高原極端環(huán)境下裝配式營(yíng)地舒適性建造技術(shù)

林子琨，丁學(xué)正，廖滿平，張 茅，陽(yáng) 威

（1.中建二局土木工程集團(tuán)有限公司，北京 101100；2.中國(guó)建筑第二工程局有限公司，北京 100160）

某高原項(xiàng)目地處四川盆地與青藏高原過渡的西南緣，海拔為3 500～3 750m，屬典型高原地貌，空氣密度低、高寒缺氧、溫差大、紫外線強(qiáng)，氣候變化劇烈，在這種極端環(huán)境下，短期或長(zhǎng)期暴露高原低氧環(huán)境均會(huì)誘發(fā)機(jī)體中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能異常，引起認(rèn)知功能障礙。而工程建設(shè)人員身體機(jī)能下降，工作效率降低可達(dá)50%以上，體內(nèi)血紅細(xì)胞含氧量降低30%以上，這樣的施工環(huán)境對(duì)人員健康保障、建設(shè)營(yíng)地提出了更高的要求。為此，項(xiàng)目采取供氧、保暖、增壓、太陽(yáng)能利用、低碳技術(shù)及后勤保障等策略，全方位提升建設(shè)營(yíng)地舒適性，助力世紀(jì)工程建設(shè)。

1 高原營(yíng)地建設(shè)總體方案

運(yùn)用低空攝影技術(shù)，配置大疆M300 RTK 無人機(jī)，搭載禪思P1 鏡頭對(duì)工程整體路線進(jìn)行無人機(jī)航測(cè)，生成傾斜攝影模型。基于航測(cè)模型，初步規(guī)劃一處地勢(shì)平坦、交通便利、環(huán)境安全、水源豐富的位置作為營(yíng)地。

航測(cè)結(jié)束后，利用Infraworks 軟件對(duì)同一坐標(biāo)系下的無人機(jī)航測(cè)地形與Revit 建立的營(yíng)地結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行整合，建立營(yíng)地實(shí)景三維模型，快速獲取擬建營(yíng)地周邊地形地貌等空間信息。隨后將整合后的模型嵌套進(jìn)區(qū)域地圖中，準(zhǔn)確規(guī)劃營(yíng)地的道路、排水等事項(xiàng)，如與既有道路連接、既有排水管網(wǎng)連接等。同時(shí)由于傾斜攝影模型包含坐標(biāo)、高程、水文、既有交通等信息，有利于規(guī)避泥石流滑坡、洪積扇、巖堆等不良地質(zhì)區(qū)域，選擇地形寬廣、地質(zhì)條件較好的區(qū)域作為營(yíng)房建設(shè)地址。項(xiàng)目部總體規(guī)劃如圖1。

圖1 項(xiàng)目部總體建設(shè)規(guī)劃

項(xiàng)目駐地營(yíng)房屋頂安設(shè)太陽(yáng)能電板，降低項(xiàng)目駐地能耗。駐地共劃分五大區(qū)域，分別是辦公區(qū)、生活區(qū)、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)區(qū)、文化走廊展示區(qū)和停車區(qū)。主要設(shè)施有辦公室、會(huì)議室、信息化中心、小型制氧站及動(dòng)場(chǎng)等。營(yíng)區(qū)周圍采用波紋板圍護(hù)，并涂以藍(lán)白相間色彩。營(yíng)地所有房屋采用箱式房，實(shí)現(xiàn)營(yíng)地模塊化、快速建造機(jī)械化。另外，修建產(chǎn)業(yè)工人社區(qū)，占地面積為5 245m2，包括醫(yī)務(wù)室、理發(fā)室、超市等生活用房，共126 間，可住500 人，內(nèi)設(shè)小型制氧站。項(xiàng)目部所有居住、辦公空間均采用裝配式技術(shù)，將可折疊式集裝箱板房運(yùn)輸?shù)礁咴?xiàng)目部，再通過起重機(jī)快速拼裝，實(shí)現(xiàn)1 個(gè)月營(yíng)地搭建，如圖2。

圖2 裝配式拼裝營(yíng)地

2 供氧、增壓及保暖方案

項(xiàng)目駐地海拔均在3 500m 以上，在工區(qū)駐地和產(chǎn)業(yè)工人社區(qū)內(nèi)分別設(shè)置小型制氧站1 個(gè)，通過管道將氧氣供到每個(gè)臥室，在房間內(nèi)設(shè)置供氧使用終端。房間工作、休息人員可智能化設(shè)置房間氧氣濃度。氧氣終端設(shè)有氧氣濃度感知傳感器，一旦濃度滿足即停止制氧站向房間供氧。其余人員相對(duì)較少的場(chǎng)所使用分散式供氧設(shè)備進(jìn)行供氧，如圖3。另外，施工一線還配置微型壓力氧倉(cāng)，倉(cāng)內(nèi)一方面提供具有一定壓力的氧氣，可助于氧分子進(jìn)入血紅細(xì)胞；另外一方面，適當(dāng)增加倉(cāng)內(nèi)壓力，使感到不適的作業(yè)人員可緩解高原低壓導(dǎo)致的不良反應(yīng)。

圖3 駐地造氧設(shè)備及低壓氧艙

項(xiàng)目營(yíng)地處高原型大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，氣候寒冷、無霜期長(zhǎng)、光照多，氣溫低，冬長(zhǎng)而干冷，夏涼多低溫，無四季之分，且駐地日溫差常超過20℃；1～4 月氣溫較低，最低溫度約-15℃；即使是溫度較高的6～7 月，夜間溫度也常低于10℃，同樣需要進(jìn)行供暖。為此，項(xiàng)目采用石墨烯空調(diào)進(jìn)行供暖，石墨烯空調(diào)功率約2.6kW，內(nèi)設(shè)智能溫度傳感器，當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到預(yù)定值時(shí)，供暖自動(dòng)停止；當(dāng)?shù)陀陬A(yù)定值時(shí)，供暖功能啟動(dòng)，如圖4。

圖4 石墨烯供暖房間

3 低碳建設(shè)方案

3.1 光伏玻璃利用技術(shù)

光伏玻璃幕墻是一種將太陽(yáng)能光伏組件壓入，能夠利用太陽(yáng)輻射發(fā)電，并具有相關(guān)電流引出裝置以及電纜的特種玻璃。采用光伏玻璃幕墻替換傳統(tǒng)的玻璃幕墻，鑲嵌于兩片玻璃之間，利用太陽(yáng)能電池組件將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存并使用。太陽(yáng)能電池組件利用太陽(yáng)光的光子能量，使得被照射的電解液或者半導(dǎo)體材料的電子移動(dòng)，從而產(chǎn)生電壓。

甘孜州光照時(shí)間長(zhǎng)，全年光照時(shí)間約2 700h，整個(gè)光伏系統(tǒng)裝機(jī)容量為200kW，240m2光伏玻璃幕墻年發(fā)電量約8 萬kWh，節(jié)約用電成本5.2萬元，等效每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤26.91t，減排二氧化碳約70.5t，產(chǎn)生的綠色電力用于照明、動(dòng)力等用能需求。240m2光伏玻璃幕墻總造價(jià)為41 萬元，1m2單價(jià)約為1 700 元，1m2普通玻璃幕墻造價(jià)約為750 元，綜上，使用該光伏玻璃幕墻4.4 年即可收回成本。表1 為光伏玻璃幕墻標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，通過標(biāo)準(zhǔn)件光伏玻璃，可直接運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)拼裝成幕墻。光伏玻璃幕墻不僅具備普通幕墻維護(hù)、隔熱、美觀功能，又兼具綠色發(fā)電及能源自給功能，減少了資源消耗，響應(yīng)綠色建造、節(jié)能減排、零碳建筑及雙碳目標(biāo)的大趨勢(shì)。

表1 標(biāo)準(zhǔn)光伏玻璃幕墻參數(shù)

3.2 清潔能源利用技術(shù)

項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)配置多套FT-QC8 小型自動(dòng)氣象站，實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)智能化采集、無人化監(jiān)管及數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)查收。該氣象站支持短信預(yù)警、云平臺(tái)查看、數(shù)據(jù)曲線分析、數(shù)據(jù)后處理及外置運(yùn)行Javascript 腳本等功能。氣象站由氣象傳感器、采集器、太陽(yáng)能供電系統(tǒng)、立桿支架及云平臺(tái)5部分組成。采集器供電接口為GX-12-3P 插頭，輸入電壓5V，帶RS232 輸出Json 數(shù)據(jù)格式；配置太陽(yáng)能供電、鉛酸電池，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)站無人化值守；數(shù)據(jù)上傳間隔為30～65 535s，并可根據(jù)需要自行設(shè)置。

3.3 固廢處理及環(huán)境監(jiān)測(cè)

設(shè)置1 處固體廢物處置工程，用于施工營(yíng)地易腐垃圾（餐廚垃圾）的堆肥處理。主要施工流程：基坑開挖→基礎(chǔ)澆筑、養(yǎng)護(hù)→排水溝施工→設(shè)備及防雨棚安裝→設(shè)備運(yùn)營(yíng)／養(yǎng)護(hù)。工程選址位于項(xiàng)目駐地下風(fēng)口，基坑溝槽采用人工配合挖掘機(jī)施工，結(jié)構(gòu)混凝土采用鋼模板立模，溜槽澆筑，設(shè)備采用快速腐熟與惡臭控制一體化堆肥機(jī)，安裝采用起重機(jī)吊裝，人工配合安裝。堆肥產(chǎn)物由專人定期清理，用于生態(tài)恢復(fù)、場(chǎng)坪綠化或填埋處理。其他一般生活垃圾就近轉(zhuǎn)運(yùn)至地方既有垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行處置。

項(xiàng)目對(duì)施工噪聲、光照輻射強(qiáng)度、空氣濕度、溫度、風(fēng)速等數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)建設(shè)，并上傳至智能化云平臺(tái)，可動(dòng)態(tài)查看數(shù)據(jù)。生活區(qū)垃圾集中堆放，定期用垃圾車運(yùn)往指定處理點(diǎn)處理；生活污水排入污水收集容器處理并拉到指定地點(diǎn)，經(jīng)污水處理設(shè)施處理達(dá)標(biāo)后排放，如圖5。

圖5 污水處理設(shè)備

4 衛(wèi)生保障建設(shè)

設(shè)置備品室、監(jiān)護(hù)室。室內(nèi)隔熱、保溫效果良好，室內(nèi)照明、取暖、供氧等設(shè)施設(shè)備齊全，達(dá)到室溫不低于16℃的取暖條件。工地健康監(jiān)護(hù)室配備智能健康檢測(cè)設(shè)備1 套，內(nèi)外科急救箱1套，配備吸氣終端及氧氣袋。配套設(shè)施具備診療電腦系統(tǒng)及遠(yuǎn)程會(huì)診功能，為標(biāo)段醫(yī)生巡診提供條件。

5 結(jié)語(yǔ)

高原地區(qū)生態(tài)脆弱、環(huán)境惡劣，本文通過無人機(jī)信息化等手段，從光伏玻璃、固廢處理及環(huán)境監(jiān)測(cè)、衛(wèi)生建設(shè)等4 個(gè)技術(shù)方案出發(fā)，為作業(yè)人員提供了較好的居住環(huán)境。高原項(xiàng)目駐地現(xiàn)代化建設(shè)也有效保護(hù)了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，為后續(xù)高原地區(qū)營(yíng)地建造奠定了基礎(chǔ)。