摘 要：在工程建設過程中，電子文件已逐步取代了傳統(tǒng)的紙質(zhì)文檔，發(fā)揮了重大作用。但使用環(huán)境惡劣、異地多地施工等因素，都對電子文件提出了嚴重挑戰(zhàn)。本文基于具體項目，對紙質(zhì)工程文件與電子工程文件進行了比較分析，針對影響因素，設計了一款支持電子紙顯示的工程電子文件閱讀設備，并研究了該工程電子文件閱讀設備的功能與性能，旨在有效解決工程電子文件的使用問題。

關鍵詞：工程；電子文件；閱讀；環(huán)境；電子紙

在工程施工的環(huán)境下，如野外勘探、鐵路公路構(gòu)建、災害救援等，現(xiàn)有的電子文件傳輸、存儲和使用方法和工具不能有效地滿足實際需要。比如最常見的是將電子文件拷貝到筆記本電腦上，但使用上存在著充電難、有閱讀死角、不容易攜帶等問題，而且工程現(xiàn)場閱讀環(huán)境比較差：溫度高或低、電磁兼容、潮濕、交通差；操作人員水平參差不齊。而且，隨著時間和任務量的積累，電子文件的存儲量迅速增長。因此，如何輕松地實現(xiàn)工程電子文件的移動閱讀實時、高質(zhì)量閱讀成為迫切需要解決的問題。

1 紙質(zhì)工程文件與電子工程文件比較分析

采用順序圖、用例圖等工具，對2011年1月到2014年4月期間，中建二局第二建筑工程有限公司負責的鄭州京廣快速路解放路立交橋、北環(huán)快速通道文化路立交橋等工程標段的工程文件進行分析，探究其使用特性、載體特性和用戶特性。

1.1 工程文件施工現(xiàn)場使用特性。使用特性包括4個方面：（1）工程文件使用實時性：施工現(xiàn)場一般都在野外，而且可能多處異地施工，在施工過程中，一直需要工程資料的支持，也很有可能因某項新需求，對工程資料如施工圖紙等，進行現(xiàn)場調(diào)研、臨時變更，工程文件實時產(chǎn)生，難以預測。不少人員需要直接在工程資料上進行修改，導致工程資料的原始性難以保持，造成損壞。（2）工程文件使用綜合性：施工過程中，并不一定僅僅需要某一個時刻的檔案資料，有些時候，需要將整個工程施工前后相關的所有資料綜合在一起，進行比對，工程文件需求量比較大，造成運輸、保管困難，甚至有些工程資料只有一份，導致多處需要。（3）工程文件使用環(huán)境差：工程施工現(xiàn)場，有可能盛夏酷暑、烈日炎炎，也可能寒風凜冽、冰天雪地，也可能風雨交加，也可能塵土飛揚，這不管對電子文件還是紙質(zhì)文件，都存在著很大的挑戰(zhàn)；有的工程現(xiàn)場可能存在著電磁干擾等，對筆記本電腦或其他電子設備中的電子文件閱讀產(chǎn)生影響。（4）工程文件用戶多方性：不少工程文件在使用過程中，需要雙方甚至三方、四方在一起，幾十個人看同一個文件資料的情況，這就需要用戶輪流觀看，可能導致理解不一致，從而影響工程。

1.2 工程文件載體特性。工程文件的載體主要是紙質(zhì)載體和電子文件。紙質(zhì)載體在使用過程中，因為工程施工的環(huán)境比較惡劣，經(jīng)常容易損壞、破裂，甚至發(fā)霉長毛等；因為工程變更，多方需求表達在紙質(zhì)載體上，導致原始工程資料被涂改。如果不直接涂改，那就沒有辦法更好地將實時需求表達記錄下來。

電子文件在工程現(xiàn)場，最主要的方式還是采用電腦或者平板電腦存儲、使用的方式。但在使用這些電子設備的時候，還存在著充電比較難、不容易攜帶等問題，因為工程現(xiàn)場的電源基本上都高壓的。而且，現(xiàn)在的電子閱讀設備都采用液晶屏幕，有閱讀死角，只適合正面觀看。而且顯示屏幕較小，不適合多人閱讀；更重要的是，這些電子設備的顯示器，在陽光底下，可見度極差，幾乎看不清楚，但在工程施工現(xiàn)場，這是最基本的閱讀環(huán)境。另外，工程現(xiàn)場的環(huán)境對這些電子設備的損害也比較大。

電子文件在多方使用時，也可以采用投影的方式，但具有很強的使用地點限制，比如只能在工程的辦公室中觀看，而且某些工程文件如圖紙等，比較細致，因為環(huán)境影響，可能投影效果不好。

1.3 工程文件用戶特性。工程文件的用戶包括5方：工程設計單位、工程勘察單位、工程建設單位、工程監(jiān)理單位和工程施工單位。這5方用戶對工程文件的使用要求不同，管理知識與水平也參差不齊，而且，在工程文件的使用過程中，尤其是在施工現(xiàn)場，多方圍繞變更產(chǎn)生討論時，筆跡、汗水等經(jīng)常伴隨原始工程文件，甚至不小心撕裂等。

2 研究現(xiàn)狀與設計目標

2.1 研究現(xiàn)狀。據(jù)調(diào)研，國內(nèi)外研究已經(jīng)考慮了在工程中運用電子文件的益處，研究了紙質(zhì)工程文件和電子文件同時使用、電子文件單獨使用的模式，如早在2002年，洪艷華在《工程紙質(zhì)檔案與電子檔案的配套管理和利用》一文中，就提到了“采用雙軌運行的辦法，對工程紙質(zhì)檔案和電子檔案進行配套管理和利用”，但研究重點是為了確保檔案的完整性和安全性。[1]

高利華在《水電工程設計檔案中電子文件管理的討論》中，討論了“水電工程設計電子檔案的標準化管理”等方面的內(nèi)容。[2]路淑文也在《公路工程電子檔案管理中存在的問題及對策》中，研究了“公路工程電子文件管理的規(guī)范化、完整化”，[3]此類文章較多，研究重點更多的關注工程中電子文件的使用方法或者歸檔方法。

也有的考慮了技術層面的內(nèi)容，如吳永平、尤勇、林輝的《GIS在退耕還林檔案管理中的應用——以建立文縣2004年退耕還林工程電子文件為例》，也主要圍繞著“退耕還林工程數(shù)據(jù)管理操作一體化和多源信息管理一體化”而展開的。[4]這些研究僅僅豐富電子檔案的使用，拓寬了使用范圍，并沒有增加電子文件的可用性。

2.2 設計目標。經(jīng)上述研究分析認為，工程文件在使用過程中最大的困難是閱讀的困難，現(xiàn)有的紙質(zhì)文件和電子文件都無法有效滿足實際需要。而且傳統(tǒng)的紙質(zhì)閱讀和電子閱讀的安全也得不到保障。

因此，根據(jù)需求和實際調(diào)研，構(gòu)建如下設計目標：面向工程環(huán)境，分析工程檔案的產(chǎn)生與使用的業(yè)務流程，從檔案使用（主要是閱讀）環(huán)境、檔案本身特點、用戶的特點三個方面分析了工程檔案使用的需求因素，設計一個針對工程電子文件使用的支持移動、懸掛與手持的閱讀設備，并對該閱讀設備的功能、性能和關鍵實現(xiàn)技術做了剖析。

整體上講，該工程電子文件閱讀設備計劃采用電子紙（EPD，Electronic Paper Display）作為閱讀的主要顯示模塊，閱讀性能良好，輕薄、易攜帶；采用電池和電源充電兩種方式，功耗低；支持多種工程檔案格式與多來源內(nèi)容獲?。恢С诌h程無線數(shù)據(jù)傳輸，支持短距離無線數(shù)據(jù)傳輸與共享；操作界面圖形化，操控靈活方便，易用性強；支持硬件模塊自由組合功能。

3 基于電子紙的工程電子文件顯示

本文設計的工程電子文件閱讀設備，主要先進性體現(xiàn)在兩個方面：電子紙作為設備的顯示材質(zhì)；來源多渠道，內(nèi)容多格式。普適性有四個方面：支持無線遠程傳輸、近程共享；分模塊自由組裝；獲取驗證與內(nèi)容保護；操作圖形化，靈活方便。這里主要考慮和閱讀相關的電子紙顯示。

3.1 現(xiàn)有電子閱讀顯示材質(zhì)。電子閱讀器以及閱讀范圍都越來越多，對此，見仁見智的討論很多，但的確數(shù)量很多，手持閱讀的現(xiàn)象普遍。電子內(nèi)容移動閱讀、良好閱讀這兩個方面，已經(jīng)成為國內(nèi)、外研究和應用的熱點，開發(fā)了不少相關產(chǎn)品，而且社會效益、經(jīng)濟效益明顯。如漢王科技、南開津科、福昕軟件等公司陸續(xù)推出了自主品牌的電子閱讀器。國外的蘋果公司開發(fā)的iPad可支持彩色版的電子信息，而亞馬遜的電子閱讀的利潤也早已超過了紙質(zhì)圖書。但這些閱讀器主要采用了液晶屏，適合在良好的工作環(huán)境下閱讀，而且有各自的數(shù)字版權(quán)管理技術，封閉性太強，格式和獲取方法單一，無法應用于其他系統(tǒng)。

3.2 基于電子紙的工程電子文件顯示。本文設計的工程電子文件閱讀設備采用電子紙作為顯示屏。

（1）顯示原理：電子紙的材質(zhì)也有多種，最常見的是用電子墨水作為專用材料。電子墨水由數(shù)百萬個尺寸極小的微膠囊構(gòu)成，直徑與頭發(fā)絲相當。每一個微膠囊中含有白色和黑色顆粒，分別帶有正電荷和負電荷，它們懸浮在清潔的液體中。電子墨水膠囊夾在上下兩層電極之間，有黑色和白色兩種顆粒。當受到正負不同電荷作用的時候，兩種顏色的膠囊顆粒分別上浮下沉而顯示不同的顏色。只要改變電場作用方向就能在顯示黑色和白色間切換，白色部位對應于紙張的未著墨部分，而黑色則對應著紙張上的印刷圖文部分，[5]如圖-1所示。而彩色電子紙則通過光子晶體顯示，它控制光子晶體的間距，從而影響這些晶體所反射出的光的波長，從而達到不同的效果。

圖-1 電子紙顯示原理

（2）工程電子文件顯示問題解決。用電子紙作為工程電子文件閱讀設備的顯示屏，可有效解決前文總結(jié)的問題：①內(nèi)容可修改、標記：因為前面提到的原因，所以工程電子文件閱讀設備的很多內(nèi)容，尤其是工程圖紙，經(jīng)常變更。電子紙顯示屏可直接對相對應的內(nèi)容直接進行標記、更新。這是除了閱讀效果之外，最重要的性能，避免了原始紙質(zhì)圖紙的損壞。②閱讀效果好：因為采用電子墨水或光子顆粒顯示，因此內(nèi)容非常清晰，特別適合工程文件尤其是圖紙。不管是文字還是圖形都非常細致，因為顯示顆粒本身就非常小，哪怕再細微的工程文件參數(shù)都可以顯示。更重要的是，利用電子紙顯示，在任何角度觀看都很清楚，而且陽光底下也清晰可見，對閱讀環(huán)境不挑剔，這是目前其他電子文件閱讀設備所做不到的。③便攜易帶，自由使用：電子紙的顯示器，重量輕，非常薄，2007年大約12毫米，[6]而2009年已經(jīng)達到了0.3毫米，[7]可以折疊，可以懸掛，也可以嵌套到某個設備中，因此可在任何地方使用。④節(jié)省電源：工程施工現(xiàn)場，電力設備一般電壓比較高，很難找到適合電子設備的電源。異地施工，電源攜帶也不方便。電子紙非常節(jié)能，只有在顯示圖像改變的時候才會消耗能量。而且即使脫離主機和電源，也可以保持較長時間的顯示結(jié)果，這一點對于工程文件的使用是非常具有針對性的。這也符合工程文件使用的實際情況：在討論和觀看的時候，也不要發(fā)生變化。

4 工程電子文件閱讀設備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)工程電子文件使用的關鍵需求，結(jié)合電子紙的特點，設計工程電子文件閱讀設備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖-2所示。

圖-2 工程電子文件閱讀設備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

工程電子文件閱讀設備分基礎部分和外延部分。

4.1 基礎部分?；A部分包括基礎硬件和基礎系統(tǒng)，即圖中深色部分。

①基礎硬件?；A硬件是工程電子文件閱讀設備的核心硬件，標準配件。它包括了處理器、內(nèi)置存儲、操控設備、供電的鋰電池和電子紙顯示器。這些標準配件確保了閱讀設備最低的使用標準，特點是小、輕，便于攜帶。當前的計算機技術確?；A硬件和一個MP3差不多大小，但足以發(fā)揮需要的作用。電子紙顯示器是可以拆卸的，也可以外接到一臺電腦或其他的電子設備上。

②基礎系統(tǒng)?；A系統(tǒng)首先包括了一個基于Linux的操作系統(tǒng)，Linux是一種自由和開放源碼的類Unix操作系統(tǒng)[8]，完全免費，任意更改。而且它可安裝在各種計算機硬件設備中，比如手機、平板電腦、路由器、視頻游戲控制臺、臺式計算機、大型機和超級計算機，兼容性非常好。另外基礎系統(tǒng)還包括了驗證使用權(quán)限的軟件和內(nèi)容保護的軟件，這些軟件是內(nèi)置的，可以升級，這主要考慮的是工程文件本身的安全保密性。

4.2 外延部分。外延部分包括外接設備和應用軟件。

①外接設備。外接設備包括了無線網(wǎng)絡、錄音設備、手寫筆、繪圖板、外置鍵盤、外置音箱、外置電源、移動存儲、打印機、攝像頭。這些外接通過外接面板與工程電子文件閱讀設備相連，根據(jù)需要和現(xiàn)場條件選擇使用。

無線網(wǎng)絡確保異地施工，能夠接收和發(fā)送即時需要的工程電子文件，確保設備上有且只有需要的工程電子文件。

在文件圖紙變更現(xiàn)場，可能條件非常艱苦，不適合用筆在紙上書寫，可以用錄音設備直接錄下討論的結(jié)果。手寫筆和繪圖板則支持在電子紙上直接書寫，或者將繪圖結(jié)果直接更改到圖紙上。

在條件允許的情況下，外置鍵盤、外置音箱和外置電源為設備更好使用提供了支持。打印機、攝像頭則提供了更豐富的輸入、輸出幫助。

移動存儲將要閱讀的圖紙文件、文檔存儲在SD卡上，或者通過WiFi連接到Internet上，使用瀏覽器進行在線閱讀。

②應用軟件。根據(jù)工程電子文件的需要，在具備使用環(huán)境的情況下，可通過移動存儲器或網(wǎng)絡選擇需要的軟件安裝。這些軟件也可以安裝到移動存儲器上，在使用的時候連接即可。

經(jīng)鄭州航空工業(yè)管理學院信息技術研究所與中建二局第二建筑工程有限公司以實際工程為研究樣本，研究、設計并已經(jīng)實現(xiàn)了工程電子文件閱讀設備的原型機，經(jīng)正確性驗證與靜態(tài)驗證，符合工程電子文件的需求，能有效解決施工過程中的電子文件使用難題，據(jù)預測，社會效益、經(jīng)濟效益、技術效益明顯，值得進一步研究、推廣。

*本文為2014年國家檔案局科技項目計劃：面向惡劣環(huán)境的電子工程檔案EPD移動閱讀設備研究（2014-X-61）。

參考文獻：

[1]洪艷華.工程紙質(zhì)檔案與電子檔案的配套管理和利用[J].湖南檔案，2002（06）：18～19.

[2]高利華.水電工程設計檔案中電子文件管理的討論[J].浙江水利水電?？茖W校學報，2013（03）：16～18.

[3]路淑文.公路工程電子檔案管理中存在的問題及對策[J].陜西檔案，2013（04）：32.

[4]吳永平，尤勇，林輝.GIS在退耕還林檔案管理中的應用——以建立文縣2004年退耕還林工程電子文件為例[J].襄樊職業(yè)技術學院學報，2007（03）：43～46.

[5]付永華，江源，胡星波.一種面向數(shù)字版權(quán)保護的EPD電子教材的設計與實現(xiàn)[J].江西科學，2013（1）：117～122.

[6]彩色電子紙.[EB/OL].[2013-5-21].http：//tech.sina.com.cn/roll/2007-06-28/0851348861.shtml

[7]彩色電子紙.[EB/OL].[2013-5-21].http：

//baike.baidu.com/view/2268511.htm

[8]Linux系統(tǒng)簡介.[EB/OL]：[2013-4-16]ht

tp：//www.cyberhome.cn/app/linuxbase.htm.

（作者單位：鄭州航空工業(yè)管理學院 來稿日期：2014-06-19）