王海斌，樊守彬，韓力慧，李婷婷，曲松，崔浩然，劉俊芳

1.北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院

2.北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院

3.國家城市環(huán)境污染控制工程技術(shù)研究中心

大氣固體微粒，特別是PM10和PM2.5(空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑分別小于等于10 和2.5 μm 的顆粒物)是城市空氣的主要污染物之一，這些微粒能夠在大氣中長時間懸浮和進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，使之成為城市空氣污染的突出問題[1-2]。研究表明，2015—2019 年京津冀地區(qū)PM10和PM2.5濃度下降了30%～33%[3]，但在道路附近，其濃度是居民區(qū)的2～3 倍[4]，城市道路揚(yáng)塵已被確定為城市大氣顆粒物的主要來源[5]。城市建設(shè)活動會產(chǎn)生大量的顆粒物并最初沉積在施工工地（場站）周圍的路面上，一小部分因?yàn)槿藶榛顒雍妥匀灰蛩氐挠绊懼匦聭腋〉酱髿庵校斐晒さ兀▓稣荆└浇目諝馕廴?，危害人類健康[6]。

國外學(xué)者[7-8]對于道路塵負(fù)荷的研究相對較早。Venkatram 等[9-13]采用AP-42 模型對拉斯維加斯、加利福尼亞、哥倫比亞、新德里、克拉科夫的相關(guān)街道進(jìn)行道路揚(yáng)塵檢測；Singh 等[14]研究表明，印度德里城市道路塵負(fù)荷再懸浮引起的道路揚(yáng)塵排放量是汽車尾氣排放的6 倍；Pachon 等[15]研究表明，道路特征、車輛狀況以及氣象等都能影響道路揚(yáng)塵的排放量；Pant 等[16]則指出，施工工地排放的揚(yáng)塵中60%為車輛運(yùn)輸行駛過程夾帶塵土進(jìn)入道路，增加路道塵負(fù)荷所導(dǎo)致的。國內(nèi)樊守彬等[17-26]對北京市、珠三角、東北三省和西安市道路揚(yáng)塵進(jìn)行相關(guān)研究，并建立了自下而上的道路揚(yáng)塵排放清單；田剛等[27]研究表明，北京市施工工地出口道路交通揚(yáng)塵排放因子是正常道路的2～10 倍；黃玉虎等[28]研究表明，北京市混凝土攪拌站附近道路塵負(fù)荷是鄉(xiāng)道的17 倍。近年來，揚(yáng)塵雖然得到一定程度的控制，但大多數(shù)城市揚(yáng)塵對PM2.5濃度的貢獻(xiàn)率仍為15%～25%。北京市生態(tài)環(huán)境局的PM2.5來源解析結(jié)果表明，揚(yáng)塵源在北京市本地PM2.5來源的占比由2013 的14.3%升至2017 年的16%，是現(xiàn)階段第二大PM2.5本地污染源，其中移動源在揚(yáng)塵源中的占比更是高達(dá)45%，施工場所出口道路揚(yáng)塵是道路揚(yáng)塵的重要組成部分[29]。

近年來，全國建設(shè)工程規(guī)模呈現(xiàn)持續(xù)增長態(tài)勢[30]，通州區(qū)從2017 年成為北京城市副中心以來，建筑施工面積迅速增加，且施工場所出口道路揚(yáng)塵作為環(huán)境空氣顆粒物污染的重要來源，進(jìn)一步增加了大氣污染治理的難度。目前，對不同類型工地（場站）出口道路揚(yáng)塵的研究較為鮮見。筆者基于快速走航監(jiān)測系統(tǒng)，對北京市通州區(qū)300 個工地（包含交通工地，25.3%；園林綠化工地，5.3%；水務(wù)工地，5.7%；房建工地，58.7%；拆遷工地，2.0%；建筑垃圾消納場，2.0%；混凝土攪拌站，1.0%）出口道路及137 條常規(guī)道路進(jìn)行3 個月的持續(xù)監(jiān)測，并調(diào)查相關(guān)道路的車流量信息，研究不同類型工地（場站）出口道路揚(yáng)塵排放特征，以期為北京市不同類型工地（場站）出口道路的精細(xì)化管控提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 移動采樣法

本研究基于快速檢測法進(jìn)行采樣，快速檢測法是指采用車載顆粒物檢測儀來獲取不同類型工地（場站）出口道路以及常規(guī)道路塵負(fù)荷的方法。采樣設(shè)備包括帕杰羅采樣車1 輛、DustTrak8530 顆粒物在線檢測儀2 臺（美國TSI 公司）、GPS 儀1 臺（美國Garmin 公司）。DustTrak8530 顆粒物檢測儀分別安裝在帕杰羅采樣車的車輪右后胎和車頂，它基于氣溶膠微粒的體積與光散射強(qiáng)度成比例的原理，再經(jīng)過嚴(yán)格的標(biāo)定程序獲得顆粒物的質(zhì)量濃度。使用前用流量計(jì)進(jìn)行流量標(biāo)定和調(diào)零。采樣時，通過車輪胎揚(yáng)起的道路顆粒物濃度和車頂?shù)谋尘邦w粒物濃度之差計(jì)算道路塵負(fù)荷，時間分辨率為1 s。GPS儀同時記錄車速和位置坐標(biāo)，其分辨率也為1 s。與AP-42 法相比，該方法采樣更具安全性、準(zhǔn)確性和快捷性。于2020 年9—11 月對通州區(qū)300 個工地出口道路以及137 條常規(guī)道路進(jìn)行塵負(fù)荷監(jiān)測，并選取13 個出口道路類型相似的非破損鋪裝道路的不同類型的典型工地以及建筑材料生產(chǎn)或建筑垃圾消納等場所（如混凝土攪拌站和建筑垃圾消納場，以下簡稱場站）進(jìn)行出口道路塵負(fù)荷分析，其大部分工地主要分布在北京市通州區(qū)城區(qū)位置，場站多分布在郊區(qū)（圖1）。

圖1 北京市通州區(qū)典型工地（場站）分布Fig.1 Typical construction sites (stations) distribution in Tongzhou District,Beijing

1.2 排放因子計(jì)算

采用AP-42 排放因子模型計(jì)算北京市通州區(qū)道路揚(yáng)塵排放因子，該方法是美國國家環(huán)境保護(hù)局(US EPA)公布的計(jì)算鋪裝道路交通揚(yáng)塵排放因子的方法[31]，估算模型如下：

式中：E為道路揚(yáng)塵排放因子，g/(km·輛)；k為粒度修正系數(shù)，PM10和PM2.5分別取0.62 和0.15；sL 為道路塵負(fù)荷，g/m2；W為機(jī)動車質(zhì)量平均值，t；P為基準(zhǔn)年內(nèi)降水量大于0.254 mm 的天數(shù)，本研究為50 d；N為基準(zhǔn)年，本研究取1 a；Wi為第i種車輛的平均質(zhì)量，t；ai為第i種車輛占總車輛數(shù)的比例，%。筆者對日均車流量中不同道路上各類車輛的構(gòu)成比例進(jìn)行調(diào)查，然后對不同品牌客車和貨車空載和滿載時的質(zhì)量進(jìn)行調(diào)查分析，得到不同類型車輛的單車質(zhì)量：大客車，10 t；小客車，1.1 t；大貨車，16 t；中貨車，6 t；小貨車，2.5 t；拖掛車，22 t；拖拉機(jī)，3.5 t。

1.3 排放強(qiáng)度計(jì)算

以實(shí)際典型工地（場站）出口道路交通流信息數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，整合其對應(yīng)道路揚(yáng)塵排放因子、車流量和路網(wǎng)信息，應(yīng)用ArcGIS 軟件的空間分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能，計(jì)算得到研究區(qū)域的道路揚(yáng)塵排放量，公式如下：

式中：Q為研究區(qū)域道路揚(yáng)塵排放量，kg/d；L為道路長度，km；V為日均車流量，輛/d；j為第j條道路。

2 結(jié)果與討論

2.1 典型工地（場站）出口道路塵負(fù)荷特征

為探究不同類型工地（場站）出口道路塵負(fù)荷特征，對通州區(qū)300 個工地（場站）出口道路及137 條常規(guī)道路進(jìn)行持續(xù)3 個月的塵負(fù)荷監(jiān)測，不同類型工地（場站）出口2 個方向100 m 道路塵負(fù)荷均值如圖2 所示。從圖2 可以看出，工地（場站）出口道路塵負(fù)荷明顯高于常規(guī)道路，且道路塵負(fù)荷均值為攪拌站＞消納場＞拆遷工地＞房建工地＞水務(wù)工地＞園林綠化工地＞交通工地。選取的13 個不同類型的出口道路類型相似且非破損鋪裝道路的典型工地（場站），其對應(yīng)出口道路左右100 m 距離塵負(fù)荷均值見表1。從表1 可以看出，混凝土攪拌站、建筑垃圾消納場和拆遷工地出口2 個方向100 m 道路塵負(fù)荷均值較大，是北京市通州區(qū)常規(guī)道路監(jiān)測均值（0.59 g/m2）的5.9～21.1 倍；園林綠化工地次之，是通州區(qū)常規(guī)道路監(jiān)測均值的4.3～4.5 倍；房建工地、交通工地和水務(wù)工地相對較小，是通州區(qū)常規(guī)道路監(jiān)測均值的1.3～4.5 倍。相同工地類型的不同工地出口道路之間也有一定的差異，這可能與相同工地類型的不同工地所處的施工階段以及工地出口的特征和管控力度差異有關(guān)，如同為拆遷工地的9 號工地出口道路塵負(fù)荷為10 號工地的3.1 倍。原因是在施工規(guī)模上，9 號工地施工面積為2.4 萬m2，10 號工地為1.7 萬m2，更大的施工面積意味著更大的揚(yáng)塵排放量；在工地施工揚(yáng)塵管控力度上，9 號和10 號工地施工現(xiàn)場固體廢物均苫蓋，但9 號工地有霧炮設(shè)施2 臺，而10 號工地有霧炮設(shè)施3 臺，且施工灑水頻次更高；在出口道路類型上，9 號工地為支路，10 號工地為主干道，在道路維護(hù)及清掃力度上9 號工地小于10 號工地。

圖2 不同類型工地（場站）出口道路塵負(fù)荷特征Fig.2 Characteristics of road silt loading at exits of different types of construction sites (stations)

表1 典型工地（場站）出口2 個方向100 m 塵負(fù)荷特征Table 1 Silt loading characteristics of 100 m in two directions at the exit of typical construction sites (stations)g/m2

不同類型工地（場站）出口道路塵負(fù)荷隨距出口距離的變化如圖3 所示。從圖3 可以看出，所有工地均呈現(xiàn)單峰型似正態(tài)分布，大部分工地（場站）雖然在出口位置峰值較高，但距離工地（場站）左右400 m之外，其道路塵負(fù)荷明顯下降，甚至達(dá)到常規(guī)道路均值的水平。房建工地的單峰銳利，在工地出口左右200 m 外，其道路塵負(fù)荷便趨于常規(guī)的道路均值；交通工地、水務(wù)工地和園林工地因其排放源的特點(diǎn)為線源或超大面源，因此隨著距出口距離的增加，會出現(xiàn)多個無規(guī)律的次峰；拆遷工地在施工過程中易產(chǎn)生大量揚(yáng)塵，隨后在重力作用下以降塵的形式擴(kuò)散到更遠(yuǎn)的路面，因此拆遷工地單峰較房建工地更加敦寬；攪拌站和消納場則容易出現(xiàn)單側(cè)隨機(jī)次峰，可能是因?yàn)檫\(yùn)輸車在其出口單側(cè)往返的情況較多，造成出口道路單側(cè)遺撒塵土較另一側(cè)多。

圖3 不同類型工地（場站）出口道路塵負(fù)荷隨距離變化特征Fig.3 Variation characteristics of road silt loading with distance at exits of different types of construction sites (stations)

2.2 典型工地（場站）出口道路揚(yáng)塵排放特征

2.2.1排放因子特征

道路揚(yáng)塵排放因子能夠反映道路揚(yáng)塵排放污染程度，根據(jù)典型工地（場站）出口道路塵負(fù)荷隨距出口距離變化特征，選取工地（場站）400 m 道路（左右出口各200 m）及距出口1 km 的道路（背景點(diǎn)），通過式(1)計(jì)算不同類型工地（場站）出口道路和背景點(diǎn)的PM10和PM2.5排放因子，結(jié)果見圖4。從圖4可以看出，不同類型工地（場站）出口道路對應(yīng)的PM10排放因子均高于PM2.5，不同類型工地（場站）出口400 m 道路對應(yīng)的PM10、PM2.5排放因子均高于對應(yīng)道路背景值，是對應(yīng)背景值的1.26～7.37 倍。不同類型工地（場站）之間其出口道路的PM10、PM2.5排放因子差異也較大，攪拌站、消納場和拆遷工地的出口道路排放因子較高，原因可能是其出口道路塵負(fù)荷相對其他工地（場站）更高。其他工地（場站）的排放因子則相對較低，但同一類型工地（場站）的不同工地（場站）之間也有較為明顯的差異，如3 號和4 號交通工地，5 號和6 號水務(wù)工地，7 號和8 號園林綠化工地。4 號工地出口道路的日均車流量是3 號工地的9.8 倍，5 號工地是6 號工地的3.8 倍，7 號工地是8 號工地的3.3 倍（圖5），因此，在相同工地類型的情況下，其日均車流量越大，對應(yīng)的道路揚(yáng)塵排放因子越高，該結(jié)果與楊德容等[32]的研究結(jié)果類似。

圖4 不同類型工地（場站）出口及背景點(diǎn)道路排放因子特征Fig.4 Characteristics of road emission factors at exits and background points of different construction sites (stations)

圖5 典型工地（場站）出口道路日均車流量Fig.5 Average daily traffic flow at the exit road of typical construction sites (stations)

2.2.2排放強(qiáng)度特征

道路揚(yáng)塵排放強(qiáng)度表示單位道路長度每天的道路揚(yáng)塵排放量，由于排放因子只能反映行駛1 km 的單個機(jī)動車輛的道路揚(yáng)塵排放，不同類型工地（場站）出口道路的交通量差異很大，因此道路揚(yáng)塵排放水平不僅與排放因子有關(guān)，而且與交通流量有關(guān)。根據(jù)不同類型工地（場站）出口道路塵負(fù)荷變化特征，采用AP-42 道路揚(yáng)塵排放因子及背景點(diǎn)排放因子，計(jì)算受工地（場站）影響的出口2 個方向各200 m道路揚(yáng)塵排放量，以及受影響后的排放量相當(dāng)于延長該條道路背景點(diǎn)的長度（l），其計(jì)算公式如下：

式中：Ea為工地（場站）出口2 個方向共400 m 道路交通揚(yáng)塵平均排放因子，g/(km·輛)；Eb為對應(yīng)道路排放因子背景值，g/(km·輛)；2a為受工地（場站）影響的道路長度，本研究取400 m。

根據(jù)不同類型工地（場站）出口2 個方向各200 m道路和其距出口1 km 背景道路塵負(fù)荷計(jì)算的PM10、PM2.5排放因子，采用式（4）計(jì)算各工地（場站）出口道路揚(yáng)塵排放量及其對應(yīng)排放量相當(dāng)于背景點(diǎn)增加的道路長度，計(jì)算結(jié)果如表2 所示。從表2 可以看出，不同類型工地（場站）出口道路因?yàn)槭┕すさ兀▓稣荆┖徒煌ㄜ嚵髁康挠绊懯蛊鋵?yīng)出口道路揚(yáng)塵PM10、PM2.5的排放量明顯升高，約是其對應(yīng)的背景點(diǎn)排放量的1.26～7.37 倍，相當(dāng)于增加了背景道路長度的0.10～2.55 km，平均增加了1.16 km。

表2 不同類型工地（場站）出口及背景點(diǎn)道路揚(yáng)塵排放特征Table 2 Road dust emission characteristics at exits and background points of different types of construction sites (stations)

2.3 工地（場站）出口道路揚(yáng)塵排放空間特征

2.3.1工地（場站）塵負(fù)荷空間分布

基于道路塵負(fù)荷快速走航監(jiān)測法，進(jìn)一步探究北京市通州區(qū)300 個工地（場站）出口道路塵負(fù)荷空間分布特征，結(jié)果如圖6 所示。從圖6 可以看出，各工地（場站）出口道路塵負(fù)荷明顯較通州區(qū)常規(guī)道路塵負(fù)荷均值（0.59 g/m2）高，梁珊等[33]對上海市施工工地?fù)P塵研究表明，施工揚(yáng)塵與工程施工規(guī)模和工地密度有關(guān)，結(jié)合圖6，工地（場站）出口及周邊道路塵負(fù)荷也與工地（場站）的分布密度相關(guān)[34]，但是工地（場站）出口及周邊道路塵負(fù)荷的影響因素更加復(fù)雜，顯然通州區(qū)中北部區(qū)域工地更密集。雖然其對應(yīng)出口道路塵負(fù)荷較常規(guī)道路塵負(fù)荷明顯升高，但是總體上卻低于南部區(qū)域，其原因?yàn)椋?）北部部分區(qū)域較為繁華，城市化程度更高，因此工地類型多以房建工地為主，而南部大部分為郊區(qū)，攪拌站和消納場分布相對較多，結(jié)合表1 也說明不同工地（場站）類型出口道路塵負(fù)荷差異明顯；2）北部城區(qū)道路清掃頻率較南部郊區(qū)更高；3）北部城區(qū)較南部郊區(qū)各出口道路破損概率更低。

圖6 工地（場站）及其出口和周邊道路塵負(fù)荷分布特征Fig.6 Silt loading distribution characteristics at the exit and surrounding roads of the construction sites (stations)

2.3.2工地（場站）出口道路揚(yáng)塵排放量空間分布

基于ArcGIS 10.5 軟件，把各工地（場站）出口道路長度、日均車流量和道路揚(yáng)塵排放因子代入式（3），計(jì)算各路段上的揚(yáng)塵日排放量，然后對其進(jìn)行空間分配，建立整個通州區(qū)域內(nèi)300 個工地（場站）的網(wǎng)格（1 km×1 km）排放清單（圖7）。從圖7 可以看出，北部城區(qū)各工地（場站）出口道路揚(yáng)塵日排放量稍低于南部郊區(qū)，這也歸因于南部部分郊區(qū)道路塵負(fù)荷較大，但北部城區(qū)部分區(qū)域道路揚(yáng)塵日均排放量處于相對較大值，可能是由于城區(qū)路網(wǎng)密集、車流量大等原因造成的。

圖7 各工地（場站）出口道路PM10、PM2.5 排放量空間分布Fig.7 Spatial distribution of PM10 and PM2.5 emissions on exit roads of each construction site (station)

2.4 工地（場站）出口道路揚(yáng)塵防治建議

施工工地（場站）出口道路由于渣土車遺撒、車輪帶泥、施工現(xiàn)場揚(yáng)塵擴(kuò)散沉降等原因，塵負(fù)荷遠(yuǎn)高于常規(guī)道路。需要嚴(yán)格施工現(xiàn)場揚(yáng)塵管控，加強(qiáng)工地（場站）門前三包管理，保證渣土車清洗后上路，加大渣土車、攪拌車遺撒和車輪帶泥處罰力度，從源頭削減道路積塵。

房建工地的一般施工周期為2～3 年，且在土方施工階段對其出口道路塵負(fù)荷影響較大[35-36]，該階段應(yīng)重點(diǎn)管控。交通和水務(wù)工地施工期較短，通常會在1 年內(nèi)完工，作業(yè)時常伴隨土方工程，應(yīng)注意封閉施工區(qū)域，采取適當(dāng)?shù)慕祲m措施，減少對周邊道路及環(huán)境的影響。園林綠化工地施工期最短，多集中在揚(yáng)塵污染較嚴(yán)重的春季，應(yīng)注意封閉施工區(qū)域，采取適當(dāng)?shù)慕祲m措施，減少對周邊道路及環(huán)境的影響。拆遷工地在拆除過程作業(yè)揚(yáng)塵明顯，拆除后可能長時間閑置，因此拆除過程應(yīng)采取噴淋等濕式降塵措施，拆除后閑置階段應(yīng)采取苫蓋或密閉等手段，防治揚(yáng)塵污染。攪拌站和消納場多為長期存在，且出口塵負(fù)荷較高，屬于重污染路段，需要長期重點(diǎn)管控，增加清掃頻次，及時灑水降塵。

工地（場站）對周邊道路塵負(fù)荷有直接影響，隨著距工地（場站）出口距離增加，塵負(fù)荷逐漸降低。應(yīng)格外關(guān)注人員密集、車流量較大區(qū)域周邊的施工工地（場站），加強(qiáng)監(jiān)管，減少工地（場站）對周邊區(qū)域的影響。

3 結(jié)論

（1）2020 年秋季北京市通州區(qū)不同類型工地（場站）出口2 個方向100 m 道路塵負(fù)荷均值排名為攪拌站＞消納場＞拆遷工地＞房建工地＞水務(wù)工地＞園林綠化工地＞交通工地。常規(guī)道路塵負(fù)荷均為0.59 g/m2，各典型工地（場站）出口2 個方向100 m 塵負(fù)荷是常規(guī)道路的1.3～21.1 倍。

（2）典型工地（場站）出口道路塵負(fù)荷隨距出口距離變化在不同的工地（場站）類型之間差異明顯。攪拌站和消納場因其出口塵負(fù)荷較大，影響的道路長度也更長；拆遷工地施工揚(yáng)塵更大，對其出口道路影響距離也較遠(yuǎn)；園林綠化工地、交通工地和水務(wù)工地分別屬于面源或線源污染，其出口道路塵負(fù)荷隨距離變化可能會隨機(jī)小路段升高；房建工地則對出口道路影響相對較小。

（3）通州區(qū)各典型工地（場站）出口2 個方向各200 m 道路的PM10和PM2.5排放因子是其背景點(diǎn)的1.26～7.37 倍，其對應(yīng)的道路揚(yáng)塵排放量相當(dāng)于增加了背景點(diǎn)道路路長的0.1～2.55 km，平均增加了1.16 km。

（4）通州區(qū)300 個工地（場站）出口及周邊道路塵負(fù)荷和PM10、PM2.5排放量空間分布表現(xiàn)為北低南高，工地密集的區(qū)域道路塵負(fù)荷也會相應(yīng)的升高，車流量較大區(qū)域，道路揚(yáng)塵排放量也會相應(yīng)的提高。

（5）施工工地（場站）的類型、出口道路類型及車流量、施工周期、施工密度等均會影響其出口道路塵負(fù)荷，對具體的工地（場站）應(yīng)采取本地化的精細(xì)化管理措施。