揚塵在線監(jiān)測成套技術在建筑施工揚塵監(jiān)管中的應用研究*

鄒 奎 （福建省建筑科學研究院有限責任公司，福建省綠色建筑技術重點實驗室，福建 福州 350028）

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

本文基于福建省科技計劃項目（2018Y0020）“基于物聯(lián)網(wǎng)云平臺的城市建設施工揚塵與噪聲在線監(jiān)測成套技術研究”背景，在漳州市開展建筑施工揚塵在線監(jiān)測。該項目于2019年2月在漳州全市、區(qū)（縣）啟動揚塵在線監(jiān)測試點建設工作，在典型施工工地開展揚塵在線監(jiān)測系統(tǒng)的建設及運行，對施工工地揚塵排放情況進行全天候?qū)崟r監(jiān)測，依據(jù)福建省工程建設地方標準《福建省建設工程施工現(xiàn)場揚塵污染防治與監(jiān)測技術規(guī)程》DBJ/T13-275-2017（以下簡稱《規(guī)程》）進行監(jiān)測點位布設，采用可吸入顆粒物（PM10）作為監(jiān)測指標來表征建筑施工揚塵污染狀況。通過統(tǒng)計大量在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，對漳州市施工工地揚塵排放特征進行了較為系統(tǒng)的分析，在建筑施工揚塵防治措施相對統(tǒng)一的基礎前提下，研究“每日不同時間段”“不同施工階段”“季節(jié)”“噴淋”[6-7]這些因素對建筑施工揚塵監(jiān)測結果的影響。

1 監(jiān)測方案

1.1 監(jiān)測指標、方法與儀器

1.1.1 監(jiān)測指標

揚塵在線監(jiān)測儀監(jiān)測參數(shù)通常包括TSP、PM2.5、PM10、溫濕度、風速、風向、氣壓等。本文依據(jù)《規(guī)程》選取PM10作為揚塵監(jiān)測指標。

1.1.2 監(jiān)測方法

揚塵在線監(jiān)測方法包括重量法、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)測方法。光散射法可實現(xiàn)全天候?qū)崟r監(jiān)測，且分辨率及精密度較高，是目前我國揚塵污染監(jiān)管的常用監(jiān)測手段之一。

1.1.3 監(jiān)測儀器

本文所選揚塵監(jiān)測設備均符合《規(guī)程》相關技術要求。儀器量程為10μg/m3～30000μg/m3，分辨率為0.1μg/m3，準確度滿足±10%讀數(shù)要求。

1.2 監(jiān)測儀器點位布設

揚塵監(jiān)測點位依據(jù)《規(guī)程》要求進行布設。監(jiān)測點優(yōu)先布設于車輛出入口處。其次，布設在工地施工場界圍擋內(nèi)側(cè)的易產(chǎn)塵處。當存在多個監(jiān)測點時，除在車輛出入口及場界圍擋內(nèi)易產(chǎn)塵處布設，其余的監(jiān)測點沿圍擋內(nèi)側(cè)均勻布設。當被監(jiān)測工地與其他建筑工地相鄰時，應避免在相鄰邊界處設置監(jiān)測點。在監(jiān)測點周圍，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為施工工地揚塵監(jiān)測點位現(xiàn)場布設照片。

1.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、統(tǒng)計及評價

本文選取的漳州市12 個建筑工地的揚塵在線監(jiān)測設備均通過4G物聯(lián)網(wǎng)傳輸至第三方管理平臺，通過平臺實現(xiàn)對工地揚塵、溫濕度等數(shù)據(jù)的采集，同時還可通過平臺實現(xiàn)對在線監(jiān)測數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計及評價?！捌脚_”對每個工地進行一戶一檔管理，對每個工地揚塵監(jiān)測設備的分鐘值實時采集。

此外，本文在篩選數(shù)據(jù)源時，對工地揚塵在線監(jiān)測設備的在線率及數(shù)據(jù)有效性做了以下要求：①數(shù)據(jù)有效率應大于75%；②每小時至少有45min的采樣時間；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 施工工地揚塵監(jiān)測點位現(xiàn)場布設

2 結果與討論

2.1 建筑施工揚塵污染排放特征分析

2.1.1 建筑施工每日不同時間段揚塵污染排放特征分析

選取土方階段、主體結構階段、裝飾裝修階段的施工工地各4個，以2020年12月為例，對每日各時間段的PM10濃度均值進行對比分析，結果如圖2所示。

圖2 施工工地每日不同時間段的PM10濃度

將每日24h 分為3 個時間段，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)控視頻查驗有5個工地的渣土運輸在該時間段比較普遍；而0:00～7:59 時間段基本無工地施工，且該時段內(nèi)空氣濕度較大。從圖中還可以看出，排除18:00～22:00渣土運輸作業(yè)時間段干擾，PM10濃度值與空氣濕度值基本呈逆相關性。

2.1.2 不同施工階段對建筑施工揚塵監(jiān)測結果的影響

土方階段、主體結構階段、裝飾裝修階段是建筑工程施工中的3 個主要施工階段，每個階段的施工活動及場地條件有明顯差別，不同施工階段的揚塵排放量和排放強度也不同。通過統(tǒng)計揚塵在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，對建筑工地不同施工階段的PM10平均排放濃度進行對比分析，結果如圖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，在工程項目的主要施工階段中，土方工程的揚塵污染最為顯著。主體結構階段PM10濃度均值最小，主體工程基本使用預制混凝土，且場地已基本硬化，因此揚塵污染相對較小。裝飾裝修階段的揚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)，因此揚塵污染介于土方階段和主體結構階段之間。

2.1.2 季節(jié)對建筑施工揚塵監(jiān)測結果的影響

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。這是因為冬季大氣壓強較低，空氣對流較弱，PM10大氣背景值較高，且冬季空氣較為干燥，更容易產(chǎn)生揚塵；而夏季雨水相對較多，空氣對流較強，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 噴淋時間及頻率對建筑施工揚塵監(jiān)測結果的影響

選取土方階段、主體結構階段、裝飾裝修階段的施工工地各4個，采取以下3種噴淋方式：施工時間段全時段噴淋，為噴淋方式1；施工時間段每間隔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。對該三種噴淋方式的工地PM10濃度均值進行對比分析，結果如圖5所示。

圖5 施工工地不同噴淋時間及頻率時的PM10濃度

從圖5 可以看出，采取噴淋方式1 時，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，但主體結構階段采取的三種不同噴淋方式對PM10濃度均值并無明顯變化。這是因為土方階段施工揚塵較大，采取持續(xù)噴淋方式能使PM10濃度值有效降低，而主體結構階段工地自身產(chǎn)生的揚塵較少，且場地也基本硬化。因此，施工工地噴淋應結合工地不同施工階段以及區(qū)域產(chǎn)塵特點選擇不同的噴淋方式。

2.2 揚塵在線監(jiān)測掉線及數(shù)值預警應用

為更好地發(fā)揮揚塵在線監(jiān)測在建筑施工揚塵污染監(jiān)管中的應用，對“揚塵在線監(jiān)測平臺”及終端設備設置掉線及數(shù)值預警提醒。當“平臺”識別工地安裝的設備無數(shù)據(jù)上傳時，會自動推送設備掉線短信至工地揚塵負責人及相應的主管部門；除此之外，根據(jù)各地市大氣背景值或地方要求，對“平臺”和揚塵監(jiān)測設備均可設置預警值和超標值，當工地揚塵數(shù)值預警或超標時“平臺”會自動推送數(shù)值預警或超標短信提醒，以便工地及時采取相應降塵措施。圖6為揚塵在線監(jiān)測掉線及數(shù)值超標短信截圖。

圖6 揚塵在線監(jiān)測掉線及數(shù)值超標短信提醒

2.3 揚塵在線監(jiān)測噴淋聯(lián)動應用

噴淋是建筑施工現(xiàn)場不可缺少的揚塵降塵措施之一，作為施工現(xiàn)場最有效的防塵措施之一，其水電成本也是相對較高的。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)時間段內(nèi)應全時段噴淋，雖然能有效降低揚塵排放水平，但也造成了資源浪費以及企業(yè)成本增加。揚塵在線監(jiān)測噴淋聯(lián)動是指通過工地監(jiān)測的PM10值判定是否需要噴淋，當PM10值達到預設的噴淋閾值時，噴淋設施自動開啟，并且還可以通過“揚塵在線監(jiān)測平臺”設置噴淋時長及噴淋間隔時間。通過科學的監(jiān)測以及物聯(lián)網(wǎng)手段實現(xiàn)工地智能噴淋，不僅有效降低揚塵排放濃度，而且還能減少資源浪費。圖7為漳州市某工地文明施工觀摩會時噴淋聯(lián)動現(xiàn)場演示照片。

圖7 施工工地噴淋聯(lián)動現(xiàn)場演示照片

3 結語

通過“每日不同時間段”“不同施工階段”“季節(jié)”“噴淋”因素對建筑施工揚塵PM10濃度的對比分析，可以發(fā)現(xiàn)這些因素對施工工地揚塵排放均有不同程度的影響。通過揚塵在線監(jiān)測分析以及揚塵濃度的分布規(guī)律，再結合“揚塵在線監(jiān)測平臺”設備掉線及數(shù)值預警、噴淋聯(lián)動等功能，可以有針對性地采取揚塵污染防控措施，從而有效減少施工揚塵的排放。