揚(yáng)塵在線監(jiān)測(cè)成套技術(shù)在建筑施工揚(yáng)塵監(jiān)管中的應(yīng)用研究*

鄒 奎 （福建省建筑科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，福建省綠色建筑技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350028）

近年來我國(guó)城市霾污染天氣頻發(fā)，揚(yáng)塵污染逐漸成為城市空氣最為突出的問題之一[1-2]。相關(guān)研究表明，揚(yáng)塵源是我國(guó)城市空氣顆粒物污染的主要來源，對(duì)城市環(huán)境PM10的總貢獻(xiàn)可達(dá)25.1%～32.0%[3]。通過對(duì)我國(guó)多個(gè)城市環(huán)境空氣顆粒物來源解析發(fā)現(xiàn)，建筑施工揚(yáng)塵是城市揚(yáng)塵顆粒物污染的重要來源之一[4]。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)及城市化水平的提高，建筑施工工地不斷增多，建筑施工揚(yáng)塵污染問題也越來越嚴(yán)重[5]。

本文基于福建省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2018Y0020）“基于物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的城市建設(shè)施工揚(yáng)塵與噪聲在線監(jiān)測(cè)成套技術(shù)研究”背景，在漳州市開展建筑施工揚(yáng)塵在線監(jiān)測(cè)。該項(xiàng)目于2019年2月在漳州全市、區(qū)（縣）啟動(dòng)揚(yáng)塵在線監(jiān)測(cè)試點(diǎn)建設(shè)工作，在典型施工工地開展揚(yáng)塵在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)及運(yùn)行，對(duì)施工工地?fù)P塵排放情況進(jìn)行全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)，依據(jù)福建省工程建設(shè)地方標(biāo)準(zhǔn)《福建省建設(shè)工程施工現(xiàn)場(chǎng)揚(yáng)塵污染防治與監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》DBJ/T13-275-2017（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》）進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)，采用可吸入顆粒物（PM10）作為監(jiān)測(cè)指標(biāo)來表征建筑施工揚(yáng)塵污染狀況。通過統(tǒng)計(jì)大量在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)漳州市施工工地?fù)P塵排放特征進(jìn)行了較為系統(tǒng)的分析，在建筑施工揚(yáng)塵防治措施相對(duì)統(tǒng)一的基礎(chǔ)前提下，研究“每日不同時(shí)間段”“不同施工階段”“季節(jié)”“噴淋”[6-7]這些因素對(duì)建筑施工揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響。

1 監(jiān)測(cè)方案

1.1 監(jiān)測(cè)指標(biāo)、方法與儀器

1.1.1 監(jiān)測(cè)指標(biāo)

揚(yáng)塵在線監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)參數(shù)通常包括TSP、PM2.5、PM10、溫濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓等。本文依據(jù)《規(guī)程》選取PM10作為揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)指標(biāo)。

1.1.2 監(jiān)測(cè)方法

揚(yáng)塵在線監(jiān)測(cè)方法包括重量法、光散射法、β射線法、振蕩天平法等。本文依據(jù)《規(guī)程》選取光散射法作為監(jiān)測(cè)方法。光散射法可實(shí)現(xiàn)全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)，且分辨率及精密度較高，是目前我國(guó)揚(yáng)塵污染監(jiān)管的常用監(jiān)測(cè)手段之一。

1.1.3 監(jiān)測(cè)儀器

本文所選揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)設(shè)備均符合《規(guī)程》相關(guān)技術(shù)要求。儀器量程為10μg/m3～30000μg/m3，分辨率為0.1μg/m3，準(zhǔn)確度滿足±10%讀數(shù)要求。

1.2 監(jiān)測(cè)儀器點(diǎn)位布設(shè)

揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)點(diǎn)位依據(jù)《規(guī)程》要求進(jìn)行布設(shè)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)優(yōu)先布設(shè)于車輛出入口處。其次，布設(shè)在工地施工場(chǎng)界圍擋內(nèi)側(cè)的易產(chǎn)塵處。當(dāng)存在多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，除在車輛出入口及場(chǎng)界圍擋內(nèi)易產(chǎn)塵處布設(shè)，其余的監(jiān)測(cè)點(diǎn)沿圍擋內(nèi)側(cè)均勻布設(shè)。當(dāng)被監(jiān)測(cè)工地與其他建筑工地相鄰時(shí)，應(yīng)避免在相鄰邊界處設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。在監(jiān)測(cè)點(diǎn)周圍，盡量避免有非施工作業(yè)的高大建筑物、樹木或其他障礙物阻礙環(huán)境空氣的流通。圖1為施工工地?fù)P塵監(jiān)測(cè)點(diǎn)位現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)照片。

1.3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、統(tǒng)計(jì)及評(píng)價(jià)

本文選取的漳州市12 個(gè)建筑工地的揚(yáng)塵在線監(jiān)測(cè)設(shè)備均通過4G物聯(lián)網(wǎng)傳輸至第三方管理平臺(tái)，通過平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工地?fù)P塵、溫濕度等數(shù)據(jù)的采集，同時(shí)還可通過平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)及評(píng)價(jià)?！捌脚_(tái)”對(duì)每個(gè)工地進(jìn)行一戶一檔管理，對(duì)每個(gè)工地?fù)P塵監(jiān)測(cè)設(shè)備的分鐘值實(shí)時(shí)采集。

此外，本文在篩選數(shù)據(jù)源時(shí)，對(duì)工地?fù)P塵在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的在線率及數(shù)據(jù)有效性做了以下要求：①數(shù)據(jù)有效率應(yīng)大于75%；②每小時(shí)至少有45min的采樣時(shí)間；③每日至少有18h的平均質(zhì)量濃度值上傳；④每月至少有25d平均質(zhì)量濃度值上傳，其中二月份至少有23d平均濃度濃度值；⑤對(duì)于施工周期大于一年的，每年至少有300d平均質(zhì)量濃度值上傳。

圖1 施工工地?fù)P塵監(jiān)測(cè)點(diǎn)位現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)

2 結(jié)果與討論

2.1 建筑施工揚(yáng)塵污染排放特征分析

2.1.1 建筑施工每日不同時(shí)間段揚(yáng)塵污染排放特征分析

選取土方階段、主體結(jié)構(gòu)階段、裝飾裝修階段的施工工地各4個(gè)，以2020年12月為例，對(duì)每日各時(shí)間段的PM10濃度均值進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖2所示。

圖2 施工工地每日不同時(shí)間段的PM10濃度

將每日24h 分為3 個(gè)時(shí)間段，分別為0:00～7:59、8:00～17:59、18:00～23:59。從圖中可以看出，PM10濃度值在18:00之后濃度明顯上升，在20:00出現(xiàn)最高值，為120.3μg/m3；而每日2:00～7:00工地的PM10濃度值普遍較低，在6:00 出現(xiàn)最低值，為38.5μg/m3。經(jīng)調(diào)取監(jiān)控視頻查驗(yàn)有5個(gè)工地的渣土運(yùn)輸在該時(shí)間段比較普遍；而0:00～7:59 時(shí)間段基本無工地施工，且該時(shí)段內(nèi)空氣濕度較大。從圖中還可以看出，排除18:00～22:00渣土運(yùn)輸作業(yè)時(shí)間段干擾，PM10濃度值與空氣濕度值基本呈逆相關(guān)性。

2.1.2 不同施工階段對(duì)建筑施工揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響

土方階段、主體結(jié)構(gòu)階段、裝飾裝修階段是建筑工程施工中的3 個(gè)主要施工階段，每個(gè)階段的施工活動(dòng)及場(chǎng)地條件有明顯差別，不同施工階段的揚(yáng)塵排放量和排放強(qiáng)度也不同。通過統(tǒng)計(jì)揚(yáng)塵在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)建筑工地不同施工階段的PM10平均排放濃度進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖3所示。

圖3 施工工地不同施工階段的PM10濃度

從圖3可以看出，土方階段的PM10濃度均值最大，這是由于土方工程主要涉及土方挖掘、運(yùn)輸及回填等工序，且有大量砂土直接暴露，基坑內(nèi)路面未硬化，在工程項(xiàng)目的主要施工階段中，土方工程的揚(yáng)塵污染最為顯著。主體結(jié)構(gòu)階段PM10濃度均值最小，主體工程基本使用預(yù)制混凝土，且場(chǎng)地已基本硬化，因此揚(yáng)塵污染相對(duì)較小。裝飾裝修階段的揚(yáng)塵污染主要來自抹灰、切割、拆卸等局部施工，且主要在室內(nèi)作業(yè)，因此揚(yáng)塵污染介于土方階段和主體結(jié)構(gòu)階段之間。

2.1.2 季節(jié)對(duì)建筑施工揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響

不同施工階段在不同季節(jié)的PM10平均排放濃度如圖4 所示，可以看出，3個(gè)不同施工階段在不同季節(jié)的排放規(guī)律具有明顯的一致性，都是冬季PM10濃度最高，其次是春季和秋季略高，夏季最低。3個(gè)施工階段的冬季PM10濃度分別是春夏秋季平均值的1.31、1.49和1.33倍。這是因?yàn)槎敬髿鈮簭?qiáng)較低，空氣對(duì)流較弱，PM10大氣背景值較高，且冬季空氣較為干燥，更容易產(chǎn)生揚(yáng)塵；而夏季雨水相對(duì)較多，空氣對(duì)流較強(qiáng)，PM10大氣背景值普遍較低，因此工地夏季PM10濃度均值最低。

圖4 施工工地不同施工階段不同季節(jié)的PM10濃度

2.1.4 噴淋時(shí)間及頻率對(duì)建筑施工揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響

選取土方階段、主體結(jié)構(gòu)階段、裝飾裝修階段的施工工地各4個(gè)，采取以下3種噴淋方式：施工時(shí)間段全時(shí)段噴淋，為噴淋方式1；施工時(shí)間段每間隔1h噴淋一次，每次噴淋15min，為噴淋方式2；每日上午10:00噴1次，下午15:00噴1次，每次噴淋30min，為噴淋方式3。對(duì)該三種噴淋方式的工地PM10濃度均值進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖5所示。

圖5 施工工地不同噴淋時(shí)間及頻率時(shí)的PM10濃度

從圖5 可以看出，采取噴淋方式1 時(shí)，施工工地PM10濃度均值相比另兩種方式明顯更低，尤其是土方階段較為明顯，但主體結(jié)構(gòu)階段采取的三種不同噴淋方式對(duì)PM10濃度均值并無明顯變化。這是因?yàn)橥练诫A段施工揚(yáng)塵較大，采取持續(xù)噴淋方式能使PM10濃度值有效降低，而主體結(jié)構(gòu)階段工地自身產(chǎn)生的揚(yáng)塵較少，且場(chǎng)地也基本硬化。因此，施工工地噴淋應(yīng)結(jié)合工地不同施工階段以及區(qū)域產(chǎn)塵特點(diǎn)選擇不同的噴淋方式。

2.2 揚(yáng)塵在線監(jiān)測(cè)掉線及數(shù)值預(yù)警應(yīng)用

為更好地發(fā)揮揚(yáng)塵在線監(jiān)測(cè)在建筑施工揚(yáng)塵污染監(jiān)管中的應(yīng)用，對(duì)“揚(yáng)塵在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)”及終端設(shè)備設(shè)置掉線及數(shù)值預(yù)警提醒。當(dāng)“平臺(tái)”識(shí)別工地安裝的設(shè)備無數(shù)據(jù)上傳時(shí)，會(huì)自動(dòng)推送設(shè)備掉線短信至工地?fù)P塵負(fù)責(zé)人及相應(yīng)的主管部門；除此之外，根據(jù)各地市大氣背景值或地方要求，對(duì)“平臺(tái)”和揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)設(shè)備均可設(shè)置預(yù)警值和超標(biāo)值，當(dāng)工地?fù)P塵數(shù)值預(yù)警或超標(biāo)時(shí)“平臺(tái)”會(huì)自動(dòng)推送數(shù)值預(yù)警或超標(biāo)短信提醒，以便工地及時(shí)采取相應(yīng)降塵措施。圖6為揚(yáng)塵在線監(jiān)測(cè)掉線及數(shù)值超標(biāo)短信截圖。

圖6 揚(yáng)塵在線監(jiān)測(cè)掉線及數(shù)值超標(biāo)短信提醒

2.3 揚(yáng)塵在線監(jiān)測(cè)噴淋聯(lián)動(dòng)應(yīng)用

噴淋是建筑施工現(xiàn)場(chǎng)不可缺少的揚(yáng)塵降塵措施之一，作為施工現(xiàn)場(chǎng)最有效的防塵措施之一，其水電成本也是相對(duì)較高的。以漳州市為例，漳州市政府大氣辦規(guī)定施工工地在施工作業(yè)時(shí)間段內(nèi)應(yīng)全時(shí)段噴淋，雖然能有效降低揚(yáng)塵排放水平，但也造成了資源浪費(fèi)以及企業(yè)成本增加。揚(yáng)塵在線監(jiān)測(cè)噴淋聯(lián)動(dòng)是指通過工地監(jiān)測(cè)的PM10值判定是否需要噴淋，當(dāng)PM10值達(dá)到預(yù)設(shè)的噴淋閾值時(shí)，噴淋設(shè)施自動(dòng)開啟，并且還可以通過“揚(yáng)塵在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)”設(shè)置噴淋時(shí)長(zhǎng)及噴淋間隔時(shí)間。通過科學(xué)的監(jiān)測(cè)以及物聯(lián)網(wǎng)手段實(shí)現(xiàn)工地智能噴淋，不僅有效降低揚(yáng)塵排放濃度，而且還能減少資源浪費(fèi)。圖7為漳州市某工地文明施工觀摩會(huì)時(shí)噴淋聯(lián)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)演示照片。

圖7 施工工地噴淋聯(lián)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)演示照片

3 結(jié)語

通過“每日不同時(shí)間段”“不同施工階段”“季節(jié)”“噴淋”因素對(duì)建筑施工揚(yáng)塵PM10濃度的對(duì)比分析，可以發(fā)現(xiàn)這些因素對(duì)施工工地?fù)P塵排放均有不同程度的影響。通過揚(yáng)塵在線監(jiān)測(cè)分析以及揚(yáng)塵濃度的分布規(guī)律，再結(jié)合“揚(yáng)塵在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)”設(shè)備掉線及數(shù)值預(yù)警、噴淋聯(lián)動(dòng)等功能，可以有針對(duì)性地采取揚(yáng)塵污染防控措施，從而有效減少施工揚(yáng)塵的排放。