一種城市建筑拆除除塵裝置的設計

王樹澤　湯叢文　高梓航

摘 要：針對城市建設進程中，廢、舊建筑拆除時產生大量粉塵，危害居民身體健康、影響市容市貌的問題，解決現有除塵裝置針對性不強、自動化程度低、浪費水資源等缺陷，集合機構學和電子控制系統，設計一套利用水幕隔塵、水霧降塵的節水型自動化除塵裝置。

關鍵詞：建筑拆除；除塵裝置；無線傳輸；高效節水；自動控制；傳感器

中圖分類號：TU746.5 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）10-0063-02

1 背景及研究意義

隨著城市建設的發展，廢、舊建筑拆除日漸普遍，而粉塵的危害已越來越被全社會所關注。城市建筑物拆除產生的粉塵速度快、突發性強、顆粒細小、在室外條件下懸浮的時間長、污染范圍大且難于控制。粒度非常細微的拆除粉塵表面會吸附多種有機物和無機物（尤其是重金屬），并發生一系列化學反應，有可能改變物質的化學形態和生物毒性。這些粉塵可進入人體呼吸道，引起不同程度的危害。另外， 拆除粉塵還對環境有較大的影響：一是在電網密集處和精密儀器設備存放處可能引起電路的短接，影響電力的供應、設備的正常工作；二是與空氣作用形成氣溶膠并在空中長時間的漂浮，影響采光和降水的清潔度；三是沉降在各類建筑物、物體表面影響其清潔和美觀。

我國現行《GBZ 1-2010工業企業設計衛生標準》、《工業“三廢”排放試行標準》以及《大氣環境質量標準》等標準對大氣的環境粉塵濃度都作了具體的限制，而拆除施工現場空氣中粉塵濃度往往遠超這些標準。2014年初國家住房和城鄉建設部頒布了《GB/T 50905-2014建筑工程綠色施工規范》，此標準明確要求拆除工程應對拆除產生的粉塵進行收集、沉降等處理。粉塵具有良好的吸濕性，因此利用水霧能大幅度的提高粉塵的吸收率。研究粉塵特征與降塵技術、解決城市拆除粉塵問題，對保護人民的身體健康和環境，有著深遠的價值和現實意義。

利用理論分析和試驗相結合的方法，通過對粉塵、水霧形成特點及拆除粉塵與水幕相互作用的研究，得到建筑物拆除時粉塵的運動規律。分析水幕形成的合理方式，以及水量和隔塵、除塵效果的關系，設計一套利用水幕隔塵、水霧降塵的節水式自動化機械裝置。

2 項目研究的實施方案

本裝置是通過如下技術方案來實現的：

本裝置處理城市拆除產生的粉塵的主要方式為水幕封鎖加噴霧沉降。建筑爆破拆除前在舊建筑物外側的減振溝外圍搭建包圍式的快速拆裝支架，支架一側安放彩鋼圍擋，噴頭分布安裝在支架上，利用噴頭產生的水幕、水霧包圍倒塌的建筑。裝置的一個最小單元和噴頭主體部分如圖1所示。

快速拆裝支架采用目前建筑施工中較為常用的圓盤腳手架。該種腳手架具有結構簡單、承載能力大、成本低等特點，滿足本裝置使用要求，且由于是租賃使用，單次成本可降到更低。彩鋼圍欄利用螺絲固定，亦可多次租賃使用。

本裝置主要采用兩種噴頭，分別是廣式鴨嘴噴頭和實心錐霧化噴頭。廣式鴨嘴噴頭由于其扇形的出射結構，可產生大面積水幕，有效封鎖粉塵。借鑒灑水車鴨嘴噴頭的設計，其扇形張角為95°。可根據現場使用情況安裝不同型號的鴨嘴噴頭，在不影響封鎖效果的情況下，減小水幕重疊面積，節約水資源。

實心錐霧化噴頭能產生實心錐形噴霧，噴流角度為45°到120°。其結構緊湊，霧化效果均勻，噴霧液滴大小為中等到偏大。舊建筑倒塌產生的粉塵在經過廣式鴨嘴噴頭產生的水幕封鎖后，速度較小，多懸浮于空氣中。利用實心錐霧化噴頭產生的均勻噴霧即可使其沉降。其實際噴霧效果為噴霧區域成圓形，液滴分布均勻。

為了實現噴頭傾角的可調節，以使得該裝置可適用于不同類型、尺寸的舊建筑拆除工作，設計噴頭傾角調節機構。其調節原理為，以步進電機為動力源，通過輪系，帶動水管轉動。水管噴頭座相連，該噴頭座中空的球形結構使得水管延其軸向轉動時，流量大小不改變。

本裝置的最小單元（圖1）的除塵原理如圖2所示。將兩個鴨嘴噴頭成固定角度配合使用，其產生的雙層水幕可將大部分粉塵封鎖在區域1，粉塵將在水幕的沖擊下沉降到地面。部分粉塵由于速度較快，因此可突破雙層水幕的封鎖。由于粉塵產生后以水平運動為主，因此其主要從水平方向突破雙層水幕的封鎖，進入區域2。這部分粉塵在穿過水幕時將消耗大量動能，且在彩鋼圍擋的作用下，將向上運動。此時利用實心錐霧化噴頭產生大量均勻細小的液滴，液滴可吸附、聚集粉塵成為大顆粒，從而實現粉塵的沉降。

在定向拆除施工前會在傾倒范圍內采取減振措施，即開挖減振溝以減小樓房倒塌產生的觸地沖量，同時也使樓房倒塌后的建筑廢料高度相對較低。將本實用新型裝置安裝在減振溝的外側，可保障裝置不被拆除倒塌物毀壞。本實用新型裝置安裝使用時，將裝置最小單元（圖1）環繞待拆除建筑，單元與單元之間用快速拆裝的腳手架連接，利用水幕、彩鋼擋板、水霧的共同作用，有效封鎖、阻擋、沉降拆除產生的粉塵。

為將本裝置的除塵作用最大化，設計如圖3所示的基于2G無線通訊控制系統。該系統主要完成三個部分的工作：圖像識別、上位機與下位機的雙向通訊拆除工作開始后，在建筑物定向倒塌的過程中，攝像頭快速連續拍照，并傳送至上位機進行圖像分析。圖像處理的目的是通過對當前產生粉塵的蔓延狀況、蔓延趨勢進行分析，然后將控制信號通過無線通信模塊傳送給下位機（單片機）。由于工作現場需要控制的執行機構較多，為保證控制效果，采取多單片機“分包”的并行工作方式。即一個單片機負責若干個噴頭傾角、噴嘴壓力的信號采集和對噴頭傾角、水泵壓力的調節。

3 項目的可行性分析

本裝置采用常見的工程材料，制作成本較低；所設計的安裝方案，搭建快捷簡便，施工難度小；采用機械化、自動化設計明顯節省人力成本，同時還顯著提高了工作環境的安全性。使用本裝置可以快速有效地將煙塵控制在建筑拆除現場的區域內，有效減少城市拆除煙塵擴散影響環境，凈化城區空氣質量，降低粉塵對周圍居民生產生活的影響，符合當前提倡的“綠色施工”的理念。