華天波，彭德坤，李坤，周堅(jiān)，羅建波，朱發(fā)東，何冬東，胡常安，徐詠

（1.中國(guó)五冶集團(tuán)有限公司，成都 610063；2.中國(guó)測(cè)試技術(shù)研究院，成都 610021；3.西華大學(xué)土木建筑與環(huán)境學(xué)院，成都 610039）

1 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程加快，建筑工程數(shù)量和規(guī)模日益增大，工程施工過(guò)程中帶來(lái)的塵土污染和噪聲污染等給社會(huì)和環(huán)境也帶來(lái)了巨大的困擾[1-2]。堅(jiān)持綠色發(fā)展，實(shí)施綠色施工技術(shù)，是降低建筑施工對(duì)自然環(huán)境的破壞污染和對(duì)周圍居民生活影響的有效手段。

目前，建筑施工揚(yáng)塵治理技術(shù)主要有覆蓋、綠化和固化3種[3]。覆蓋治理技術(shù)一般用防塵網(wǎng)來(lái)覆蓋容易引起揚(yáng)塵的場(chǎng)地和土方[4]。沈慧明等[5]結(jié)合防塵網(wǎng)技術(shù)在北倉(cāng)港口碼頭的應(yīng)用，對(duì)防塵網(wǎng)的作用機(jī)理、結(jié)構(gòu)參數(shù)、材質(zhì)和防塵減塵效果等方面進(jìn)行了深入研究。隨著國(guó)內(nèi)建筑工程的規(guī)模逐漸擴(kuò)大，施工中對(duì)大型、高效能防塵網(wǎng)的需求越來(lái)越強(qiáng)，如何保障防塵網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全、考慮風(fēng)荷載作用下防塵網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，成為大型防塵網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

綠化治理技術(shù)在工程揚(yáng)塵治理方面周期長(zhǎng)、代價(jià)高，但其生態(tài)環(huán)保的特點(diǎn)決定了其在某些特定的施工工地也有一定的應(yīng)用前景[6]。固化抑塵治理技術(shù)主要有兩種方式：灑水抑塵[7]和化學(xué)抑塵[8]。灑水抑塵包括灑水降塵、水霧或超聲波霧化抑塵[9]、磁化水或靜電水抑塵[10]、高壓水抑塵[11]等。灑水可有效抑塵，但周期較短，同時(shí)灑水過(guò)多或過(guò)于頻繁，會(huì)在地面形成泥漿，泥漿干涸后經(jīng)車輛碾壓，會(huì)形成粒徑更小的微粒，容易造成二次污染?；瘜W(xué)抑塵方法投入成本相對(duì)低，抑塵效果好，生態(tài)環(huán)保型抑塵劑幾乎不產(chǎn)生二次污染，但難點(diǎn)在于化學(xué)試劑創(chuàng)新和研發(fā)。

綜上所述，三大揚(yáng)塵治理措施（覆蓋、綠化和固化）均有其適用性和各自缺陷。隨著我國(guó)城市化建設(shè)的加速推進(jìn)，高層住宅和主干道路建設(shè)越來(lái)越密集，傳統(tǒng)的揚(yáng)塵治理技術(shù)已逐漸不能滿足現(xiàn)代施工工地?fù)P塵治理的更高要求，探索新型的實(shí)時(shí)自動(dòng)化揚(yáng)塵監(jiān)控和治理技術(shù)已成為目前綠色施工的重要發(fā)展方向。

2 工程概況

成都市成華區(qū)七醫(yī)院項(xiàng)目位于成華區(qū)保和街道，項(xiàng)目占地面積12918.31 m2，總建筑面積59479.46 m2，地上部分的雙塔樓分別為8 層和13 層高，設(shè)2 層地下室，建筑總高度59.95 m。

本工程基坑整體的開(kāi)挖深度為13.4 m，自上而下地質(zhì)土層依次為人工填土、黏土、粉質(zhì)黏土、砂、卵石及基巖?；訛椴灰?guī)則四邊形，東西向長(zhǎng)為125～137 m，南北向長(zhǎng)為70～108 m，基坑面積約11 000 m2。

3 防塵天幕設(shè)計(jì)

在本工程中，防塵天幕主要采用型鋼結(jié)構(gòu)、鋼索、防塵網(wǎng)、矩陣式噴淋等系統(tǒng)，共同組建成一套智能化抑塵、降塵的基坑全封閉多重式防護(hù)體系，該體系主要有揚(yáng)塵、降噪、提升安全保障和加快施工速度等功能。

3.1 設(shè)計(jì)思路

以冠梁為基礎(chǔ)，采用型鋼、鋼索、防塵網(wǎng)等為材料，構(gòu)建基坑全封閉式天幕結(jié)構(gòu)，具體設(shè)計(jì)思路和步驟見(jiàn)圖1。

圖1 防塵天幕設(shè)計(jì)步驟和思路

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）防塵網(wǎng)采用單元式布置，沿基坑短方向，每6 m 寬作為一個(gè)單元，立柱采用200 mm×300 mm 矩管，高度2.2 m；每單元設(shè)3 道主軌道索（高度1.8 m），間距3 m 布置，主索為6×37-18 鋼絲繩；每單元設(shè)2 道牽引索（直徑6 mm 鋼絲繩），沿單元兩邊布置，為防止主索荷載集中，防塵網(wǎng)的開(kāi)合采用雙向牽引開(kāi)合方式，即防塵網(wǎng)閉合時(shí)，防塵網(wǎng)從單元兩端同步往中間滑動(dòng)；防塵網(wǎng)開(kāi)啟時(shí)，從單元中間部位分兩幅分別往兩端滑動(dòng)，避免荷載集中，縮短開(kāi)閉時(shí)間。

2）為提高抑塵效果，在每個(gè)防塵網(wǎng)單元間留200 mm 間隙，每個(gè)間隙中布置1 根鋼索，沿鋼索方向布置噴淋管，根據(jù)基坑揚(yáng)塵情況，控制噴淋工作。

3）在防塵網(wǎng)單元間設(shè)置LED 燈帶照明設(shè)施，補(bǔ)充解決基坑照明。

4）基坑四周在冠梁外側(cè)采用成品防護(hù)欄（1.2 m 高）進(jìn)行封閉防護(hù)。

4 防塵天幕數(shù)字管理系統(tǒng)

4.1 系統(tǒng)原理

本工程的防塵天幕數(shù)字管理系統(tǒng)基于西門子APOGEE系統(tǒng)進(jìn)行功能設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，以管理層網(wǎng)絡(luò)、控制層網(wǎng)絡(luò)（控制器）和現(xiàn)場(chǎng)層網(wǎng)絡(luò)（現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備）構(gòu)成的3 級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)，在系統(tǒng)的信息管理層和控制層上以以太網(wǎng)（Ethernet）的方式構(gòu)成綜合管理系統(tǒng)。

防塵天幕數(shù)字管理系統(tǒng)采用Windows 10 作為操作系統(tǒng)，為便于操作，以常用的以太網(wǎng)作為物理標(biāo)準(zhǔn)，以TCP/IP 為網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)配置遵循分散控制、集中監(jiān)視、資源和信息共享的基本原則。

4.2 系統(tǒng)功能

現(xiàn)場(chǎng)控制器采用西門子公司的網(wǎng)絡(luò)型PXC 系列DDC 控制器，針對(duì)噴淋水泵、天幕電機(jī)和基坑照明分別獨(dú)立設(shè)置控制器和系統(tǒng)進(jìn)行控制，同時(shí)收集、記錄、保存有關(guān)系統(tǒng)的重要信息及數(shù)據(jù)，做到一體化管理，并實(shí)現(xiàn)以下功能目標(biāo)：

1）在基坑上方平均設(shè)置6 個(gè)PM2.5及灰塵TSP 監(jiān)測(cè)傳感器，傳感器采用戶外安裝型，箱體固定在鋼索上，根據(jù)基坑揚(yáng)塵的TSP 監(jiān)測(cè)值，控制噴淋泵工作。啟泵的TSP 值可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況由管理人員自由設(shè)定。

2）對(duì)天幕電機(jī)進(jìn)行控制，根據(jù)揚(yáng)塵或環(huán)保需要，實(shí)現(xiàn)在電腦上控制天幕的開(kāi)關(guān)。也可進(jìn)行定時(shí)開(kāi)關(guān)。

3）在南北方向各設(shè)置一套照度傳感器，根據(jù)照度開(kāi)啟基坑照明。開(kāi)啟照明的照度值根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要可由管理人員自由設(shè)定，也可進(jìn)行定時(shí)開(kāi)關(guān)。

4）傳感器進(jìn)入DDC 箱，DDC 箱同時(shí)對(duì)噴淋系統(tǒng)、天幕系統(tǒng)、照明系統(tǒng)進(jìn)行控制，控制接口與各系統(tǒng)配電箱對(duì)接，采用一臺(tái)上位機(jī)電腦完成控制。

4.3 系統(tǒng)控制

噴淋系統(tǒng)的控制器同時(shí)接入PM2.5傳感器及灰塵用TSP傳感器（布置6 套，沿基坑平均布置），根據(jù)傳感器實(shí)測(cè)值與用戶上限設(shè)定值比較，如果實(shí)測(cè)值超過(guò)上限值，控制噴淋泵開(kāi)啟工作。工作一段時(shí)間或?qū)崪y(cè)值達(dá)到合理值后關(guān)閉噴淋泵。

天幕系統(tǒng)的控制器與天幕控制箱對(duì)接，監(jiān)控天幕電機(jī)的控制、工作狀態(tài)、故障報(bào)警和手自動(dòng)狀態(tài)4 項(xiàng)參數(shù)。天幕系統(tǒng)根據(jù)灰塵或環(huán)保狀況開(kāi)啟或關(guān)閉，也可定時(shí)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)。

照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)為兩個(gè)6 回路控制模塊，共計(jì)12 路，并設(shè)置兩套8 路開(kāi)關(guān)模塊（預(yù)留4 路備用）。通過(guò)專用照明控制總線與兩套照度傳感器對(duì)接，通過(guò)支線耦合器進(jìn)入交換機(jī)，以網(wǎng)線形式回到工作站進(jìn)行控制。

4.4 功能實(shí)現(xiàn)

SIEMENS 樓宇自控系統(tǒng)Apogee Insight 監(jiān)控應(yīng)用軟件基于Microsoft Window 實(shí)時(shí)多任務(wù)處理操作系統(tǒng)，采用分層面向用戶的模塊化結(jié)構(gòu)，同時(shí)提供許多功能模塊，便于系統(tǒng)功能的擴(kuò)充和更新。功能實(shí)現(xiàn)方式如下：

1）系統(tǒng)監(jiān)控。系統(tǒng)包含的專用繪圖軟件，可以根據(jù)建筑各樓層設(shè)備的平面布局圖、各受控設(shè)備控制的工藝流程圖、自動(dòng)控制系統(tǒng)圖繪制相應(yīng)的圖形界面，直觀顯示各受控設(shè)備的地理位置，并對(duì)不同設(shè)備能通過(guò)圖形、圖像、動(dòng)畫、報(bào)表等多種方式，表示設(shè)備的開(kāi)/關(guān)狀態(tài)、等級(jí)、人工/自動(dòng)模式、粒子、照度、位置等狀態(tài)和參數(shù)。操作人員只需通過(guò)鍵盤或鼠標(biāo)等操作方式就能通過(guò)交互式菜單實(shí)現(xiàn)對(duì)有關(guān)設(shè)備的監(jiān)制和監(jiān)視。

2）安全機(jī)制。系統(tǒng)具有多級(jí)操作和口令設(shè)置，按管理層次劃分，具有超時(shí)保護(hù)顯示功能和較強(qiáng)的容錯(cuò)能力及較短的響應(yīng)時(shí)間

3）程序調(diào)試。系統(tǒng)操作軟件同時(shí)包含編程工具軟件、無(wú)模型自適應(yīng)控制及自適應(yīng)最優(yōu)化控制軟件、故障診斷軟件、能源管理軟件、用戶在線編程軟件，以及數(shù)據(jù)庫(kù)編程軟件等。

4）報(bào)警處理。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)跳出自動(dòng)報(bào)警信息文本框的方式提供報(bào)警顯示和報(bào)警設(shè)備名稱、類型、位置等信息，便于報(bào)警事件和設(shè)備維護(hù)檢修，同時(shí)建立設(shè)備的維護(hù)檔案。

對(duì)上述數(shù)字管理系統(tǒng)進(jìn)行安裝調(diào)試，閉合后的防塵天幕效果如圖2 所示。在現(xiàn)場(chǎng)安裝后，防塵天幕系統(tǒng)可控制PM10平均值低于國(guó)控值20%～85%，效果明顯。

圖2 防塵天幕系統(tǒng)閉合效果

5 結(jié)語(yǔ)

本工程通過(guò)防塵天幕的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和數(shù)字管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，對(duì)噴淋水泵、天幕電機(jī)和基坑照明分別獨(dú)立設(shè)置控制器和系統(tǒng)進(jìn)行控制，組建成一套智能化抑塵、降塵的基坑全封閉多重式防護(hù)系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)監(jiān)控基坑施工過(guò)程中的粉塵污染物濃度，將施工揚(yáng)塵控制在基坑內(nèi)?，F(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示，防塵天幕的綜合防塵、降塵系統(tǒng)控制現(xiàn)場(chǎng)的揚(yáng)塵平均值低于國(guó)控值20%～85%，效果顯著，在本工程中顯著降低了項(xiàng)目揚(yáng)塵和噪聲污染，可在類似工程中推廣應(yīng)用。