前言

以分解爐、多級旋風筒、換熱連接管道、撒料裝置、翻板閥及相關組件構成的新型窯外分解系統是目前國際水泥熟料煅燒技術發展的主流。

在現代新型干法水泥生產技術中，預熱預分解系統顯然是核心技術。因此，在研發設計過程中，如何在滿足預熱預分解系統功能要求的基礎上，優化其空間結構上的布置，是系統開發的關鍵。目前國內水泥設計院大多都習慣在基于二維的計算機輔助設計軟件平臺上進行相關設計，主要是因為二維設計已經非常熟練，而且素材多樣完備，而三維設計還處于起步階段，需要投入大量時間和人力去構建完善大量的單體族、相關數據庫，耗時費力。但不可否認，三維設計使設計由平面設計變為空間設計，能直觀真實地反映所設計物體的空間關系，使設計更細化、形象和直觀，有利于布置設計的方案比較優化，提高設計質量。三維建模已是大勢所趨，鑒于以上原因，某公司從2012年開始逐步開展了水泥廠三維設計工作，從族庫建設、協作模型搭建、三維出圖、碰撞分析、系統計算、數據統計、Navisworks漫游及模擬等方面進行了探索，筆者有幸參與了其中的工作，現將基于Revit設計的水泥預熱預分解系統的三維建模及旋風筒的參數化建模做簡要的介紹。

使用Revit進行預熱預分解系統建模主要分為建立各組件族庫與系統整體成型兩個部分。組件包括分解爐、旋風筒、換熱連接管道、撒料裝置、料管、翻板閥及煙室等。各組件均以單獨的載入族的方式建立參數化的族文件，建立過程包括族樣板文件選擇，利用參考線(面)與原點確定模型位置，設立尺寸標注，設立標簽、添加參數、利用幾何約束以及數學表達式來對不同尺寸之間依存關系進行描述、參數化、通過拉伸、融合等命令構建族模型，進行族的管理等步驟。各單體族三維效果見表1。

表1 組件單體族效果

其他組件的參數化實現方法大同小異，不再贅述。下面將著重介紹旋風筒的參數化建模過程。

預熱預分解系統各級旋風筒整體結構大致相同，主要包括蝸殼、柱體、圓臺、錐部等組成。其結構形式如圖2所示。不同規模旋風筒各參數通常是以其與旋風筒直徑參數的比值作為無因次結構參數。因此，在旋風筒參數化設計過程中，主要是構建各結構參數間的公式，建立各參數聯動變化、參數驅動。

圖2 旋風筒的結構

旋風筒分為三部分制作，上部的蝸殼，中部的主體以及下部的歪錐，首先在頂視圖畫出旋風筒的外輪廓，通過拉升放樣等工具制作出相關的空間螺旋線，并給定約束條件及參數控制旋風筒蝸殼的半徑，偏移量，進出風口等大小，利用放樣制作出歪錐結構，并給定偏移角度來定義歪錐偏移量。

三維模型參數化關聯需考慮因素很多，并且要應對突發的問題，如：

(1)邏輯約束關系發生沖突：添加參數邏輯時，對每個新添加的參數進行測試，便于在出現沖突時迅速判斷哪個約束出現了問題，在不影響建模效率的情況下盡量減少參數數量。

(2)嵌套族參數未關聯：①關聯族參數。子族參數無論是實例參數還是類型參數在父族都可以重新設置，參數即可關聯既有參數也可新建參數。但是參數必須單位一致；②子族的使用。子在入到主中，可以載入一個，也可載人多個，如果是實例參數的話還可對多個組的實例參數設置不同的關聯參數；③子族可用的編輯功能。子族可以使用基本圖元可能的大部分功能，比如整列、對齊、鎖定、旋轉等。制作的過程中注意它們之間的物理和數學關系即可。

(3)不滿足約束：創建參數時沒問題，調整參數時卻發生不滿足約束問題。原因是系統是如何判定的，某些特殊的不規則模型，參數之間相互約束，當過多參數之間存在錯誤的邏輯定義，修改時影響其它的約束條件，系統就會報錯，解決方法就是刪除或更改相應的參數和表達式，避免產生過約束的情況。

(4)軟件自身問題：自身有待完善、提升軟件表現為適用性稍差、兼容性不夠、導人性不足、穩定性不強；此外，我國現有制圖規范要求仍基于二維出圖，但三維BIM在轉化為二維出圖方面，仍存在表達不到位、不規范、費時費力等弊端，與傳統CAD設計方法和作業流程的整合及銜接不夠順暢。

預熱預分解系統設計階段的BIM模型根據工程實際遵照從下到上來放置構件模型：(1)首先繪制整體框架的軸網和標高。新建預熱器工藝樣板項目，進人樓層平面和立面圖中，繪制相應軸網和標高。按照土建結構繪制出各層樓板和鋼梁，立柱等作為參考。(2)依次載人煙室、分解爐、旋風筒、換熱管道等設備族到項目中，通過移動，旋轉等命令放置在各層平面上，并在剖面視圖中查看高度方向上的位置是否正確，不斷調整空間布置。(3)賦予各組件材質，設定相應的線型，線寬和顏色。標注各設備主體參數，定位關系尺寸等。成形后模型展示見圖3。

圖3 基于revit建模的不同規模預熱器效果圖

本文介紹了基于Revit的水泥廠預熱預分解系統建模方法并對旋風筒的參數化建模、建模過程中可能遇到的難點及處理方法進行了詳細論述。采用參數化建模方式建立和完善水泥廠模型數據庫，可以大大減少建模工作量，提高設計效率，達到了水泥工程設計信息化、精細化。

作者：曹正，湯升亮，朱永長，寧建根

來源：《中國中材國際工程股份有限公司》

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