“雙碳”背景下建筑工程管理廢料處理技術

朱家寶 楊登超 張聰慧

山東科技大學 山東 泰安 271000

引言

住建部在2016年年底，頒布了《建筑垃圾資源化利用行業規范條件》，加強了對建筑廢料的處理以及可回收利用工作的監管[1]。2020年9月22日，中國在第75屆聯合國大會上提出2030實現“碳達峰”、2060年實現“碳中和”的目標[2]。據有關數據顯示，建筑行業在全球碳排放中具有重大貢獻，是碳排放的主力軍之一，因此，對建筑行業進行新技術全方位變革是必不可少的[3]。建筑廢料伴隨在建筑的全生命周期中，在碳排放以及生態環境方面擁有巨大的影響力，具有兩面性[4]。現有的建筑廢料處理技術，普遍存在著成本高、效率低、能耗高的缺點，使建設單位、施工單位不愿進行廢料處理或只進行簡單處理，造成廢料對環境的多次污染。

本文提出一種新型的建筑廢料處理技術，通過運用篩分、聚類的原理對廢料進行多次分批、分速處理，達到高效、低能耗目的。同時，結合現有的廢料處理裝置原理以及廢料的共性，合理設計、組合設備部件，達到整體最優的目的，實現廢料處理的高效化、低能耗化、成本最低化，助力建筑產行業綠色變革。

1 建筑廢料和建筑工程管理概述

建筑廢料屬于建筑垃圾的一種，主要包括混凝土塊、建筑廢渣、磚瓦、瀝青混凝土塊、棄土、棄料、淤泥和混凝土等，主要產生與人類的建筑相關活動，如建筑施工、維修、拆除和重建。除此之外，也會在自然災害的作用下產生[5]。

建筑工程管理是指對項目施工質量、施工標準、施工內容、施工流程等進行全方位、多角度的管理。建筑工程管理具備工程學和管理學的雙重特性，是未來建筑領域快速發展的基石。建筑工程管理需要開展的工作是以建筑工程施工現場為依托，這要求相關工作人員具備高水準的專業修養，例如：基礎管理能力、建筑識圖能力、對項目工程的驗收能力以及項目的預算執行能力等[6]。

2 建筑廢料處理存在的問題

2.1 建筑廢料處理意識薄弱

當前，無論是在建筑施工階段、拆除階段、重建階段的施工工人，還是在建筑運營階段的建筑使用者，都缺乏對建筑廢料的正確認識，缺乏科學的廢料處理意識。在平時的工程項目中，普遍存在建筑廢料亂堆、亂放、亂埋的現象，嚴重污染建筑周邊環境、破壞地層結構。在增加廢料處理成本的同時，造成了廢料的二次、三次污染[7]。

2.2 建筑廢料處理技術落后

目前，市面上現銷的建筑廢料處理裝置在使用的過程中，往往不區分廢料的大小、材質直接投入負責破碎的擠壓錕中，有些體積大的廢料容易在擠壓錕處停留，阻礙設備運轉。同時，由于廢料大小不一，在破碎的過程中會使擠壓錕出現大范圍的磨損，降低設備的有效使用壽命。簡言之，現有的建筑廢料處理技術普遍存在著工作效率低、設備磨損率大、能耗高的問題。

3 新型建筑廢料處理技術

3.1 技術簡介

本文中的新型建筑廢料處理技術——篩分聚類原理（Principle of Screening Clustering，POSC）。通過對廢料的大小以及形狀特點在入料通道進行初步篩分聚類——分速；在運料區，設計多層網狀篩分結構的勻料框對廢料進一步篩分聚類——分層，使廢料規格較小的聚集到勻料框的下層，使粒徑較大的繼續留在上層。經過上述兩次處理基本實現了廢料的分批與聚類，直接保證裝置在工作的過程中的流暢性，提高廢料處理效率。

3.1.1 理論設計。筆者通過整理相關文獻資料后，在理論設計階段考慮的問題主要有以下四條：①怎樣的結構設計能讓廢料在整個流程中不堆積，提高廢料破碎效率？②怎樣選擇設備部件，怎樣組合部件來達到低能耗、低負荷？③怎樣降低廢料對設備的磨損率，延長設備的有效壽命？④怎樣實現廢料低成本處理？什么是廢料處理成本？

本技術的實現方式是以建筑廢料處理裝置為載體。

裝置的主體為安裝臺，其余的各主要組件均是在安裝臺的上、下進行安裝設計。在安裝臺上部安裝移動腔與雙軸電機。在移動腔的內部設置有入料機構即勻料框，為使勻料框可以前后移動，在其兩側固定安裝表面附有彈簧的限位柱。在勻料框限位柱的兩側安裝表面附有凸輪的傳動軸，并將凸輪與限位槽的內表面光滑連接。在勻料框的內部滑動安裝有梯形按壓板，設計往復絲杠的底端貫穿梯形按壓板并延伸至梯形按壓板的外部，使往復絲杠的外表面與梯形按壓板的內表面螺紋連接。在雙軸電機的兩端設置固定主動軸，傳動軸的外表面通過傳動輪傳動安裝有傳動帶，主動軸的外表面通過傳動輪與傳動帶的內表面傳動連接。

3.1.2 結構設計。本產品結構的具體組成結構為：①安裝臺；②擠壓輥；③移動腔；④下料口；⑤勻料框；⑥出料口；⑦限位柱；⑧彈簧；⑨雙軸電機；⑩主動軸；?安裝板；?往復絲杠；?傳動錐齒輪；?主動錐齒輪；?傳動軸；?凸輪；?限位槽；?梯形按壓板；?傳動帶；?保護軟套。

筆者通過查閱文獻以及對現有的建筑廢料處理裝置存在的問題進行分析，科學地設計出一種新型的建筑廢料處理裝置。該裝置就技術使用類型來說屬于建筑施工設備技術領域，其主要的工作部件包括安裝臺、入料機構、勻料框、梯形按壓板、雙軸電機以及出/入料口。根據裝置廢料處理流程，可將裝置構件分為四個工作區投料區、運料區、處理區、出料區。其中，在投料區本團隊根據重力及斜面坡度相關知識，設計表面粗糙的倒梯形的入料通道，使廢料在進入裝置前可以減少下墜速度，對于不同材料的廢料進行分速入口處理。在運料區，采用雙軸電機帶動主錐齒輪進而間接帶動勻料框勻速移向擠壓錕，在勻料框的設計上，采用基于Pro/E多級振動篩，可根據廢料的大小進行分層，以便于在擠壓錕處高效破碎。在破碎區，位于勻料框上的梯形按壓板，會在主動齒輪以及往復絲杠的帶動下，進行上下震動，給廢料施加一個向擠壓錕方向的擠壓力，加快擠壓錕破碎效率。最后，經擠壓錕處理后的廢料，會直接進入出料口，完成廢料的處理。

3.2 設備功能分區

3.2.1 投料區。主要構件為入料通道，主要解決現有裝置直接將廢料投入設備內，不考慮廢料的大小、形狀、材質，忽視廢料對裝置部件損害的問題。筆者團隊通過查閱相關資料與已具備的相關知識，合理運用摩擦阻力學原理設計通道結構[8]，具體設計為表面為小階梯狀的倒梯形合金板，通道為幾何四棱臺，4個倒梯形合金板的連接處采用倒角式的光滑連接，防止廢料滯留。該倒梯形結構的入料通道可降低廢料入機的速度，同時根據廢料的形狀以及材質進行初步篩分。

3.2.2 運料區。勻料區的主要構件為雙軸電機、傳動帶、傳動軸、移動腔以及勻料框。在設備運轉過程中，雙軸電機會帶動傳動帶然后間接帶動移動腔，而勻料框位于移動腔內部，會隨著移動腔的移動通過彈簧以及限位柱而前后移動，將框內的廢料不斷移向擠壓錕。在勻料框在前后移動時，由于齒輪之間的相互嚙合，會使勻料框有小幅度的微震，且由于勻料框所采用的結構是基于Pro/E多級振動篩結構[9]，可根據廢料的形狀、大小在此進行篩分，將體積小的廢料過濾到下層，較大的置于上層，達到對廢料的合理分批，有利于擠壓錕在破碎時的施力部位在同一水平線上，減小對破碎部件的損害、提高破碎效率。

3.2.3 破碎區。破碎區的主要構件為主動錐齒輪、傳動錐齒輪、往復絲杠、梯形按壓板。在部件組合設計方面，本團隊考慮到節能設計將主動錐齒輪、傳動錐齒輪與主動軸上的凸輪相嚙合，使設備運轉時可以讓主動錐齒輪與傳動軸齒輪相互帶動，進而共同帶動往復絲杠，達到減少能耗目的。往復絲杠會帶動位于勻料框中的梯形按壓板上下移動，當勻料框里的廢料到達擠壓錕附近時，梯形按壓板便擠壓廢料進入擠壓錕，在廢料規格相似的基礎上進一步加快廢料破碎效率。

3.2.4 出料區。出料區設計較為簡單。出料口設置在擠壓錕的正下方，使經擠壓錕破碎后的廢料在最短的時間里從設備流出，保證裝置工作的流暢性。

3.3 技術原理及先進性

3.3.1 技術實現原理。首先，啟動雙軸電機，使雙軸電機帶動兩個主動軸同時轉動，主動軸在轉動的過程中，會同時帶動主動錐齒輪和傳動帶。其次，傳動帶會帶動傳動軸和其上的凸輪轉動，凸輪在轉動的過程與限位槽不斷的接觸，并在限位柱和彈簧的配合下，使勻料框在移動腔內部不斷的前后移動，將倒入勻料框內部的建筑廢料不斷的帶向出料口。最后，主動錐齒輪會帶動傳動錐齒輪轉動及主動錐齒輪轉動，從而使往復絲杠轉動，來帶動梯形按壓板在勻料框內部不斷的上下移動，將廢料向著下料口處的擠壓輥處推動，使擠壓輥將廢料進行不斷的破碎操作。

3.3.2 先進性。本文所闡述的新型建筑廢料處理技術相較于已有的建筑廢料處理技術或裝置具有極大的節能減排潛力和廣闊的市場前景。具體技術先進性如下所述。

（1）適用于各種尺寸廢料的處理。

（2）廢料對設備的磨損率小。

（3）內部部件均采取最優組合，降低裝置能耗與負荷，提高設備有效使用壽命。

（4）對廢料進行兩次篩分處理，解決廢料堵塞問題，大大提高工作效率。

（5）梯形按壓板擠壓廢料進入擠壓錕，提高破碎速率。

4 結束語

本文主要針對現有建筑廢料處理技術在對建筑施工、維修、拆除和重建階段產生的建筑廢料處理中，存在工作效率低、設備磨損率大、能耗高的問題，提出將篩分、聚類原理靈活運用到設備的結構設計與組合中，借助新型建筑廢料處理裝置來解決。運用該技術的設備可以在投料區和運料區對廢料進行減速、篩分、聚類處理，達到提高工作效率、減少設備磨損的目的。同時，本文所述的新型建筑廢料處理裝置以雙軸電機為驅動，減少內部電機布置、降低能耗，實現了建筑廢料的低碳化處理。有效推動建筑行業的低碳發展，響應國家“碳達峰、碳中和”號召。