臺(tái)的前期購(gòu)買以及后期升級(jí)維護(hù)成本較高。

相反，如果自主開發(fā)橋梁BIM設(shè)計(jì)程序，因?yàn)樯婕暗娇臻g幾何計(jì)算、坐標(biāo)系統(tǒng)、劃網(wǎng)建模、3D渲染、長(zhǎng)大場(chǎng)景調(diào)度等前沿性技術(shù)，在開發(fā)難度、開發(fā)成本、開發(fā)周期方面都有較大風(fēng)險(xiǎn)和阻力。但優(yōu)勢(shì)在于掌握核心代碼，其設(shè)計(jì)模式及顯示界面均可根據(jù)使用者需求量身定制，并且程序升級(jí)改造靈活、維護(hù)成本低。

本文從OpenGL圖形渲染的底層功能著手，自主研發(fā)BIM建模平臺(tái)，介紹一款兼具二維交互設(shè)計(jì)和三維顯示功能的鐵路橋梁BIM程序。并從鐵路橋梁設(shè)計(jì)的專業(yè)角度出發(fā)，在程序的開發(fā)思路、設(shè)計(jì)模式比選，以及在視圖顯示的關(guān)鍵性技術(shù)方面做出探索。

程序設(shè)計(jì)模式

三維橋梁設(shè)計(jì)程序的特點(diǎn)

(1)在橋梁設(shè)計(jì)計(jì)算方面，需要結(jié)合梁縫計(jì)算、結(jié)構(gòu)計(jì)算等自身的專業(yè)性軟件，進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)。

(2)在圖形類型方面，橋梁工程相對(duì)于路基、站場(chǎng)等專業(yè)，以及對(duì)空間曲面建模方面有更多需求。

(3)在建模方式方面，鐵路橋涵設(shè)計(jì)除了需要建立標(biāo)準(zhǔn)圖庫來滿足標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)部件建模以外，橋址范圍內(nèi)的邊坡防護(hù)、涵洞順溝等，還需要根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)及三維地形，進(jìn)行自動(dòng)化的自適應(yīng)性建模。

(4)特大型鐵路橋梁在國(guó)內(nèi)高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)中非常普及，單座橋梁長(zhǎng)度突破幾百公里以上的情況已形成常態(tài)，而橋梁孔跨布置是由精密計(jì)算而來，對(duì)BIM中任意一處孔跨的更改，都將牽動(dòng)整座橋數(shù)百公里梁跨的重新設(shè)計(jì)和圖形重構(gòu)。因此，BIM設(shè)計(jì)程序不僅要求高性能的計(jì)算機(jī)硬件，對(duì)程序數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的合理性及算法的高效性也都有較高要求。

二維、三維視圖并存的設(shè)計(jì)模式

目前，國(guó)內(nèi)鐵路項(xiàng)目采用的主要BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)，如：revit、bently、達(dá)索等，都是在純?nèi)S模式下開展設(shè)計(jì)，顛覆性地取締了傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)成果也為純?nèi)S鐵路模型，仿真程度高;但鐵路橋涵因其自身特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)過程中，對(duì)里程、高程、凈空、梁縫等外部數(shù)據(jù)，以及梁、墩臺(tái)、基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)尺寸等內(nèi)部數(shù)據(jù)的依賴程度很高，純?nèi)S設(shè)計(jì)模式無法直接將這些數(shù)據(jù)展現(xiàn)在設(shè)計(jì)者眼前，設(shè)計(jì)者若想查看，必須先經(jīng)過三維成果向二維成果轉(zhuǎn)換或手動(dòng)調(diào)出數(shù)據(jù)窗口才可以得到上述數(shù)據(jù)。

因此對(duì)于BIM橋梁設(shè)計(jì)，不宜完全摒棄二維設(shè)計(jì)方法。BIM鐵路橋梁程序開發(fā)能夠兼?zhèn)淙S理念和傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)方法，同步生成二維設(shè)計(jì)成果以及進(jìn)行三維建模展示或成為更加合理的設(shè)計(jì)模式。

另外，從程序開發(fā)角度來講，BIM程序若能涵蓋二維設(shè)計(jì)模式，可以更方便地與傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行銜接，減少BIM程序開發(fā)工作量及開發(fā)難度。

而且二維、三維結(jié)合的設(shè)計(jì)模式，也可以使設(shè)計(jì)人員在新型的BIM設(shè)計(jì)環(huán)境下，能夠利用自己熟悉的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思路來迅速適應(yīng)程序，從而提高程序應(yīng)用效率，否則純?nèi)S模式在鐵路橋梁勘察設(shè)計(jì)領(lǐng)域的推廣阻力和成本將會(huì)較大。本程序采用了二維視圖交互設(shè)計(jì)，及三維視圖顯示的設(shè)計(jì)模式。

程序框架

MVC框架模式概述

程序以C++ MFC為開發(fā)工具，以MVC框架模式開發(fā)基于OpenGL的二維、三維視圖顯示功能。模型- 視圖- 控制(MVC，Model-View-Controller)框架是圖形用戶界面(GUI，Graphic User Interface)程序的一種普遍的設(shè)計(jì)框架。采用MVC框架模式的優(yōu)勢(shì)是使得OpenGL渲染函數(shù)的調(diào)用從普遍的消息路由中完全脫離開來。

模型層

模型層是應(yīng)用程序的核心部分，所有應(yīng)用程序中的數(shù)據(jù)和定義應(yīng)用程序行為的實(shí)現(xiàn)都被包含在內(nèi)。最重要的是，任何指向視圖層和控制層功能都沒有被模型層引用，這意味著模型層是完全獨(dú)立的。它完全無須關(guān)心視圖層和控制層的行為，從而它只是簡(jiǎn)單地對(duì)視圖層和控制層的請(qǐng)求進(jìn)行加工操作。本程序中模型層負(fù)責(zé)全部的OpenGL頂點(diǎn)數(shù)據(jù)管理、頂點(diǎn)緩沖區(qū)對(duì)象(VBO，Vertex Buffer Object)繪圖和圖形更新。

視圖層

視圖層負(fù)責(zé)根據(jù)窗口設(shè)備環(huán)境創(chuàng)建渲染設(shè)備環(huán)境，最后將可視化的內(nèi)容渲染到屏幕之上。視圖層不含有指向控制層的引用(與控制層獨(dú)立)。只有當(dāng)控制層發(fā)送更新請(qǐng)求時(shí)，它才會(huì)執(zhí)行渲染操作。然而，視圖層需要有指向模型層的引用，因?yàn)樗枰獜哪Ｐ蛯拥玫巾旤c(diǎn)、法向量、顏色等數(shù)據(jù)，這樣才能將數(shù)據(jù)渲染到屏幕上。

控制層

控制層負(fù)責(zé)創(chuàng)建獨(dú)立渲染線程，并對(duì)用戶事件作出最直接的響應(yīng)，它接受和處理所有的用戶在窗體或視口中的操作，如鼠標(biāo)和鍵盤輸入等。為了處理用戶事件，控制層需要訪問具體的模型層組件和視圖層組件?？刂茖咏M件通知模型層處理數(shù)據(jù)，同時(shí)告訴視圖層更新顯示的數(shù)據(jù)。另外，在本程序中，控制層還負(fù)責(zé)對(duì)用戶事件相關(guān)的圖元數(shù)據(jù)，如點(diǎn)、線、面、文字等，向OpenGL渲染數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

BIM模型在施工過程中的應(yīng)用可全面提升工程造價(jià)行業(yè)效率與信息化管理水平，優(yōu)化管理流程，高效率、高精準(zhǔn)度的完成工程量計(jì)算工作。以上內(nèi)容就是“自主研發(fā)BIM建模平臺(tái)：二維、三維視圖并存的設(shè)計(jì)模式”，更多BIM熱點(diǎn)資訊/教程分享歡迎關(guān)注微信公眾號(hào)“BIM實(shí)訓(xùn)”，也可點(diǎn)擊下方免費(fèi)下載領(lǐng)取精品學(xué)習(xí)資料。