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商業化平臺技術成熟、模型渲染美觀，特別是在空間幾何計算方面的優勢非常突出，但同時也存在一些問題：(1)專業性設計功能完全需要二次開發;(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)純英文的開發接口程序庫，為二次開發帶來極大困難。

因此，如果僅僅是進行三維仿真建模的話尚且可行，但如果要利用其開發長大橋梁的正向設計功能，將無法繞開上述問題，另外，商業化平臺的前期購買以及后期升級維護成本較高。

相反，如果自主開發橋梁BIM設計程序，因為涉及到空間幾何計算、坐標系統、劃網建模、3D渲染、長大場景調度等前沿性技術，在開發難度、開發成本、開發周期方面都有較大風險和阻力。但優勢在于掌握核心代碼，其設計模式及顯示界面均可根據使用者需求量身定制，并且程序升級改造靈活、維護成本低。

本文從OpenGL圖形渲染的底層功能著手，自主研發BIM建模平臺，介紹一款兼具二維交互設計和三維顯示功能的鐵路橋梁BIM程序。并從鐵路橋梁設計的專業角度出發，在程序的開發思路、設計模式比選，以及在視圖顯示的關鍵性技術方面做出探索。

程序設計模式

三維橋梁設計程序的特點

(1)在橋梁設計計算方面，需要結合梁縫計算、結構計算等自身的專業性軟件，進行協同設計。

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

(3)在建模方式方面，鐵路橋涵設計除了需要建立標準圖庫來滿足標準化結構部件建模以外，橋址范圍內的邊坡防護、涵洞順溝等，還需要根據設計參數及三維地形，進行自動化的自適應性建模。

(4)特大型鐵路橋梁在國內高速鐵路橋梁設計中非常普及，單座橋梁長度突破幾百公里以上的情況已形成常態，而橋梁孔跨布置是由精密計算而來，對BIM中任意一處孔跨的更改，都將牽動整座橋數百公里梁跨的重新設計和圖形重構。因此，BIM設計程序不僅要求高性能的計算機硬件，對程序數據結構的合理性及算法的高效性也都有較高要求。

二維、三維視圖并存的設計模式

目前，國內鐵路項目采用的主要BIM設計平臺，如：revit、bently、達索等，都是在純三維模式下開展設計，顛覆性地取締了傳統二維設計方法，設計成果也為純三維鐵路模型，仿真程度高;但鐵路橋涵因其自身特點，在設計過程中，對里程、高程、凈空、梁縫等外部數據，以及梁、墩臺、基礎的結構尺寸等內部數據的依賴程度很高，純三維設計模式無法直接將這些數據展現在設計者眼前，設計者若想查看，必須先經過三維成果向二維成果轉換或手動調出數據窗口才可以得到上述數據。

因此對于BIM橋梁設計，不宜完全摒棄二維設計方法。BIM鐵路橋梁程序開發能夠兼備三維理念和傳統二維設計方法，同步生成二維設計成果以及進行三維建模展示或成為更加合理的設計模式。

另外，從程序開發角度來講，BIM程序若能涵蓋二維設計模式，可以更方便地與傳統二維設計軟件進行銜接，減少BIM程序開發工作量及開發難度。

而且二維、三維結合的設計模式，也可以使設計人員在新型的BIM設計環境下，能夠利用自己熟悉的傳統設計思路來迅速適應程序，從而提高程序應用效率，否則純三維模式在鐵路橋梁勘察設計領域的推廣阻力和成本將會較大。本程序采用了二維視圖交互設計，及三維視圖顯示的設計模式。

程序框架

MVC框架模式概述

程序以C++ MFC為開發工具，以MVC框架模式開發基于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計框架。采用MVC框架模式的優勢是使得OpenGL渲染函數的調用從普遍的消息路由中完全脫離開來。

模型層

模型層是應用程序的核心部分，所有應用程序中的數據和定義應用程序行為的實現都被包含在內。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立的。它完全無須關心視圖層和控制層的行為，從而它只是簡單地對視圖層和控制層的請求進行加工操作。本程序中模型層負責全部的OpenGL頂點數據管理、頂點緩沖區對象(VBO，Vertex Buffer Object)繪圖和圖形更新。

視圖層

視圖層負責根據窗口設備環境創建渲染設備環境，最后將可視化的內容渲染到屏幕之上。視圖層不含有指向控制層的引用(與控制層獨立)。只有當控制層發送更新請求時，它才會執行渲染操作。然而，視圖層需要有指向模型層的引用，因為它需要從模型層得到頂點、法向量、顏色等數據，這樣才能將數據渲染到屏幕上。

控制層

控制層負責創建獨立渲染線程，并對用戶事件作出最直接的響應，它接受和處理所有的用戶在窗體或視口中的操作，如鼠標和鍵盤輸入等。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據，同時告訴視圖層更新顯示的數據。另外，在本程序中，控制層還負責對用戶事件相關的圖元數據，如點、線、面、文字等，向OpenGL渲染數據進行轉換。

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