绿色施工喷雾降尘系统应用研究

□杨江帆 洪俊鹏 罗 琪 栾海莹 况俊豪 霍海娥

一、引言

绿色施工是指组织开展工程建设时，在确保施工质量、施工安全等的前提下，借助科学管理、技术进步等措施，最大限度减低对环境造成影响的施工活动，其重要举措是节能、节地、节水、节材和环境保护，简称四节一环保。在可持续发展理念的指引下，绿色施工具体表现为：合理利用资源与能源、保护环境与生态、维护施工人员的安全与健康、促进社会与经济发展等。

建筑施工整个过程中，不可避免会产生扬尘，这些扬尘是导致施工人员罹患职业病以及城市空气污染重要原因之一，因此，施工现场扬尘控制在绿色施工过程中尤为重要。开发绿色施工喷雾喷淋降尘系统，不仅可以广泛运用于施工现场全范围防尘降尘，保障建筑工人的健康，优化城市的大气环境，而且可以实现物质资源的高效回收利用，尤其是对水资源的重复利用。

二、绿色施工发展现状

在可持续发展理念的指引下，绿色施工(Green construction)是在建筑施工过程中的具体应用，其理论源于20世纪初，美国著名建筑师富勒(R.Buckminiser Fuller)提出“少费而多用”(Do more with less)的设计原则，即：充分、合理地设计利用有限的物质资源以及利用日益减少的资源(不可再生资源)满足人们不断增长的环境需要。

20世纪80年代，随着能源危机的爆发，发达国家的建筑施工企业逐渐实施绿色施工，并取得了较好的社会和环境效应；同时发达国家制定实施了一系列法律、法规、政策等，在一定程度上推动了绿色施工的顺利进行。在绿色施工研究领域方面，国外的理念与我国的“绿色施工”理念存在一定的差异性，并且，我国在绿色施工“四节一环保”方面的研究更为深入。

(一)可持续施工。可持续施工(Sustainable Construction)的基本思想是：在工程建设全过程中，采用具有可持续发展理念的施工技术对工程项目的建设、运行给予指导，最大限度地有效利用不可再生资源，同时减少污染物的排放，减少对环境的污染。

(二)信息化施工。信息化施工(Information Construction)作为信息化应用的一种延伸，依照动态参数实施定量、实时施工管理，在这一过程中，综合运用传感器、GPS系统、遥控装置等硬件设施和软件开展施工管理活动，同时对施工机械的种类、数量等进行实时调配、优选，在一定程度上以最少的机种和机台数量高效完成任务，实现高效、节能、环保的目标。

(三)精益建造。精益建造(Lean Construction)作为精益生产的延伸，更加侧重管理，主要表现为：通过改进与运用管理方法(计划与控制)，合理安排建设程序，最大限度节约资源。通过合理安排及优化建造过程，一方面可以节约建设材料、施工用水、电能以及燃油消耗，另一方面有效控制施工活动，降低对周围环境的干扰。

与发达国家相比，我国在绿色施工发展方面，相对较为滞后，但是随着我国经济迅速发展，以往高能源消耗发展模式为城市带来了严重的环境问题，与此同时，我国也面临着资源紧缺的严峻局面。因此，可持续发展已逐渐成为我国经济的可持续发展必然要求。

近年来，国家大力推行绿色施工，出台了相关的规章制度。但是由于我国绿色施工发展较晚，人们对绿色施工认识不深，从事绿色施工的专业人员极度缺乏等原因，造成了目前绿色施工成本普遍偏高的局面。因此，提高对绿色施工的认识，大力发展绿色施工技术，实现绿色施工产业化，从而有效解决建筑施工能源消耗问题。

三、研究的必要性

我国自改革开放以来，建筑业生产规模迅速增长，同时消耗了大量的物质资源,也产生了诸多环境污染。第一，大规模的建设活动对资源环境产生了巨大消耗。据国家统计局2018年最新统计数据显示，我国房屋竣工面积由1996年的586,311.20千平方米增长至2017年的2136,090.30千平方米;施工面积由1995年的1,204,536.30千平方米迅速增长至2017年的10,908,538.20千平方米。随着建设活动规模的不断加大，一方面导致大量自然资源被持续消耗，另一方面大量污染物被排放,资源环境承载压力不断增大。第二，施工活动产生了各种负面环境影响。资料显示PM2.5(即大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物)来源中，扬尘约占PM2.5来源的25%，其中建筑施工扬尘(约占城市扬尘贡献率32%)占主导地位，研究表明建筑施工扬尘已成为重要扬尘污染源之一，是目前国内外的研究热点问题[1]。

四、喷淋喷雾降尘技术应用现状分析

如今国内建筑市场大力推行绿色施工，将施工扬尘作为绿色施工重点防控对象。传统的洒水车喷洒降尘已然不能满足我国可持续发展的需求，施工现场喷淋喷雾降尘措施也发展到了一定的水平，相应的技术也由试用阶段进入到提升阶段。

(一)自动化喷淋、喷雾降尘系统。成都环球贸易广场项目案列中，采用基坑周边喷雾降尘系统与塔吊喷雾降尘系统相结合的降尘措施，利用电磁阀+时间控制器自动控制降尘系统,自动调整时间，例如环球项目工地设置为8次/d,每隔1h喷淋5min。并且动态布置工程活动，在基础施工阶段，在基坑四周布置喷雾降尘系统，利用环形排水沟间距灵活设置喷头。针对主体施工阶段，主要在塔吊边防护设置相应的除尘系统[2]。该项目基本上实现了工地全覆盖降尘，降尘效果显著，并且该降尘用水全部采用地下降水，节约了施工成本，保护了施工环境。但是该项目有9台塔式起吊机，均设置了塔吊喷雾降尘系统，造价昂贵，同时，该项目采用间隔时间控制降尘的方式，难以应付施工场地扬尘浓度的变化。

(二)塔吊喷淋、喷雾系统。淄博高新区世博医院项目中，将喷淋、喷雾系统设置在塔吊、钢板张网上，全覆盖施工现场的扬尘，同时项目配有扬尘监测系统，工作人员根据监测数据适时开启喷淋喷雾系统。塔吊喷淋、喷雾系统技术难点在于塔吊的旋转和振动，主要是对管路要求比较高，该项目结合自身的实际情况，采用耐高压的丝扣或法兰进行连接，借助柔性连接技术，有效避免了连接件的崩裂。同时水源采用消防水池收集的雨水，采用二次加压泵供水[3]。该项目所采用的降尘措施，对扬尘有较为明显的抑制作用，同时水雾细小，不影响工人正常施工。但该项目的喷雾喷淋系统需手动开启，不利于即时控制扬尘。

(三)水喷淋降尘全自动控制系统。由中国建筑一局(集团)有限公司承建的湖北省十堰市某项目中，采用塔式起重机自动喷淋、施工道路自动喷淋、外脚手架自动喷淋风动式喷雾机及洗轮机五部分组成的综合控制系统，实现了对场地的扬尘控制，同时该项目利用手机APP以GPRS无线远程控制以及扬尘监测装置自动感应控制的方式，实现了对综合喷淋降尘系统的控制[4]。该项目所采用的降尘系统复杂，可实现对建筑场地全覆盖降尘，降尘效果显著，同时该项目每天早中晚定时进行高空喷洒(“人工中雨”)，不仅有效抑制了扬尘的产生，而且有效地改善了施工现场高温工作环境。采用手机APP和扬尘监测装置自动感应相结合的控制技术，虽然较传统的自动喷淋系统有较大的改进，但是仍然需要人为地判断扬尘浓度，未能真正做到全智能化控制。

五、智能化喷雾降尘系统重难点分析

通过市场调研，发现目前的施工现场全部采用了喷雾降尘系统，对于施工现场的扬尘控制起到了积极作用。然而，大部分的喷雾降尘系统都由人工开启，并且是全天候工作，即使是雨天和空气品质优良的时间段也在随时运行。此外，调研发现施工现场对于地下水、雨水的回收利用程度并不高，整个施工现场的喷雾降尘系统没有采用智能化控制与运行，节能潜力巨大。

(一)扬尘控制点分析。据实地调研施工现场降尘措施实施情况可以看出，目前智能喷雾降尘系统需人工分段开启，现场人员根据扬尘在线监控系统，同时结合肉眼观测工地扬尘情况，对产生扬尘的区域定段定时开启喷雾，具有极大的主观性和随意性，未实现智能系统化，造成了极大的水资源浪费。因此，探索智能化喷雾降尘系统对于不可再生资源的有效利用以及改善城市空气质量有着积极的作用，首先需要解决的是施工现场重点扬尘控制点的确定，据实地现场观测分析，发现施工现场扬尘产生的位置具有阶段可控性，并且位置较为固定。为有效控制重点扬尘产生的位置，采用分阶段控制，不同施工阶段产生的扬尘类型也不尽相同，现将整个施工阶段划分为如下三个阶段：一是土石方阶段，厂区出入口处，土方开挖以和土方回填对土体扰动较大，此时形成的扬尘浓度比较高，应在场地出入口附近和基坑周边设置扬尘控制点。二是主体施工阶段，随着楼层升高，扬尘浓度略有降低，应当在厂区入口，木工加工棚，水泥堆放处，模板安装和拆卸处以及混凝土浇筑处布设扬尘控制点。三是室内施工及装修阶段，墙面工程、植筋打孔以及室内粉刷抹灰处扬尘危害程度最高，应当作为重点监测部位。根据施工现场实际情况按颗粒物质组成成分将扬尘分为矽尘(游离二氧化硅)、水泥扬尘、木扬尘和石膏扬尘四类。矽尘主要来源为现场裸露土壤、地面和建材上的附着尘;水泥扬尘的主要来源为水泥堆放处和搬运使用;木屑扬尘的主要来源为木工加工棚。石膏扬尘主要来源于室内粉刷。

(二)扬尘监测点分析。扬尘浓度在线监控仪器不仅能够实时反映施工现场的扬尘浓度，而且可以通过算法比较实现即时智能化控制喷雾降尘。扬尘浓度在线监控仪器放置点的确定对于有效抑制扬尘外扬和减少喷雾系统用水量的合理使用至关重要。扬尘浓度偏大或偏小的地方都不宜放置监控仪器，某点的扬尘浓度偏大并不能代表其他或者整体扬尘浓度都大，如果此时系统开启，虽能够有效控制该点的扬尘，但同时也造成了水资源的大量浪费，不符合绿色施工的理念；如果放在浓度偏小的地方，可能其他扬尘点产生了大量扬尘，不利于及时得到控制扬尘，易造成扬尘外扬。通过实地调研，发现大部分项目将监测仪放在靠近车辆出入口的位置，该点的位置位于工地扬尘浓度与城市扬尘浓度的分界处附近，如果监测仪器上的数值大于城市扬尘浓度时开启喷雾系统，既能有效控制扬尘外扬，也能合理利用喷雾系统用水量，节约水资源。

(三)自动喷淋喷头分析。喷雾降尘的主要原理是通过液滴的张力捕捉并黏住扬尘，借助重力的作用来抑制扬尘的技术原理。因此，必须选择雾化效果良好的喷嘴，这样雾化的颗粒极小，能够在大范围的喷雾覆盖面积满足大范围的降尘要求。

喷嘴的喷洒方式主要有定向高压、扇形、环向等。其中定向高压主要设在出入口处以及围栏处(城市风向);扇形、环向样式主要布置在外架(水通过压力泵输送到喷头)以及生活区。

不同点位喷头的布置(密集程度)以及不同的喷洒方式产生的雾状颗粒大小，对扬尘颗粒的控制程度也各有不同，同时扬尘的浓度对于喷头的选择也不同。因此应根据现场各点扬尘产生情况(颗粒大小、浓度高低、扩散方向等)合理选择和布置喷头，既能有效降尘，又能控制用水量。

六、结语

随着绿色施工的发展，施工现场喷雾降尘系统将被广泛应用到施工现场，针对主要污染区域进行喷雾降尘整体安排和部署作业。从现场调研情况来看，所有的施工现场都采用了喷雾降尘技术，有针对性地解决了现场重点扬尘位置扬尘问题，现场使用效果良好。同时也发现，施工现场的喷雾降尘系统基本都是全天候开启，并没有根据当天的室外空气品质和逐时的PM2.5浓度进行智能化控制和运行，此外，对于非传统水源的回收应用程度不高，造成了水资源的极大浪费。因此，积极探索智能化喷雾降尘系统技术，具有节约资源、降低成本以及保护环境的重要意义，市场推广应用前景非常广阔。