一種建筑工地抑塵聯(lián)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究*

馮晶晶，陸 帥，鄭旭慈，謝新博，姚 凱

（1.蘇州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215200；2.中鐵四局集團(tuán)第二工程有限公司，江蘇 蘇州 215000）

隨著城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展，建筑工地隨處可見，施工過程中的揚(yáng)塵成為城市污染的主要源頭之一，對環(huán)境質(zhì)量和人體健康產(chǎn)生了不利影響。在倡導(dǎo)生態(tài)文明、節(jié)能環(huán)保的大背景下，如何有效處理揚(yáng)塵成為每個施工工程需解決的一大問題[1]。

本文介紹的是利用塔吊進(jìn)行噴霧的抑塵聯(lián)動系統(tǒng)，該系統(tǒng)可根據(jù)工地現(xiàn)場的PM2.5 值和溫度值進(jìn)行噴霧，從而降低施工現(xiàn)場的PM2.5 值，同時在炎熱的夏天，可以快速地進(jìn)行降溫，有效地降低了揚(yáng)塵污染，達(dá)到環(huán)保的效果；另外系統(tǒng)可以根據(jù)現(xiàn)場PM2.5 值的范圍進(jìn)行水霧大小的控制，節(jié)約了用電用水，達(dá)到節(jié)能的效果。

1 傳統(tǒng)塔吊噴霧系統(tǒng)的介紹

塔吊在每個建筑工地都隨處可見，其旋轉(zhuǎn)半徑覆蓋范圍廣，可完整覆蓋施工現(xiàn)場各個區(qū)域。利用塔吊旋轉(zhuǎn)臂架設(shè)噴霧系統(tǒng)，噴出來的水霧顆粒可有效吸附空氣中的灰塵、顆粒和雜質(zhì)。并且在夏季高溫天氣，施工現(xiàn)場地表及作業(yè)面溫度接近50℃，通過高空噴霧對施工作業(yè)面進(jìn)行立體空間的降溫（人工降雨），可使施工現(xiàn)場溫度降低3～5℃，減少由于中暑、酷熱引發(fā)安全事故的可能性，給工人創(chuàng)造一個適宜的施工作業(yè)環(huán)境[2]。

傳統(tǒng)的塔吊噴霧系統(tǒng)主要組成部分如圖1 所示，包括：水泵主機(jī)、水管、噴霧頭等。

圖1 塔吊噴霧系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

塔吊噴霧系統(tǒng)是利用施工現(xiàn)場的集水井、消防蓄水池、施工降水井或市政給水管網(wǎng)作為水源，經(jīng)過加壓泵，將地表水輸送至塔機(jī)旋轉(zhuǎn)臂，再利用旋轉(zhuǎn)臂上的噴霧頭進(jìn)行高空噴霧，形成立體空間內(nèi)的除塵、降溫和養(yǎng)護(hù)[3]。

2 抑塵聯(lián)動系統(tǒng)的工作原理

本文在塔吊噴霧系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了抑塵聯(lián)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該抑塵聯(lián)動系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)噴霧降塵降溫的功能，還能根據(jù)現(xiàn)場PM2.5 值的范圍進(jìn)行水霧大小的控制，達(dá)到節(jié)能的效果。

抑塵聯(lián)動系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示，實(shí)物圖如圖3 所示，包含了原有的塔吊噴霧系統(tǒng)、組態(tài)觸摸屏、PLC 控制器和變頻器等部分。

圖2 抑塵聯(lián)動系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖

圖3 抑塵聯(lián)動系統(tǒng)實(shí)物圖

其中，塔吊噴霧系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的是水泵高空噴霧功能；組態(tài)觸摸屏實(shí)現(xiàn)的是現(xiàn)場PM2.5 值和溫度的顯示功能，以及人工/自動控制的切換等功能；PLC 實(shí)現(xiàn)的是檢測、計(jì)算和控制功能；變頻器實(shí)現(xiàn)的是噴霧速度的控制功能。

根據(jù)我國PM2.5 的標(biāo)準(zhǔn)要求，PM2.5 的范圍為，優(yōu)：0～35μg/m3；良：35～75μg/m3；輕度污染：75～115μg/m3；中度污染：115～150μg/m3；重度污染：150～250μg/m3；嚴(yán)重污染：大于250μg/m3及以上。

如果系統(tǒng)設(shè)定為自動運(yùn)行模式，當(dāng)系統(tǒng)檢測到現(xiàn)場的PM2.5 超過設(shè)定值50μg/m3，啟動聯(lián)動系統(tǒng)，進(jìn)行噴霧。在輕度污染范圍內(nèi)時，PLC 控制變頻器輸出為低速，水泵低速運(yùn)轉(zhuǎn)，噴霧較??；在中度污染范圍內(nèi)時，變頻器輸出為中速，水泵中速運(yùn)轉(zhuǎn)，噴霧中等；當(dāng)環(huán)境處于重度污染時，變頻器輸出為高速，水泵高速運(yùn)轉(zhuǎn)，噴霧較大；另外當(dāng)現(xiàn)場溫度高于40℃，屬于高溫作業(yè)時，系統(tǒng)也將進(jìn)行噴霧降溫。如果系統(tǒng)設(shè)定為手動運(yùn)行模式，現(xiàn)場的操作人員可以根據(jù)情況進(jìn)行低中高速的噴霧。

3 抑塵聯(lián)動系統(tǒng)的組態(tài)界面

抑塵聯(lián)動系統(tǒng)的組態(tài)界面如圖4 所示，可以實(shí)時顯示現(xiàn)場的PM2.5 值和溫度值，同時也會顯示目前系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)，可以在界面上自由切換自動手動控制模式，便于管理人員對施工現(xiàn)場的監(jiān)控與管理。

4 抑塵聯(lián)動系統(tǒng)的功能

本文在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行了原理樣機(jī)的搭建，實(shí)現(xiàn)了功能的驗(yàn)證，原理樣機(jī)如圖4 所示，其實(shí)現(xiàn)了：

圖4 抑塵聯(lián)動系統(tǒng)組態(tài)界面圖

（1）能進(jìn)行建筑工地現(xiàn)場PM2.5 的檢測，當(dāng)工地現(xiàn)場揚(yáng)塵較大，PM2.5 值升高時，自動進(jìn)行噴霧，從而減少建筑工地現(xiàn)場的揚(yáng)塵，起到環(huán)保的效果。

（2）能進(jìn)行建筑工地現(xiàn)場溫度的檢測，當(dāng)工地現(xiàn)場溫度較高時，自動進(jìn)行噴霧，從而降低建筑工地現(xiàn)場的環(huán)境溫度，起到降溫的效果。

（3）能根據(jù)PM2.5 值的范圍和溫度的范圍進(jìn)行噴霧水流速度的控制，共分為低、中、高三個噴霧速度，當(dāng)PM2.5 值超過限值范圍較少時，進(jìn)行低速的噴霧；當(dāng)PM2.5 值超過限值范圍較高時，進(jìn)行中速或高速的噴霧，從而達(dá)到節(jié)能的效果。

（4）在組態(tài)觸摸屏上，會顯示當(dāng)前實(shí)時的PM2.5 的數(shù)值和溫度的數(shù)值，并且可記錄歷史速度，操作者可進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的查詢。

（5）在組態(tài)觸摸屏上可以進(jìn)行抑塵聯(lián)動系統(tǒng)自動控制和手動控制的切換，自動控制功能是指由系統(tǒng)自動進(jìn)行PM2.5 和溫度的檢測，根據(jù)值的范圍進(jìn)行噴霧大小的控制，手動控制是指由操作人員手動在屏幕上選擇是否進(jìn)行噴霧和噴霧水流速度的選擇。

5 結(jié)束語

本文主要設(shè)計(jì)一種安裝在塔吊上的抑塵聯(lián)動系統(tǒng)，可以自動檢測現(xiàn)場環(huán)境的PM2.5 和溫度值，自動進(jìn)行噴霧，達(dá)到降塵降溫的效果，可自動進(jìn)行低、中、高速切換，不僅實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保，而且達(dá)到了節(jié)能的功能。