土方工程中綠色節(jié)能施工方法的研究

高東亮

（陜西建工安裝集團有限公司）

1 引言

土方工程涉及的施工內容比較多，包括場地平整、基坑開挖、基坑回填等主要工作，以及基坑支護、降排水等輔助工作，必須保證施工方案的科學性、合理性、可行性，同時兼顧綠色環(huán)保性，積極改變傳統(tǒng)施工工藝，充分利用現代信息化技術，優(yōu)化施工機械組合，加強碳減排分析，從各個環(huán)節(jié)出發(fā)，才能改變土方工程施工高能耗、高污染的問題。

2 綠色施工原則與要求

綠色施工是踐行可持續(xù)發(fā)展理念的重要手段，圍繞節(jié)水、節(jié)地、節(jié)能、節(jié)材與環(huán)境保護的目標，減少資源、能源消耗，降低施工活動對環(huán)境產生的不利影響。綠色施工的基本原則包括減量化原則、再使用原則、循環(huán)再生利用原則，減量化原則就是盡可能使用較少的資源能源投入完成生產任務，達到節(jié)能減排的目的，再使用原則就是盡可能延長產品使用周期，增加產品使用次數，減少重復生產帶來的資源浪費和環(huán)境污染，循環(huán)再生利用原則指的是物品在使用后能夠轉化成可利用的資源，而不是不可用的垃圾，可以用來循環(huán)生產各類新產品。遵循綠色施工原則，在具體施工活動開展過程中，應該盡可能減少對場地的干擾，特別是在深基坑工程施工時，開挖方式、降排水、基坑支護都會對原有地質結構產生負面影響。盡可能節(jié)約水資源，減少環(huán)境污染，土方工程施工容易出現嚴重揚塵、噪音問題，需要著重采取有效的控制措施。機械化也是土方施工的主要特點，如何優(yōu)化機械組合、加強機械能耗管理成為關鍵所在。隨著信息技術在工程施工領域的應用，可以在方案優(yōu)化、工程量計算、進度管理等方面實施可視化、精細化控制，為綠色節(jié)能施工理念的應用研究提供了更多思路[1]。

3 土方工程中綠色節(jié)能施工方法的研究

3.1 土方計算及調配

3.1.1 土方計算

土方工程量計算是施工方案編制、組織施工管理的基礎工作，直接影響到最終的綠色節(jié)能效果。根據設計地面與原始地面相對高程，計算挖土體積或填土體積，經過適當的簡化轉換，就相當于數學課程中的幾何體求體積，常用的計算方法有等高線法、斷面法、方格網法、散點法等。在地形起伏較大的情況下，可以采用等高線法，通過分層計算棱臺、棱錐體積，最終匯總成總體積。在縱向變化連續(xù)、橫向變化不連續(xù)的狹長地形，可以采用斷面法，沿著地形長度方向每隔一定距離取一斷面，計算相鄰兩個斷面的土方量，匯總得到總土方量。在地勢相對平坦的情況下，可以采用方格網法，將地形圖劃分成若干方格，計算求得每個方格工程量后，匯總得出總土方量。以上這些方法相對比較傳統(tǒng)，以人工計算為主，計算過程比較復雜，需要消耗大量的時間和精力，而且每種方法的適用情況不同，存在一定的局限性，計算結果難以保證。

利用BIM 技術進行土方工程量計算，通過建立三維地形模型，可以直觀檢驗高程數據的準確性，減少人工糾錯計算時間，有利于提高計算精度和速度。通過Revit軟件創(chuàng)建施工現場地形表面模型，并將所有高程點改為設計標高，自動統(tǒng)計計算現有地形轉換為設計地形所需要的工程量，軟件中的建筑地坪功能可以開展土方開挖模擬施工，通過參數設置計算土方挖方量、填方量。通過創(chuàng)建土方計算方法庫插件的方式也能夠較好的解決問題。首先，編譯土方工程量計算算法代碼，明確各種方法的判定條件，生成方法庫。其次，在Revlt 中導入地形圖，獲取相關數據參數，依據地形特征信息，判定土方計算方法，最終一鍵輸出土方工程量，通過對比分析發(fā)現，這種方式不但能夠避免煩瑣的手工計算過程，而且相較于現有軟件功能計算更加便捷、精準。

3.1.2 土方調配

土方調配的主要目的是更為經濟合理地進行土方運輸作業(yè)，以挖填土平衡為原則，組織開挖、運輸、回填工作，實現更為精確的土方調配，能夠達到更好的綠色節(jié)能效果。土方調配的主要元素有挖方區(qū)、填方區(qū)、棄土區(qū)、借土區(qū)、中轉區(qū)、運量、運距等，在調配過程中，應該充分考慮全場與各分區(qū)的優(yōu)化結合，合理設置分區(qū)線，實現挖填平衡和運距最短，優(yōu)化運輸線路、調配方向，充分發(fā)揮運輸車輛和土方機械性能，避免出現重復挖填和運輸的情況，盡可能與地下建筑施工相結合，縮減施工工期，降低施工成本。在進行土方調配時，首先要科學劃分調配區(qū)，綜合衡量地理環(huán)境、施工順序、技術要求等相關方面，其次計算調配區(qū)之間的平均運距，最后編制土方調配圖表，將土方調配問題轉化為數學線性規(guī)劃問題，通過表上作業(yè)法求得最佳土方調配方案。相對而言，這種方法操作更加方便，獲得的結果更加準確，具有較強的應用價值[2]。

3.2 可視化施工控制

常規(guī)的控制方法主要依賴于施工進度計劃，隨著施工活動的不斷開展，經常出現實際進度與計劃進度不符的情況，施工碰撞問題、場地布置效果差、進度跟蹤檢查不及時等現象比較突出，有必要開展可視化施工管理。BIM 技術具有可視化的優(yōu)勢，利用三維信息模型，可直觀展現施工現場布置情況。通過場地漫游功能，可以以第一視角檢查場地內臨時道路、材料堆放區(qū)、臨建設施的布置是否合理，實現施工現場空間深度優(yōu)化，通過碰撞檢查功能。在可視化碰撞檢查時，可自主定義碰撞類型，輸出碰撞檢測報告，并精準定位碰撞位置，及時針對碰撞點進行調整，解決各種硬碰撞和軟碰撞問題?；贐IM技術編制施工進度計劃，利用工作分解結構法，對土方工程進行工作分解，快速準確的計算各項施工內容工作量，初步估算施工工期，根據相互關系調整施工順序，強化了模型構件與工序之間的信息關聯，利用4D模型開展施工進度模擬，在三維可視化的視角下，觀察土方工程施工過程，直觀發(fā)現進度計劃編制存在的不合理之處，實現施工現場場地布置時間上的深度優(yōu)化。

3.3 土方施工機械管理

3.3.1 常規(guī)節(jié)能控制

土方工程施工需要依賴大量的機械作業(yè)，應該采用最優(yōu)的場地平整、基坑開挖、基坑回填、邊坡支護施工方案，摒棄高耗能、高污染的施工工藝，盡可能用最少的機械臺班完成施工任務。加強機械設備的日常節(jié)能管理，積極選用節(jié)能、環(huán)保、綠色、高效的機械設備。淘汰一批落后設備，在滿足施工需求的情況下，優(yōu)化施工工序，調整公共機具分布，充分利用相鄰區(qū)域內的機械設備，減少無效或低效作業(yè)。提高機械設備利用率，盡可能降低大功率機械設備的使用頻次，機械設備的功率應該與負荷相匹配，加強運行狀態(tài)實時監(jiān)測，評估機械設備的節(jié)能效率，針對能耗較大的施工工藝環(huán)節(jié)，制定專門的節(jié)能措施。安排專人進行機械設備的養(yǎng)護管理，建立相關記錄臺賬，保證機械設備能夠處于良好的運行狀態(tài)。積極使用綠色環(huán)保液體燃料，可以采用醇基液體燃料代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃油，配置高效率施工機械，在完全燃燒的情況下，醇基燃料提供的熱效率更高，而且來源廣泛，排放量低，符合綠色環(huán)保理念。以上這些都是相對常規(guī)的施工節(jié)能機械管理措施，沒有達到信息化、精細化管理的要求，可以在此基礎上充分利用現代信息技術，展開更為全面的計算分析，準確評估施工機械能耗，為節(jié)能控制管理提供更為科學的依據[3]。

3.3.2 機械減排分析

根據相關標準規(guī)范和施工實踐經驗，每種機械設備都有一定的適用范圍，比如，推土機的經濟運距在100m以內，鏟運機的經濟運距在200m～350m之間，在編制施工方案、選擇機械設備時，如何充分發(fā)揮不同機械設備性能、實現優(yōu)化組合的效果成為關鍵所在，更多的是以經驗為基礎確定組合方案，難以實現量化管理要求，而不同的機械施工方案需要采用的工藝方法不同，最終的節(jié)能效果自然不同。從功能碳足跡比選的角度出發(fā)，構建施工方案碳排放計算模型，根據消耗量定額和工程量清單，確定施工機械臺班消耗量，明確常用機械設備臺班碳排放因子，計算機械施工碳排放量，匯總得到機械施工方案碳排放總量，實現方案比選的目的，也可以針對薄弱環(huán)節(jié)進行優(yōu)化調整。土方機械施工會產生大量不同類型的過程信息，包括工程信息、機械信息、司機信息、現場信息等，按照數據結構的方式，也可以分為結構化數據和非結構化數據，這些數據中蘊含的巨大的價值，對于施工過程把控至關重要，利用計算機視覺技術進行機械施工過程信息自動化采集，通過目標檢測算法，識別機械活動狀態(tài)，采集相關數據信息，并將采集到的過程信息進行組織分析，用于生產率測算、費用測算等方面，發(fā)揮成本管控、進度管控的作用。

3.4 揚塵防治措施

揚塵是土方工程施工最為突出的環(huán)境污染問題，必須明確揚塵對人體健康、空氣環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)產生的危害，明確揚塵的產生機理和擴散特征，采用灑水、噴淋系統(tǒng)、風障、化學抑制劑等多種措施，有效抑制揚塵的產生及擴散。根據土方施工階段揚塵顆粒擴散特征和風場分析，在相同風力下，基坑越深，揚塵顆粒物擴散至圍擋處的最高濃度越低，此時風速的影響相對較小，在基坑底部容易形成渦流，控制顆粒物逃逸，所以，隨著基坑開挖工作的不斷深入，主要的揚塵治理對象是土方運輸環(huán)節(jié)，必須做好場地硬化、路面灑水、及時清掃工作，這樣就能夠明顯減少揚塵污染。揚塵排放源高度越低，圍擋的防擴散作用越明顯，可以有效減弱場內風速，減少起塵，不過在風速不斷增大的情況下，圍擋的作用逐漸減弱，在施工過程中，應該充分發(fā)揮防風網的作用，合理設置圍擋高度和范圍，盡可能降低風的影響，將揚塵污染控制在一定范圍內[4]。

4 結語

綜上所述，加強土方工程施工階段綠色節(jié)能措施應用十分關鍵，必須準確計算土方工程量，做好土方調配工作，避免重復的挖填、運輸作業(yè)。同時，不斷優(yōu)化施工方案，科學編制施工進度計劃，防止出現返工、窩工等情況，針對能源消耗量大的機械施工環(huán)節(jié)，除了做好常規(guī)節(jié)能管理，還要加強碳排放量分析，充分利用信息化技術，實現精細化管理的目標。