工程图纸档案数字化管理及使用的研究及实现

吴开兴 李辉

摘要：针对二维计算机辅助设计（cAD）及三维建筑信息模型（BIM）工程图纸档案缺乏便捷高效的管理和使用手段、对工程图纸档案进行增删改等操作的处理速度较慢、二三维工程图纸档案信息携带量较低、二三维工程图纸档案之间无法产生有效联系等问题，本文结合改进的插入排序算法、可缩放矢量图形（sVG）、网络图形库（WebGL）等，对工程图纸档案数字化管理系统进行了研究及实现，解决了上述问题的同时也为其他同类系统的开发提供了借鉴。

关键词：二三维工程图纸档案;插入排序;可缩放矢量图形;网络图形库

中图分类号：TP315 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）31-0259-03

工程图纸作为设计师设计内容的载体和工程图纸使用方进行各项相关工作的依据，在工程中有着重要的地位和作用。随着计算机辅助设计（cAD）及建筑信息模型（BIM）的普及，对工程图纸的数字化成果交付逐渐普及，然而，对工程图纸档案的管理及使用上还是存在着诸多问题。

目前对工程图纸的使用主要集中于二维CAD和三维BIM工程图纸档案的使用方式较为不便，且二维CAD和三维BIM工程图纸的管理和借阅等工作也大多借助于人工进行，工作较为繁重。

为解决上述二维CAD和三维BIM工程图纸档案管理及使用中存在的诸多问题，本文对工程图纸档案管理进行了研究及实现，提高了二维CAD和三维BIM工程图纸档案在管理、使用上的便捷性，也为同类系统的开发提供了借鉴。

1系统设计

工程图纸档案管理系统前台页面包括工程图纸档案管理、二维CAD工程图纸使用、三维BIM工程图纸使用三个模块，后台管理包括用户、角色、权限的管理。

1.1工程图纸档案管理

1.1.1工程图纸档案排序

在已存储大量工程图纸档案的情况下对工程图纸档案进行增删改等操作在使用一般排序方法的情况下会占用大量计算资源并耗费大量时间。向包含大量数据并已有序的序列中增加新的数据，插入排序是较优的选择，因而对插入排序算法进行优化并应用于工程图纸档案排序中，以减少排序带来的时间和计算资源的消耗。

插入排序是将多个待排序数据，逐个从已排序序列的一端开始，将待排序数据的关键码值与已排序序列中数据的关键码值做对比，直到找到其适当的插人位置并插入。

本文从以下4个方面对插入排序算法进行改进。

（1）插入排序时需将待排序数据从已排序数据序列的一端开始与已排序数据逐个进行对比，对比次数过多，因而将二分法引入插入排序中，以减少对比次数;

（2）二分法在二分点选取时一般以二分区间中值作为二分点，选取方式过于粗放，因而本文通过对比待排序数据与二分区间端点数据的差值来选取二分点，以减少二分次数;

（3）多个未排序数据进行插入排序时，每个待排序数据都从已排序数据序列的一端开始进行插入排序未免过于浪费时间，因而将多个未排序数据进行快速排序，前一个数据插入已排序数据序列后，后一个数据从前一个数据的插入位置开始进行插入排序，以减少对比次数;

（4）插入排序时因待排序数据插入已排序数据序列后，在待排序数据插入位置之后的已排序数据需向后位移一位，庞大的位移次数对时间、计算资源的消耗较多，因而引入多路插入方法，按数据量的大小设定分组长度，当数据插入分组时只将分组中处于插入位置后的数据后移，以减少位移次数。

1.2三维BIM工程图纸使用

一般建模软件所导出的三维图纸是一个整体的三维模型，其在使用上大多局限于整体模型的浏览，而在实际应用中三维图纸档案仅能进行整体浏览显然不敷使用，而是需要获取各图元实体的属性等信息，以存储并展示更多信息，并辅助各项工作的进行，因此需对整体的三维图纸进行拆分处理，并为各图元挂载属性等信息，使三维工程图纸档案的使用不再局限于整体的浏览。

OBJ格式三维BIM图纸文件格式较为简单，易于开发，因而能够从大多数BIM建模软件中通过插件导出。随着WebGL技术的发展，使用无插件的WebGL三维绘图协议实现三维BIM图纸在线使用成了更优的选择。本文使用WebGL的一个功能强大的类库Cesium实现三维工程图纸档案的使用。

OBJ文件中以体、面、点、点纹理等元素来對模型进行描述，将导出的一个整体的OBJ模型文件按体的不同拆分成多个只包含一个体及其所属面、点、点纹理的OBJ模型文件，并更新面中的点和点纹理索引。将拆分后的OBJ格式模型文件通过页面后台调用格式转换插件批量转换为更为轻量化的GLTF文件，并将包括各图元GLTF文件存储地址、图元属性等信息存储于XML文件中。通过依照XML文档中记录的图元文件存储地址依次读取拆分出的三维图元并通过Cesium显示，读取XML文档中存储的图元属性信息挂载于图元实体上，通过对XML文档的操作实现图元信息的增删改功能，实现三维BIM图纸的在线使用。

1.3二维CAD图纸使用

DXF格式是二维CAD行业中较为流行的开放矢量数据交换工业标准。可缩放矢量图形（SVG）是基于可扩展标记语言（xML）的一种用于描述二维矢量图形的图形格式，能够无插件的在浏览器中展示矢量图形。本文采用解析DXF格式二维CAD图纸并使用SVG技术进行显示的方式实现二维CAD图纸的使用。

DXF格式以组码标记数据的形式区分及描述坐标点、角度及样式等矢量图形数据。在DXF格式文档中每个组码或数据单独一行，每两行为一组，前一行为组码，决定后一行数据元素的类型。从DXF文件中能够读取二维CAD中图元位置坐标及矢量信息等数据，由于SVG坐标系与DXF中的坐标系不同，需将DXF中点的坐标转为SVG坐标系中的坐标。假定Xs、Ys为点在SVG坐标系中的坐标，xn、Yn为点在DXF中的坐标，Xmin、Ymax分别为DXF中x坐标最小值及Y坐标最大值，则

完成DXF文档数据的读取后，将DXF文档中各图元转化为SVG图元，并将其放入页面前台显示，实现二维CAD图纸的使用，通过对SVG中视窗的设置，实现二维CAD图纸使用中的缩放功能。

工程中对二维图纸的使用不仅仅局限于浏览，也需查看二维图纸中各图元的属性等信息，同时为使用户能够更方便地了解同一图元在二三维图纸中的表述，为二维图纸图元挂载包含二维图元属性等信息及该图元三维浏览在内的二三维一体化信息。

判断用户所选二维图元后，以二维图元信息检索该二维图元所对应的三维图元，并在页面中展示该图元的三维图元及属性信息，并通过对XML文档的操作，实现了图元信息的增删改功能。

2系统实现

图纸档案上传及信息录入界面如图1所示。

图纸档案信息修改和补录界面如图2所示。

二维图纸档案使用界面如图3所示，三维图纸档案使用界面如图4所示。

3结束语

为实现二三维工程图纸档案的便捷管理及使用，提高二三维图纸中的信息携带量，本文对煤矿行业工程图纸档案管理进行了研究、设计和开发，加强了工程图档管理系统的反应速度和使用便捷性，加强了对三维图纸的管理，同时通过在二维图元的属性中添加该图元的三维图元，增强了二三维图纸之间的联系，实现了二三维图纸的便捷的在线使用，增加了二三维图纸中信息的携带量，同时也为其他同类软件的开发提供了借鉴。