基于Revit的水电工程砂石加工系统三维设计研究

袁 木，张伟锋，邵 帅

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072）

0 前 言

由于三维数字化设计有其独特的优势，并且随着水电设计院未来业务发展的转变、未来设计技术发展的趋势以及水电工程投资建设方的要求越来越高，传统的二维设计越来越难以满足要求，设计手段必须逐渐由二维转向三维，实现参数化、规范化、数字化三维设计。

目前，国内各水电设计院均在开展水电工程三维数字化协同设计研究，并且取得了一定成果和进展，促进了水电行业三维设计水平的发展和进步。砂石加工系统是施工工厂设施的主要部分，也是施工总布置的重要组成部分，是三维施工总布置重要展示对象，但是针对水电工程砂石加工系统三维设计的研究相对较少。党丽娟等人［1］基于Inventor软件建立砂石加工机械设备参数化数字模型库，利用AIW软件完成砂石加工系统的组装与展示；袁绍东等人［2］探讨了AIM软件在水里水电工程施工总布置三维设计中的应用，对施工工厂设施三维设计进行了简要介绍。

Revit软件具有操作便捷、建模速度快、三维设计效率较高等优点。因此，本文基于Revit软件建立砂石加工系统三维设备模型族库，建立胶带机参数化模型和车间三维模型，最终完成砂石加工系统的三维设计与组装，组装后的模型可进一步导入施工总布置三维模型中进行展示。

1 砂石加工系统简介

某水电工程砂石加工系统布置于弃渣场顶部平台上，占地面积约6.5万m2。系统毛料处理能力不低于1 300 t／h，成品骨料生产能力不低于1 000 t／h。系统由粗碎车间、第一筛分车间、中细碎车间、第二筛分车间、超细碎车间、第三筛分车间、棒磨机车间、石粉回收车间等组成。具体加工工艺如下：

（1）原料经竖井进入粗碎车间后，粒径大于150 mm的石料由棒条筛送入C140颚式破碎机，破碎料以及格筛下部出来的粒径小于150 mm的石料经胶带机输送至半成品料堆。

（2）第一筛分车间设置1台YKR2460圆振动筛，半成品料由胶带机输送至筛分楼，经筛分分级后，大于150 mm部分送入进入中碎车间进行破碎，其余送往第二筛分车间。

（3）中碎车间布置2台GP300圆锥破碎机，中细碎车间布置2台GP220圆锥破碎机，破碎后的物料送入第二筛分车间，与第二筛分车间形成闭路生产。

（4）第二筛分车间布置8台2YKR2060圆振筛，物料筛分分级后将成品特大石、大石、中石送入成品堆场；富余的特大石送入中碎车间，富余的大石送入细碎车间，小石和富余的中石送入超细碎车间调节堆场。小于5 mm部分经螺旋洗砂机分级脱水后由送入棒磨机调节料仓。

（5）超细碎车间设3台B9100SE立轴冲击式破碎机，物料破碎后送入第三筛分车间，与第三筛分车间形成闭路循环。

（6）第三筛分车间设置3组圆振动筛，上筛为双层振动筛，下层为单层筛，物料经筛分分级后，将成品小石送入成品堆场；部分富余的小石及全部粒径大于20 mm物料送入超细碎车间调节堆场；部分富余的小石送入棒磨机调节料仓。小于3 mm粒径物料经高频振动螺旋溜槽去除云母、由FG-15螺旋洗砂机分级脱水后与部分3～5 mm组成成品砂送入成品堆场，富余的3～5 mm粒径物料送入棒磨机车间。

（7）棒磨机制砂车间设置3台棒磨机，破碎后的砂子经高频振动螺旋溜槽去除云母、由FG-15螺旋洗砂机分级脱水后，输送到成品砂仓堆存。

（8）石粉回收车间设置2台高频振动细筛，将系统冲洗水中云母含量较高的粒径0.2 mm以上部分筛出，作为弃料，以降低石粉中云母含量。系统冲洗水经4台石粉回收装置处理后，石粉按需掺入成品砂中，冲洗水进入废水处理系统。

2 技术路线

针对本砂石加工系统设备、车间以及胶带机较多，工艺流程复杂的特点，基于Revit软件制定三维设计技术路线如下：①根据主要设备型号，建立三维设备模型族库；②利用创建的设备族库建立各车间三维模型，同时建立料堆以及各生产辅助用房、仓库的三维模型；③建立胶带机及其排架三维参数化模型；④完成砂石加工系统的三维设计与组装。三维设计技术路线如图1所示。

图1 砂石加工系统三维设计技术路线

3 三维设备模型族库的建立

Revit中的族库就是把大量Revit族按照特性、参数、功能等属性分类归档形成的数据库。在以后的三维设计中，可直接调用族库数据，并根据实际情况修改参数，以提高工作效率。

针对本砂石加工系统，基于Revit的公制常规模型族样板和厂家提供的设备二维图纸，利用拉伸、旋转、放样、放样融合、空心等命令完成模型实体建造，建立三维设备模型族库，族库中包括颚式破碎机、圆锥破碎机、立轴破碎机、棒磨机、圆振筛、高频振动细筛、石粉回收装置、螺旋洗砂机、振动给料机、棒条给料机等设备的三维模型。

创建完成的族库中的模型也可供其他砂石加工系统三维设计重复利用，提高三维设计效率。族库中部分设备三维模型如图2所示。

图2 族库中部分设备三维模型

4 砂石加工系统的三维设计

4.1 车间三维建模

各车间主要采用钢结构和钢筋混凝土结构两种结构型式。首先根据各车间的工艺流程设计和结构特点，建立车间钢结构三维模型，主要包括混凝土基础、调节料仓以及钢结构的梁、板和柱模型；再调用族库中的三维设备模型进行组装，创建的车间三维模型形象直观、简单易懂；当车间结构三维设计精度达到一定深度后，可直接利用三维模型实现车间结构二维出图。创建的车间三维模型包括第一筛分、中细碎、第二筛分、第三筛分、超细碎、棒磨机以及石粉回收车间，部分车间三维模型如图3～5所示。

图3 中细碎车间三维模型

图4 石粉回收车间三维模型

图5 第二筛分车间三维模型

4.2 其他生产生活设施三维建模

本砂石加工砂石系统除以上车间三维模型外，还包括其他生产、生活设施，主要包括废水处理系统、办公室、锅炉房、配电房、机修车间、仓库以及现场试验、值班用房等设施。同样利用Revit软件建立三维模型，部分成果如图6～7所示。

图6 辅流式沉淀池三维模型

图7 办公楼三维模型

4.3 胶带机三维参数化建模

胶带机是砂石料运输的主要设备，也是砂石加工系统的重要组成部分。本砂石加工系统中胶带机数量较多，共规划有59条胶带机且胶带机的长度、宽度以及提升角度也不尽相同，这是砂石加工系统三维设计的重难点之一。因此，有必要建立胶带机三维参数化模型，以实现胶带机三维参数化、快速化设计，减小重复工作量。

利用Revit中的公制常规模型族样板，将胶带机的水平段长度、提升段长度、倾角、带宽、头轮直径以及尾轮直径等参数化，建立胶带机参数化模型。布置胶带机时可直接调用，并根据胶带机的特性输入相应的参数即可生成三维模型，实现快速三维设计。

另外，胶带机一般采用立柱支撑，标准立柱采用钢管柱，9 m以下立柱采用单排钢管柱，12 m以上立柱采用双排钢管柱，可利用Revit创建标准化排架模型。根据单排架的特点，每0.5 m的高差建立一个单排架族，胶带机设计时可直接调用所需高度的单排架；双排架由于高度可能较高（9～20 m），需要建立双排单元高度（1.5 m）排架族，包括双排架单元基础族、双排架单元中间节族和双排架单元顶部族，在胶带机设计时进行拼装，标准化排架模型可广泛应用于其他砂石加工系统的胶带机三维设计。

创建的不同高度标准化单排架、双排架模型如图8～9所示，组装的两种典型胶带机三维模型如图10～11所示。

图8 不同高度单排架标准化模型

图9 不同高度双排架标准化模型

图10 带倾角胶带机三维模型

图11 水平+带倾角胶带机三维模型

4.4 砂石加工系统组装

在前述三维设计工作完成后，即可利用创建的车间模型、胶带机参数化模型以及其他生产、生活设施三维建模，来完成砂石加工系统的组装。

首先，将各车间和生产、生活设施模型加载到项目中，然后再根据工艺流程以及场地条件布置、调整模型相应的位置，最后再根据车间相对位置、胶带机的工艺参数等将全部胶带机模型生成，最终完成砂石加工系统模型的组装，组装后的模型可进一步导入施工总布置三维模型中进行展示。砂石加工系统三维模型效果如图12所示。最后，可以利用三维模型实现快速二维出图，提高设计效率。

图12 砂石加工系统三维模型效果

5 结 语

水电工程砂石加工系统设备、车间较多，工艺流程较为复杂，胶带机布置复杂，三维设计难度较大。

（1）本文利用Revit软件，完成了某水电工程砂石加工系统的三维设计，主要工作内容包括：建立三维设备模型族库；建立各车间三维模型和其他生产生活设施模型；创建胶带机三维参数化模型和标准化排架模型，实现胶带机快速建模；完成系统的组装与展示。

（2）砂石加工系统三维模型可视化程度较高，可以较好地展示加工工艺流程和物料的走向，且美观明了，取得了较好的应用效果。同时，可利用三维模型快速实现二维出图，较好地提高设计效率，大大减少传统二维设计工作量。

（3）由于不同规模、不同设计工艺流程的砂石加工系统所选用的设备不尽相同，所以设备型号众多。下一步还需不断拓展族库中设备模型，为砂石加工系统三维设计更广泛的应用创造条件。