工程建設中的氣象條件影響相關問題研究

陸勤靜，鄒蘭軍

(1.無錫市新發(fā)建設管理有限公司，江蘇 無錫 214028；2.上海中心氣象臺，上海 210030)

1 引言

工程建設行業(yè)與天氣條件之間的關系十分密切，工程的規(guī)劃設計、建設施工、維護管理等環(huán)節(jié)無不受到氣象條件的影響[1-2]。江蘇屬于溫帶向亞熱帶的過渡性氣候，四季溫差較大，且春、秋季節(jié)氣溫變化較大，南濕北干，降水量夏秋多、冬春少，日照時間較長，對建筑工程的規(guī)劃、施工、材料倉儲保管、運輸、安裝等方面都會產(chǎn)生重要影響。建設工程規(guī)劃設計環(huán)節(jié)，開展建筑工程氣象災害風險評估，提出氣象條件影響的安全標準，使建筑工程很好地適應當?shù)氐奶鞖鈿夂蛱攸c，可以趨利避害，提高建筑施工質(zhì)量[3-4]。工程建設環(huán)節(jié)，在建工程的露天施工也會受氣象條件的影響[5]。一場暴雨或一次大風，不但會延誤施工周期，還可能造成巨大的經(jīng)濟損失。特別是海上施工易受氣候多變不利因素影響，需要加強日常施工的安全措施[6]。侯學勇[7]研究認為，提高房屋工程季節(jié)性施工質(zhì)量要做好風、雨、雪、雷電擊、高低溫、沙塵等惡劣風險防范工作。張桂香等[8]分析了溫度、降水以及風速等氣象條件對建設施工的影響，探討了建筑施工對氣象條件的要求。另外，在維護管理環(huán)節(jié)來看，建筑物也可能由于大風、暴雨、雷電等災害天氣影響而產(chǎn)生損害，比如，外立面支架或者屋頂廣告牌等會受氣象條件影響而脫落或者吹倒，還可能導致人員傷亡。

本文從建設工程規(guī)劃設計、施工建設和工程維護管理等環(huán)節(jié)出發(fā)，分析氣象影響問題和相關氣象條件，并建議工程建設中，科學利用氣象條件，合理安排施工進度，避免經(jīng)濟損失，保障建設工程安全。

2 建設工程規(guī)劃設計中的氣象影響問題分析

建設工程規(guī)劃設計中，需要充足考慮當?shù)貧夂驐l件，為防御氣象災害，應進行風險預評估。建設工程在規(guī)劃設計階段需要考慮雷電災害、風災、澇災等氣象災害，開展相應的風險評估，提出安全標準，采取必要的防范措施，增強建筑物及工程等抵抗氣象災害的能力。目前，也有相關的行業(yè)標準可以參考[9]。如防雷工程必須遵守GB 50057—2010《建筑物防雷設計規(guī)范》的相關規(guī)定，應在認真調(diào)查地理、地質(zhì)、土壤、氣象、環(huán)境等條件和雷電活動規(guī)律以及被保護物的特點等的基礎上，詳細研究防雷裝置的形式及其布置。超高層建筑設計時，需要評估風災風險，并采取相應的工程抗風設計[10-11]。一般來說，150 m 以上的高層建筑基本都會進行風洞實驗。例如，上海的金茂大廈、上海環(huán)球金融中心和上海中心大廈，在設計建造時都考慮了上海地區(qū)梯度高度風的氣候特征，特別是臺風的影響，還進行了結(jié)構(gòu)抗風設計。

加強工程項目建設前的氣象災害風險評估，增加防雷、防暴雨等預防措施，可以減少或預防氣象災害給工程建設帶來的潛在損失。水利工程、城鎮(zhèn)建設等工程需要重點考慮澇災影響

。一般的，因大雨、暴雨或長期降雨量過于集中而產(chǎn)生大量的積水和徑流，排水不及時，致使土地、房屋等漬水、受淹而造成的災害稱為雨澇災害[12]。夏季極端強降雨多、致災性強，中小河流洪水頻發(fā)，水位高，容易造成澇災，在設計選址時應充分考慮地質(zhì)地勢條件、氣候和水文條件等，并采取相應的設計規(guī)劃思路。中國的“海綿城市”設計思想充分考慮了城市設計與城市水循環(huán)的管理、保護和保存的結(jié)合，確保了城市水循環(huán)管理能夠尊重自然水循環(huán)和生態(tài)過程[13]。雨水在城市的各個角落以面源的方式生成地表徑流，以分散的方式在城市中建造生態(tài)景觀，實現(xiàn)多重積極效應。如凈化城市雨水、增強排水功能和雨水收集系統(tǒng)，保護并增強自然受納水體環(huán)境的生態(tài)完整性，增強城市生態(tài)濕地吸納雨水的功能，是減少城市內(nèi)澇的重要途徑之一。

另外，還有一些工程需要考慮特殊的氣象條件，如青藏鐵路的建設。作為這樣一個世界矚目的工程，鐵路建設專家們充分考慮了氣候變化的影響。由于青藏高原的多年凍土大多屬高溫凍土，極易受工程的影響產(chǎn)生融化下沉，為了保障青藏鐵路的安全暢通，必須考慮全球變暖背景下青藏高原以及鐵路沿線氣溫和凍土的變化[14-15]。氣象部門對氣溫、凍土和鐵軌溫度進行觀測，提供了青藏鐵路沿線402 個氣象站的地面氣象要素資料，為建設單位解決凍土問題以及設計凍土區(qū)路線提供了數(shù)據(jù)支撐。根據(jù)氣象學家的預估結(jié)果，并參考了其他高緯度國家的類似經(jīng)驗與教訓，鐵路設計專家采取了多種凍土保護措施。如采用熱棒、片石通風路基、片石通風護道、通風管路基、鋪設保溫板等多項設施，提高了凍土路基的穩(wěn)定性，保障了鐵路的安全運行。

3 施工建設中的氣象影響問題分析

氣象條件不僅影響建設工程材料、工程施工質(zhì)量，還影響施工工期和人員健康等。產(chǎn)生這些影響的氣象因素主要有氣溫、空氣相對濕度、風、降水和日照等。

降水對室外施工及混凝土澆筑有顯著影響[16]。一般來說，降雨量小于10 mm 以下的小雨會影響混凝土澆筑時的水灰比，使其混凝土強度降低；降雨量在10～25 mm 的中雨，容易沖刷墻體的砂漿水泥； 降雨量在25～50 mm 的大雨會使所挖土方形成積水，混凝土澆筑遭到?jīng)_刷，易遺留施工縫，砂石被雨淋濕或被雨水浸泡后會增加含水率，降低混凝土的強度和耐久性，從而影響工程質(zhì)量。

溫度對建設施工的影響很大。例如，上海南浦大橋主橋橋面江心合龍段的施工過程就充分考慮了溫度的影響[17]。南浦大橋是上海市區(qū)黃浦江上第一座斜拉鐵索橋，于1991年6月8日合龍。疊合梁橋面對溫度變化極為敏感，據(jù)統(tǒng)計，日夜溫差每升降1 ℃，江跨段鋼梁長度便可伸縮5～6 mm(即單側(cè)伸縮量為3 mm/℃），所以一般來說，疊合梁橋面安裝的黃金季節(jié)是秋、冬、春3 季，此時氣溫較低，日溫差變化小，日照影響少，鋼梁橋面及斜拉索長度隨氣溫變化不大，橋面標高容易控制，索力調(diào)整較為順利。而在夏季施工時，晝夜溫差較大，當橋面懸拼較長時，標高難以控制，為此，一般應選擇夜間氣溫偏低時進行調(diào)整。根據(jù)歷史氣象資料，當時確定了較為合適的南浦大橋合龍段鋼梁的下料氣溫和合龍氣溫為22℃，并選定1991年6月8日作為主橋合龍日。當天15 時，先后將下游主梁和上游主梁吊入空中，待氣溫下降，即合龍段主梁與浦西段主梁。螺栓孔眼對齊時，進行螺栓初擰、終擰，20 時25 分合龍成功。

極端高溫還容易影響建設工程人員的健康[18]。氣象意義上通常認為日最高氣溫達到或超過35 ℃時稱為高溫，達到或超過37 ℃時稱酷暑。連續(xù)的高溫酷暑會使人體不能適應而影響生理、心理，甚至引發(fā)疾病或死亡。高溫對人體健康影響非常大，高溫天氣中，如果建筑工人暴露在室外的時間長，人體散熱困難，體溫調(diào)節(jié)功能受到限制，易造成熱量積蓄在人體內(nèi)而引發(fā)中暑，從而影響人體健康和建設進度[19]。健全的工程管理體系下，都考慮了極端高溫對工程人員的管理。

高層建筑施工時受風的影響很大。一方面，高層建筑在風的作用下會發(fā)生振動，嚴重時施工人員會感到頭暈而影響作業(yè)；另一方面，施工設備也容易受到高層大風作用而影響施工安全。大風主要破壞房屋建筑、燈箱、廣告牌、玻璃幕墻等附著物，嚴重時容易造成人員傷亡。例如，2017年3月1日下午4:40 左右，位于江蘇阜寧一部塔吊受突發(fā)雷雨大風天氣影響，發(fā)生倒塌事故，造成2 死22 傷。

4 工程維護管理中的氣象影響問題分析

城市空間結(jié)構(gòu)日益密集復雜，城市中高層建筑多，廣告牌、玻璃幕墻等林立，密集的人類活動和特殊的城市環(huán)境使城市建筑極易受到自然災害的侵擾。在工程管理維護中需要注意大風、暴雨、雷電等氣象影響。大風主要破壞房屋建筑、車輛、船舶、樹木、廣告牌以及基礎設施等，嚴重時會造成人員傷亡[20]。同濟大學上海防災救災研究所有關專家表示，從1949年起，上海市遭受10 億元以上經(jīng)濟損失的風災達15 次。風災不只包含臺風、龍卷風，還包括并不為人關注的颮線風和樓群風，對城市建筑傷害極大。上海高樓林立，高層建筑的玻璃幕墻一旦遭遇風災，老化的玻璃很可能“迎風落地”，危及行人安全。暴雨容易造成道路積水和地下工程淹澇，造成交通中斷、市政建筑和居民住房受淹，嚴重時還會造成人員傷亡。雷電具有猛烈的沖擊力，能夠瞬間對建筑物及其附著物產(chǎn)生巨大破壞，還能導致建筑物的供電系統(tǒng)、通信設備等的損壞，造成重大的經(jīng)濟損失和影響。

5 結(jié)論與討論

工程建設需要在全流程環(huán)節(jié)重視氣象條件的影響。在工程建設的各個環(huán)節(jié)充分考慮氣象條件相關影響，可以增強建筑工程抗御災害安全標準，合理安排施工進度，避免經(jīng)濟損失，保障建設工程安全。工程規(guī)劃設計環(huán)節(jié)需要開展相應的災害風險評估，提高建筑安全標準，并采取必要措施防范，增強工程抗御氣象災害的能力。建設施工環(huán)節(jié)，要充分考慮降水、溫度等氣象要素對建筑材料的影響，不利條件容易對建材造成質(zhì)量影響，從而影響工程質(zhì)量。災害性天氣條件還可能影響施工作業(yè)、施工工期，甚至危害施工人員生命。極端高溫還會影響施工人員健康。工程維護管理環(huán)節(jié)中，需要注意大風、暴雨、雷電等對城市中高層建筑、廣告牌、玻璃幕墻等附著物的影響，在災害影響前進行加固管理。充分考慮氣象災害的影響問題，不僅能避免經(jīng)濟損失，保障施工安全，還能減少人員傷亡，具有重要意義。