綠色施工噴霧降塵系統應用研究

□楊江帆 洪俊鵬 羅 琪 欒海瑩 況俊豪 霍海娥

一、引言

綠色施工是指組織開展工程建設時，在確保施工質量、施工安全等的前提下，借助科學管理、技術進步等措施，最大限度減低對環境造成影響的施工活動，其重要舉措是節能、節地、節水、節材和環境保護，簡稱四節一環保。在可持續發展理念的指引下，綠色施工具體表現為：合理利用資源與能源、保護環境與生態、維護施工人員的安全與健康、促進社會與經濟發展等。

建筑施工整個過程中，不可避免會產生揚塵，這些揚塵是導致施工人員罹患職業病以及城市空氣污染重要原因之一，因此，施工現場揚塵控制在綠色施工過程中尤為重要。開發綠色施工噴霧噴淋降塵系統，不僅可以廣泛運用于施工現場全范圍防塵降塵，保障建筑工人的健康，優化城市的大氣環境，而且可以實現物質資源的高效回收利用，尤其是對水資源的重復利用。

二、綠色施工發展現狀

在可持續發展理念的指引下，綠色施工(Green construction)是在建筑施工過程中的具體應用，其理論源于20世紀初，美國著名建筑師富勒(R.Buckminiser Fuller)提出“少費而多用”(Do more with less)的設計原則，即：充分、合理地設計利用有限的物質資源以及利用日益減少的資源(不可再生資源)滿足人們不斷增長的環境需要。

20世紀80年代，隨著能源危機的爆發，發達國家的建筑施工企業逐漸實施綠色施工，并取得了較好的社會和環境效應；同時發達國家制定實施了一系列法律、法規、政策等，在一定程度上推動了綠色施工的順利進行。在綠色施工研究領域方面，國外的理念與我國的“綠色施工”理念存在一定的差異性，并且，我國在綠色施工“四節一環保”方面的研究更為深入。

(一)可持續施工。可持續施工(Sustainable Construction)的基本思想是：在工程建設全過程中，采用具有可持續發展理念的施工技術對工程項目的建設、運行給予指導，最大限度地有效利用不可再生資源，同時減少污染物的排放，減少對環境的污染。

(二)信息化施工。信息化施工(Information Construction)作為信息化應用的一種延伸，依照動態參數實施定量、實時施工管理，在這一過程中，綜合運用傳感器、GPS系統、遙控裝置等硬件設施和軟件開展施工管理活動，同時對施工機械的種類、數量等進行實時調配、優選，在一定程度上以最少的機種和機臺數量高效完成任務，實現高效、節能、環保的目標。

(三)精益建造。精益建造(Lean Construction)作為精益生產的延伸，更加側重管理，主要表現為：通過改進與運用管理方法(計劃與控制)，合理安排建設程序，最大限度節約資源。通過合理安排及優化建造過程，一方面可以節約建設材料、施工用水、電能以及燃油消耗，另一方面有效控制施工活動，降低對周圍環境的干擾。

與發達國家相比，我國在綠色施工發展方面，相對較為滯后，但是隨著我國經濟迅速發展，以往高能源消耗發展模式為城市帶來了嚴重的環境問題，與此同時，我國也面臨著資源緊缺的嚴峻局面。因此，可持續發展已逐漸成為我國經濟的可持續發展必然要求。

近年來，國家大力推行綠色施工，出臺了相關的規章制度。但是由于我國綠色施工發展較晚，人們對綠色施工認識不深，從事綠色施工的專業人員極度缺乏等原因，造成了目前綠色施工成本普遍偏高的局面。因此，提高對綠色施工的認識，大力發展綠色施工技術，實現綠色施工產業化，從而有效解決建筑施工能源消耗問題。

三、研究的必要性

我國自改革開放以來，建筑業生產規模迅速增長，同時消耗了大量的物質資源,也產生了諸多環境污染。第一，大規模的建設活動對資源環境產生了巨大消耗。據國家統計局2018年最新統計數據顯示，我國房屋竣工面積由1996年的586,311.20千平方米增長至2017年的2136,090.30千平方米;施工面積由1995年的1,204,536.30千平方米迅速增長至2017年的10,908,538.20千平方米。隨著建設活動規模的不斷加大，一方面導致大量自然資源被持續消耗，另一方面大量污染物被排放,資源環境承載壓力不斷增大。第二，施工活動產生了各種負面環境影響。資料顯示PM2.5(即大氣中直徑小于或等于2.5微米的顆粒物)來源中，揚塵約占PM2.5來源的25%，其中建筑施工揚塵(約占城市揚塵貢獻率32%)占主導地位，研究表明建筑施工揚塵已成為重要揚塵污染源之一，是目前國內外的研究熱點問題[1]。

四、噴淋噴霧降塵技術應用現狀分析

如今國內建筑市場大力推行綠色施工，將施工揚塵作為綠色施工重點防控對象。傳統的灑水車噴灑降塵已然不能滿足我國可持續發展的需求，施工現場噴淋噴霧降塵措施也發展到了一定的水平，相應的技術也由試用階段進入到提升階段。

(一)自動化噴淋、噴霧降塵系統。成都環球貿易廣場項目案列中，采用基坑周邊噴霧降塵系統與塔吊噴霧降塵系統相結合的降塵措施，利用電磁閥+時間控制器自動控制降塵系統,自動調整時間，例如環球項目工地設置為8次/d,每隔1h噴淋5min。并且動態布置工程活動，在基礎施工階段，在基坑四周布置噴霧降塵系統，利用環形排水溝間距靈活設置噴頭。針對主體施工階段，主要在塔吊邊防護設置相應的除塵系統[2]。該項目基本上實現了工地全覆蓋降塵，降塵效果顯著，并且該降塵用水全部采用地下降水，節約了施工成本，保護了施工環境。但是該項目有9臺塔式起吊機，均設置了塔吊噴霧降塵系統，造價昂貴，同時，該項目采用間隔時間控制降塵的方式，難以應付施工場地揚塵濃度的變化。

(二)塔吊噴淋、噴霧系統。淄博高新區世博醫院項目中，將噴淋、噴霧系統設置在塔吊、鋼板張網上，全覆蓋施工現場的揚塵，同時項目配有揚塵監測系統，工作人員根據監測數據適時開啟噴淋噴霧系統。塔吊噴淋、噴霧系統技術難點在于塔吊的旋轉和振動，主要是對管路要求比較高，該項目結合自身的實際情況，采用耐高壓的絲扣或法蘭進行連接，借助柔性連接技術，有效避免了連接件的崩裂。同時水源采用消防水池收集的雨水，采用二次加壓泵供水[3]。該項目所采用的降塵措施，對揚塵有較為明顯的抑制作用，同時水霧細小，不影響工人正常施工。但該項目的噴霧噴淋系統需手動開啟，不利于即時控制揚塵。

(三)水噴淋降塵全自動控制系統。由中國建筑一局(集團)有限公司承建的湖北省十堰市某項目中，采用塔式起重機自動噴淋、施工道路自動噴淋、外腳手架自動噴淋風動式噴霧機及洗輪機五部分組成的綜合控制系統，實現了對場地的揚塵控制，同時該項目利用手機APP以GPRS無線遠程控制以及揚塵監測裝置自動感應控制的方式，實現了對綜合噴淋降塵系統的控制[4]。該項目所采用的降塵系統復雜，可實現對建筑場地全覆蓋降塵，降塵效果顯著，同時該項目每天早中晚定時進行高空噴灑(“人工中雨”)，不僅有效抑制了揚塵的產生，而且有效地改善了施工現場高溫工作環境。采用手機APP和揚塵監測裝置自動感應相結合的控制技術，雖然較傳統的自動噴淋系統有較大的改進，但是仍然需要人為地判斷揚塵濃度，未能真正做到全智能化控制。

五、智能化噴霧降塵系統重難點分析

通過市場調研，發現目前的施工現場全部采用了噴霧降塵系統，對于施工現場的揚塵控制起到了積極作用。然而，大部分的噴霧降塵系統都由人工開啟，并且是全天候工作，即使是雨天和空氣品質優良的時間段也在隨時運行。此外，調研發現施工現場對于地下水、雨水的回收利用程度并不高，整個施工現場的噴霧降塵系統沒有采用智能化控制與運行，節能潛力巨大。

(一)揚塵控制點分析。據實地調研施工現場降塵措施實施情況可以看出，目前智能噴霧降塵系統需人工分段開啟，現場人員根據揚塵在線監控系統，同時結合肉眼觀測工地揚塵情況，對產生揚塵的區域定段定時開啟噴霧，具有極大的主觀性和隨意性，未實現智能系統化，造成了極大的水資源浪費。因此，探索智能化噴霧降塵系統對于不可再生資源的有效利用以及改善城市空氣質量有著積極的作用，首先需要解決的是施工現場重點揚塵控制點的確定，據實地現場觀測分析，發現施工現場揚塵產生的位置具有階段可控性，并且位置較為固定。為有效控制重點揚塵產生的位置，采用分階段控制，不同施工階段產生的揚塵類型也不盡相同，現將整個施工階段劃分為如下三個階段：一是土石方階段，廠區出入口處，土方開挖以和土方回填對土體擾動較大，此時形成的揚塵濃度比較高，應在場地出入口附近和基坑周邊設置揚塵控制點。二是主體施工階段，隨著樓層升高，揚塵濃度略有降低，應當在廠區入口，木工加工棚，水泥堆放處，模板安裝和拆卸處以及混凝土澆筑處布設揚塵控制點。三是室內施工及裝修階段，墻面工程、植筋打孔以及室內粉刷抹灰處揚塵危害程度最高，應當作為重點監測部位。根據施工現場實際情況按顆粒物質組成成分將揚塵分為矽塵(游離二氧化硅)、水泥揚塵、木揚塵和石膏揚塵四類。矽塵主要來源為現場裸露土壤、地面和建材上的附著塵;水泥揚塵的主要來源為水泥堆放處和搬運使用;木屑揚塵的主要來源為木工加工棚。石膏揚塵主要來源于室內粉刷。

(二)揚塵監測點分析。揚塵濃度在線監控儀器不僅能夠實時反映施工現場的揚塵濃度，而且可以通過算法比較實現即時智能化控制噴霧降塵。揚塵濃度在線監控儀器放置點的確定對于有效抑制揚塵外揚和減少噴霧系統用水量的合理使用至關重要。揚塵濃度偏大或偏小的地方都不宜放置監控儀器，某點的揚塵濃度偏大并不能代表其他或者整體揚塵濃度都大，如果此時系統開啟，雖能夠有效控制該點的揚塵，但同時也造成了水資源的大量浪費，不符合綠色施工的理念；如果放在濃度偏小的地方，可能其他揚塵點產生了大量揚塵，不利于及時得到控制揚塵，易造成揚塵外揚。通過實地調研，發現大部分項目將監測儀放在靠近車輛出入口的位置，該點的位置位于工地揚塵濃度與城市揚塵濃度的分界處附近，如果監測儀器上的數值大于城市揚塵濃度時開啟噴霧系統，既能有效控制揚塵外揚，也能合理利用噴霧系統用水量，節約水資源。

(三)自動噴淋噴頭分析。噴霧降塵的主要原理是通過液滴的張力捕捉并黏住揚塵，借助重力的作用來抑制揚塵的技術原理。因此，必須選擇霧化效果良好的噴嘴，這樣霧化的顆粒極小，能夠在大范圍的噴霧覆蓋面積滿足大范圍的降塵要求。

噴嘴的噴灑方式主要有定向高壓、扇形、環向等。其中定向高壓主要設在出入口處以及圍欄處(城市風向);扇形、環向樣式主要布置在外架(水通過壓力泵輸送到噴頭)以及生活區。

不同點位噴頭的布置(密集程度)以及不同的噴灑方式產生的霧狀顆粒大小，對揚塵顆粒的控制程度也各有不同，同時揚塵的濃度對于噴頭的選擇也不同。因此應根據現場各點揚塵產生情況(顆粒大小、濃度高低、擴散方向等)合理選擇和布置噴頭，既能有效降塵，又能控制用水量。

六、結語

隨著綠色施工的發展，施工現場噴霧降塵系統將被廣泛應用到施工現場，針對主要污染區域進行噴霧降塵整體安排和部署作業。從現場調研情況來看，所有的施工現場都采用了噴霧降塵技術，有針對性地解決了現場重點揚塵位置揚塵問題，現場使用效果良好。同時也發現，施工現場的噴霧降塵系統基本都是全天候開啟，并沒有根據當天的室外空氣品質和逐時的PM2.5濃度進行智能化控制和運行，此外，對于非傳統水源的回收應用程度不高，造成了水資源的極大浪費。因此，積極探索智能化噴霧降塵系統技術，具有節約資源、降低成本以及保護環境的重要意義，市場推廣應用前景非常廣闊。