基于Revit的水電工程砂石加工系統三維設計研究

袁 木，張偉鋒，邵 帥

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072）

0 前 言

由于三維數字化設計有其獨特的優勢，并且隨著水電設計院未來業務發展的轉變、未來設計技術發展的趨勢以及水電工程投資建設方的要求越來越高，傳統的二維設計越來越難以滿足要求，設計手段必須逐漸由二維轉向三維，實現參數化、規范化、數字化三維設計。

目前，國內各水電設計院均在開展水電工程三維數字化協同設計研究，并且取得了一定成果和進展，促進了水電行業三維設計水平的發展和進步。砂石加工系統是施工工廠設施的主要部分，也是施工總布置的重要組成部分，是三維施工總布置重要展示對象，但是針對水電工程砂石加工系統三維設計的研究相對較少。黨麗娟等人［1］基于Inventor軟件建立砂石加工機械設備參數化數字模型庫，利用AIW軟件完成砂石加工系統的組裝與展示；袁紹東等人［2］探討了AIM軟件在水里水電工程施工總布置三維設計中的應用，對施工工廠設施三維設計進行了簡要介紹。

Revit軟件具有操作便捷、建模速度快、三維設計效率較高等優點。因此，本文基于Revit軟件建立砂石加工系統三維設備模型族庫，建立膠帶機參數化模型和車間三維模型，最終完成砂石加工系統的三維設計與組裝，組裝后的模型可進一步導入施工總布置三維模型中進行展示。

1 砂石加工系統簡介

某水電工程砂石加工系統布置于棄渣場頂部平臺上，占地面積約6.5萬m2。系統毛料處理能力不低于1 300 t／h，成品骨料生產能力不低于1 000 t／h。系統由粗碎車間、第一篩分車間、中細碎車間、第二篩分車間、超細碎車間、第三篩分車間、棒磨機車間、石粉回收車間等組成。具體加工工藝如下：

（1）原料經豎井進入粗碎車間后，粒徑大于150 mm的石料由棒條篩送入C140顎式破碎機，破碎料以及格篩下部出來的粒徑小于150 mm的石料經膠帶機輸送至半成品料堆。

（2）第一篩分車間設置1臺YKR2460圓振動篩，半成品料由膠帶機輸送至篩分樓，經篩分分級后，大于150 mm部分送入進入中碎車間進行破碎，其余送往第二篩分車間。

（3）中碎車間布置2臺GP300圓錐破碎機，中細碎車間布置2臺GP220圓錐破碎機，破碎后的物料送入第二篩分車間，與第二篩分車間形成閉路生產。

（4）第二篩分車間布置8臺2YKR2060圓振篩，物料篩分分級后將成品特大石、大石、中石送入成品堆場；富余的特大石送入中碎車間，富余的大石送入細碎車間，小石和富余的中石送入超細碎車間調節堆場。小于5 mm部分經螺旋洗砂機分級脫水后由送入棒磨機調節料倉。

（5）超細碎車間設3臺B9100SE立軸沖擊式破碎機，物料破碎后送入第三篩分車間，與第三篩分車間形成閉路循環。

（6）第三篩分車間設置3組圓振動篩，上篩為雙層振動篩，下層為單層篩，物料經篩分分級后，將成品小石送入成品堆場；部分富余的小石及全部粒徑大于20 mm物料送入超細碎車間調節堆場；部分富余的小石送入棒磨機調節料倉。小于3 mm粒徑物料經高頻振動螺旋溜槽去除云母、由FG-15螺旋洗砂機分級脫水后與部分3～5 mm組成成品砂送入成品堆場，富余的3～5 mm粒徑物料送入棒磨機車間。

（7）棒磨機制砂車間設置3臺棒磨機，破碎后的砂子經高頻振動螺旋溜槽去除云母、由FG-15螺旋洗砂機分級脫水后，輸送到成品砂倉堆存。

（8）石粉回收車間設置2臺高頻振動細篩，將系統沖洗水中云母含量較高的粒徑0.2 mm以上部分篩出，作為棄料，以降低石粉中云母含量。系統沖洗水經4臺石粉回收裝置處理后，石粉按需摻入成品砂中，沖洗水進入廢水處理系統。

2 技術路線

針對本砂石加工系統設備、車間以及膠帶機較多，工藝流程復雜的特點，基于Revit軟件制定三維設計技術路線如下：①根據主要設備型號，建立三維設備模型族庫；②利用創建的設備族庫建立各車間三維模型，同時建立料堆以及各生產輔助用房、倉庫的三維模型；③建立膠帶機及其排架三維參數化模型；④完成砂石加工系統的三維設計與組裝。三維設計技術路線如圖1所示。

圖1 砂石加工系統三維設計技術路線

3 三維設備模型族庫的建立

Revit中的族庫就是把大量Revit族按照特性、參數、功能等屬性分類歸檔形成的數據庫。在以后的三維設計中，可直接調用族庫數據，并根據實際情況修改參數，以提高工作效率。

針對本砂石加工系統，基于Revit的公制常規模型族樣板和廠家提供的設備二維圖紙，利用拉伸、旋轉、放樣、放樣融合、空心等命令完成模型實體建造，建立三維設備模型族庫，族庫中包括顎式破碎機、圓錐破碎機、立軸破碎機、棒磨機、圓振篩、高頻振動細篩、石粉回收裝置、螺旋洗砂機、振動給料機、棒條給料機等設備的三維模型。

創建完成的族庫中的模型也可供其他砂石加工系統三維設計重復利用，提高三維設計效率。族庫中部分設備三維模型如圖2所示。

圖2 族庫中部分設備三維模型

4 砂石加工系統的三維設計

4.1 車間三維建模

各車間主要采用鋼結構和鋼筋混凝土結構兩種結構型式。首先根據各車間的工藝流程設計和結構特點，建立車間鋼結構三維模型，主要包括混凝土基礎、調節料倉以及鋼結構的梁、板和柱模型；再調用族庫中的三維設備模型進行組裝，創建的車間三維模型形象直觀、簡單易懂；當車間結構三維設計精度達到一定深度后，可直接利用三維模型實現車間結構二維出圖。創建的車間三維模型包括第一篩分、中細碎、第二篩分、第三篩分、超細碎、棒磨機以及石粉回收車間，部分車間三維模型如圖3～5所示。

圖3 中細碎車間三維模型

圖4 石粉回收車間三維模型

圖5 第二篩分車間三維模型

4.2 其他生產生活設施三維建模

本砂石加工砂石系統除以上車間三維模型外，還包括其他生產、生活設施，主要包括廢水處理系統、辦公室、鍋爐房、配電房、機修車間、倉庫以及現場試驗、值班用房等設施。同樣利用Revit軟件建立三維模型，部分成果如圖6～7所示。

圖6 輔流式沉淀池三維模型

圖7 辦公樓三維模型

4.3 膠帶機三維參數化建模

膠帶機是砂石料運輸的主要設備，也是砂石加工系統的重要組成部分。本砂石加工系統中膠帶機數量較多，共規劃有59條膠帶機且膠帶機的長度、寬度以及提升角度也不盡相同，這是砂石加工系統三維設計的重難點之一。因此，有必要建立膠帶機三維參數化模型，以實現膠帶機三維參數化、快速化設計，減小重復工作量。

利用Revit中的公制常規模型族樣板，將膠帶機的水平段長度、提升段長度、傾角、帶寬、頭輪直徑以及尾輪直徑等參數化，建立膠帶機參數化模型。布置膠帶機時可直接調用，并根據膠帶機的特性輸入相應的參數即可生成三維模型，實現快速三維設計。

另外，膠帶機一般采用立柱支撐，標準立柱采用鋼管柱，9 m以下立柱采用單排鋼管柱，12 m以上立柱采用雙排鋼管柱，可利用Revit創建標準化排架模型。根據單排架的特點，每0.5 m的高差建立一個單排架族，膠帶機設計時可直接調用所需高度的單排架；雙排架由于高度可能較高（9～20 m），需要建立雙排單元高度（1.5 m）排架族，包括雙排架單元基礎族、雙排架單元中間節族和雙排架單元頂部族，在膠帶機設計時進行拼裝，標準化排架模型可廣泛應用于其他砂石加工系統的膠帶機三維設計。

創建的不同高度標準化單排架、雙排架模型如圖8～9所示，組裝的兩種典型膠帶機三維模型如圖10～11所示。

圖8 不同高度單排架標準化模型

圖9 不同高度雙排架標準化模型

圖10 帶傾角膠帶機三維模型

圖11 水平+帶傾角膠帶機三維模型

4.4 砂石加工系統組裝

在前述三維設計工作完成后，即可利用創建的車間模型、膠帶機參數化模型以及其他生產、生活設施三維建模，來完成砂石加工系統的組裝。

首先，將各車間和生產、生活設施模型加載到項目中，然后再根據工藝流程以及場地條件布置、調整模型相應的位置，最后再根據車間相對位置、膠帶機的工藝參數等將全部膠帶機模型生成，最終完成砂石加工系統模型的組裝，組裝后的模型可進一步導入施工總布置三維模型中進行展示。砂石加工系統三維模型效果如圖12所示。最后，可以利用三維模型實現快速二維出圖，提高設計效率。

圖12 砂石加工系統三維模型效果

5 結 語

水電工程砂石加工系統設備、車間較多，工藝流程較為復雜，膠帶機布置復雜，三維設計難度較大。

（1）本文利用Revit軟件，完成了某水電工程砂石加工系統的三維設計，主要工作內容包括：建立三維設備模型族庫；建立各車間三維模型和其他生產生活設施模型；創建膠帶機三維參數化模型和標準化排架模型，實現膠帶機快速建模；完成系統的組裝與展示。

（2）砂石加工系統三維模型可視化程度較高，可以較好地展示加工工藝流程和物料的走向，且美觀明了，取得了較好的應用效果。同時，可利用三維模型快速實現二維出圖，較好地提高設計效率，大大減少傳統二維設計工作量。

（3）由于不同規模、不同設計工藝流程的砂石加工系統所選用的設備不盡相同，所以設備型號眾多。下一步還需不斷拓展族庫中設備模型，為砂石加工系統三維設計更廣泛的應用創造條件。