“雙碳”背景下建筑工程管理廢料處理技術(shù)

朱家寶 楊登超 張聰慧

山東科技大學(xué) 山東 泰安 271000

引言

住建部在2016年年底，頒布了《建筑垃圾資源化利用行業(yè)規(guī)范條件》，加強了對建筑廢料的處理以及可回收利用工作的監(jiān)管[1]。2020年9月22日，中國在第75屆聯(lián)合國大會上提出2030實現(xiàn)“碳達峰”、2060年實現(xiàn)“碳中和”的目標(biāo)[2]。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，建筑行業(yè)在全球碳排放中具有重大貢獻，是碳排放的主力軍之一，因此，對建筑行業(yè)進行新技術(shù)全方位變革是必不可少的[3]。建筑廢料伴隨在建筑的全生命周期中，在碳排放以及生態(tài)環(huán)境方面擁有巨大的影響力，具有兩面性[4]。現(xiàn)有的建筑廢料處理技術(shù)，普遍存在著成本高、效率低、能耗高的缺點，使建設(shè)單位、施工單位不愿進行廢料處理或只進行簡單處理，造成廢料對環(huán)境的多次污染。

本文提出一種新型的建筑廢料處理技術(shù)，通過運用篩分、聚類的原理對廢料進行多次分批、分速處理，達到高效、低能耗目的。同時，結(jié)合現(xiàn)有的廢料處理裝置原理以及廢料的共性，合理設(shè)計、組合設(shè)備部件，達到整體最優(yōu)的目的，實現(xiàn)廢料處理的高效化、低能耗化、成本最低化，助力建筑產(chǎn)行業(yè)綠色變革。

1 建筑廢料和建筑工程管理概述

建筑廢料屬于建筑垃圾的一種，主要包括混凝土塊、建筑廢渣、磚瓦、瀝青混凝土塊、棄土、棄料、淤泥和混凝土等，主要產(chǎn)生與人類的建筑相關(guān)活動，如建筑施工、維修、拆除和重建。除此之外，也會在自然災(zāi)害的作用下產(chǎn)生[5]。

建筑工程管理是指對項目施工質(zhì)量、施工標(biāo)準、施工內(nèi)容、施工流程等進行全方位、多角度的管理。建筑工程管理具備工程學(xué)和管理學(xué)的雙重特性，是未來建筑領(lǐng)域快速發(fā)展的基石。建筑工程管理需要開展的工作是以建筑工程施工現(xiàn)場為依托，這要求相關(guān)工作人員具備高水準的專業(yè)修養(yǎng)，例如：基礎(chǔ)管理能力、建筑識圖能力、對項目工程的驗收能力以及項目的預(yù)算執(zhí)行能力等[6]。

2 建筑廢料處理存在的問題

2.1 建筑廢料處理意識薄弱

當(dāng)前，無論是在建筑施工階段、拆除階段、重建階段的施工工人，還是在建筑運營階段的建筑使用者，都缺乏對建筑廢料的正確認識，缺乏科學(xué)的廢料處理意識。在平時的工程項目中，普遍存在建筑廢料亂堆、亂放、亂埋的現(xiàn)象，嚴重污染建筑周邊環(huán)境、破壞地層結(jié)構(gòu)。在增加廢料處理成本的同時，造成了廢料的二次、三次污染[7]。

2.2 建筑廢料處理技術(shù)落后

目前，市面上現(xiàn)銷的建筑廢料處理裝置在使用的過程中，往往不區(qū)分廢料的大小、材質(zhì)直接投入負責(zé)破碎的擠壓錕中，有些體積大的廢料容易在擠壓錕處停留，阻礙設(shè)備運轉(zhuǎn)。同時，由于廢料大小不一，在破碎的過程中會使擠壓錕出現(xiàn)大范圍的磨損，降低設(shè)備的有效使用壽命。簡言之，現(xiàn)有的建筑廢料處理技術(shù)普遍存在著工作效率低、設(shè)備磨損率大、能耗高的問題。

3 新型建筑廢料處理技術(shù)

3.1 技術(shù)簡介

本文中的新型建筑廢料處理技術(shù)——篩分聚類原理（Principle of Screening Clustering，POSC）。通過對廢料的大小以及形狀特點在入料通道進行初步篩分聚類——分速；在運料區(qū)，設(shè)計多層網(wǎng)狀篩分結(jié)構(gòu)的勻料框?qū)U料進一步篩分聚類——分層，使廢料規(guī)格較小的聚集到勻料框的下層，使粒徑較大的繼續(xù)留在上層。經(jīng)過上述兩次處理基本實現(xiàn)了廢料的分批與聚類，直接保證裝置在工作的過程中的流暢性，提高廢料處理效率。

3.1.1 理論設(shè)計。筆者通過整理相關(guān)文獻資料后，在理論設(shè)計階段考慮的問題主要有以下四條：①怎樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計能讓廢料在整個流程中不堆積，提高廢料破碎效率？②怎樣選擇設(shè)備部件，怎樣組合部件來達到低能耗、低負荷？③怎樣降低廢料對設(shè)備的磨損率，延長設(shè)備的有效壽命？④怎樣實現(xiàn)廢料低成本處理？什么是廢料處理成本？

本技術(shù)的實現(xiàn)方式是以建筑廢料處理裝置為載體。

裝置的主體為安裝臺，其余的各主要組件均是在安裝臺的上、下進行安裝設(shè)計。在安裝臺上部安裝移動腔與雙軸電機。在移動腔的內(nèi)部設(shè)置有入料機構(gòu)即勻料框，為使勻料框可以前后移動，在其兩側(cè)固定安裝表面附有彈簧的限位柱。在勻料框限位柱的兩側(cè)安裝表面附有凸輪的傳動軸，并將凸輪與限位槽的內(nèi)表面光滑連接。在勻料框的內(nèi)部滑動安裝有梯形按壓板，設(shè)計往復(fù)絲杠的底端貫穿梯形按壓板并延伸至梯形按壓板的外部，使往復(fù)絲杠的外表面與梯形按壓板的內(nèi)表面螺紋連接。在雙軸電機的兩端設(shè)置固定主動軸，傳動軸的外表面通過傳動輪傳動安裝有傳動帶，主動軸的外表面通過傳動輪與傳動帶的內(nèi)表面?zhèn)鲃舆B接。

3.1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計。本產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的具體組成結(jié)構(gòu)為：①安裝臺；②擠壓輥；③移動腔；④下料口；⑤勻料框；⑥出料口；⑦限位柱；⑧彈簧；⑨雙軸電機；⑩主動軸；?安裝板；?往復(fù)絲杠；?傳動錐齒輪；?主動錐齒輪；?傳動軸；?凸輪；?限位槽；?梯形按壓板；?傳動帶；?保護軟套。

筆者通過查閱文獻以及對現(xiàn)有的建筑廢料處理裝置存在的問題進行分析，科學(xué)地設(shè)計出一種新型的建筑廢料處理裝置。該裝置就技術(shù)使用類型來說屬于建筑施工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，其主要的工作部件包括安裝臺、入料機構(gòu)、勻料框、梯形按壓板、雙軸電機以及出/入料口。根據(jù)裝置廢料處理流程，可將裝置構(gòu)件分為四個工作區(qū)投料區(qū)、運料區(qū)、處理區(qū)、出料區(qū)。其中，在投料區(qū)本團隊根據(jù)重力及斜面坡度相關(guān)知識，設(shè)計表面粗糙的倒梯形的入料通道，使廢料在進入裝置前可以減少下墜速度，對于不同材料的廢料進行分速入口處理。在運料區(qū)，采用雙軸電機帶動主錐齒輪進而間接帶動勻料框勻速移向擠壓錕，在勻料框的設(shè)計上，采用基于Pro/E多級振動篩，可根據(jù)廢料的大小進行分層，以便于在擠壓錕處高效破碎。在破碎區(qū)，位于勻料框上的梯形按壓板，會在主動齒輪以及往復(fù)絲杠的帶動下，進行上下震動，給廢料施加一個向擠壓錕方向的擠壓力，加快擠壓錕破碎效率。最后，經(jīng)擠壓錕處理后的廢料，會直接進入出料口，完成廢料的處理。

3.2 設(shè)備功能分區(qū)

3.2.1 投料區(qū)。主要構(gòu)件為入料通道，主要解決現(xiàn)有裝置直接將廢料投入設(shè)備內(nèi)，不考慮廢料的大小、形狀、材質(zhì)，忽視廢料對裝置部件損害的問題。筆者團隊通過查閱相關(guān)資料與已具備的相關(guān)知識，合理運用摩擦阻力學(xué)原理設(shè)計通道結(jié)構(gòu)[8]，具體設(shè)計為表面為小階梯狀的倒梯形合金板，通道為幾何四棱臺，4個倒梯形合金板的連接處采用倒角式的光滑連接，防止廢料滯留。該倒梯形結(jié)構(gòu)的入料通道可降低廢料入機的速度，同時根據(jù)廢料的形狀以及材質(zhì)進行初步篩分。

3.2.2 運料區(qū)。勻料區(qū)的主要構(gòu)件為雙軸電機、傳動帶、傳動軸、移動腔以及勻料框。在設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中，雙軸電機會帶動傳動帶然后間接帶動移動腔，而勻料框位于移動腔內(nèi)部，會隨著移動腔的移動通過彈簧以及限位柱而前后移動，將框內(nèi)的廢料不斷移向擠壓錕。在勻料框在前后移動時，由于齒輪之間的相互嚙合，會使勻料框有小幅度的微震，且由于勻料框所采用的結(jié)構(gòu)是基于Pro/E多級振動篩結(jié)構(gòu)[9]，可根據(jù)廢料的形狀、大小在此進行篩分，將體積小的廢料過濾到下層，較大的置于上層，達到對廢料的合理分批，有利于擠壓錕在破碎時的施力部位在同一水平線上，減小對破碎部件的損害、提高破碎效率。

3.2.3 破碎區(qū)。破碎區(qū)的主要構(gòu)件為主動錐齒輪、傳動錐齒輪、往復(fù)絲杠、梯形按壓板。在部件組合設(shè)計方面，本團隊考慮到節(jié)能設(shè)計將主動錐齒輪、傳動錐齒輪與主動軸上的凸輪相嚙合，使設(shè)備運轉(zhuǎn)時可以讓主動錐齒輪與傳動軸齒輪相互帶動，進而共同帶動往復(fù)絲杠，達到減少能耗目的。往復(fù)絲杠會帶動位于勻料框中的梯形按壓板上下移動，當(dāng)勻料框里的廢料到達擠壓錕附近時，梯形按壓板便擠壓廢料進入擠壓錕，在廢料規(guī)格相似的基礎(chǔ)上進一步加快廢料破碎效率。

3.2.4 出料區(qū)。出料區(qū)設(shè)計較為簡單。出料口設(shè)置在擠壓錕的正下方，使經(jīng)擠壓錕破碎后的廢料在最短的時間里從設(shè)備流出，保證裝置工作的流暢性。

3.3 技術(shù)原理及先進性

3.3.1 技術(shù)實現(xiàn)原理。首先，啟動雙軸電機，使雙軸電機帶動兩個主動軸同時轉(zhuǎn)動，主動軸在轉(zhuǎn)動的過程中，會同時帶動主動錐齒輪和傳動帶。其次，傳動帶會帶動傳動軸和其上的凸輪轉(zhuǎn)動，凸輪在轉(zhuǎn)動的過程與限位槽不斷的接觸，并在限位柱和彈簧的配合下，使勻料框在移動腔內(nèi)部不斷的前后移動，將倒入勻料框內(nèi)部的建筑廢料不斷的帶向出料口。最后，主動錐齒輪會帶動傳動錐齒輪轉(zhuǎn)動及主動錐齒輪轉(zhuǎn)動，從而使往復(fù)絲杠轉(zhuǎn)動，來帶動梯形按壓板在勻料框內(nèi)部不斷的上下移動，將廢料向著下料口處的擠壓輥處推動，使擠壓輥將廢料進行不斷的破碎操作。

3.3.2 先進性。本文所闡述的新型建筑廢料處理技術(shù)相較于已有的建筑廢料處理技術(shù)或裝置具有極大的節(jié)能減排潛力和廣闊的市場前景。具體技術(shù)先進性如下所述。

（1）適用于各種尺寸廢料的處理。

（2）廢料對設(shè)備的磨損率小。

（3）內(nèi)部部件均采取最優(yōu)組合，降低裝置能耗與負荷，提高設(shè)備有效使用壽命。

（4）對廢料進行兩次篩分處理，解決廢料堵塞問題，大大提高工作效率。

（5）梯形按壓板擠壓廢料進入擠壓錕，提高破碎速率。

4 結(jié)束語

本文主要針對現(xiàn)有建筑廢料處理技術(shù)在對建筑施工、維修、拆除和重建階段產(chǎn)生的建筑廢料處理中，存在工作效率低、設(shè)備磨損率大、能耗高的問題，提出將篩分、聚類原理靈活運用到設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計與組合中，借助新型建筑廢料處理裝置來解決。運用該技術(shù)的設(shè)備可以在投料區(qū)和運料區(qū)對廢料進行減速、篩分、聚類處理，達到提高工作效率、減少設(shè)備磨損的目的。同時，本文所述的新型建筑廢料處理裝置以雙軸電機為驅(qū)動，減少內(nèi)部電機布置、降低能耗，實現(xiàn)了建筑廢料的低碳化處理。有效推動建筑行業(yè)的低碳發(fā)展，響應(yīng)國家“碳達峰、碳中和”號召。