一种城市建筑拆除除尘装置的设计

王树泽　汤丛文　高梓航

摘 要：针对城市建设进程中，废、旧建筑拆除时产生大量粉尘，危害居民身体健康、影响市容市貌的问题，解决现有除尘装置针对性不强、自动化程度低、浪费水资源等缺陷，集合机构学和电子控制系统，设计一套利用水幕隔尘、水雾降尘的节水型自动化除尘装置。

关键词：建筑拆除；除尘装置；无线传输；高效节水；自动控制；传感器

中图分类号：TU746.5 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）10-0063-02

1 背景及研究意义

随着城市建设的发展，废、旧建筑拆除日渐普遍，而粉尘的危害已越来越被全社会所关注。城市建筑物拆除产生的粉尘速度快、突发性强、颗粒细小、在室外条件下悬浮的时间长、污染范围大且难于控制。粒度非常细微的拆除粉尘表面会吸附多种有机物和无机物（尤其是重金属），并发生一系列化学反应，有可能改变物质的化学形态和生物毒性。这些粉尘可进入人体呼吸道，引起不同程度的危害。另外， 拆除粉尘还对环境有较大的影响：一是在电网密集处和精密仪器设备存放处可能引起电路的短接，影响电力的供应、设备的正常工作；二是与空气作用形成气溶胶并在空中长时间的漂浮，影响采光和降水的清洁度；三是沉降在各类建筑物、物体表面影响其清洁和美观。

我国现行《GBZ 1-2010工业企业设计卫生标准》、《工业“三废”排放试行标准》以及《大气环境质量标准》等标准对大气的环境粉尘浓度都作了具体的限制，而拆除施工现场空气中粉尘浓度往往远超这些标准。2014年初国家住房和城乡建设部颁布了《GB/T 50905-2014建筑工程绿色施工规范》，此标准明确要求拆除工程应对拆除产生的粉尘进行收集、沉降等处理。粉尘具有良好的吸湿性，因此利用水雾能大幅度的提高粉尘的吸收率。研究粉尘特征与降尘技术、解决城市拆除粉尘问题，对保护人民的身体健康和环境，有着深远的价值和现实意义。

利用理论分析和试验相结合的方法，通过对粉尘、水雾形成特点及拆除粉尘与水幕相互作用的研究，得到建筑物拆除时粉尘的运动规律。分析水幕形成的合理方式，以及水量和隔尘、除尘效果的关系，设计一套利用水幕隔尘、水雾降尘的节水式自动化机械装置。

2 项目研究的实施方案

本装置是通过如下技术方案来实现的：

本装置处理城市拆除产生的粉尘的主要方式为水幕封锁加喷雾沉降。建筑爆破拆除前在旧建筑物外侧的减振沟外围搭建包围式的快速拆装支架，支架一侧安放彩钢围挡，喷头分布安装在支架上，利用喷头产生的水幕、水雾包围倒塌的建筑。装置的一个最小单元和喷头主体部分如图1所示。

快速拆装支架采用目前建筑施工中较为常用的圆盘脚手架。该种脚手架具有结构简单、承载能力大、成本低等特点，满足本装置使用要求，且由于是租赁使用，单次成本可降到更低。彩钢围栏利用螺丝固定，亦可多次租赁使用。

本装置主要采用两种喷头，分别是广式鸭嘴喷头和实心锥雾化喷头。广式鸭嘴喷头由于其扇形的出射结构，可产生大面积水幕，有效封锁粉尘。借鉴洒水车鸭嘴喷头的设计，其扇形张角为95°。可根据现场使用情况安装不同型号的鸭嘴喷头，在不影响封锁效果的情况下，减小水幕重叠面积，节约水资源。

实心锥雾化喷头能产生实心锥形喷雾，喷流角度为45°到120°。其结构紧凑，雾化效果均匀，喷雾液滴大小为中等到偏大。旧建筑倒塌产生的粉尘在经过广式鸭嘴喷头产生的水幕封锁后，速度较小，多悬浮于空气中。利用实心锥雾化喷头产生的均匀喷雾即可使其沉降。其实际喷雾效果为喷雾区域成圆形，液滴分布均匀。

为了实现喷头倾角的可调节，以使得该装置可适用于不同类型、尺寸的旧建筑拆除工作，设计喷头倾角调节机构。其调节原理为，以步进电机为动力源，通过轮系，带动水管转动。水管喷头座相连，该喷头座中空的球形结构使得水管延其轴向转动时，流量大小不改变。

本装置的最小单元（图1）的除尘原理如图2所示。将两个鸭嘴喷头成固定角度配合使用，其产生的双层水幕可将大部分粉尘封锁在区域1，粉尘将在水幕的冲击下沉降到地面。部分粉尘由于速度较快，因此可突破双层水幕的封锁。由于粉尘产生后以水平运动为主，因此其主要从水平方向突破双层水幕的封锁，进入区域2。这部分粉尘在穿过水幕时将消耗大量动能，且在彩钢围挡的作用下，将向上运动。此时利用实心锥雾化喷头产生大量均匀细小的液滴，液滴可吸附、聚集粉尘成为大颗粒，从而实现粉尘的沉降。

在定向拆除施工前会在倾倒范围内采取减振措施，即开挖减振沟以减小楼房倒塌产生的触地冲量，同时也使楼房倒塌后的建筑废料高度相对较低。将本实用新型装置安装在减振沟的外侧，可保障装置不被拆除倒塌物毁坏。本实用新型装置安装使用时，将装置最小单元（图1）环绕待拆除建筑，单元与单元之间用快速拆装的脚手架连接，利用水幕、彩钢挡板、水雾的共同作用，有效封锁、阻挡、沉降拆除产生的粉尘。

为将本装置的除尘作用最大化，设计如图3所示的基于2G无线通讯控制系统。该系统主要完成三个部分的工作：图像识别、上位机与下位机的双向通讯拆除工作开始后，在建筑物定向倒塌的过程中，摄像头快速连续拍照，并传送至上位机进行图像分析。图像处理的目的是通过对当前产生粉尘的蔓延状况、蔓延趋势进行分析，然后将控制信号通过无线通信模块传送给下位机（单片机）。由于工作现场需要控制的執行机构较多，为保证控制效果，采取多单片机“分包”的并行工作方式。即一个单片机负责若干个喷头倾角、喷嘴压力的信号采集和对喷头倾角、水泵压力的调节。

3 项目的可行性分析

本装置采用常见的工程材料，制作成本较低；所设计的安装方案，搭建快捷简便，施工难度小；采用机械化、自动化设计明显节省人力成本，同时还显著提高了工作环境的安全性。使用本装置可以快速有效地将烟尘控制在建筑拆除现场的区域内，有效减少城市拆除烟尘扩散影响环境，净化城区空气质量，降低粉尘对周围居民生产生活的影响，符合当前提倡的“绿色施工”的理念。