扬尘在线监测成套技术在建筑施工扬尘监管中的应用研究*

邹 奎 （福建省建筑科学研究院有限责任公司，福建省绿色建筑技术重点实验室，福建 福州 350028）

近年来我国城市霾污染天气频发，扬尘污染逐渐成为城市空气最为突出的问题之一[1-2]。相关研究表明，扬尘源是我国城市空气颗粒物污染的主要来源，对城市环境PM10的总贡献可达25.1%～32.0%[3]。通过对我国多个城市环境空气颗粒物来源解析发现，建筑施工扬尘是城市扬尘颗粒物污染的重要来源之一[4]。随着我国社会经济及城市化水平的提高，建筑施工工地不断增多，建筑施工扬尘污染问题也越来越严重[5]。

本文基于福建省科技计划项目（2018Y0020）“基于物联网云平台的城市建设施工扬尘与噪声在线监测成套技术研究”背景，在漳州市开展建筑施工扬尘在线监测。该项目于2019年2月在漳州全市、区（县）启动扬尘在线监测试点建设工作，在典型施工工地开展扬尘在线监测系统的建设及运行，对施工工地扬尘排放情况进行全天候实时监测，依据福建省工程建设地方标准《福建省建设工程施工现场扬尘污染防治与监测技术规程》DBJ/T13-275-2017（以下简称《规程》）进行监测点位布设，采用可吸入颗粒物（PM10）作为监测指标来表征建筑施工扬尘污染状况。通过统计大量在线监测数据，对漳州市施工工地扬尘排放特征进行了较为系统的分析，在建筑施工扬尘防治措施相对统一的基础前提下，研究“每日不同时间段”“不同施工阶段”“季节”“喷淋”[6-7]这些因素对建筑施工扬尘监测结果的影响。

1 监测方案

1.1 监测指标、方法与仪器

1.1.1 监测指标

扬尘在线监测仪监测参数通常包括TSP、PM2.5、PM10、温湿度、风速、风向、气压等。本文依据《规程》选取PM10作为扬尘监测指标。

1.1.2 监测方法

扬尘在线监测方法包括重量法、光散射法、β射线法、振荡天平法等。本文依据《规程》选取光散射法作为监测方法。光散射法可实现全天候实时监测，且分辨率及精密度较高，是目前我国扬尘污染监管的常用监测手段之一。

1.1.3 监测仪器

本文所选扬尘监测设备均符合《规程》相关技术要求。仪器量程为10μg/m3～30000μg/m3，分辨率为0.1μg/m3，准确度满足±10%读数要求。

1.2 监测仪器点位布设

扬尘监测点位依据《规程》要求进行布设。监测点优先布设于车辆出入口处。其次，布设在工地施工场界围挡内侧的易产尘处。当存在多个监测点时，除在车辆出入口及场界围挡内易产尘处布设，其余的监测点沿围挡内侧均匀布设。当被监测工地与其他建筑工地相邻时，应避免在相邻边界处设置监测点。在监测点周围，尽量避免有非施工作业的高大建筑物、树木或其他障碍物阻碍环境空气的流通。图1为施工工地扬尘监测点位现场布设照片。

1.3 监测数据的采集、统计及评价

本文选取的漳州市12 个建筑工地的扬尘在线监测设备均通过4G物联网传输至第三方管理平台，通过平台实现对工地扬尘、温湿度等数据的采集，同时还可通过平台实现对在线监测数据及历史数据的查询、统计及评价。“平台”对每个工地进行一户一档管理，对每个工地扬尘监测设备的分钟值实时采集。

此外，本文在筛选数据源时，对工地扬尘在线监测设备的在线率及数据有效性做了以下要求：①数据有效率应大于75%；②每小时至少有45min的采样时间；③每日至少有18h的平均质量浓度值上传；④每月至少有25d平均质量浓度值上传，其中二月份至少有23d平均浓度浓度值；⑤对于施工周期大于一年的，每年至少有300d平均质量浓度值上传。

图1 施工工地扬尘监测点位现场布设

2 结果与讨论

2.1 建筑施工扬尘污染排放特征分析

2.1.1 建筑施工每日不同时间段扬尘污染排放特征分析

选取土方阶段、主体结构阶段、装饰装修阶段的施工工地各4个，以2020年12月为例，对每日各时间段的PM10浓度均值进行对比分析，结果如图2所示。

图2 施工工地每日不同时间段的PM10浓度

将每日24h 分为3 个时间段，分别为0:00～7:59、8:00～17:59、18:00～23:59。从图中可以看出，PM10浓度值在18:00之后浓度明显上升，在20:00出现最高值，为120.3μg/m3；而每日2:00～7:00工地的PM10浓度值普遍较低，在6:00 出现最低值，为38.5μg/m3。经调取监控视频查验有5个工地的渣土运输在该时间段比较普遍；而0:00～7:59 时间段基本无工地施工，且该时段内空气湿度较大。从图中还可以看出，排除18:00～22:00渣土运输作业时间段干扰，PM10浓度值与空气湿度值基本呈逆相关性。

2.1.2 不同施工阶段对建筑施工扬尘监测结果的影响

土方阶段、主体结构阶段、装饰装修阶段是建筑工程施工中的3 个主要施工阶段，每个阶段的施工活动及场地条件有明显差别，不同施工阶段的扬尘排放量和排放强度也不同。通过统计扬尘在线监测数据，对建筑工地不同施工阶段的PM10平均排放浓度进行对比分析，结果如图3所示。

图3 施工工地不同施工阶段的PM10浓度

从图3可以看出，土方阶段的PM10浓度均值最大，这是由于土方工程主要涉及土方挖掘、运输及回填等工序，且有大量砂土直接暴露，基坑内路面未硬化，在工程项目的主要施工阶段中，土方工程的扬尘污染最为显著。主体结构阶段PM10浓度均值最小，主体工程基本使用预制混凝土，且场地已基本硬化，因此扬尘污染相对较小。装饰装修阶段的扬尘污染主要来自抹灰、切割、拆卸等局部施工，且主要在室内作业，因此扬尘污染介于土方阶段和主体结构阶段之间。

2.1.2 季节对建筑施工扬尘监测结果的影响

不同施工阶段在不同季节的PM10平均排放浓度如图4 所示，可以看出，3个不同施工阶段在不同季节的排放规律具有明显的一致性，都是冬季PM10浓度最高，其次是春季和秋季略高，夏季最低。3个施工阶段的冬季PM10浓度分别是春夏秋季平均值的1.31、1.49和1.33倍。这是因为冬季大气压强较低，空气对流较弱，PM10大气背景值较高，且冬季空气较为干燥，更容易产生扬尘；而夏季雨水相对较多，空气对流较强，PM10大气背景值普遍较低，因此工地夏季PM10浓度均值最低。

图4 施工工地不同施工阶段不同季节的PM10浓度

2.1.4 喷淋时间及频率对建筑施工扬尘监测结果的影响

选取土方阶段、主体结构阶段、装饰装修阶段的施工工地各4个，采取以下3种喷淋方式：施工时间段全时段喷淋，为喷淋方式1；施工时间段每间隔1h喷淋一次，每次喷淋15min，为喷淋方式2；每日上午10:00喷1次，下午15:00喷1次，每次喷淋30min，为喷淋方式3。对该三种喷淋方式的工地PM10浓度均值进行对比分析，结果如图5所示。

图5 施工工地不同喷淋时间及频率时的PM10浓度

从图5 可以看出，采取喷淋方式1 时，施工工地PM10浓度均值相比另两种方式明显更低，尤其是土方阶段较为明显，但主体结构阶段采取的三种不同喷淋方式对PM10浓度均值并无明显变化。这是因为土方阶段施工扬尘较大，采取持续喷淋方式能使PM10浓度值有效降低，而主体结构阶段工地自身产生的扬尘较少，且场地也基本硬化。因此，施工工地喷淋应结合工地不同施工阶段以及区域产尘特点选择不同的喷淋方式。

2.2 扬尘在线监测掉线及数值预警应用

为更好地发挥扬尘在线监测在建筑施工扬尘污染监管中的应用，对“扬尘在线监测平台”及终端设备设置掉线及数值预警提醒。当“平台”识别工地安装的设备无数据上传时，会自动推送设备掉线短信至工地扬尘负责人及相应的主管部门；除此之外，根据各地市大气背景值或地方要求，对“平台”和扬尘监测设备均可设置预警值和超标值，当工地扬尘数值预警或超标时“平台”会自动推送数值预警或超标短信提醒，以便工地及时采取相应降尘措施。图6为扬尘在线监测掉线及数值超标短信截图。

图6 扬尘在线监测掉线及数值超标短信提醒

2.3 扬尘在线监测喷淋联动应用

喷淋是建筑施工现场不可缺少的扬尘降尘措施之一，作为施工现场最有效的防尘措施之一，其水电成本也是相对较高的。以漳州市为例，漳州市政府大气办规定施工工地在施工作业时间段内应全时段喷淋，虽然能有效降低扬尘排放水平，但也造成了资源浪费以及企业成本增加。扬尘在线监测喷淋联动是指通过工地监测的PM10值判定是否需要喷淋，当PM10值达到预设的喷淋阈值时，喷淋设施自动开启，并且还可以通过“扬尘在线监测平台”设置喷淋时长及喷淋间隔时间。通过科学的监测以及物联网手段实现工地智能喷淋，不仅有效降低扬尘排放浓度，而且还能减少资源浪费。图7为漳州市某工地文明施工观摩会时喷淋联动现场演示照片。

图7 施工工地喷淋联动现场演示照片

3 结语

通过“每日不同时间段”“不同施工阶段”“季节”“喷淋”因素对建筑施工扬尘PM10浓度的对比分析，可以发现这些因素对施工工地扬尘排放均有不同程度的影响。通过扬尘在线监测分析以及扬尘浓度的分布规律，再结合“扬尘在线监测平台”设备掉线及数值预警、喷淋联动等功能，可以有针对性地采取扬尘污染防控措施，从而有效减少施工扬尘的排放。