基于实时监测数据的施工扬尘污染风险预警方法研究

叶少帅[1.上海市建筑科学研究院（集团）有限公司， 上海 200032；2.上海建科工程咨询有限公司， 上海 200032]

1 概 述

引起大气环境质量下降的首要污染物是可吸入颗粒物（空气动力学当量直径 0.1 μm～10 μm），其中粒径在2.5 μm 以下的细颗粒物即 PM2.5尤甚。根据北京、上海、深圳等地发布的“PM2.5来源解析”相关报告，除区域传输的因素外，机动车、燃煤、工业生产、扬尘为 PM2.5的主要来源，其中扬尘占比约 10%～20%。2018 年新修订的《大气污染防治法》中明确规定：“建设单位应当将防治扬尘污染的费用列入工程造价，并在施工承包合同中明确施工单位扬尘污染防治责任。施工单位应当制定具体的施工扬尘污染防治实施方案。”国家环境保护部发布的《京津冀及周边地区 2018－2019 年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动方案》中对京津冀及周边的“2＋26”城市提出，各地5 000 m2及以上土石方建筑工地全部安装在线监测和视频监控，并与当地有关主管部门联网。各地要将施工工地扬尘污染防治纳入“文明施工”管理范畴，建立扬尘控制责任制度，扬尘治理费用列入工程造价；将扬尘管理不到位的不良信息纳入建筑市场信用管理体系，情节严重的，列入建筑市场主体“黑名单”；制定量化问责办法，对重点攻坚任务完成不到位，或者环境空气质量改善不到位且改善幅度排名靠后的城市政府主要负责人，实施量化问责。中央生态环境保护督察组持续开展大气污染防治强化专项督查，各级部门高度重视。如何定量评估施工扬尘污染程度成为一个亟须解决的问题。科学的预警方法可以为施工扬尘控制工作指明方向。

目前，GB 3095—2012《环境空气质量标准》的空气质量指标和限值均较为明确，但其仅将环境空气功能区划分为两类：一类地区为自然保护区、风景名胜区和其他需要特殊保护的区域；二类区域为居住区、商业交通居民混合区、文化区、工业区和农村地区，并未将施工工地的施工期间的短时局部超标特征情况专列一类区域，对施工扬尘污染控制没有针对性和可参考性。《住房和城乡建设部绿色施工科技示范工程技术指标及实施与评价指南》（试用版）对建筑场地施工场界空气质量指数提出了两个明确的量化考核指标：PM2.5和 PM10，要求每日上、下午各进行一次数据采集进行对比，均不超过当地气象部门公布数据值，当某监测数据超标时，应有说明及采取措施。此控制指标较为明确，但数据采集仅要求上、下午各采集一次，无法保证采集数据为当日的最大值，不能准确反映施工场地的空气质量状况。另外，上海、辽宁、深圳、陕西、河北等 5 省市陆续发布了施工扬尘控制相关的地方标准，但各省市参数和报警值存在较大差别，导致施工扬尘污染风险预警缺乏统一的依据。

黄玉虎等[1]建立了降尘法和 AP-42 法两种道路扬尘评估方法，并运用奥运期间保障措施的效果对这两种方法的优缺点进行了比较；寇广辉等[2]通过对珠江三角洲 11 个房建施工项目的 TSP 和 PM2.5进行监测，对该区域房建施工扬尘自动控制系统的监测指标、监测点位等相关参数的设定提出了建议；吕晶[3]对某项目装饰装修阶段的扬尘数据进行了监测，并根据 GB 3095—2012《环境空气质量标准》进行了评判，并将扬尘管理纳为绿色施工量化评价体系的一个参数。但对全国范围施工扬尘污染风险预警指标的问题，目前尚未进行深入研究。本文在实时监测数据基础上，对全国的施工扬尘控制指标和现状进行分析，希望梳理出统一的方法，用于施工扬尘污染风险预警。

2 各地扬尘控制标准分析

2.1 监测指标整理

目前各省市发布的空气质量标准、绿色施工标准中与施工现场扬尘定量控制指标相关的国家或地方标准指南共7 部，分别是 DB 31/964—2016《上海市建筑施工颗粒物控制标准》、DB 21/2642－2016《辽宁省施工及堆料场地扬尘排放标准》、SZDB/Z 247－2017《深圳市建设工程扬尘污染防治技术规范》、DB 61/1078－2017《陕西省施工场界扬尘排放限值》、DBJ/T 13-275－2017《福建省建设工程施工现场扬尘防治与监测技术规程》、DB 13/2934－2019《河北省施工场地扬尘排放标准》和《住房和城乡建设部绿色施工科技示范工程技术指标及实施与评价指南》（试用版）。经整理，各监测指标及报警值如表 1 所示。

表 1 现有规范指南监测指标及报警值

2.2 监测指标分析

根据 GB 3095－2012《环境空气质量标准》，二类区域监测指标包括：（1）TSP24 的小时平均限值0.3 mg/m3；（2）PM10的 24 h 平均限值 150 μg/m3；（3）PM2.5的 24 h 平均限值 75 μg/m3。通过比较以上监测指标及浓度限值发现：（1）扬尘控制标准指南中采用的监测指标包括 PM2.5、PM10和 TSP，但一般不同时采用；（2）扬尘控制标准指南的监测指标计算周期多种多样，包括 5 min、15 min、20 min、60 min 和 12 h，但均远短于《环境空气质量标准》中的 24 h；（3）扬尘控制标准指南中设定的浓度限值均充分考虑了施工场地的特点，监测指标的浓度限值均高于《环境空气质量标准》中相应的浓度限值。因此，与《环境空气质量标准》相比，这些扬尘控制标准指南对于扬尘评价结果的针对性、时效性、合理性均有了进一步的提高。

不过，这些标准指南还存在以下不足：（1）对背景值的折减，以上标准指南虽有所考虑，但较为简略；（2）目前扬尘在线监测系统已较为普及，但与监测指标的实时性和动态性重视不足；（3）对监测指标的计算周期，以上标准指南的差异较大，不利于全国范围的施工扬尘污染控制；（4）对于施工扬尘污染而言，有效控制才是最终目的，考虑到目前自动降尘设备已普及，有必要在达到浓度限值之前设置一个预警值，实时触发自动降尘设备降尘，而现有标准指南基本缺少预警机制和应对措施，对报警值和浓度限值没有明显区分，不利于施工扬尘污染风险控制。

3 基于实时监测数据的施工扬尘污染风险预警方法

3.1 施工扬尘污染特性

2018 年 5 月发布的《北京市 PM2.5来源解析最新研究成果》显示，北京市全年 PM2.5来源中区域传输贡献约占28%～36%，本地污染排放贡献占 64%～72%。在本地污染贡献中，机动车、燃煤、工业生产、扬尘为主要来源，分别占 31.1%、22.4%、18.1% 和 14.3%。与机动车、燃煤、工业生产等大气污染源相比，施工扬尘污染具有以下特性。

（1）实时性。施工扬尘随现场施工的时间实时变化，施工时间扬尘污染较大，收工后污染较小。

（2）阶段性。施工扬尘呈现明显的阶段性，与工程施工阶段密切相关，土方开挖阶段扬尘污染较大，上部结构施工阶段污染较小。

（3）区域性。施工扬尘为本地污染源，对封闭工地外一定区域产生影响，随着距离的增大扬尘污染逐渐衰减。

（4）可控性。可采用喷洒、雾炮车等降尘措施及时控制，降低施工扬尘对大气环境的污染。

3.2 基于实时监测数据的施工扬尘污染风险预警方法

施工扬尘污染物主要包括 PM2.5、PM10和 TSP。根据我国环境空气质量监测网数据，可以监测全国 338 个地级以上城市的环境空气污染物基本项目浓度值数据，并提供全国 169 个城市的每小时环境空气污染物基本项目浓度值数据。目前，大多数智慧工地扬尘噪声自动监测系统均能实时采集施工现场每分钟的 PM2.5、PM10和 TSP 数据。考虑到工地施工扬尘污染是城市空气污染和工地污染排放的叠加，建议用瞬时扬尘相对最大值作为施工扬尘的风险预警参数，具体计算方法如下。

（1）计算瞬时扬尘污染物指标大于背景值的比例

其中：Rd表示瞬时扬尘污染物指标（包括 PM2.5、PM10和 TSP）大于背景值的比例；α取扬尘污染物指标（包括PM2.5、PM10和 TSP）实时采集本项目 n 个监测点的分钟平均数据；β取国家环境空气质量监测网或当地气象部门发布的上一小时数据。

（2）预警等级划分。以上一小时国家环境空气质量监测网数据为扬尘背景值，将相对值与背景值进行比较，根据比例预警级别划分为三个级别（见表 2）。

表 2 施工扬尘污染建议预警等级表

根据上海市 16 个项目的施工扬尘自动监测数据进行回归分析，设定：Ⅱ 级预警指标为 50%；Ⅰ级预警指标为Ⅱ级的一半，设为 25%；Ⅲ 级预警指标为Ⅱ级的 2 倍，设为100%。

（3）触发报警。分别计算 PM2.5、PM10和 TSP 这三种扬尘污染物参数，任何一项报警触发项目扬尘污染报警，均建议采取相应控制措施进行降尘。

3.3 扬尘实时监测平台

基于以上方法，上海市建筑科学研究院（集团）有限公司开发了“施工扬尘污染风险预警系统”。该系统根据实时采集项目施工扬尘污染实时数据，结合当地气象部门发布的环境空气质量监测数据计算瞬时扬尘污染物指标大于背景值的比例，对预警级别进行判断。由于目前该项目已进入装修阶段，污染程度较低，预警级别均显示“正常”。

4 结 语

基于实时监测数据的施工扬尘污染风险预警方法的优势主要体现在以下三个方面。

（1）有效提高了施工扬尘污染预警的实时性。对每分钟的扬尘数据进行判断，达到预警条件立即触发预警，克服了现有标准指南采用连续 15 min 平均浓度、连续 1 h 平均浓度，甚至半天平均浓度在扬尘污染方面的滞后性。

（2）有效剔除了环境空气污染对施工扬尘污染的影响。通过计算瞬时扬尘污染物指标与背景值的差值，明确了施工本身对工地扬尘污染的贡献度，同时也有利于建立全国范围的施工扬尘污染预警标准。

（3）充分考虑了扬尘污染联动措施，使施工扬尘可防可控。预警本身不是目的，通过分级预警和采取有效降尘措施，真正做到有效控制施工扬尘才是最终目标。

不过，该方法目前还存在一定的局限性，主要包括：测试项目数量较少，25%、50%、100% 这三个数据的设置有待通过更多项目作进一步验证；背景值取国家环境空气质量监测网或当地气象部门发布的上一小时数据，在时间和空间上的精度均不够高，如果有条件，建议在工地附近布设环境空气背景值监测点，同样取分钟数据，这样可以更加真实有效地计算工地施工扬尘污染带来的增量。

需要说明的是，由于尚未出台扬尘监测的国家标准，先行的各地市标准差异也比较大，本方法仅供科研交流探讨，也可对下一步制定国家扬尘监测标准提供一定参考，但目前尚不能根据该方法指导工地施工扬尘控制。