技术 | 基于Revit的水泥厂预热预分解系统参数化建模介绍

前言

以分解炉、多级旋风筒、换热连接管道、撒料装置、翻板阀及相关组件构成的新型窑外分解系统是目前国际水泥熟料煅烧技术发展的主流。

在现代新型干法水泥生产技术中，预热预分解系统显然是核心技术。因此，在研发设计过程中，如何在满足预热预分解系统功能要求的基础上，优化其空间结构上的布置，是系统开发的关键。目前国内水泥设计院大多都习惯在基于二维的计算机辅助设计软件平台上进行相关设计，主要是因为二维设计已经非常熟练，而且素材多样完备，而三维设计还处于起步阶段，需要投入大量时间和人力去构建完善大量的单体族、相关数据库，耗时费力。但不可否认，三维设计使设计由平面设计变为空间设计，能直观真实地反映所设计物体的空间关系，使设计更细化、形象和直观，有利于布置设计的方案比较优化，提高设计质量。三维建模已是大势所趋，鉴于以上原因，某公司从2012年开始逐步开展了水泥厂三维设计工作，从族库建设、协作模型搭建、三维出图、碰撞分析、系统计算、数据统计、Navisworks漫游及模拟等方面进行了探索，笔者有幸参与了其中的工作，现将基于Revit设计的水泥预热预分解系统的三维建模及旋风筒的参数化建模做简要的介绍。

使用Revit进行预热预分解系统建模主要分为建立各组件族库与系统整体成型两个部分。组件包括分解炉、旋风筒、换热连接管道、撒料装置、料管、翻板阀及烟室等。各组件均以单独的载入族的方式建立参数化的族文件，建立过程包括族样板文件选择，利用参考线(面)与原点确定模型位置，设立尺寸标注，设立标签、添加参数、利用几何约束以及数学表达式来对不同尺寸之间依存关系进行描述、参数化、通过拉伸、融合等命令构建族模型，进行族的管理等步骤。各单体族三维效果见表1。

表1 组件单体族效果

其他组件的参数化实现方法大同小异，不再赘述。下面将着重介绍旋风筒的参数化建模过程。

预热预分解系统各级旋风筒整体结构大致相同，主要包括蜗壳、柱体、圆台、锥部等组成。其结构形式如图2所示。不同规模旋风筒各参数通常是以其与旋风筒直径参数的比值作为无因次结构参数。因此，在旋风筒参数化设计过程中，主要是构建各结构参数间的公式，建立各参数联动变化、参数驱动。

图2 旋风筒的结构

旋风筒分为三部分制作，上部的蜗壳，中部的主体以及下部的歪锥，首先在顶视图画出旋风筒的外轮廓，通过拉升放样等工具制作出相关的空间螺旋线，并给定约束条件及参数控制旋风筒蜗壳的半径，偏移量，进出风口等大小，利用放样制作出歪锥结构，并给定偏移角度来定义歪锥偏移量。

三维模型参数化关联需考虑因素很多，并且要应对突发的问题，如：

(1)逻辑约束关系发生冲突：添加参数逻辑时，对每个新添加的参数进行测试，便于在出现冲突时迅速判断哪个约束出现了问题，在不影响建模效率的情况下尽量减少参数数量。

(2)嵌套族参数未关联：①关联族参数。子族参数无论是实例参数还是类型参数在父族都可以重新设置，参数即可关联既有参数也可新建参数。但是参数必须单位一致；②子族的使用。子在入到主中，可以载入一个，也可载人多个，如果是实例参数的话还可对多个组的实例参数设置不同的关联参数；③子族可用的编辑功能。子族可以使用基本图元可能的大部分功能，比如整列、对齐、锁定、旋转等。制作的过程中注意它们之间的物理和数学关系即可。

(3)不满足约束：创建参数时没问题，调整参数时却发生不满足约束问题。原因是系统是如何判定的，某些特殊的不规则模型，参数之间相互约束，当过多参数之间存在错误的逻辑定义，修改时影响其它的约束条件，系统就会报错，解决方法就是删除或更改相应的参数和表达式，避免产生过约束的情况。

(4)软件自身问题：自身有待完善、提升软件表现为适用性稍差、兼容性不够、导人性不足、稳定性不强；此外，我国现有制图规范要求仍基于二维出图，但三维BIM在转化为二维出图方面，仍存在表达不到位、不规范、费时费力等弊端，与传统CAD设计方法和作业流程的整合及衔接不够顺畅。

预热预分解系统设计阶段的BIM模型根据工程实际遵照从下到上来放置构件模型：(1)首先绘制整体框架的轴网和标高。新建预热器工艺样板项目，进人楼层平面和立面图中，绘制相应轴网和标高。按照土建结构绘制出各层楼板和钢梁，立柱等作为参考。(2)依次载人烟室、分解炉、旋风筒、换热管道等设备族到项目中，通过移动，旋转等命令放置在各层平面上，并在剖面视图中查看高度方向上的位置是否正确，不断调整空间布置。(3)赋予各组件材质，设定相应的线型，线宽和颜色。标注各设备主体参数，定位关系尺寸等。成形后模型展示见图3。

图3 基于revit建模的不同规模预热器效果图

本文介绍了基于Revit的水泥厂预热预分解系统建模方法并对旋风筒的参数化建模、建模过程中可能遇到的难点及处理方法进行了详细论述。采用参数化建模方式建立和完善水泥厂模型数据库，可以大大减少建模工作量，提高设计效率，达到了水泥工程设计信息化、精细化。

作者：曹正，汤升亮，朱永长，宁建根

来源：《中国中材国际工程股份有限公司》

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