基于Revit設(shè)備族庫的電機工廠三維工藝布局

王學宇，江濤，謝

（中機國際工程設(shè)計研究院有限責任公司，湖南 長沙 410007）

廠房建設(shè)是制造企業(yè)進行生產(chǎn)活動的開端，也是最重要組成部分之一。不同于一般的房屋建設(shè)，廠房建設(shè)因涉及生產(chǎn)設(shè)備而更加復雜、更具不可重復性。工藝布局規(guī)劃就是要對生產(chǎn)設(shè)備進行合理布置，使之形成高效生產(chǎn)力，并據(jù)此對廠房主體進行設(shè)計。正因如此，工藝布局規(guī)劃在工廠設(shè)計中顯得尤為重要，它是廠房設(shè)計的最重要組成部分，科學合理的工藝規(guī)劃可以使設(shè)備運行更加高效、工人操作更加便捷、物流運轉(zhuǎn)更加順暢、車間管理更加有序。隨著整個社會信息化、智能化發(fā)展不斷深入，三維工藝規(guī)劃越來越受到重視。本文就三維工藝規(guī)劃的優(yōu)勢和可行性進行了探討，重點闡述電機工廠三維工藝設(shè)備族庫的建立，為電機工廠的三維工藝布局提供了可能性。

1 二維工藝布局與三維工藝布局對比

工程圖紙是工程設(shè)計中信息溝通與信息傳遞的重要媒介，從前期方案交流討論到最終施工藍圖，圖紙作為設(shè)計師與業(yè)主、施工方等各方之間交流的工程語言，發(fā)揮著極其重要的信息傳遞作用。圖紙所表達內(nèi)容的完整性、準確性、可續(xù)性以及可讀性對其所傳遞的信息能否被完全理解有著最直接的影響。當前工程設(shè)計中，二維設(shè)計仍是主流，設(shè)計師與業(yè)主、其他專業(yè)設(shè)計師之間的交流溝通均以二維圖紙為對象。在車間工藝布局規(guī)劃中也是如此，其圖紙表達方式主要為以建筑平面圖為基礎(chǔ)進行二維樣片規(guī)劃，同時借助剖面對最高設(shè)備高度進行體現(xiàn)。該方法簡單、易行，可以直觀反映出建筑物與設(shè)備之間、設(shè)備與設(shè)備之間的平面相對位置關(guān)系，有助于提高車間平面利用率，也為工藝設(shè)計工程師與業(yè)主、其他專業(yè)工程師等相關(guān)人員的溝通提供了一種可能性。但實際應(yīng)用過程中，二維工藝布局仍存在明顯不足。一方面，它無法反應(yīng)設(shè)備、廠房之間的空間位置關(guān)系，尤其是有行車、管線復雜的車間，易造成設(shè)備、行車、管線、建筑物門窗等之間的相互干涉。另一方面，二維設(shè)備樣片是二維工藝布局中最重要的組成部分，樣片的設(shè)計與制作過程中，為了便于表達對設(shè)備進行了不同程度的簡化，很多樣片非專業(yè)人員無法識別，更不用說對其空間結(jié)構(gòu)的理解。這就必然導致溝通過程中的反復與不暢，形成溝通障礙，甚至造成誤解，不利于更優(yōu)工藝布局方案的形成，也不利于其他專業(yè)工程師在設(shè)計過程中綜合考慮設(shè)備對其設(shè)計的影響。

三維工藝布局可以很好的規(guī)避上述兩方面問題。三維表達方式更直觀、更美觀、更符合人們的視覺習慣，讓每個人都能輕松讀懂布局規(guī)劃內(nèi)容。方案設(shè)計階段，采用三維工藝布局這種直觀的表達方式，有利于企業(yè)高層管理人員對工藝方案的理解，引導他們從宏觀上對設(shè)計方案提出建設(shè)性意見和原則性事項，從而設(shè)計出更契合企業(yè)實際需求，能同時滿足操作工人、車間管理人員、工藝規(guī)劃人員以及高層管理人員等各方面需求的工藝方案。這樣的方案能最大程度的避免后期設(shè)計過程中方案的大幅調(diào)整甚至推倒重來，也就避免了因此而造成的設(shè)計上的反復，對項目的順利推進大有裨益。設(shè)計過程中，三維工藝布局可以與其他各專業(yè)實現(xiàn)協(xié)同，讓設(shè)備在各專業(yè)設(shè)計中有效體現(xiàn)，從而避免各專業(yè)與工藝設(shè)備之間的干涉或可能存在的相互影響。此外，三維布局還對工藝設(shè)備的安裝、吊裝方案制定有一定的指導意義。

2 三維工藝布局難點分析

相比傳統(tǒng)的二維工藝布局，三維工藝布局優(yōu)勢顯著，卻難以在實際設(shè)計中得到推廣和普及應(yīng)用，究其原因，主要受制于以下三個方面：三維軟件的選擇、技術(shù)團隊的組建、設(shè)備模型庫的建立。

首先是設(shè)計軟件的選擇。三維工藝布局必然需要用到三維設(shè)計軟件，事實上，目前市場上可用于三維工程設(shè)計的軟件很多，也有專門用于工藝布局與仿真的軟件，孰優(yōu)孰劣各有說法，每種軟件的側(cè)重點不同而已。因此，本文不再贅述各類軟件之優(yōu)劣，只闡明如何選擇適合設(shè)計院自身的設(shè)計軟件。需要注意的是，工廠是一個涉及不同專業(yè)的龐大綜合系統(tǒng)，工藝專業(yè)雖然是各專業(yè)的龍頭，但并不是唯一組成，還有總圖規(guī)劃、建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通空調(diào)、動力、電氣等專業(yè)。因此，在選擇設(shè)計軟件時必須兼顧各專業(yè)，與此同時，還應(yīng)考慮設(shè)計院當前所應(yīng)用三維軟件的實際情況。中機國際工程設(shè)計研究院有限責任公司作為一家綜合性設(shè)計研究院，較早的開展了Revit的三維設(shè)計工作，并已成熟應(yīng)用于多個項目。Revit具有較強的族庫模型建模能力，大部分工藝設(shè)備可直接用其建模。而對于復雜工藝設(shè)備或者要求比較精細的非標設(shè)備，可以采用Inventor軟件。Inventor軟件是一款工藝設(shè)計軟件，有強大的模型搭建能力，新版Inventor軟件可以簡單實現(xiàn)與Revit的數(shù)據(jù)交換。在Inventor中定義的接頭可以在Revit中通用，且模型可直接導出為Revit中的族文件。因此，采用Revit進行三維工藝布局是可行的，可以實現(xiàn)各專業(yè)的協(xié)同設(shè)計，有利于高效完成整個廠房系統(tǒng)的設(shè)計。

其次是技術(shù)團隊的組建，軟件是工具，三維工藝布局能否實現(xiàn)關(guān)鍵還是在于設(shè)計師能否用好軟件。中機國際成立了專門的BIM設(shè)計數(shù)字化信息所，其設(shè)計作品屢獲大獎，該所的工程師能為三維設(shè)計提供必要的技術(shù)支撐。與此同時，通過定期培訓，全院的工程師均具備了BIM設(shè)計能力，工藝工程師能獨立運用Revit完成族模型的建立、進行工藝布局。

第三，是工藝設(shè)備模型庫的建立。工廠設(shè)計涉及的工藝設(shè)備種類各異、數(shù)量繁多，因此，必須對各類各型號設(shè)備進行一一建模。為保證表達的準確性，三維工藝布局里的設(shè)備模型不能簡單用一個長方體或圓柱體示意，而應(yīng)與實際設(shè)備在外形尺寸、組成部件等方面保持一致，且顏色外觀也應(yīng)基本相近。再加上各設(shè)備復雜程度不一，建模時間很難預估，但必然遠遠超過二維樣片。因此，有必要建立一個種類齊全、數(shù)量眾多的模型庫供設(shè)計使用。實際設(shè)計過程中，除個別非標設(shè)計需要單獨建模外，大部分設(shè)備可以直接從模型庫中選用或只需進行少量調(diào)整即可使用，只有這樣，才能確保設(shè)計的高效性。上述三個方面對大部分設(shè)計院或設(shè)計師而言，由于沒有良好的技術(shù)積累，很難突破。對于筆者所在的設(shè)計院，前兩個方面實際上已經(jīng)有了相應(yīng)的解決方案。因此，第三方面工藝設(shè)備模型庫的建立，才是能否實現(xiàn)電機工廠三維工藝布局的關(guān)鍵所在。

3 電機工廠設(shè)備族庫的建立

電機是一種實現(xiàn)電能向其他形式能量（主要為機械能）轉(zhuǎn)換與傳遞的機電裝置。作為一種復雜的機電耦合系統(tǒng)，電機生產(chǎn)制造流程比較復雜，主要生產(chǎn)設(shè)備包括機加、沖壓、焊接、電工、裝配、起重運輸?shù)取榇_保族庫模型在工藝布局時的完整性與有效性，電機工廠設(shè)備族庫需包含上述各類設(shè)備，且模型所含信息應(yīng)包括設(shè)備外形尺寸、功率、加工能力參數(shù)等。因此，建立電機三維族庫并不是一個簡單的建模過程，而是一項系統(tǒng)工程。設(shè)備族庫的建立第一個需要解決的問題是必須收集足夠多、足夠準確、符合設(shè)計要求的設(shè)備信息。在實際信息收集過程中，主要途徑包括我院60余年積累的設(shè)計文件、工藝專業(yè)設(shè)計中積累的產(chǎn)品樣本、各主要廠家官網(wǎng)上相關(guān)設(shè)備資料以及通過電話咨詢、參加設(shè)備展等收集的資料。為保證模型庫的實用性，所收集產(chǎn)品信息針對性較強，所選設(shè)備均為電機行業(yè)常用的且較為先進的設(shè)備。然后是對收集的信息進行分析、整理。為提升建模效率，便于實現(xiàn)設(shè)備模型的可參數(shù)化，在保證設(shè)備外形完整性與可識別性的前提下，對設(shè)備進行適度簡化，同時，對所有設(shè)備進行分類，確定模型命名原則，方便日后管理。最后，根據(jù)整理好的設(shè)備信息，用相關(guān)軟件對所有設(shè)備分類建模。目前，共完成電機工廠設(shè)備模型400余臺套，通過參數(shù)化可以實現(xiàn)至少1000余臺套設(shè)備模型，基本滿足電機工廠工藝布局需求。

4 三維電機工廠機加車間示例

在Revit軟件中，應(yīng)用所建立的設(shè)備模型庫，對電機機加車間進行三維工藝布局，如圖1所示。設(shè)備模型包括數(shù)控臥車、數(shù)控立車、外圓磨床、地腳銑床、數(shù)控鍵槽銑床、搖臂鉆床、落地鏜銑床、平衡吊、行車、立體庫等。圖1中，可以清晰的觀察到各設(shè)備的位置及其與附近設(shè)備、廠房的空間關(guān)系，據(jù)此可以更直觀的對車間工藝布局進行討論、優(yōu)化。

圖1 機加車間示意圖

5 結(jié)語

本文以電機工廠三維工藝布局為研究對象，在對三維工藝布局的優(yōu)勢及難點進行分析的基礎(chǔ)上，詳細闡述了建立設(shè)備族庫的必要性以及建模過程。該設(shè)備模型庫的建立，使電機工廠三維工藝布局成為可能，提高了工廠設(shè)計過程中的可視性，對更科學、更合理工藝布局的形成具有重要意義。