基于M icroStation平臺(tái)構(gòu)建國(guó)標(biāo)元器件參數(shù)化模型庫

管華明

（安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230088）

目前，不少水利設(shè)計(jì)單位選擇Microstation作為三維協(xié)同設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)平臺(tái)軟件。在水利工程三維協(xié)同設(shè)計(jì)中，有很多專業(yè)的設(shè)備經(jīng)常用到國(guó)標(biāo)常用元器件，如果讓設(shè)計(jì)人員從頭去建模型庫非常麻煩，并且要花費(fèi)相當(dāng)?shù)臅r(shí)間和精力。最新的MicrostationCE基礎(chǔ)平臺(tái)具備一些簡(jiǎn)單的參數(shù)化設(shè)計(jì)功能，但較難實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的模型。

由于每個(gè)國(guó)標(biāo)元器件的參數(shù)都是固定的，可以將常用的國(guó)標(biāo)元器件參數(shù)預(yù)先分門別類存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫的表中，逐步形成專業(yè)覆蓋面廣、標(biāo)準(zhǔn)件齊全的專業(yè)三維參數(shù)化元器件數(shù)據(jù)庫。建模時(shí)設(shè)計(jì)人員只需選擇需要的零件的標(biāo)記規(guī)格，二次開發(fā)的插件即可直接到庫里抽取相應(yīng)的參數(shù)組，自動(dòng)生成模型，動(dòng)態(tài)放置于需要的位置。

1 設(shè)計(jì)

本文以構(gòu)建 GB／T5780-2016《六角頭螺栓 C級(jí)》螺栓零件庫為例，采用輕型的SQLite數(shù)據(jù)庫平臺(tái)存儲(chǔ)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)方案的編程語言采用C++NativeCode。SQLite是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，包含在一個(gè)相對(duì)小的C庫中，零配置 （無需安裝和管理配置），占用資源非常的低，沒有額外依賴，處理速度快，支持C++開發(fā)語言。在最新的MicroStation CE提供的SDK中，C++NativeCode的功能最強(qiáng)大，接口都是以C++接口形式提供。設(shè)計(jì)方案由數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)層三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成。

2 實(shí)現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)層實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)層定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫表并存儲(chǔ)元器件的所有參數(shù)系列。如圖1所示，一個(gè)螺栓的三維模型由螺栓頭、螺栓長(zhǎng)度部分以及螺紋修飾面組成，主要參數(shù)有大徑d、小徑d1、s、k、倒圓角半徑r、長(zhǎng)度l、螺紋長(zhǎng)度b、倒角chamfer。步驟如下：

圖1 螺栓參數(shù)示意圖

（1）在sqlite中創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫 （假設(shè)數(shù)據(jù)庫名為hms）

$sqlite3 hms.db

（2）構(gòu)建數(shù)據(jù)庫表Bolt_GBT5780_2016

CREATE TABLE Bolt_GBT5780_2016（

IDINTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT，

ModelNameVARCHAR（100）NOT NULL，

Dreal NOT NULL，

d1real NOT NULL，

sreal NOT NULL，

kreal NOT NULL，

rreal NOT NULL，

lreal NOT NULL，

breal NOT NULL，

chamferreal NOT NULL

）；

表中字段名ModelName表示元器件的標(biāo)記規(guī)格。

（3）在數(shù)據(jù)表中存儲(chǔ)元器件參數(shù)數(shù)據(jù) （表中數(shù)字單位為mm）

INSERT INTO Bolt_GBT5780_2016 VALUES（NULL，＇GBT5780-2016 M5x25＇，5，4.134，8，3.5，0.25，25，16，0.25）；

……

INSERT INTO Bolt_GBT5780_2016VALUES（NULL，＇GBT5780-2016 M16x70＇，16，13.835，24，10.0，0.8，70，38，0.8）；

……

2.2 數(shù)據(jù)訪問層實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)訪問層的作用是訪問數(shù)據(jù)庫表，抽取某一類元器件的所有參數(shù)組。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，插件需要連接、打開數(shù)據(jù)庫，查詢數(shù)據(jù)庫表。由于Sqlite對(duì)多進(jìn)程操作支持效果不理想，在項(xiàng)目中，為了避免頻繁讀寫文件數(shù)據(jù)庫帶來的性能損耗，可以采用操作Sqlite內(nèi)存數(shù)據(jù)庫。實(shí)現(xiàn)思路如下：

（1）創(chuàng)建內(nèi)存數(shù)據(jù)庫

sqlite3*memoryDb；

int ret＝0；

ret ＝ sqlite3_open （ ＂： memory：＂，＆memoryDb）；

（2）在內(nèi)存數(shù)據(jù)庫中attach文件數(shù)據(jù)庫

實(shí)現(xiàn)的函數(shù)聲明如下：

int loadOrSaveDb（sqlite3*p InMemeory，const char*zFilename，int isSave）；

loadOrSaveDb函數(shù)的形參p InMemory指向內(nèi)存數(shù)據(jù)庫指針；zFilename指向文件數(shù)據(jù)庫目錄的字符串指針；isSave如果為0，則從文件數(shù)據(jù)庫載入到內(nèi)存數(shù)據(jù)庫。

為方便理解，假設(shè)數(shù)據(jù)庫文件的路徑為D：＼sqlite＼hms.db。以下代碼確保文件數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容在內(nèi)存數(shù)據(jù)庫中可見。

char*filename＝＂D： ＼sqlite＼hms.db＂；

int ret＝loadOrSaveDb（memoryDb，filename，0）；

（3）在內(nèi)存數(shù)據(jù)庫表中查詢?cè)骷?shù)數(shù)據(jù)

getParmList函數(shù)負(fù)責(zé)在內(nèi)存數(shù)據(jù)庫中采用select操作查詢?cè)骷?shù)數(shù)據(jù)。下面代碼中變量sqlliteTableName表示元器件參數(shù)數(shù)據(jù)的表名，parmList容器用于存儲(chǔ)每行參數(shù)數(shù)據(jù)。

extern sqlite3*memoryDb；

string sqlliteTableName；

vector＜std：：vector＜WString＞＞parmList；

static void getParmList（const string＆sqlliteTable）｛

int rc；

char*zErrMsg＝0；

const string sql1＝＂SELECT*from＂ +sqlliteTable；

const char*sql＝sql1.c_str（）；

const char*data＝＂＂；

rc＝sqlite3_exec（memoryDb，sql，callback，（void*）data，＆zErrMsg）；

return；

｝

static int callback（void*data，intargc，char**argv，char**azColName）｛

WString ColName（＂＂），ColValue（＂＂）；

vector＜WString＞parmVec；

for（int i＝0；i！ ＝argc；i++）｛

BeStringUtilities：：Utf8ToWChar（ColName，azColName［i］，255）；

BeStringUtilities：：Utf8ToWChar（ColValue，argv［i］，255）；

parmVec.push_back（ColValue）；

｝

parmList.push_back（parmVec）；

return 0；

｝

2.3 業(yè)務(wù)層實(shí)現(xiàn)

業(yè)務(wù)層的功能是根據(jù)元器件標(biāo)記規(guī)格以及相應(yīng)的參數(shù)，動(dòng)態(tài)生成三維模型，并動(dòng)態(tài)放置于設(shè)計(jì)人員指定的位置。該層利用數(shù)據(jù)訪問層傳遞來的參數(shù)容器對(duì)象，實(shí)現(xiàn)在MicroStation的命令屬性框中用組合框ComboBox控件列出該類零件的所有標(biāo)記規(guī)格，并將組合框控件的索引ID與數(shù)據(jù)容器中某一行參數(shù)的ID進(jìn)行動(dòng)態(tài)綁定。設(shè)計(jì)人員執(zhí)行創(chuàng)建螺栓命令時(shí)，軟件自動(dòng)出現(xiàn)命令屬性框，如圖2左側(cè)所示。其組合框中列出數(shù)據(jù)庫表中存儲(chǔ)的所有螺栓規(guī)格。設(shè)計(jì)人員選擇某一規(guī)格后，插件通過控件的索引ID得到該規(guī)格對(duì)應(yīng)的參數(shù)數(shù)據(jù)，自動(dòng)在MicroStation的當(dāng)前激活視圖中動(dòng)態(tài)生成三維模型（圖2右側(cè)所示），動(dòng)態(tài)浮顯于鼠標(biāo)光標(biāo)位置，待設(shè)計(jì)人員點(diǎn)擊鼠標(biāo)確認(rèn)位置后進(jìn)行最終放置。

圖2 螺栓命令屬性框及動(dòng)態(tài)生成的三維模型

（1）組合框控件與數(shù)據(jù)容器對(duì)象進(jìn)行動(dòng)態(tài)綁定

ComboBox控件依靠一個(gè)StringList來保存數(shù)據(jù)。loadParm ItemsStringList函數(shù)負(fù)責(zé)遍歷數(shù)據(jù)容器的每一組數(shù)據(jù)，并將他們賦值給組合框條目。

void HandleComboBoxMsg（DialogItemMessageP dimP）｛

Raw ItemHdr*riP＝dimP-＞dialogItemP-＞raw I-temP；

dimP-＞msgUnderstood＝true；

switch（dimP-＞messageType）｛

case DITEM_MESSAGE_CREATE：

｛

parmList.clear（）；

getParmList（sqlliteTableName）；

StringList*strListP＝NULL；

strListP＝mdlStringList_create（0，2）；

loadParm ItemsStringList（strListP）；

mdlDialog_comboBoxSetStrListP（riP，strListP，1）；

setGlobalsFrom ID（strListP，curSelected Item Index）；

break；

｝

case DITEM_MESSAGE_STATECHANGED：

｛

if（dimP-＞u.stateChanged.reallyChanged）｛

StringList*strListP＝mdlDialog_comboBoxGet-StrListP（riP）；

setGlobalsFrom ID（strListP，curSelected Item Index）；

｝

break；

｝

case DITEM_MESSAGE_DESTROY： ｛／／……｝

default：

｛dimP-＞msgUnderstood＝false；

break；｝

｝

｝

（2）定義 GB／T5780螺栓類 BoltGB5780 Element，用于生成三維模型實(shí)例對(duì)象

class BoltGB5780Element｛

private：

double _d，_d1，_s，_k，_r，_l，_b，_chamfer；

Transform_RotateTransform；

public：

BoltGB5780Element（double d， double d1，double s，double k，double r，double l，double b，double chamfer，Transform rotateTransform）：＼

_d（d），_d1（d1），_s（s），_k（k），_r（r），_l（l），_b（b），_chamfer（chamfer），_RotateTransform （rotateTransform）｛｝

bool GenerateFinalBoltSolid（EditElementHandleR finaEEh）；

private：

／／private成員函數(shù)略

｝；

類中接口GenerateFinalBoltSolid負(fù)責(zé)根據(jù)參數(shù)動(dòng)態(tài)生成螺栓三維模型對(duì)象，主要調(diào)用的私有成員函數(shù)負(fù)責(zé)生成螺栓頭元素并進(jìn)行切口操作、生成螺栓長(zhǎng)度部分元素、生成螺紋修飾面元素，最后把這幾部分合成一個(gè)單元。受篇幅所限，詳細(xì)代碼不作展開。_RotateTransform為三維空間變換矩陣對(duì)象，用于實(shí)現(xiàn)模型對(duì)象的平移及旋轉(zhuǎn)等。

（3）在當(dāng)前激活視圖中動(dòng)態(tài)生成三維模型、動(dòng)態(tài)浮顯、按確認(rèn)位置進(jìn)行最終放置

用螺栓類生成三維對(duì)象后，圖形的位置是固定的，能否讓圖形跟著光標(biāo)走，定位后在確認(rèn)點(diǎn)放置圖形呢？答案是肯定的。在MicroStationCE的C++API中，提供了強(qiáng)大的DgnPrimitiveTool類來實(shí)現(xiàn)類似的功能。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)交互式功能，需要定義一個(gè)派生于DgnPrimitiveTool的類，然后創(chuàng)建該類的一個(gè)實(shí)例并通過調(diào)用InstallTool（）函數(shù)啟動(dòng)。

class CreateBoltGB5780Tool：DgnPrimitiveTool｛

protected：

CreateBoltGB5780Tool（int cmdNumber， int cmdName）：DgnPrimitiveTool（cmdNumber，cmd-Name）｛｝

virtual void_OnRestartTool（）override｛Install-New Instance（GetToolId（），GetToolPrompt（））；｝

virtual void_OnDynamicFrame（DgnButtonEventCR ev）override；

bool CreateBoltGB5780Element（EditElementHandleR eeh，DgnButtonEventCR ev）；

public：

static void InstallNew Instance（int toolId，int toolPrompt）；

｝；

在CreateBoltGB5780Tool類中，當(dāng)在外部事件（如Undo）打斷了當(dāng)前工具時(shí)會(huì)調(diào)用_OnRestart-Tool函數(shù)；當(dāng)用戶在視圖區(qū)點(diǎn)擊鼠標(biāo)的數(shù)據(jù)鍵 （默認(rèn)為左鍵）時(shí)會(huì)調(diào)用_OnDataButton函數(shù)；當(dāng)用戶在視圖區(qū)點(diǎn)鼠標(biāo)的拒絕鍵 （默認(rèn)為右鍵）時(shí)會(huì)調(diào)用_OnResetButton函數(shù)。

CreateBoltGB5780Tool類中，接口函數(shù) Create-BoltGB5780Element負(fù)責(zé)根據(jù)設(shè)計(jì)人員在命令屬性框中選擇的某一規(guī)格的參數(shù)數(shù)據(jù)創(chuàng)建螺栓類Bolt-GB5780Element的實(shí)例：

bool CreateBoltGB5780Tool：： CreateBolt-GB5780Element（EditElementHandleR eeh，DgnButtonEventCR ev）

｛

／／變換矩陣rotateTrans，參數(shù)變量初始化

／／……

BoltGB5780Element BoltGB5780（m_d，m_d1，m_s，m_k，m_r，m_l，m_b，m_chamfer，rotateTrans）；

if（true ！ ＝ Bolt-GB5780.GenerateFinalBoltSolid（eeh））｛

return false；

｝

return true；

｝

當(dāng)光標(biāo)在視圖區(qū)移動(dòng)時(shí)，_OnDynamicFrame函數(shù)會(huì)被反復(fù)調(diào)用。參數(shù)ev返回了當(dāng)前光標(biāo)位置等信息，我們利用RedrawElems類在視圖區(qū)以臨時(shí)元素方式重繪該元素句柄；當(dāng)用戶在視圖區(qū)點(diǎn)鼠標(biāo)的數(shù)據(jù)鍵 （默認(rèn)為左鍵）后會(huì)調(diào)用到_OnDataButton函數(shù)，在該函數(shù)中才真正將生成的圖形放置在確認(rèn)點(diǎn)位置。

void CreateBoltGB5780Tool：： _OnDynamic-Frame（DgnButtonEventCR ev）｛

EditElementHandle eeh；

if（！CreateBoltGB5780Element（eeh，ev））return；

RedrawElems redrawElems；

redrawElems.SetDynamicsViews（IViewManager：：GetActiveViewSet（），ev.GetViewport（））；

redrawElems.SetDrawMode（DRAW_MODE_TempDraw）；

redrawElems.SetDrawPurpose （DrawPurpose：：Dynamics）；

redrawElems.DoRedraw（eeh）；

｝

bool CreateBoltGB5780Tool：： _OnDataButton（DgnButtonEventCR ev）｛

EditElementHandle eeh；

if（CreateBoltGB5780Element（eeh， ev））eeh.AddToModel（）；

_OnReinitialize（）；

return true；

｝

3 結(jié)語

本文以螺栓標(biāo)準(zhǔn)件為例，采用三層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案構(gòu)建了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)零件的參數(shù)化模型庫框架，對(duì)解決基于Bentley平臺(tái)三維協(xié)同設(shè)計(jì)推進(jìn)的過程中某些設(shè)備專業(yè)碰到的最后一公里難題提供參考。

參數(shù)化模型庫除了標(biāo)準(zhǔn)元器件外，還有非固定參數(shù)的非標(biāo)元器件。其次，BIM數(shù)字化模型還需在傳統(tǒng)的3D模型上掛載兼具幾何特性與功能特性的屬性信息。由于筆者二次開發(fā)方面的工作尚在不斷學(xué)習(xí)中，本文還未解決如何將這些有機(jī)統(tǒng)一起來，形成一個(gè)覆蓋面足夠的專業(yè)三維設(shè)計(jì)模塊。

［1］李向東，霍莉莉，劉艷娟.三維技術(shù)與BIM在水利設(shè)計(jì)行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展探索［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2017（10）：141-143.

［2］張慧潔，吳鋼.三維協(xié)同技術(shù)在建筑模型創(chuàng)建中的應(yīng)用研究［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2014（03）：52-54.

［3］孫斌.BIM技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2017（03）：13-14.

［4］周杰.三維協(xié)同設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)院的應(yīng)用［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2014（04）：58-62.

［5］陳健.追夢(mèng)——工程數(shù)字化技術(shù)研究及推廣應(yīng)用的實(shí)踐與思考［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2016：60.

［6］GB／T 5780-2016.六角頭螺栓 C級(jí)［S］.

［7］Lippman，S.B.＆J.Lajoie.＆B.E.Moo.C++Primer第5版［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2013：400-403.

［8］Allen，G.＆M.Owens.SQLite權(quán)威指南第二版 ［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2012：26-31.

［9］李華鋒.基于Microstation V8i平臺(tái)的三維設(shè)計(jì)軟件二次開發(fā)［J］.中國(guó)建設(shè)信息化，2015（16）：74-76.

［10］Lakos，J.大規(guī)模C++程序設(shè)計(jì) ［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014：70-79.

［11］肖劍平.VC++環(huán)境下運(yùn)用MDL進(jìn)行Microstation二次開發(fā)的剖析 ［J］.工程勘察，2006（02）：57-60.