綠色施工技術(shù)在土木工程建筑中的應(yīng)用探討*

譚 勇

(通號(hào)建設(shè)集團(tuán)第一工程有限公司 貴陽(yáng) 550003)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平不斷提高,城市化進(jìn)程也越來(lái)越快。城市建設(shè)過(guò)程中所需要的土地資源日益緊缺,因此高層、超高層等大型建筑物數(shù)量逐漸增多。這些建筑工程項(xiàng)目通常都是由許多個(gè)小單元組成,每個(gè)小單元之間通過(guò)結(jié)構(gòu)連接形成一個(gè)整體,這就對(duì)整個(gè)建筑工程提出了更高的要求。為了確保建筑工程的質(zhì)量和安全性,必須采用一系列科學(xué)合理且行之有效的現(xiàn)代化管理手段來(lái)進(jìn)行控制。其中,綠色施工技術(shù)作為一項(xiàng)新興技術(shù),被廣泛運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域。它不僅可以有效地降低能源消耗量,減少環(huán)境污染,還能夠保障人員健康與生命財(cái)產(chǎn)安全。

1 綠色施工基本理論

1.1 綠色施工定義

綠色施工是指通過(guò)科學(xué)管理和技術(shù)進(jìn)步,最大限度地減少對(duì)環(huán)境負(fù)面影響的一種新型工程項(xiàng)目建設(shè)模式。它主要包括節(jié)約能源、節(jié)水與水資源利用、節(jié)材與材料資源利用、環(huán)境保護(hù)四個(gè)方面內(nèi)容。其中,節(jié)能環(huán)保作為綠色施工最核心的理念之一,貫穿于整個(gè)工程建設(shè)過(guò)程之中。具體來(lái)說(shuō),綠色施工技術(shù)就是要以可持續(xù)發(fā)展思想為指導(dǎo),運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段,從土地、建材、設(shè)備等生產(chǎn)源頭進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)“四節(jié)一保”(即節(jié)省材料、節(jié)省能源、節(jié)省水、環(huán)保、節(jié)約土地資源)目標(biāo)的一項(xiàng)綜合性技術(shù)措施,如圖1所示。其本質(zhì)在于充分利用現(xiàn)有資源,降低能耗物耗排放量,提高資源利用效率,使得人與自然和諧共生,促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益全面提升。

圖1 綠色施工定義

1.2 綠色施工影響因素

(1)環(huán)境因素。土木工程建筑工程項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中所處的自然、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)等環(huán)境會(huì)對(duì)其產(chǎn)生一定程度上的影響,其中最為重要的是環(huán)境保護(hù)方面的問(wèn)題。例如,在進(jìn)行土方挖掘時(shí)可能會(huì)破壞周?chē)脖换虻叵滤Y源;在混凝土澆筑作業(yè)中也容易出現(xiàn)浪費(fèi)水、污染空氣以及噪聲擾民等情況[1]。因此,必須采取相應(yīng)措施來(lái)減少這些不良現(xiàn)象的發(fā)生。

(2)能源因素。土木工程建筑工程項(xiàng)目所需的各種材料和設(shè)備都需要大量電能作為支撐,而且很多機(jī)械設(shè)備還需要消耗柴油等燃料。如果能夠合理利用清潔能源替代傳統(tǒng)化石能源,不僅可以降低能源消耗量,同時(shí)也有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

(3)人員管理因素。人是生產(chǎn)力要素之一,但是在實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)中往往存在著一些不規(guī)范操作或者錯(cuò)誤行為,這就給環(huán)保工作帶來(lái)了很大難度。比如,現(xiàn)場(chǎng)施工人員沒(méi)有佩戴安全帽、高空拋物等行為都有可能造成環(huán)境污染或其他負(fù)面影響。因此,加強(qiáng)人員培訓(xùn)并提高其環(huán)保意識(shí)是非常必要的。

(4)施工成本因素。在土木工程建筑中,施工項(xiàng)目成本是指工程項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中所產(chǎn)生的全部費(fèi)用支出。通常情況下,建筑工程建設(shè)中會(huì)根據(jù)設(shè)計(jì)意圖和要求進(jìn)行合理規(guī)劃。其中施工成本的綠色影響系數(shù)如式(1)所示。

式中:ε——施工成本的綠色影響系數(shù);

Cg——實(shí)行綠色施工項(xiàng)目的工程成本;

Cn——未實(shí)行綠色施工項(xiàng)目的工程成本。

二狗伢提起腳就蹓了，一連好多天，見(jiàn)了寶玉爹寶剛爹就躲得遠(yuǎn)遠(yuǎn)地，怕挨得邊。寶剛爹沒(méi)別的辦法，只好擔(dān)子上肩就拼命地跑，一天要挑上一百二十多擔(dān)，余下這二十多擔(dān)的篾牌牌，他悄悄分給寶玉爹，讓寶玉爹減輕了不少負(fù)擔(dān)。可還是不行，那日，天公不作美，下起了毛毛小雨，下小雨別想歇?dú)猓瑩屒缣欤捎晏欤榉奂?xì)雨是好天。可下小雨路上滑呀，稍不留神就會(huì)摔跤。寶玉爹一路戰(zhàn)戰(zhàn)驚驚，生怕有個(gè)閃失，越怕越見(jiàn)鬼，身子一閃，四腳朝天，好一陣還沒(méi)爬起，一名監(jiān)工過(guò)來(lái)了，正要掄起扁擔(dān)往下劈，寶剛爹趕來(lái)，一手擋住扁擔(dān)，一手拉起寶玉爹。

綠色施工過(guò)程中每子項(xiàng)工程綠色施工技術(shù)的采用及綠色施工管理都將引起不同的綠色影響系數(shù)的產(chǎn)生,因此對(duì)于每一工程項(xiàng)目來(lái)說(shuō),其總的綠色影響系數(shù)表示如公式(2)、(3)所示:

式中:εT——整個(gè)工程項(xiàng)目的施工成本綠色影響系數(shù);

ρi——第i項(xiàng)子項(xiàng)工程在未實(shí)行綠色施工狀態(tài)下占成本的比重;

Cni——第i項(xiàng)子項(xiàng)工程在未實(shí)行綠色施工狀態(tài)下的成本;

CnT——未實(shí)行綠色施工狀態(tài)下總的施工成本。

式中:CgT——實(shí)行綠色施工的總成本;

CnT——未實(shí)行綠色施工的總成本。

2 綠色施工評(píng)價(jià)模型

2.1 綠色施工評(píng)價(jià)方法

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)綠色施工技術(shù)的有效評(píng)估,需要建立科學(xué)合理、可操作性強(qiáng)的評(píng)價(jià)體系。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)提出多種綠色施工評(píng)價(jià)指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn),如美國(guó)LEED-NC 鉑金級(jí)認(rèn)證、英國(guó)BREEAM 銀級(jí)認(rèn)證等。這些標(biāo)準(zhǔn)不僅從節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水、環(huán)境保護(hù)4個(gè)方面進(jìn)行考核,還包括施工現(xiàn)場(chǎng)安全、健康與環(huán)境管理、材料資源利用率等內(nèi)容。此外,也有一些研究將綠色施工理念融入到工程項(xiàng)目管理過(guò)程中,通過(guò)強(qiáng)化組織協(xié)調(diào)能力、提高人員素質(zhì)水平等方式推動(dòng)綠色施工落地實(shí)施。目前經(jīng)常被使用的評(píng)估方法主要是層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。

2.1.1 層次分析法

層次分析法是一種定量與定性相結(jié)合、系統(tǒng)化和層次化的分析方法,其基本原理是將一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題分解成若干個(gè)組成因素或子問(wèn)題,從而形成一個(gè)多層次結(jié)構(gòu)模型,如圖2所示。通過(guò)對(duì)各層因素之間重要性進(jìn)行比較判斷,最終確定最優(yōu)解決方案。該方法可用于評(píng)價(jià)不同工程項(xiàng)目的環(huán)境影響程度,為決策者提供科學(xué)依據(jù)[2]。在本研究中,筆者采用層次分析法(AHP)來(lái)評(píng)估不同綠色施工技術(shù)的環(huán)境影響程度。具體而言,首先構(gòu)建了包括四個(gè)方面:資源利用、能源節(jié)約、土地保護(hù)以及環(huán)境保護(hù)的指標(biāo)體系;然后運(yùn)用專(zhuān)家打分法獲取各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值;最后計(jì)算出各項(xiàng)得分并綜合排名,得出各種綠色施工技術(shù)的優(yōu)劣勢(shì)。需要注意的是,由于土木工程具有特殊性質(zhì),如規(guī)模大、周期長(zhǎng)等特點(diǎn),因此,在實(shí)際操作過(guò)程中應(yīng)充分考慮這些因素,合理地選擇相應(yīng)的指標(biāo)及權(quán)重,以確保結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。

圖2 層次分析法結(jié)構(gòu)模型

3.1.2 模糊綜合評(píng)價(jià)法

模糊綜合評(píng)價(jià)法是一種基于模糊數(shù)學(xué)理論的方法,其主要思想是將一些邊界不清、不易定量分析的因素進(jìn)行量化處理后再進(jìn)行綜合評(píng)判。該方法可以有效地解決傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法存在的問(wèn)題,如權(quán)重分配不準(zhǔn)確等。具體來(lái)說(shuō),模糊綜合評(píng)價(jià)法首先需要確定評(píng)價(jià)對(duì)象和評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,然后通過(guò)建立隸屬函數(shù)來(lái)描述各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的關(guān)系,最后采用加權(quán)平均法或?qū)哟畏治龇▽?duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)估。這種方法不僅能夠充分考慮各種因素的影響程度,還能夠使得最終結(jié)果更具客觀性與科學(xué)性。在實(shí)際工程項(xiàng)目中,我們通常會(huì)遇到許多難以精確測(cè)量或者無(wú)法直接度量的因素,這時(shí)候就需要借助模糊綜合評(píng)價(jià)法了。例如,在選擇節(jié)能材料時(shí),我們可能會(huì)面臨多種不同的性能指標(biāo),如導(dǎo)熱系數(shù)、保溫效果等等,這些指標(biāo)之間并沒(méi)有一個(gè)明確的界限,因此需要通過(guò)模糊綜合評(píng)價(jià)法來(lái)進(jìn)行合理的權(quán)衡與取舍。此外,在施工過(guò)程中也經(jīng)常需要使用到模糊綜合評(píng)價(jià)法,比如在制定進(jìn)度計(jì)劃時(shí),由于受到諸多不確定因素的干擾,很難做出準(zhǔn)確預(yù)測(cè),此時(shí)可以利用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)工期進(jìn)行適當(dāng)延長(zhǎng)以保證項(xiàng)目順利完成。

模糊綜合評(píng)價(jià)法的步驟如下:

(1)確定因素(指標(biāo))集U={u1,u2,…,un};

(2)確定評(píng)判(評(píng)語(yǔ))集V={v1,v2,…,vn};

(3)進(jìn)行單因素評(píng)判得到隸屬度向量ri={ri1,ri2,…,rim};,形成隸屬度矩陣如公式(5)所示:

(4)確定因素集權(quán)重向量,對(duì)評(píng)判集可數(shù)值化或歸一化

(5)計(jì)算綜合評(píng)判(綜合隸屬度)向量:對(duì)于權(quán)重A=(a1,a2,…,an)其計(jì)算得到公式(6):

(6)根據(jù)隸屬度最大原則作出評(píng)判,或計(jì)算綜合評(píng)判值

3 BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種常用的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,其主要由輸入層、隱藏層和輸出層組成(如圖3所示)。該方法通過(guò)對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練,可以有效地識(shí)別出影響因素之間的關(guān)系并建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。在本研究中,我們將采用BP 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法來(lái)預(yù)測(cè)混凝土強(qiáng)度與水膠比之間的關(guān)系。具體步驟如下:①收集一定數(shù)量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為樣本集[3]。②利用MATLAB軟件對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析,得出每個(gè)變量的權(quán)重值以及各個(gè)變量之間的相關(guān)性系數(shù)矩陣;接著,構(gòu)建BP 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,確定各項(xiàng)參數(shù)后開(kāi)始訓(xùn)練。③使用測(cè)試集對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證評(píng)估。通過(guò)這種方式,不僅能夠提高混凝土強(qiáng)度預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度,還有助于優(yōu)化土木工程建筑工程設(shè)計(jì)方案,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

圖3 BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

3.1 基于可變模糊集理論的綠色施工評(píng)價(jià)模型

該研究將可變模糊集理論引入到了綠色施工評(píng)價(jià)體系(見(jiàn)圖4)中,通過(guò)對(duì)各指標(biāo)權(quán)重的確定和計(jì)算,得出各項(xiàng)指標(biāo)得分情況。同時(shí),考慮到不同工程項(xiàng)目存在差異性,因此采用加權(quán)平均法進(jìn)行綜合評(píng)估。具體而言,首先確定各個(gè)指標(biāo)的相對(duì)重要程度,然后利用層次分析法確定其權(quán)重值,最后再結(jié)合專(zhuān)家意見(jiàn)給出最終評(píng)分結(jié)果。此外,為了驗(yàn)證所建立的評(píng)價(jià)模型的可行性與有效性,還需開(kāi)展一系列對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)源于某高校實(shí)際建設(shè)項(xiàng)目,經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后得到了相應(yīng)的評(píng)價(jià)結(jié)果。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,本研究所提出的基于可變模糊集理論的綠色施工評(píng)價(jià)模型具有較高的準(zhǔn)確度和可靠性,能夠較為客觀地反映出工程建設(shè)過(guò)程中所涉及的環(huán)境影響因素以及可持續(xù)發(fā)展的水平。

圖4 綠色施工評(píng)價(jià)體系

4 土木工程項(xiàng)目施工過(guò)程中綠色施工技術(shù)的應(yīng)用

4.1 加強(qiáng)土木工程項(xiàng)目的綠色施工管理

為了確保土木工程建筑工程能夠達(dá)到環(huán)保要求,必須要對(duì)其進(jìn)行科學(xué)合理的管理。首先,需要制定完善的環(huán)境保護(hù)措施和環(huán)境監(jiān)測(cè)計(jì)劃,以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決環(huán)境污染問(wèn)題。同時(shí),還應(yīng)該建立健全的環(huán)境保護(hù)責(zé)任制度,明確各個(gè)部門(mén)、人員的職責(zé)范圍與任務(wù)分工,將責(zé)任落實(shí)到人,從而有效地提高環(huán)境保護(hù)工作效率。此外,還可以通過(guò)采用先進(jìn)的節(jié)能減排技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)綠色施工目標(biāo),例如太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)、雨水收集利用系統(tǒng)等[4]。這些技術(shù)不僅可以降低能源消耗量,減少污染排放,而且還有助于保護(hù)生態(tài)環(huán)境,促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。

4.2 綠色施工技術(shù)中節(jié)約建材使用策略

在土木工程建設(shè)過(guò)程中,需要大量的材料和設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo),必須合理利用資源并減少浪費(fèi)。因此,有必要采取一系列措施來(lái)優(yōu)化和改進(jìn)土木工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建造和維護(hù)過(guò)程。首先,應(yīng)該采用節(jié)能環(huán)保型材料和設(shè)備。例如,可以選用輕質(zhì)高強(qiáng)鋼代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu);其次,應(yīng)該加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理,避免不必要的浪費(fèi)。例如,在土方開(kāi)挖時(shí),應(yīng)盡量避免超深開(kāi)挖或隨意堆放廢土,而是將其轉(zhuǎn)移至指定區(qū)域進(jìn)行處理。最后,應(yīng)該注重細(xì)節(jié),從小事做起。例如,在運(yùn)輸砂漿時(shí),應(yīng)盡可能減少車(chē)輛停留時(shí)間,以免造成污染;在澆筑混凝土?xí)r應(yīng)控制好溫度和速度,確保混凝土質(zhì)量符合要求等等。這樣一來(lái),就能夠在點(diǎn)滴之間落實(shí)環(huán)保理念,推動(dòng)綠色施工技術(shù)的不斷進(jìn)步與完善。

4.3 綠色施工技術(shù)與水資源回收利用的結(jié)合

隨著城市化進(jìn)程不斷加快,城市人口數(shù)量急劇增加。同時(shí),人們對(duì)于資源的需求量也越來(lái)越大,尤其是水這一重要資源。具體而言,在進(jìn)行土木工程項(xiàng)目建設(shè)時(shí),應(yīng)當(dāng)采取以下幾種方式來(lái)加強(qiáng)水資源的保護(hù):①要充分利用雨水收集系統(tǒng),將其用于廁所沖洗、道路清洗等方面。②合理設(shè)置排水管道,避免出現(xiàn)積水問(wèn)題。③優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)供水管網(wǎng)布局,盡量縮短長(zhǎng)距離輸送過(guò)程中產(chǎn)生的損失。④在施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)建立完善的生活污水處理設(shè)施,確保所有廢棄物都能夠得到妥善處置[5]。此外,還需要注意的一點(diǎn)是,在實(shí)際操作過(guò)程中,必須嚴(yán)格遵守相關(guān)法律法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求,不得私自更改設(shè)計(jì)方案或使用質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的材料設(shè)備,以保證工程質(zhì)量安全可靠。

5 結(jié)語(yǔ)

筆者通過(guò)對(duì)綠色施工技術(shù)和土木工程建筑進(jìn)行分析,得出了以下幾點(diǎn)研究成果:

(1)綠色施工技術(shù)是一種新型、環(huán)保的工程施工理念。其核心思想是將環(huán)境保護(hù)放在首位,以減少環(huán)境污染為目標(biāo),采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)。

(2)綠色施工技術(shù)具有節(jié)能降耗、提高效率等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)施工相比,它能夠有效地降低能源消耗量,減少材料浪費(fèi),縮短工期,提升工程質(zhì)量。

(3)目前我國(guó)土木工程建筑領(lǐng)域存在著一些問(wèn)題,如高能耗、高污染、低效益等。而綠色施工技術(shù)的推廣和應(yīng)用可以解決這些問(wèn)題,促進(jìn)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。綜上所述,綠色施工技術(shù)在我國(guó)土木工程建筑中有著重要意義,應(yīng)得到廣泛的應(yīng)用和推廣。