施工現(xiàn)場揚(yáng)塵噪聲污染的智能化監(jiān)測研究

孫雨欣，段媛媛，王文婷，浦真煜，周燕，伍彩云

（宿遷學(xué)院，江蘇 宿遷 223800）

隨著技術(shù)進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展，居住環(huán)境不斷改善的同時(shí)，建筑業(yè)在發(fā)展過程中環(huán)境污染的問題也日益突出，人們的身體健康和生活質(zhì)量都受到極大影響。建筑業(yè)作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，人員、材料、施工機(jī)械等要素流動(dòng)密集，在建筑施工過程中產(chǎn)生大量污染，包括噪聲、揚(yáng)塵、水、固體垃圾等。其中，對(duì)施工現(xiàn)場人員和周邊社區(qū)居民影響較大的揚(yáng)塵和噪聲污染尤其突出，對(duì)建筑施工現(xiàn)場的揚(yáng)塵濃度和噪音分貝進(jìn)行全面監(jiān)測意義重大。

1 施工現(xiàn)場揚(yáng)塵噪聲的產(chǎn)生及危害

建筑工程揚(yáng)塵主要是建筑施工單位在進(jìn)行房屋建筑、市政工程或在國有土地的拆遷工地上從事新建、改建或者擴(kuò)建過程中所產(chǎn)生的揚(yáng)塵。建筑施工噪聲則是指在建設(shè)公用設(shè)施如地下鐵道、高速公路、橋梁，敷設(shè)地下管道和電纜等，以及從事工業(yè)與民用建筑的施工現(xiàn)場，都大量使用各種不同性能的動(dòng)力機(jī)械產(chǎn)生嚴(yán)重的噪聲污染。

在建筑工地施工的過程中，揚(yáng)塵的主要來源有材料運(yùn)輸和堆放、車輛運(yùn)輸、土方開挖、管理不規(guī)范等。例如，車輛運(yùn)輸中車身攜帶大量灰塵和浮土，在過往車輛和風(fēng)力作用下，漂浮在空中，產(chǎn)生二次污染；土方開挖和回填的過程中土、石等材料的堆放，未采取合理的處理方法等。施工噪聲的產(chǎn)生主要源于施工機(jī)械設(shè)備，如土石方開挖、打樁、結(jié)構(gòu)施工、裝修等過程中設(shè)備的運(yùn)行都會(huì)產(chǎn)生大量噪聲，給現(xiàn)場施工人員和附近居民的生活和身心健康都造成很大干擾。

1.1 揚(yáng)塵污染對(duì)人體健康的危害

大大增加了人們患呼吸道疾病和患癌的概率，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致肺衰竭而死，也會(huì)導(dǎo)致萎縮性鼻炎、咽炎、支氣管炎，甚至加快了病毒和細(xì)菌的傳播，引發(fā)流行性疾病，嚴(yán)重影響人們身體健康。

1.2 揚(yáng)塵污染對(duì)環(huán)境的危害

遮擋陽光，降低空氣能見度，易引發(fā)交通事故。PM2.5指數(shù)增加，空氣質(zhì)量下降，低于國家標(biāo)準(zhǔn)，還會(huì)影響太陽和紫外線的輻射，導(dǎo)致“溫室效應(yīng)”愈發(fā)嚴(yán)重。揚(yáng)塵中的顆粒物若為酸性，極易形成酸雨。

1.3 揚(yáng)塵污染對(duì)建筑物的危害

加快建筑物表面風(fēng)化剝落的速度，降低耐久性和美觀，且容易使裸露在外的機(jī)械設(shè)備老化損壞。有時(shí)需要對(duì)建筑清灰，增加了人工成本。

1.4 噪聲污染對(duì)人身心健康的危害

干擾人的生活與工作，影響人的情緒與心理狀態(tài)，嚴(yán)重的會(huì)造成聽力損失引發(fā)許多疾病，長期暴露在分貝較高的噪聲環(huán)境中最終可能導(dǎo)致無法治愈的耳聾。

2 施工現(xiàn)場揚(yáng)塵噪聲防控存在的問題

2.1 現(xiàn)有監(jiān)測方式效率有待提高

通過調(diào)研，團(tuán)隊(duì)成員發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段工地環(huán)境監(jiān)測裝置通常固定在施工現(xiàn)場某一處，如圖1所示。這種監(jiān)測形式無法對(duì)現(xiàn)場噪聲、揚(yáng)塵等污染情況進(jìn)行全方位環(huán)境檢測。另一種常見的措施是將監(jiān)測設(shè)備放置在施工場內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)移動(dòng)，這難免有時(shí)會(huì)影響到正常施工的進(jìn)度，監(jiān)測不及時(shí)，整體上監(jiān)測效率也不高。

圖1 某工地固定式監(jiān)測裝置

2.2 監(jiān)管成本較高

我國對(duì)于建筑施工單位的監(jiān)管仍有待加強(qiáng)，監(jiān)管部門往往需要安排相關(guān)人員親自前往施工現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)管，存在監(jiān)管不到位、監(jiān)管成本大、監(jiān)管效率低等問題。因此，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過改進(jìn)傳感器監(jiān)測設(shè)備，結(jié)合通信網(wǎng)絡(luò)和智能平臺(tái)的搭建，不僅可以實(shí)時(shí)監(jiān)測施工現(xiàn)場的揚(yáng)塵濃度和噪音分貝，而且實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)管、監(jiān)管流程信息化，有效地節(jié)省監(jiān)管成本。

2.3 減塵降噪管理智能化有待提升

目前智慧工地建造技術(shù)的介入大大節(jié)省了揚(yáng)塵噪聲管理的人力成本和時(shí)間成本，但很多環(huán)節(jié)仍處于人為控制模式，如人工操作灑水噴淋的強(qiáng)度和時(shí)間具有一定的主觀性，無法實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場，提高資源利用效率和減塵降噪的效果。

3 構(gòu)建智能化的揚(yáng)塵噪聲監(jiān)測系統(tǒng)

揚(yáng)塵噪聲污染智能化監(jiān)測系統(tǒng)主要包括監(jiān)測設(shè)備層、數(shù)據(jù)處理傳輸層和云服務(wù)平臺(tái)（圖2）。利用粉塵傳感器、噪音傳感器，結(jié)合溫度、濕度和風(fēng)力等環(huán)境傳感器收集現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)處理后通過通信網(wǎng)絡(luò)傳至云服務(wù)平臺(tái)，并在現(xiàn)場LED屏上顯示，在云平臺(tái)上可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、提取和分析。

圖2 揚(yáng)塵噪聲監(jiān)測系統(tǒng)

3.1 監(jiān)測設(shè)備層

不同于目前現(xiàn)場常用的施工圍擋，在圍擋頂部設(shè)置凹槽安裝滑軌，將噪聲、風(fēng)速、溫度、濕度等傳感器及高清攝像頭安裝在一個(gè)箱體上，箱體內(nèi)安裝電機(jī)和蓄電池，通過傳動(dòng)軸連接滑輪，帶動(dòng)該設(shè)備在施工現(xiàn)場圍擋上自動(dòng)移動(dòng)，從而進(jìn)行全方位環(huán)境監(jiān)測，如圖3所示。工地施工噪音過大時(shí)，噪聲傳感器將信息反饋到微控制器，引發(fā)報(bào)警器發(fā)出警報(bào)，提醒正在作業(yè)的相關(guān)人員，通過調(diào)整施工密度或施工時(shí)間，降低對(duì)周邊居民的干擾。當(dāng)現(xiàn)場揚(yáng)塵濃度過大時(shí)，粉塵傳感器將信息反饋到微控制器，進(jìn)一步開啟水泵，通過噴頭噴灑水霧，減小揚(yáng)塵對(duì)周邊居民和路過行人的影響。工地內(nèi)部施工區(qū)域等圍擋噴淋無法覆蓋的地方，可通過設(shè)備連接塔吊噴淋系統(tǒng)，通過塔吊吊臂旋轉(zhuǎn)在工地大范圍進(jìn)行降塵，結(jié)合小區(qū)域采用霧炮機(jī)來進(jìn)行噴霧降塵的方式起到減塵效果。所采集的現(xiàn)場環(huán)境信息及視頻在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行處理后可以實(shí)現(xiàn)傳輸。

圖3 監(jiān)測設(shè)備示意圖

3.2 數(shù)據(jù)處理與傳輸層

各項(xiàng)數(shù)據(jù)通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳輸至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，采用以便攜式工控機(jī)為主要構(gòu)件的數(shù)據(jù)處理層，進(jìn)行初步的統(tǒng)計(jì)分析處理，并可以按照后臺(tái)發(fā)布的指令完成數(shù)據(jù)發(fā)送、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測等功能。

3.3 云服務(wù)平臺(tái)

搭建工地環(huán)境在線監(jiān)測云服務(wù)平臺(tái)。施工現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)收集處理后上傳至利用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)構(gòu)建的信息集成云服務(wù)平臺(tái)，平臺(tái)覆蓋政府、企業(yè)、項(xiàng)目部三級(jí)（圖4），從而實(shí)現(xiàn)資源共享，實(shí)時(shí)監(jiān)控，各部門實(shí)時(shí)獲取施工現(xiàn)場的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)。按照權(quán)限設(shè)置，分級(jí)管理的原則，市行政主管部門、建設(shè)工程安全監(jiān)督站、企業(yè)（施工、監(jiān)理）單位等共享資源，可以查看自己權(quán)限范圍內(nèi)的信息。同時(shí)，云服務(wù)平臺(tái)可以設(shè)定揚(yáng)塵、噪聲等環(huán)境因素的閾值，當(dāng)對(duì)應(yīng)的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)超過設(shè)定值時(shí)可發(fā)出預(yù)警信息，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)與預(yù)警信息通過移動(dòng)端短信、APP等渠道發(fā)送提醒信息給現(xiàn)場和管理部門相應(yīng)人員。

圖4 云服務(wù)平臺(tái)三級(jí)聯(lián)動(dòng)

4 結(jié)語

本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場的揚(yáng)塵、噪聲全時(shí)段、全區(qū)域的自主移動(dòng)式監(jiān)測，能夠?qū)崿F(xiàn)貫穿施工的全過程監(jiān)測，在不影響施工進(jìn)度的前提下實(shí)現(xiàn)揚(yáng)塵、噪聲的實(shí)時(shí)監(jiān)測，不僅為監(jiān)管部門、施工單位和現(xiàn)場管理人員提供現(xiàn)場環(huán)境的全面信息，為其決策提供有力支持，也有利于從污染源源頭減少揚(yáng)塵和噪聲污染，提高揚(yáng)塵和噪聲污染治理的效果。對(duì)施工企業(yè)來說，雖造成企業(yè)成本短期的負(fù)擔(dān)，需購置相應(yīng)圍擋和監(jiān)測設(shè)備配合安裝，但從環(huán)保投入的成本和社會(huì)效益分析來看，提升了企業(yè)的智能化監(jiān)測水平和環(huán)境保護(hù)效果，兼顧企業(yè)效益和社會(huì)效益，實(shí)現(xiàn)綠色施工的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。