袁 木，張偉鋒，邵 帥

（中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072）

0 前 言

由于三維數(shù)字化設(shè)計(jì)有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，并且隨著水電設(shè)計(jì)院未來業(yè)務(wù)發(fā)展的轉(zhuǎn)變、未來設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)以及水電工程投資建設(shè)方的要求越來越高，傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)越來越難以滿足要求，設(shè)計(jì)手段必須逐漸由二維轉(zhuǎn)向三維，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化、規(guī)范化、數(shù)字化三維設(shè)計(jì)。

目前，國(guó)內(nèi)各水電設(shè)計(jì)院均在開展水電工程三維數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)研究，并且取得了一定成果和進(jìn)展，促進(jìn)了水電行業(yè)三維設(shè)計(jì)水平的發(fā)展和進(jìn)步。砂石加工系統(tǒng)是施工工廠設(shè)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(duì)象，但是針對(duì)水電工程砂石加工系統(tǒng)三維設(shè)計(jì)的研究相對(duì)較少。黨麗娟等人［1］基于Inventor軟件建立砂石加工機(jī)械設(shè)備參數(shù)化數(shù)字模型庫(kù)，利用AIW軟件完成砂石加工系統(tǒng)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(shè)計(jì)中的應(yīng)用，對(duì)施工工廠設(shè)施三維設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。

Revit軟件具有操作便捷、建模速度快、三維設(shè)計(jì)效率較高等優(yōu)點(diǎn)。因此，本文基于Revit軟件建立砂石加工系統(tǒng)三維設(shè)備模型族庫(kù)，建立膠帶機(jī)參數(shù)化模型和車間三維模型，最終完成砂石加工系統(tǒng)的三維設(shè)計(jì)與組裝，組裝后的模型可進(jìn)一步導(dǎo)入施工總布置三維模型中進(jìn)行展示。

1 砂石加工系統(tǒng)簡(jiǎn)介

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

（1）原料經(jīng)豎井進(jìn)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(jī)，破碎料以及格篩下部出來的粒徑小于150 mm的石料經(jīng)膠帶機(jī)輸送至半成品料堆。

（2）第一篩分車間設(shè)置1臺(tái)YKR2460圓振動(dòng)篩，半成品料由膠帶機(jī)輸送至篩分樓，經(jīng)篩分分級(jí)后，大于150 mm部分送入進(jìn)入中碎車間進(jìn)行破碎，其余送往第二篩分車間。

（3）中碎車間布置2臺(tái)GP300圓錐破碎機(jī)，中細(xì)碎車間布置2臺(tái)GP220圓錐破碎機(jī)，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(chǎn)。

（4）第二篩分車間布置8臺(tái)2YKR2060圓振篩，物料篩分分級(jí)后將成品特大石、大石、中石送入成品堆場(chǎng)；富余的特大石送入中碎車間，富余的大石送入細(xì)碎車間，小石和富余的中石送入超細(xì)碎車間調(diào)節(jié)堆場(chǎng)。小于5 mm部分經(jīng)螺旋洗砂機(jī)分級(jí)脫水后由送入棒磨機(jī)調(diào)節(jié)料倉(cāng)。

（5）超細(xì)碎車間設(shè)3臺(tái)B9100SE立軸沖擊式破碎機(jī)，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(huán)。

（6）第三篩分車間設(shè)置3組圓振動(dòng)篩，上篩為雙層振動(dòng)篩，下層為單層篩，物料經(jīng)篩分分級(jí)后，將成品小石送入成品堆場(chǎng)；部分富余的小石及全部粒徑大于20 mm物料送入超細(xì)碎車間調(diào)節(jié)堆場(chǎng)；部分富余的小石送入棒磨機(jī)調(diào)節(jié)料倉(cāng)。小于3 mm粒徑物料經(jīng)高頻振動(dòng)螺旋溜槽去除云母、由FG-15螺旋洗砂機(jī)分級(jí)脫水后與部分3～5 mm組成成品砂送入成品堆場(chǎng)，富余的3～5 mm粒徑物料送入棒磨機(jī)車間。

（7）棒磨機(jī)制砂車間設(shè)置3臺(tái)棒磨機(jī)，破碎后的砂子經(jīng)高頻振動(dòng)螺旋溜槽去除云母、由FG-15螺旋洗砂機(jī)分級(jí)脫水后，輸送到成品砂倉(cāng)堆存。

（8）石粉回收車間設(shè)置2臺(tái)高頻振動(dòng)細(xì)篩，將系統(tǒng)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(tǒng)沖洗水經(jīng)4臺(tái)石粉回收裝置處理后，石粉按需摻入成品砂中，沖洗水進(jìn)入廢水處理系統(tǒng)。

2 技術(shù)路線

針對(duì)本砂石加工系統(tǒng)設(shè)備、車間以及膠帶機(jī)較多，工藝流程復(fù)雜的特點(diǎn)，基于Revit軟件制定三維設(shè)計(jì)技術(shù)路線如下：①根據(jù)主要設(shè)備型號(hào)，建立三維設(shè)備模型族庫(kù)；②利用創(chuàng)建的設(shè)備族庫(kù)建立各車間三維模型，同時(shí)建立料堆以及各生產(chǎn)輔助用房、倉(cāng)庫(kù)的三維模型；③建立膠帶機(jī)及其排架三維參數(shù)化模型；④完成砂石加工系統(tǒng)的三維設(shè)計(jì)與組裝。三維設(shè)計(jì)技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 砂石加工系統(tǒng)三維設(shè)計(jì)技術(shù)路線

3 三維設(shè)備模型族庫(kù)的建立

Revit中的族庫(kù)就是把大量Revit族按照特性、參數(shù)、功能等屬性分類歸檔形成的數(shù)據(jù)庫(kù)。在以后的三維設(shè)計(jì)中，可直接調(diào)用族庫(kù)數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)際情況修改參數(shù)，以提高工作效率。

針對(duì)本砂石加工系統(tǒng)，基于Revit的公制常規(guī)模型族樣板和廠家提供的設(shè)備二維圖紙，利用拉伸、旋轉(zhuǎn)、放樣、放樣融合、空心等命令完成模型實(shí)體建造，建立三維設(shè)備模型族庫(kù)，族庫(kù)中包括顎式破碎機(jī)、圓錐破碎機(jī)、立軸破碎機(jī)、棒磨機(jī)、圓振篩、高頻振動(dòng)細(xì)篩、石粉回收裝置、螺旋洗砂機(jī)、振動(dòng)給料機(jī)、棒條給料機(jī)等設(shè)備的三維模型。

創(chuàng)建完成的族庫(kù)中的模型也可供其他砂石加工系統(tǒng)三維設(shè)計(jì)重復(fù)利用，提高三維設(shè)計(jì)效率。族庫(kù)中部分設(shè)備三維模型如圖2所示。

圖2 族庫(kù)中部分設(shè)備三維模型

4 砂石加工系統(tǒng)的三維設(shè)計(jì)

4.1 車間三維建模

各車間主要采用鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)型式。首先根據(jù)各車間的工藝流程設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立車間鋼結(jié)構(gòu)三維模型，主要包括混凝土基礎(chǔ)、調(diào)節(jié)料倉(cāng)以及鋼結(jié)構(gòu)的梁、板和柱模型；再調(diào)用族庫(kù)中的三維設(shè)備模型進(jìn)行組裝，創(chuàng)建的車間三維模型形象直觀、簡(jiǎn)單易懂；當(dāng)車間結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)精度達(dá)到一定深度后，可直接利用三維模型實(shí)現(xiàn)車間結(jié)構(gòu)二維出圖。創(chuàng)建的車間三維模型包括第一篩分、中細(xì)碎、第二篩分、第三篩分、超細(xì)碎、棒磨機(jī)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(xì)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(chǎn)生活設(shè)施三維建模

本砂石加工砂石系統(tǒng)除以上車間三維模型外，還包括其他生產(chǎn)、生活設(shè)施，主要包括廢水處理系統(tǒng)、辦公室、鍋爐房、配電房、機(jī)修車間、倉(cāng)庫(kù)以及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、值班用房等設(shè)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(jī)三維參數(shù)化建模

膠帶機(jī)是砂石料運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備，也是砂石加工系統(tǒng)的重要組成部分。本砂石加工系統(tǒng)中膠帶機(jī)數(shù)量較多，共規(guī)劃有59條膠帶機(jī)且膠帶機(jī)的長(zhǎng)度、寬度以及提升角度也不盡相同，這是砂石加工系統(tǒng)三維設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)之一。因此，有必要建立膠帶機(jī)三維參數(shù)化模型，以實(shí)現(xiàn)膠帶機(jī)三維參數(shù)化、快速化設(shè)計(jì)，減小重復(fù)工作量。

利用Revit中的公制常規(guī)模型族樣板，將膠帶機(jī)的水平段長(zhǎng)度、提升段長(zhǎng)度、傾角、帶寬、頭輪直徑以及尾輪直徑等參數(shù)化，建立膠帶機(jī)參數(shù)化模型。布置膠帶機(jī)時(shí)可直接調(diào)用，并根據(jù)膠帶機(jī)的特性輸入相應(yīng)的參數(shù)即可生成三維模型，實(shí)現(xiàn)快速三維設(shè)計(jì)。

另外，膠帶機(jī)一般采用立柱支撐，標(biāo)準(zhǔn)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(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)化排架模型。根據(jù)單排架的特點(diǎn)，每0.5 m的高差建立一個(gè)單排架族，膠帶機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)可直接調(diào)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(chǔ)族、雙排架單元中間節(jié)族和雙排架單元頂部族，在膠帶機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行拼裝，標(biāo)準(zhǔn)化排架模型可廣泛應(yīng)用于其他砂石加工系統(tǒng)的膠帶機(jī)三維設(shè)計(jì)。

創(chuàng)建的不同高度標(biāo)準(zhǔn)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(jī)三維模型如圖10～11所示。

圖8 不同高度單排架標(biāo)準(zhǔn)化模型

圖9 不同高度雙排架標(biāo)準(zhǔn)化模型

圖10 帶傾角膠帶機(jī)三維模型

圖11 水平+帶傾角膠帶機(jī)三維模型

4.4 砂石加工系統(tǒng)組裝

在前述三維設(shè)計(jì)工作完成后，即可利用創(chuàng)建的車間模型、膠帶機(jī)參數(shù)化模型以及其他生產(chǎn)、生活設(shè)施三維建模，來完成砂石加工系統(tǒng)的組裝。

首先，將各車間和生產(chǎn)、生活設(shè)施模型加載到項(xiàng)目中，然后再根據(jù)工藝流程以及場(chǎng)地條件布置、調(diào)整模型相應(yīng)的位置，最后再根據(jù)車間相對(duì)位置、膠帶機(jī)的工藝參數(shù)等將全部膠帶機(jī)模型生成，最終完成砂石加工系統(tǒng)模型的組裝，組裝后的模型可進(jìn)一步導(dǎo)入施工總布置三維模型中進(jìn)行展示。砂石加工系統(tǒng)三維模型效果如圖12所示。最后，可以利用三維模型實(shí)現(xiàn)快速二維出圖，提高設(shè)計(jì)效率。

圖12 砂石加工系統(tǒng)三維模型效果

5 結(jié) 語

水電工程砂石加工系統(tǒng)設(shè)備、車間較多，工藝流程較為復(fù)雜，膠帶機(jī)布置復(fù)雜，三維設(shè)計(jì)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(tǒng)的三維設(shè)計(jì)，主要工作內(nèi)容包括：建立三維設(shè)備模型族庫(kù)；建立各車間三維模型和其他生產(chǎn)生活設(shè)施模型；創(chuàng)建膠帶機(jī)三維參數(shù)化模型和標(biāo)準(zhǔn)化排架模型，實(shí)現(xiàn)膠帶機(jī)快速建模；完成系統(tǒng)的組裝與展示。

（2）砂石加工系統(tǒng)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(yīng)用效果。同時(shí)，可利用三維模型快速實(shí)現(xiàn)二維出圖，較好地提高設(shè)計(jì)效率，大大減少傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)工作量。

（3）由于不同規(guī)模、不同設(shè)計(jì)工藝流程的砂石加工系統(tǒng)所選用的設(shè)備不盡相同，所以設(shè)備型號(hào)眾多。下一步還需不斷拓展族庫(kù)中設(shè)備模型，為砂石加工系統(tǒng)三維設(shè)計(jì)更廣泛的應(yīng)用創(chuàng)造條件。