CN116383953B - 一种装配式板换模块制作及物料经济性优化系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种装配式板换模块制作及物料经济性优化系统和方法，属于装配式模型设计技术领域；系统包括参数模块、BIM族创建模块、自动调节模块、构件参数计算模块、物料经济性优化模块、存储模块。本发明基于BIM技术建立随型号同步改变外形尺寸及内置参数的装配式板换模块各组成构件族，结合预先设定的阀门布置高度预定参数值及管道安装空间预留参数量，实现装配式板换模块设计构件实物化组合拼装；本发明还构建了基于场景需求的模块组装物料经济性优化函数，以总物料费用最小化为目标建立装配式板换模块物料经济性优化模型，基于python平台的Gurobi求解器求解模型获得物料经济性最优的装配式板换模块组装方案。

Description

一种装配式板换模块制作及物料经济性优化系统和方法
技术领域
本发明属于装配式模型设计技术领域，尤其涉及一种装配式板换模块制作及物料经济性优化系统和方法。
背景技术
随着社会科技水平的进步以及核心技术的创新突破，装配式技术成为推进建筑产业转型升级主要措施之一。建筑工业化、数字化、智能化水平在“十四五”时期大幅提升，装配式建筑占新建建筑比例达到30%以上，装配式技术已成为建筑业未来发展的必然趋势。装配式技术应用程度愈加深入，涵盖范围逐步扩充，进而对装配式设计精度、速度、深度要求越来越高。
在进行装配式板换模块制作及物料经济性分析实践过程中，以Autodesk Revit为代表的多数BIM工程软件，并未集成符合装配式技术要求的装配式BIM族及适应工程场景需求的物料经济性比选途径，如需设计、制作装配式板换模块，仅可通过使用软件基本操作命令，对内置简易构件族进行粗糙组合。这种方式制作的板换模块不能够满足装配式技术对模型的高精度需求，增加了装配式模块制造难度；不能够依据布置关系自动保持构件空间位置，影响了装配式模块制作速度；不能够根据制作需求自动调整构件型号，制约了装配式模块使用范围；不能够按照方案调整实时反映物料组成，削弱了装配式模块资源管控；不能够基于应用场景提供组装经济方案，降低了装配模块应用价值。因此，本发明设计了一种装配式板换模块制作及物料经济性优化系统和方法，来解决上述现有问题。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种装配式板换模块制作及物料经济性优化系统和方法，该方法解决了传统的装配式板换模块制作不能够满足装配式技术精度需求、不能够自动保持构件空间位置、不能够自动调整构件型号，不能够实时反映物料组成，不能够提供组装经济方案问题。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种装配式板换模块制作及物料经济性优化系统，包括：
参数模块，用于建立参数对照表文本文件；
BIM族创建模块，结合参数对照表文本文件创建装配式板换模块BIM族，包括：板换BIM族，电动比例调节阀、电动蝶阀、手动蝶阀、软接头、温度传感器、压力表及温度计BIM族，弯头、三通、变径接头及钢制法兰BIM族，管道BIM族；
自动调节模块，用于创建新族并绘制装配式板换模块BIM族组成构件相关的控制参照线，设定族参数，赋予族参数相应的逻辑公式，同时将BIM族创建模块建立的各BIM载入新族并进行放置，完成装配式板换模块BIM族组成构件中的设备定位控制、管件定位控制、阀门及仪表定位控制、管道定位控制、管件型号控制、阀门型号控制、管道型号控制；
构件参数计算模块，用于计算装配式板换模块BIM族组成构件参数数据；
物料经济性优化模块，以总物料费用最小化为目标建立装配式板换模块物料经济性优化模型，并求解模型获得物料经济性最优的装配式板换模块组装方案；
存储模块，用于保存参数模块、BIM族创建模块、自动调节模块、构件参数计算模块所建立的装配式板换模块族文件及物料经济性优化模块获得的物料经济性最优的装配式板换模块组装方案以备使用。
一种基于上述装配式板换模块制作及物料经济性优化系统的装配式板换模块制作及物料经济性优化方法，包括如下过程：
步骤1：查询国标、阀门厂家样本及设备厂家样本文件，提取建立装配式板换模块BIM族所需的设备、阀门、仪表、管件、管道参数信息，然后将提取的各参数信息输入参数模块，参数模块建立相应的参数对照表文本文件；
步骤2：BIM族创建模块创建多个新族，绘制控制参照线，进行尺寸标注并赋予族参数，然后导入参数模块建立的各参数对照表文本文件，进行参数嵌套，完成板换BIM族的创建，完成电动比例调节阀、电动蝶阀、手动蝶阀、软接头、温度传感器、压力表及温度计BIM族的创建，完成弯头、三通、变径接头及钢制法兰BIM族的创建，完成管道BIM族的创建；
步骤3：自动调节模块创建新族，绘制板换模块宽度、板换模块放置高度、下部接管管道高度、上部接管管道高度、接管管道位置、接管管道水平位置、主管管道高度、主管管道位置控制参照线；同时新建板换模块宽度、板换模块放置高度、下部接管管道高度、上部接管管道高度、接管管道位置、接管管道水平位置、主管管道高度、主管管道位置、主管管道中心间距、接管管道中心间距、主管管道直径、主管管道半径、接管管道直径、接管管道半径、设备接口直径、设备接口半径、主管管道空间预留、接管管道空间预留、电动比例调节阀放置高度、电动蝶阀放置高度、手动蝶阀放置高度族参数；
步骤4：自动调节模块设定步骤3所建立的族参数相关逻辑公式，并且将步骤3建立的族参数赋予给步骤3绘制的对应的控制参照线；
步骤5：BIM族创建模块将步骤2建立的各BIM族载入自动调节模块，自动调节模块将各BIM族按设计拼装位置进行放置，并将各BIM族内的构件依次逐个锁定在步骤3确定的控制参照线上；
步骤6：自动调节模块对各变径接头的长度进行标注并添加对应的变径接头长度族参数，对各弯头的竖直长度进行标注并添加相应的弯头竖直长度族参数，对各弯头的水平长度进行标注并添加相应的弯头水平长度族参数；对各三通的接管端长度进行标注并添加相应的三通接管长度族参数，对各三通的主管端长度进行标注并添加相应的三通主管长度族参数；对各电动比例调节阀的长度进行标注并添加对应的电动比例调节阀族参数，对各电动蝶阀的长度进行标注并添加相应的电动蝶阀长度族参数，对各手动蝶阀进行标注并添加相应的手动蝶阀长度族参数，对各软接头的长度进行标注并添加相应的软接头长度族参数；
步骤7：自动调节模块新建主管管材总长度、接管管材总长度、各接管管道长度族参数，然后赋予上述族参数相应逻辑公式；
步骤8：构件参数计算模块计算装配式板换模块BIM族组成构件参数数据，并将计算结果传递至物料经济性优化模块；
步骤9：物料经济性优化模块基于构件参数计算模块计算得到的数据，以总物料费用最小化为目标建立装配式板换模块物料经济性优化模型，采用基于python平台的Gurobi求解器求解模型，输出物料经济性最优的装配式板换模块组装方案；
步骤10：存储模块保存装配式板换模块相关族文件及物料经济性最优的装配式板换模块组装方案以备使用。
进一步地，所述步骤8的具体过程如下：
新建电动蝶阀个数、手动蝶阀个数/>、电动比例调节阀个数/>、软接头个数、钢制法兰个数/>、变径接头个数/>、三通个数/>、弯头个数/>、温度计个数/>、压力表个数/>、流量计个数/>、板换流量/>族参数；
利用下式（1）计算主管管材总长度，利用下式（2）、（3）计算接管管材总长度/>：
（1）
（2）
（3）
式中，为/>个三通主管长度之和；/>为板换模块宽度；/>为编号为/>的三通主管的长度；/>为编号为/>的接管管道长度；/>为/>个接管管道长度之和；/>表示编号为/>的主管管道到中心左/右控制参照线之间的水平距离；/>为主管管道高度；/>为接管管道高度，当/>为单数时，/>代指/>，/>为上部接管管道高度，当/>为双数时，/>代指/>为，/>为下部接管管道高度；/>为编号为/>的三通接管长度；/>为编号为/>的变径接头长度；/>为编号为/>的电动阀长度，当/>为单数时，/>代指/>，/>为编号为/>的电动蝶阀长度，当/>为双数时，/>代指/>，/>为编号为/>的电动比例调节阀长度；/>为编号/>的软接头长度；
然后，建立管道直径递增集合数据库，接管管道直径、主管管道直径/>均从该数据库中选取确定，且接管管道直径通过下式（7）、（8）计算得到，/>与/>阶差关系如下式（9）所示：
（7）
（8）
（9）
式中，为板换接管管道内流体流速；/>为板换流量；/>为接管管道直径；
电动蝶阀个数、电动比例阀个数均为接管管道个数的一半，手动蝶阀个数、软接头个数、变径接头个数、三通个数、温度计个数、压力表个数、流量计个数均与接管管道个数相同。
进一步地，所述钢制法兰个数通过下式（4）计算得到：
（4）。
进一步地，所述接管管材总长度与弯头个数/>之间的关系如下式（5）所示，且弯头个数/>由下式（6）约束：
（5）
（6）
式中，为接管管材总长度最大值；/>为编号为/>的弯头水平长度；/>为编号为/>的弯头竖直长度。
进一步地，所述主管管材总长度与接管管材总长度均满足下式（10）约束：
（10）
式中，表示所有主管管道到中心左/右控制参照线之间的水平距离之和。
进一步地，所述步骤9中装配式板换模块物料经济性优化模型建立的具体过程如下：
物料经济性优化模块新建总物料费用、管件费用/>、阀门费用/>、管材费用/>族参数，通过下式（11）计算总物料费用/>：
（11）
其中：
（12）
（13）
（14）
式中，、/>、/>、/>分别为弯头单价、三通单价、变径接头单价、钢制法兰单价；、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>分别为电动蝶阀单价、手动蝶阀单价、电动比例调节阀单价、软接头单价、温度计单价、压力表单价、流量计单价、主管管道单价、接管管道单价；、/>、/>、/>分别为弯头个数、变径接头个数、三通个数、钢制法兰个数；/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>分别为电动蝶阀个数、手动蝶阀个数、电动比例调节阀个数、软接头个数、温度计个数、压力表个数、流量计个数；/>为主管管材总长度；/>为接管管材总长度；
则以总物料费用最小化为目标建立的装配式板换模块物料经济性优化模型如下式（15）所示：
（15）
其中，式（15）中的等式约束包括主管管材总长度计算等式、接管管材总长度计算等式、钢制法兰个数计算等式、接管管材总长度与弯头个数之间的关系等式、接管管道直径计算等式；不等式约束包括弯头个数约束、板换接管管道内流体流速约束、主管管材总长度及接管管材总长度约束；比例约束包括主管管道直径与接管管道直径阶差关系约束。
本发明具有如下有益效果：
本发明构建了基于场景需求的模块组装物料经济性优化函数，基于目标优化算法获得了物料经济性最优的装配式板换模块组装方案。另外，本发明所建立的BIM族，参数均由国家标准及厂家样本提取，数据来源满足实际使用需求，符合装配式技术精度要求；本发明建立了随型号同步改变外形尺寸及内置参数的装配式板换模块各组成构件族，结合预先设定的阀门布置高度预定参数值及管道安装空间预留参数量，实现装配式板换模块设计构件实物化组合拼装；本发明统一了模块各构件联动参数，设定影响组装物料成本决定因素为主控参数，完成装配式板换模块组装方案设计智能化调整；本发明利用了考虑实物装配过程的模块内置参数组合逻辑设计，将模块受管径改变引起的物料尺寸差异对照补齐，达成各组成构件物料数值随组装方案改变实时化反映。
附图说明
图1为装配式板换模块BIM族三维示意图；
图2为装配式板换模块BIM族俯视图；
图3为装配式板换模块BIM族前视图
图4为装配式板换模块BIM族后视图
图5为装配式板换模块BIM族左视图。
图中：1-主管管道A；2-主管管道B；3-主管管道C；4-主管管道D；5-接管管道A；6-接管管道B；7-接管管道C；8-接管管道D；9-板式换热机；11-主管管道A-1；12-主管管道B-1；13-主管管道C-1；14-主管管道D-1；15-主管管道A-2；16-主管管道B-2；17-主管管道C-2；18-主管管道D-2；19-接管管道A-1；20-接管管道A-2；21-接管管道A-3；22-接管管道A-4；23-接管管道B-1；24-接管管道B-2；25-接管管道B-3；26-接管管道B-4；27-接管管道C-1；28-接管管道C-2；29-接管管道C-3；30-接管管道C-4；31-接管管道D-1；32-接管管道D-2；33-接管管道D-3；34-接管管道D-4；
35-变径接头A；36-软接头A；37-流量计A；38-温度计A；39-压力表A；40-弯头A；41-电动蝶阀A；42-手动蝶阀A；43-三通A；44-变径接头B；45-软接头B；46-流量计B；47-温度计B；48-压力表B；49-弯头B；50-电动比例调节阀A；51-手动蝶阀B；52-三通B；53-变径接头C；54-软接头C；55-流量计C；56-温度计C；57-压力表C；58-弯头C；59-电动蝶阀B；60-手动蝶阀C；61-三通C；62-变径接头D；63-软接头D；64-流量计D；65-温度计D；66-压力表D；67-弯头D；68-电动比例调节阀B；69-手动蝶阀D；70-三通D；71-板换接口A；72-板换接口B；73-板换接口C；10-板换接口D。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
本发明所述的装配式板换模块制作及物料经济性优化系统，包括参数模块、BIM族创建模块、自动调节模块、构件参数计算模块、物料经济性优化模块以及存储模块。
参数模块用于建立参数对照表文本文件。
BIM族创建模块基于Autodesk Revit创建相应的BIM族，包括板换BIM族，电动比例调节阀、电动蝶阀、手动蝶阀、软接头、温度传感器、压力表及温度计BIM族，弯头、三通、变径接头及钢制法兰BIM族，管道BIM族。
自动调节模块基于Autodesk Revit创建新族，绘制装配式板换模块组成构件相关的控制参照线并设定族参数，赋予族参数相应的逻辑公式，同时将BIM族创建模块建立的各BIM载入并进行放置，完成装配式板换模块BIM族组成构件中的设备定位控制、管件定位控制、阀门及仪表定位控制、管道定位控制、管件型号控制、阀门型号控制、管道型号控制，实现装配式板换模块BIM族各组成构件根据需要改变参数后能够自动进行构件型号调整及空间位置布置调整的目的。
构件参数计算模块用于计算装配式板换模块组成构件参数数据。
物料经济性优化模块以总物料费用最小化为目标建立装配式板换模块物料经济性优化模型，并求解模型获得物料经济性最优的装配式板换模块组装方案。
存储模块用于保存装配式板换模块相关族文件及物料经济性最优的装配式板换模块组装方案以备使用。
利用上述装配式板换模块制作及物料经济性优化系统的优化方法，包括如下过程：
步骤1：查询国家标准《钢制对焊无缝管件》GBT12459-2017、《低压流体输送送焊接钢管》GBT3091-2015、设备厂家样本《上海板换设计选型样本》、阀门厂家样本《上海良工阀门样本》；
然后，从设备厂家样本中提取建立装配式板换模块BIM族组成构件中设备族所需参数信息，并输入参数模块，建立包含板换模块型号、规格、外形及换热量等信息的参数对照表文本文件。从阀门厂家样本提取建立装配式板换模块BIM族组成构件中各类阀门、仪表族所需参数信息，并输入参数模块，建立包含电动比例调节阀、电动蝶阀、手动蝶阀、软接头、温度传感器、压力表及温度计的型号、规格、外形等信息的参数对照表文本文件。从国家标准中提取建立装配式板换模块BIM族组成构件中各类管件族所需参数信息，并输入参数模块，建立包含弯头、三通、变径接头及钢制法兰的型号、规格、外形等信息的参数对照表文本文件。从国家标准中提取建立装配式板换模块BIM族组成构件中管道族所需参数信息，并输入参数模块，建立包含管道型号、规格、外形等信息的参数对照表文本文件。
步骤2：基于Autodesk Revit，BIM族创建模块利用基于面的公制常规族样板文件创建新族，依据国家标准规定及设备厂家样本中的板换型号、规格、外形等信息，于新族内绘制控制参照线，进行尺寸标注并赋予族参数；然后，导入包含板换模块型号、规格、外形及换热量等信息的参数对照表文本文件，并赋予所有族参数相应逻辑公式进行参数嵌套，使得板换模块的型号、规格、外形等参数通过选取换热量自动对应调整，同时新增族参数板换接口（包括图5中所示的板换接口A71、板换接口B72、板换接口C73、板换接口D10），至此完成板换BIM族的创建。
步骤3：基于Autodesk Revit，BIM族创建模块利用公制常规族样板文件创建多个新族，依据国家标准规定及阀门厂家样本中的电动比例调节阀、电动蝶阀、手动蝶阀、软接头、温度传感器、压力表及温度计型号、规格、外形等信息，分别于各新族内绘制控制参照线，进行尺寸标注并赋予族参数；然后，分别于各新族内导入对应的包含电动比例调节阀、电动蝶阀、手动蝶阀、软接头、温度传感器、压力表及温度计的型号、规格、外形等信息的参数对照表文本文件，赋予所有族参数相应逻辑公式进行参数嵌套，使各类阀门、仪表族的型号、规格及外形等参数能够通过输入公称直径实现自动调整，至此完成电动比例调节阀、电动蝶阀、手动蝶阀、软接头、温度传感器、压力表及温度计BIM族的创建。
步骤4：基于Autodesk Revit，BIM族创建模块利用公制常规族样板文件创建多个新族，依据国家标准中规定的弯头、三通、变径接头及钢制法兰型号、规格、外形等信息，分别于各新族内绘制控制参照线，进行尺寸标注并赋予族参数；然后，分别于各新族内导入对应的包含弯头、三通、变径接头及钢制法兰型号、规格、外形等信息的参数对照表文本文件，赋予所有族参数相应逻辑公式进行参数嵌套，使各类管件族的型号、规格及外形等参数能够通过输入公称直径实现自动调整，至此完成弯头、三通、变径接头及钢制法兰BIM族创建。
步骤5：基于Autodesk Revit，BIM族创建模块利用基于线的公制常规族样板文件创建新族，依据国家标准中规定的管道型号、规格、外形等信息绘制控制参照线，进行尺寸标注并赋予族参数；然后，导入包含管道型号、规格、外形等信息的参数对照表文本文件，并赋予所有族参数相应逻辑公式进行参数嵌套，使管道族的型号、规格及外形等参数能够通过输入公称直径实现自动调整，至此，完成管道BIM族的创建。
步骤6：基于Autodesk Revit，自动调节模块利用公制常规族样板文件创建新族，绘制板换模块宽度、板换模块放置高度、下部接管管道高度、上部接管管道高度、接管管道A5位置、接管管道B6位置、接管管道C7位置、接管管道D8位置、接管管道A5水平位置、接管管道B6水平位置、接管管道C7水平位置、接管管道D8水平位置、主管管道高度、主管管道A1位置、主管管道B2位置、主管管道C3位置、主管管道D4位置控制参照线；
然后，新建板换模块宽度、板换模块放置高度、下部接管管道高度、上部接管管道高度、接管管道A5位置、接管管道B6位置、接管管道C7位置、接管管道D8位置、接管管道A5水平位置、接管管道B6水平位置、接管管道C7水平位置、接管管道D8水平位置、主管管道高度、主管管道A1位置、主管管道B2位置、主管管道C3位置、主管管道D4位置、主管管道中心间距、接管管道中心间距、主管管道直径、主管管道半径、接管管道直径、接管管道半径、设备接口直径、设备接口半径、主管管道空间预留、接管管道空间预留、电动比例调节阀放置高度、电动蝶阀放置高度、手动蝶阀放置高度族参数。
步骤7：自动调节模块赋予步骤6中的阀门相应族参数相关逻辑公式，使得阀门置于前后管件连接管道的距中段且随族参数改变自动调整高度，保证装配式板换模块阀门布置空间满足设计、施工空间要求；具体的逻辑公式如下：
步骤8：自动调节模块赋予步骤6中的接管管道B6水平位置、接管管道C7水平位置族参数相关逻辑公式，建立各接管管道之间的水平位置逻辑关系，即当板换接管管道水平位置改变时，确保接管管道A5与接管管道B6、接管管道C7与接管管道D8两两成组水平布置间距满足使用及安装预留空间需求；具体的逻辑公式如下：
接管管道B6水平位置=if(接管管道A5水平位置>接管管道空间预留，接管管道A5水平位置，)；该逻辑公式表示：当接管管道A5水平位置大于接管管道空间预留时，接管管道B6水平位置与接管管道A5水平位置数值相同，即等距布置，否则接管管道B6水平位置按照接管管道空间预留数值的一半布置；
接管管道C7水平位置=if(接管管道A5水平位置>接管管道空间预留，接管管道B6水平位置，)；该逻辑公式表示：当接管管道A5水平位置大于接管管道空间预留时，接管管道C7水平位置与接管管道B6水平位置数值相同，即等距布置，否则接管管道C7水平位置按照接管管道空间预留数值的一半布置；
接管管道D8水平位置=if(接管管道A5水平位置>接管管道空间预留，接管管道C7水平位置，)；该逻辑公式表示：当接管管道A5水平位置大于接管管道空间预留时，接管管道D8水平位置与接管管道C7水平位置数值相同，即等距布置，否则接管管道D8水平位置按照接管管道空间预留数值的一半布置。
然后，赋予主管管道直径、接管管道直径、设备接口直径族参数相应的逻辑公式，建立族参数各管道直径与各管道半径的逻辑关系，具体如下：
主管管道直径=主管管道半径×2；
接管管道直径=接管管道半径×2；
设备接口直径=设备接口半径×2；
赋予主管管道中心间距、接管管道中心间距族参数相应的逻辑公式，使管道中心间距设置满足管道工程实施制作空间，具体如下：
主管管道中心间距=主管管道直径 + 主管管道空间预留；
接管管道中心间距=接管管道直径 + 接管管道空间预留；
最后，建立各主管管道位置与主管管道中心间距、接管管道位置与主管管道位置之间的逻辑关系：主管管道B2位置=主管管道A1位置 + 主管管道中心间距；主管管道C3位置=主管管道B2位置 + 主管管道中心间距；主管管道D4位置=主管管道C3位置 + 主管管道中心间距；接管管道A5位置=主管管道A1位置；接管管道B6位置=主管管道B2位置；接管管道C7位置=主管管道C3位置；接管管道D8位置=主管管道D4位置；保证主管管道间距能够随主管管道直径改变自动调整大小、接管管道间距能够随接管管道直径改变自动调整大小，同时保持接管管道位置与主管管道位置对应一致。
步骤9：在步骤6所创建的新族内，自动调节模块标注新族内自带的中心前/后控制参照线与接管管道A5水平位置间距，并将该间距值设置为接管管道A5水平位置族参数；标注新族内自带的中心前/后控制参照线与接管管道B6水平位置间距，并将该间距值设置为接管管道B6水平位置族参数；标注新族内自带的中心前/后控制参照线与接管管道C7水平位置间距，并将该间距值设置为接管管道C7水平位置族参数；标注新族内自带的中心前/后控制参照线与接管管道D8水平位置间距，并将该间距值设置为接管管道D8水平位置族参数；保证随着各接管管道水平位置族参数的改变，各接管管道水平位置能够两两成组自动调整；
然后，标注新族内自带的中心前/后控制参照线与板换模块宽度两线间距；标注参照标高与板换模块放置高度之间的间距，并将该间距值设置为板换模块放置高度族参数；标注板换模块放置高度与下部接管管道高度之间的间距，并将该间距值设置为下部接管管道高度族参数；标注板换模块放置高度与上部接管管道高度之间的间距，并将该间距值设置为上部接管管道高度族参数；标注板换模块放置高度与主管管道高度之间的间距，并将该间距值设置为主管管道高度族参数；保证随着相应族参数的改变，板换模块宽度、板换模块放置高度、下部接管管道高度、上部接管管道高度、主管管道高度能够自动调整；
最后，标注新族内自带的中心左/右控制参照线与主管管道A1之间的位置间距，并将该位置间距值设置为主管管道A1位置族参数；标注新族内自带的中心左/右控制参照线与主管管道B2之间的位置间距，并将该位置间距值设置为主管管道B2位置族参数；标注新族内自带的中心左/右控制参照线与主管管道C3之间的位置间距，并将该位置间距值设置为主管管道C3位置族参数；标注新族内自带的中心左/右控制参照线与主管管道D4之间的位置间距，并将该位置间距值设置为主管管道D4位置族参数；保证随着主管管道直径族参数的改变，各主管管道中心间距与各主管管道位置能够自动调整，随着接管管道直径族参数的改变，各接管管道中心间距能够自动调整，同时各接管管道位置与对应主管管道位置保持对应一致。
步骤10：BIM族创建模块将步骤2建立的板换BIM族载入自动调节模块在步骤6建立的新族中，自动调节模块对板换BIM族进行放置处理，将板换横向中心绑定于中心前/后控制参照线，将各板换接口绑定于中心左/右控制参照线，使得板换能够随着相应族参数的调整自动移动，至此完成装配式板换模块BIM族组成构件中的设备定位；
然后，BIM族创建模块继续将步骤4建立的弯头、三通、变径接头及钢制法兰BIM族载入自动调节模块在步骤6建立的新族中进行放置；自动调节模块将变径接头A35绑定于上部接管管道高度和接管管道A5水平位置控制参照线，变径接头B44绑定于下部接管管道高度和接管管道B6水平位置控制参照线，变径接头C53绑定于上部接管管道高度和接管管道C7水平位置控制参照线，变径接头D62绑定于下部接管管道高度和接管管道D8水平位置控制参照线；将四个变径接头的设备接口连接端绑定于中心左/右控制参照线，使得变径接头能够随着相应族参数的改变自动移动调整；
将弯头A40绑定于上部接管管道高度、接管管道A5位置和接管管道A5水平位置控制参照线，弯头B49绑定于下部接管管道高度、接管管道B6位置线和接管管道B6水平位置控制参照线，弯头C58绑定于上部接管管道高度、接管管道C7位置和接管管道C7水平位置控制参照线，弯头D67绑定于下部接管管道高度、接管管道D8位置和接管管道D8水平位置控制参照线，使得弯头能够随着相应族参数的调整自动移动；
最后，将三通A43绑定于主管管道高度、主管管道A1位置和接管管道A5水平位置控制参照线、三通B52绑定于主管管道高度、主管管道B2位置和接管管道B6水平位置控制参照线、三通C61绑定于主管管道高度、主管管道C3位置和接管管道C7水平位置控制参照线、三通D70绑定于主管管道高度、主管管道D4位置和接管管道D8水平位置控制参照线，使得三通能够随着相应族参数的调整自动移动，至此完成装配式板换模块BIM族组成构件中的管件定位控制。
步骤11：BIM族创建模块将步骤3创建的电动比例调节阀、电动蝶阀、手动蝶阀、软接头、温度传感器、压力表及温度计BIM族载入自动调节模块在步骤6建立的新族中进行放置；自动调节模块将电动比例调节阀A50绑定于接管管道B6位置和接管管道B6水平位置控制参照线，电动比例调节阀B68绑定于接管管道D8位置和接管管道D8水平位置控制参照线，电动比例调节阀的高度参数绑定于族参数电动比例调节阀放置高度，使得电动比例调节阀能够随着相应族参数的调整自动移动；
将电动蝶阀A41绑定于接管管道A5位置和接管管道A5水平位置控制参照线，电动蝶阀B59绑定于接管管道C7位置和接管管道C7水平位置控制参照线，电动蝶阀的高度参数绑定于族参数电动蝶阀放置高度，使得电动蝶阀能够随着相应族参数的调整自动移动；
将手动蝶阀A42绑定于接管管道A5位置和接管管道A5水平位置控制参照线，手动蝶阀B51绑定于接管管道B6位置和接管管道B6水平位置控制参照线，手动蝶阀C60绑定于接管管道C7位置和接管管道C7水平位置控制参照线，手动蝶阀D69绑定于接管管道D8位置和接管管道D8水平位置控制参照线，手动蝶阀高度参数绑定于手动蝶阀放置高度族参数，使得手动蝶阀能够随着相应族参数的调整自动移动；
将软接头A36绑定于上部接管管道高度、接管管道A5水平位置和变径接头A35的管道接口连接端，软接头B45绑定于下部接管管道高度、接管管道B6水平位置和变径接头B44的管道接口连接端，软接头C54绑定于上部接管管道高度、接管管道C7水平位置和变径接头C53的管道接口连接端，软接头D63绑定于下部接管管道高度、接管管道D8水平位置和变径接头D62的管道接口连接端，使得软接头能够随着相应族参数的调整自动移动；
最后将流量计A37、压力表A39、温度计A38绑定于上部接管管道高度和接管管道A5水平位置，流量计B46、压力表B48、温度计B47绑定于下部接管管道高度和接管管道B6水平位置，流量计C55、压力表C57、温度计C56绑定于上部接管管道高度和接管管道C7水平位置，流量计D64、压力表D66、温度计D65绑定于下部接管管道高度和接管管道D8水平位置，使流量计、压力表、温度计均能够随着相应族参数的调整自动移动，至此完成装配式板换模块BIM族组成构件中的阀门、仪表定位控制。
步骤12： BIM族创建模块将步骤5创建的管道BIM族载入自动调节模块在步骤6建立的新族中进行放置，自动调节模块将接管管道A-119一端绑定于软接头A36、另一端绑定于弯头A40，接管管道A-220一端绑定于弯头A40、另一端绑定于电动蝶阀A41，接管管道A-321一端绑定于电动蝶阀A41、另一端绑定于手动蝶阀A42，接管管道A-422一端绑定于手动蝶阀A42、另一端绑定于三通A43；接管管道B-123一端绑定于软接头B45、另一端绑定于弯头B49，接管管道B-224一端绑定于弯头B49、另一端绑定于电动比例调节阀A50，接管管道B-325一端绑定于电动比例调节阀A50、另一端绑定于手动蝶阀B51，接管管道B-426一端绑定于手动蝶阀B51、另一端绑定于三通B52；接管管道C-127一端绑定于软接头C54、另一端绑定于弯头C58，接管管道C-228一端绑定于弯头C58、另一端绑定于电动蝶阀B59，接管管道C-329一端绑定于电动蝶阀B59、另一端绑定于手动蝶阀C60，接管管道C-430一端绑定于手动蝶阀C60、另一端绑定于三通C61；接管管道D-131一端绑定于软接头D63、另一端绑定于弯头D67，接管管道D-232一端绑定于弯头D67、另一端绑定于电动电动比例调节阀B68，接管管道D-333一端绑定于电动比例调节阀B68、另一端绑定于手动蝶阀D69，接管管道D-434一端绑定于手动蝶阀D69、另一端绑定于三通D70；
将接管管道A-119至接管管道A-422、接管管道C-127至接管管道C-430高度参数绑定于上部接管管道高度族参数；接管管道B-123至接管管道B-426、接管管道D-131至接管管道D-434高度参数绑定于下部接管管道高度族参数；使得接管管道A-119至接管管道A-422、接管管道B-123至接管管道B-426、接管管道C-127至接管管道C-430、接管管道D-131至接管管道D-434能够随着相应族参数的调整自动移动、能够随着管件、阀门的移动自动调整管道长度；
将主管管道A-111一端绑定于三通A43，另一端预留500mm；主管管道A-215一端绑定于三通A43，另一端预留850mm；主管管道B-112一端绑定于三通B52，另一端预留500mm；主管管道B-216一端绑定于三通B52，另一端预留850 mm；主管管道C-113一端绑定于三通C61，另一端预留850mm；主管管道C-217一端绑定于三通C61，另一端预留500mm；主管管道D-114一端绑定于三通D70，另一端预留850mm；主管管道B-216一端绑定于三通D70，另一端预留500mm；
将主管管道A-111、主管管道A-215、主管管道B-112、主管管道B-216、主管管道C-113、主管管道C-217、主管管道D-114、主管管道D-218高度参数绑定于主管管道高度族参数，使得主管管道A-111、主管管道A-215、主管管道B-112、主管管道B-216、主管管道C-113、主管管道C-217、主管管道D-114、主管管道D-218能够随着相应族参数的调整自动移动、能够随着管件的移动自动调整管道长度，至此完成装配式板换模块BIM族组成构件中的管道定位控制。
步骤13：自动调节模块将板换接口直径参数绑定于设备接口直径族参数，将变径接头的设备接口连接端直径参数绑定于设备接口直径族参数，将管道接口连接端直径参数绑定于接管管道直径族参数；
然后，将软接头、温度传感器、弯头、电动比例调节阀、电动蝶阀、手动蝶阀、三通与接管管道连接端直径参数绑定于接管管道直径族参数，将三通与主管管道连接端直径参数绑定于主管管道直径族参数；
最后，将接管管道A-119至接管管道A-422、接管管道B-123至接管管道B-426、接管管道C-127至接管管道C-430、接管管道D-131至接管管道D-434直径参数绑定于接管管道直径族参数；将主管管道A-111、主管管道A-215、主管管道B-112、主管管道B-216、主管管道C-113、主管管道C-217、主管管道D-114、主管管道D-218直径参数绑定于主管管道直径族参数；使得板换接口、变径接头设备接口连接端能够随设备接口直径族参数的改变自动调整，变径接头管道接口连接端、软接头、温度传感器、弯头、电动比例调节阀、电动蝶阀、手动蝶阀、三通与接管管道连接端、接管管道能够随接管管道直径族参数的改变自动调整，三通与主管管道连接端、主管管道能够随主管管道直径族参数的改变自动调整，至此完成装配式板换模块BIM族组成构件中的管件、阀门、管道型号控制。
至此，通过步骤10、11、12、13实现装配式板换模块BIM族各组成构件根据需要改变参数自动进行构件型号调整及空间位置布置的目的。
步骤14：自动调节模块对各变径接头的长度进行标注并添加对应的变径接头长度族参数，对各弯头的竖直长度进行标注并添加相应的弯头竖直长度族参数，对各弯头的水平长度进行标注并添加相应的弯头水平长度族参数；然后，对各三通的接管端长度进行标注并添加相应的三通接管长度族参数，对各三通的主管端长度进行标注并添加相应的三通主管长度族参数；对各电动比例调节阀的长度进行标注并添加对应的电动比例调节阀族参数，对各电动蝶阀的长度进行标注并添加相应的电动蝶阀长度族参数，对各手动蝶阀进行标注并添加相应的手动蝶阀长度族参数，对各软接头的长度进行标注并添加相应的软接头长度族参数；用于实现当装配式板换模块BIM族组成构件中管件自动进行构件型号调整时，变径接头、弯头、三通在接管管道及主管管道上各自对应管道所占的实际长度参数能够得到实时反映；当装配式板换模块BIM族组成构件中阀门自动进行构件型号调整时，电动比例调节阀、电动蝶阀、手动蝶阀、软接头在接管管道及主管管道上各自对应管道所占的实际长度参数能够得到实时反映。
步骤15：自动调节模块新建主管管材总长度、接管管材总长度、接管管道A5长度、接管管道B6长度、接管管道C7长度、接管管道D8长度族参数；
然后，赋予上述族参数相应逻辑公式，实现当根据使用需要改变装配式板换模块参数时，能够自动根据各组成构件型号调整及位置移动情况，实时输出主管管材总长度及接管管材总长度；所述逻辑公式如下：
主管管材长度＝板换模块宽度×4 －三通A43主管长度－三通B52主管长度－三通C61主管长度－三通D70主管长度；
接管管材长度＝接管管道A5长度＋接管管道B6长度＋接管管道C7长度＋接管管道D8长度；
接管管道A5长度＝主管管道A1位置＋主管管道高度－上部接管管道高度－三通A43接管长度－变径接头A35长度－弯头A40水平长度－弯头A40竖直长度－手动蝶阀A42长度－电动蝶阀A41长度－软接头A36长度；
接管管道B6长度＝主管管道B2位置＋主管管道高度－下部接管管道高度－三通B52接管长度－变径接头B44长度－弯头B49水平长度－弯头B49竖直长度－手动蝶阀B51长度－电动比例调节阀A50长度－软接头B45长度；
接管管道C7长度＝主管管道C3位置＋主管管道高度－上部接管管道高度－三通C61接管长度－变径接头C53长度－弯头C58水平长度－弯头C58竖直长度－手动蝶阀C60长度－电动蝶阀B59长度－软接头C54长度；
接管管道D8长度＝主管管道D4位置＋主管管道高度－下部接管管道高度－三通D70接管长度－变径接头D62长度－弯头D67水平长度－弯头D67竖直长度－手动蝶阀D69长度－电动比例调节阀B68长度－软接头D63长度。
步骤16：构件参数计算模块新建电动蝶阀个数、手动蝶阀个数/>、电动比例调节阀个数/>、软接头个数/>、钢制法兰个数/>、变径接头个数/>、三通个数/>、弯头个数/>、温度计个数/>、压力表个数/>、流量计个数/>、板换流量/>族参数，计算装配式板换模块BIM族组成构件参数数据，并将计算结果传递至物料经济性优化模块；装配式板换模块组成构件参数数据的具体计算过程如下：
利用下式（1）计算主管管材总长度，利用下式（2）、（3）计算接管管材总长度/>，利用下式（4）计算钢制法兰个数/>，接管管材总长度/>与弯头个数/>之间的关系如下式（5）所示，且弯头个数/>由下式（6）约束：
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
式中，为/>个三通主管长度之和；/>为板换模块宽度；/>为编号为/>的三通主管的长度；/>为编号为/>的接管管道长度；/>为/>个接管管道长度之和；/>表示编号为/>的主管管道到中心左/右控制参照线之间的水平距离；/>为主管管道高度；/>为接管管道高度，当/>为单数时，/>代指/>，/>为上部接管管道高度，当/>为双数时，/>代指为，/>为下部接管管道高度；/>为编号为/>的三通接管长度；/>为编号为/>的变径接头长度；/>为编号为/>的弯头水平长度；/>为编号为/>的弯头竖直长度；/>为编号为的电动阀长度，当/>为单数时，/>代指/>，/>为编号为/>的电动蝶阀长度，当/>为双数时，/>代指/>，/>为编号为/>的电动比例调节阀长度；/>为编号/>的软接头长度；/>为接管管材总长度最大值；
然后，建立管道直径递增集合数据库，数据库形式为{索引：管道直径}，主管管道直径与接管管道直径/>均从数据库中选取；同时按照设计惯例建立/>与/>关系为2阶差，即当接管管道直径/>从数据库中选取第/>位数据，则主管管道直径/>从数据库中选取第/>+2位数据；接管管道直径/>通过下式（7）、（8）计算得到，/>与/>阶差关系如下式（9）所示，且主管管材总长度与接管管材总长度均应满足下式（10）约束：
（7）
（8）
（9）
（10）
式中，为板换接管管道内流体流速，考虑模型为实现较小初始投资和运行成本，流速设定区间为0.2～0.6m/s；/>为板换流量；/>为接管管道直径，考虑冷凝水及水垢对传热效率的影响，故依据板换流量较大一侧确定接管管道直径，同时设定模型接管管道直径一致；/>表示所有主管管道到中心左/右控制参照线之间的水平距离之和；
其中，电动蝶阀个数、电动比例阀个数均为接管管道个数的一半，手动蝶阀个数、软接头个数、变径接头个数、三通个数、温度计个数、压力表个数、流量计个数均与接管管道个数相同，接管管道个数在模型设计完成后就已知。
步骤17：物料经济性优化模块新建总物料费用、管件费用/>、阀门费用/>、管材费用/>族参数，通过下式（11）计算总物料费用/>：
（11）
其中：
（12）
（13）
（14）
式中，为弯头单价；/>为三通单价；/>为变径接头单价；/>为钢制法兰单价；为电动蝶阀单价；/>为手动蝶阀单价；/>为电动比例调节阀单价；/>为软接头单价；/>为温度计单价；/>为压力表单价；/>为流量计单价；/>为主管管道单价；/>为接管管道单价；
以总物料费用最小化为目标建立如下式（15）所示的装配式板换模块物料经济性优化模型：
（15）
装配式板换模块物料经济性优化模型的决策变量包括主管管材总长度、接管管材总长度、主管管道直径、接管管道直径；然后采用基于python平台的Gurobi求解器对该模型进行优化求解，输出物料经济性最优的装配式板换模块组装方案。
步骤18：存储模块保存装配式板换模块相关族文件及物料经济性最优的装配式板换模块组装方案以备使用，优化完成的装配式板换模块BIM族如图1至5所示，图1中，数字序号9代表的是板式换热机9。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种装配式板换模块制作的物料经济性优化方法，其特征在于，包括如下过程：
步骤1：查询国标、阀门厂家样本及设备厂家样本文件，提取建立装配式板换模块BIM族所需的设备、阀门、仪表、管件、管道参数信息，然后将提取的各参数信息输入参数模块，参数模块建立相应的参数对照表文本文件；
步骤2：BIM族创建模块创建多个新族，绘制控制参照线，进行尺寸标注并赋予族参数，然后导入参数模块建立的各参数对照表文本文件，进行参数嵌套，完成板换BIM族的创建，完成电动比例调节阀、电动蝶阀、手动蝶阀、软接头、温度传感器、压力表及温度计BIM族的创建，完成弯头、三通、变径接头及钢制法兰BIM族的创建，完成管道BIM族的创建；
步骤3：自动调节模块创建新族，绘制板换模块宽度、板换模块放置高度、下部接管管道高度、上部接管管道高度、接管管道位置、接管管道水平位置、主管管道高度、主管管道位置控制参照线；同时新建板换模块宽度、板换模块放置高度、下部接管管道高度、上部接管管道高度、接管管道位置、接管管道水平位置、主管管道高度、主管管道位置、主管管道中心间距、接管管道中心间距、主管管道直径、主管管道半径、接管管道直径、接管管道半径、设备接口直径、设备接口半径、主管管道空间预留、接管管道空间预留、电动比例调节阀放置高度、电动蝶阀放置高度、手动蝶阀放置高度族参数；
步骤4：自动调节模块设定步骤3所建立的族参数相关逻辑公式，并且将步骤3建立的族参数赋予给步骤3绘制的对应的控制参照线；具体过程包括：
自动调节模块赋予各阀门相应族参数相关逻辑公式，使得阀门置于前后管件连接管道的距中段且随族参数改变自动调整高度，逻辑公式如下：
接管管道包括接管管道A(5)、接管管道B(6)、接管管道C(7)、接管管道D(8)，自动调节模块赋予接管管道B(6)水平位置、接管管道C(7)水平位置、接管管道D(8)水平位置族参数相关逻辑公式，使得板换接管管道水平位置改变时，接管管道A(5)与接管管道B(6)、接管管道C(7)与接管管道D(8)两两成组水平布置间距满足使用及安装预留空间需求，逻辑公式如下：
接管管道B(6)水平位置＝if(接管管道A(5)水平位置>接管管道空间预留，接管管道A(5)水平位置，)；
接管管道C(7)水平位置＝if(接管管道A(5)水平位置>接管管道空间预留，接管管道B(6)水平位置，)；
接管管道D(8)水平位置＝if(接管管道A(5)水平位置>接管管道空间预留，接管管道C(7)水平位置，)；
自动调节模块赋予主管管道直径、接管管道直径、设备接口直径族参数相应的逻辑公式，赋予主管管道中心间距、接管管道中心间距族参数相应的逻辑公式；主管管道包括主管管道A(1)、主管管道B(2)、主管管道C(3)、主管管道D(4)；
最后，建立各主管管道位置与主管管道中心间距、接管管道位置与主管管道位置之间的逻辑关系：主管管道B(2)位置＝主管管道A(1)位置+主管管道中心间距；主管管道C(3)位置＝主管管道B(2)位置+主管管道中心间距；主管管道D(4)位置＝主管管道C(3)位置+主管管道中心间距；接管管道A(5)位置＝主管管道A(1)位置；接管管道B(6)位置＝主管管道B(2)位置；接管管道C(7)位置＝主管管道C(3)位置；接管管道D(8)位置＝主管管道D(4)位置，使得主管管道间距随主管管道直径改变自动调整大小，接管管道间距随接管管道直径改变自动调整大小，同时接管管道位置与主管管道位置保持对应一致；
然后，自动调节模块标注新族内自带的中心前后控制参照线与各接管管道水平位置间距，并将该间距值设置为对应接管管道水平位置族参数，使得各接管管道水平位置族参数改变时，各接管管道水平位置两两成组自动调整；
然后，自动调节模块标注中心前后控制参照线与板换模块宽度两线间距；标注参照标高与板换模块放置高度之间的间距，并将该间距值设置为板换模块放置高度族参数；标注板换模块放置高度分别与下部接管管道高度、上部接管管道高度、主管管道高度之间的间距，并将相应的间距值分别设置为下部接管管道高度族参数、上部接管管道高度族参数、主管管道高度族参数，使得相应族参数改变时，板换模块宽度、板换模块放置高度、下部接管管道高度、上部接管管道高度、主管管道高度自动调整；
最后，自动调节模块标注新族内自带的中心左右控制参照线与各主管管道之间的位置间距，并将该位置间距值设置为相应主管管道位置族参数，使得各主管管道直径族参数改变时，各主管管道中心间距与各主管管道位置自动调整，各接管管道直径族参数改变时，各接管管道中心间距自动调整，同时各接管管道位置与对应主管管道位置保持对应一致；
步骤5：BIM族创建模块将步骤2建立的各BIM族载入自动调节模块，自动调节模块将各BIM族按设计拼装位置进行放置，并将各BIM族内的构件依次逐个锁定在步骤3确定的控制参照线上；
步骤6：自动调节模块对各变径接头的长度进行标注并添加对应的变径接头长度族参数，对各弯头的竖直长度进行标注并添加相应的弯头竖直长度族参数，对各弯头的水平长度进行标注并添加相应的弯头水平长度族参数；对各三通的接管端长度进行标注并添加相应的三通接管长度族参数，对各三通的主管端长度进行标注并添加相应的三通主管长度族参数；对各电动比例调节阀的长度进行标注并添加对应的电动比例调节阀族参数，对各电动蝶阀的长度进行标注并添加相应的电动蝶阀长度族参数，对各手动蝶阀进行标注并添加相应的手动蝶阀长度族参数，对各软接头的长度进行标注并添加相应的软接头长度族参数；
步骤7：自动调节模块新建主管管材总长度、接管管材总长度、各接管管道长度族参数，然后赋予上述族参数相应逻辑公式；
步骤8：构件参数计算模块计算装配式板换模块BIM族组成构件参数数据，并将计算结果传递至物料经济性优化模块；
步骤9：物料经济性优化模块基于构件参数计算模块计算得到的数据，以总物料费用最小化为目标建立装配式板换模块物料经济性优化模型，采用基于python平台的Gurobi求解器求解模型，输出物料经济性最优的装配式板换模块组装方案；
步骤10：存储模块保存装配式板换模块相关族文件及物料经济性最优的装配式板换模块组装方案以备使用；
所述步骤9中装配式板换模块物料经济性优化模型建立的具体过程如下：
物料经济性优化模块新建总物料费用C、管件费用CJ、阀门费用CF、管材费用CC族参数，通过下式(11)计算总物料费用C：
C＝CJ+CF+CC (11)
其中：
CJ＝Nwcw+Ntct+Nbcb+Nfcf (12)
CF＝Ndcd+Nscs+N′dc′d+Nrcr+N′wc′w+Nycy+Nlcl (13)
式中，cw、ct、cb、cf分别为弯头单价、三通单价、变径接头单价、钢制法兰单价；cd、cs、c′d、cr、c′w、cy、cl、cz、cj分别为电动蝶阀单价、手动蝶阀单价、电动比例调节阀单价、软接头单价、温度计单价、压力表单价、流量计单价、主管管道单价、接管管道单价；Nw、Nb、Nt、Nf分别为弯头个数、变径接头个数、三通个数、钢制法兰个数；Nd、Ns、N′d、Nr、N′w、Ny、Nl分别为电动蝶阀个数、手动蝶阀个数、电动比例调节阀个数、软接头个数、温度计个数、压力表个数、流量计个数；Lz为主管管材总长度；Lj为接管管材总长度；
则以总物料费用最小化为目标建立的装配式板换模块物料经济性优化模型如下式(15)所示：
其中，式(15)中的等式约束包括主管管材总长度计算等式、接管管材总长度计算等式、钢制法兰个数计算等式、接管管材总长度与弯头个数之间的关系等式、接管管道直径计算等式；不等式约束包括弯头个数约束、板换接管管道内流体流速约束、主管管材总长度及接管管材总长度约束；比例约束包括主管管道直径与接管管道直径阶差关系约束。
2.根据权利要求1所述的装配式板换模块制作的物料经济性优化方法，其特征在于，所述步骤8的具体过程如下：
新建电动蝶阀个数Nd、手动蝶阀个数Ns、电动比例调节阀个数N′d、软接头个数Nr、钢制法兰个数Nf、变径接头个数Nb、三通个数Nt、弯头个数Nw、温度计个数N′w、压力表个数Ny、流量计个数Nl、板换流量Q族参数；
利用下式(1)计算主管管材总长度Lz，利用下式(2)、(3)计算接管管材总长度Lj，利用下式(4)计算钢制法兰个数Nf：
Lji＝Wzi+hz-hjA-Ltij-Lbi-Lwip-Lwiz-LBi-Lri (3)
Nf＝(Nd+Ns+N′d+Nr)×2 (4)
式中，为n个三通主管长度之和；W为板换模块宽度；Ltiz为编号为i的三通主管的长度；Lji为编号为i的接管管道长度；/>为n个接管管道长度之和；Wzi表示编号为i的主管管道到中心左右控制参照线之间的水平距离；hz为主管管道高度；hjA为接管管道高度，当i为单数时，hjA代指hjs，hjs为上部接管管道高度，当i为双数时，hjA代指hjx为，hjx为下部接管管道高度；Ltij为编号为i的三通接管长度；Lbi为编号为i的变径接头长度；LBi为编号为i的电动阀长度，当i为单数时，LBi代指Ldi，Ldi为编号为i的电动蝶阀长度，当i为双数时，LBi代指Ld′i，Ld′i为编号为i的电动比例调节阀长度；Lri为编号i的软接头长度；
然后，建立管道直径递增集合数据库，接管管道直径Dj、主管管道直径Dz均从该数据库中选取确定，且接管管道直径通过下式(7)、(8)计算得到，Dz与Dj阶差关系如下式(9)所示：
0.2≤v≤0.6 (8)
式中，v为板换接管管道内流体流速；Q为板换流量；Dj为接管管道直径；
电动蝶阀个数、电动比例阀个数均为接管管道个数的一半，手动蝶阀个数、软接头个数、变径接头个数、三通个数、温度计个数、压力表个数、流量计个数均与接管管道个数相同。
3.根据权利要求2所述的装配式板换模块制作的物料经济性优化方法，其特征在于，所述接管管材总长度Lj与弯头个数Nw之间的关系如下式(5)所示，且弯头个数Nw由下式(6)约束：
4≤Nw≤12 (6)
式中，Lj′为接管管材总长度最大值；Lwip为编号为i的弯头水平长度；Lwiz为编号为i的弯头竖直长度。
4.根据权利要求2所述的装配式板换模块制作的物料经济性优化方法，其特征在于，所述主管管材总长度与接管管材总长度均满足下式(10)约束：
式中，表示所有主管管道到中心左右控制参照线之间的水平距离之和。
5.一种用于实现权利要求1所述装配式板换模块制作的物料经济性优化方法的装配式板换模块制作的物料经济性优化系统，其特征在于，包括：
参数模块，用于建立参数对照表文本文件；
BIM族创建模块，结合参数对照表文本文件创建装配式板换模块BIM族，包括：板换BIM族，电动比例调节阀、电动蝶阀、手动蝶阀、软接头、温度传感器、压力表及温度计BIM族，弯头、三通、变径接头及钢制法兰BIM族，管道BIM族；
自动调节模块，用于创建新族并绘制装配式板换模块BIM族组成构件相关的控制参照线，设定族参数，赋予族参数相应的逻辑公式，同时将BIM族创建模块建立的各BIM载入新族并进行放置，完成装配式板换模块BIM族组成构件中的设备定位控制、管件定位控制、阀门及仪表定位控制、管道定位控制、管件型号控制、阀门型号控制、管道型号控制；
构件参数计算模块，用于计算装配式板换模块BIM族组成构件参数数据；
物料经济性优化模块，以总物料费用最小化为目标建立装配式板换模块物料经济性优化模型，并求解模型获得物料经济性最优的装配式板换模块组装方案；
存储模块，用于保存参数模块、BIM族创建模块、自动调节模块、构件参数计算模块所建立的装配式板换模块族文件及物料经济性优化模块获得的物料经济性最优的装配式板换模块组装方案以备使用。
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