工程建设中的气象条件影响相关问题研究

陆勤静，邹兰军

(1.无锡市新发建设管理有限公司，江苏 无锡 214028；2.上海中心气象台，上海 210030)

1 引言

工程建设行业与天气条件之间的关系十分密切，工程的规划设计、建设施工、维护管理等环节无不受到气象条件的影响[1-2]。江苏属于温带向亚热带的过渡性气候，四季温差较大，且春、秋季节气温变化较大，南湿北干，降水量夏秋多、冬春少，日照时间较长，对建筑工程的规划、施工、材料仓储保管、运输、安装等方面都会产生重要影响。建设工程规划设计环节，开展建筑工程气象灾害风险评估，提出气象条件影响的安全标准，使建筑工程很好地适应当地的天气气候特点，可以趋利避害，提高建筑施工质量[3-4]。工程建设环节，在建工程的露天施工也会受气象条件的影响[5]。一场暴雨或一次大风，不但会延误施工周期，还可能造成巨大的经济损失。特别是海上施工易受气候多变不利因素影响，需要加强日常施工的安全措施[6]。侯学勇[7]研究认为，提高房屋工程季节性施工质量要做好风、雨、雪、雷电击、高低温、沙尘等恶劣风险防范工作。张桂香等[8]分析了温度、降水以及风速等气象条件对建设施工的影响，探讨了建筑施工对气象条件的要求。另外，在维护管理环节来看，建筑物也可能由于大风、暴雨、雷电等灾害天气影响而产生损害，比如，外立面支架或者屋顶广告牌等会受气象条件影响而脱落或者吹倒，还可能导致人员伤亡。

本文从建设工程规划设计、施工建设和工程维护管理等环节出发，分析气象影响问题和相关气象条件，并建议工程建设中，科学利用气象条件，合理安排施工进度，避免经济损失，保障建设工程安全。

2 建设工程规划设计中的气象影响问题分析

建设工程规划设计中，需要充足考虑当地气候条件，为防御气象灾害，应进行风险预评估。建设工程在规划设计阶段需要考虑雷电灾害、风灾、涝灾等气象灾害，开展相应的风险评估，提出安全标准，采取必要的防范措施，增强建筑物及工程等抵抗气象灾害的能力。目前，也有相关的行业标准可以参考[9]。如防雷工程必须遵守GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》的相关规定，应在认真调查地理、地质、土壤、气象、环境等条件和雷电活动规律以及被保护物的特点等的基础上，详细研究防雷装置的形式及其布置。超高层建筑设计时，需要评估风灾风险，并采取相应的工程抗风设计[10-11]。一般来说，150 m 以上的高层建筑基本都会进行风洞实验。例如，上海的金茂大厦、上海环球金融中心和上海中心大厦，在设计建造时都考虑了上海地区梯度高度风的气候特征，特别是台风的影响，还进行了结构抗风设计。

加强工程项目建设前的气象灾害风险评估，增加防雷、防暴雨等预防措施，可以减少或预防气象灾害给工程建设带来的潜在损失。水利工程、城镇建设等工程需要重点考虑涝灾影响

。一般的，因大雨、暴雨或长期降雨量过于集中而产生大量的积水和径流，排水不及时，致使土地、房屋等渍水、受淹而造成的灾害称为雨涝灾害[12]。夏季极端强降雨多、致灾性强，中小河流洪水频发，水位高，容易造成涝灾，在设计选址时应充分考虑地质地势条件、气候和水文条件等，并采取相应的设计规划思路。中国的“海绵城市”设计思想充分考虑了城市设计与城市水循环的管理、保护和保存的结合，确保了城市水循环管理能够尊重自然水循环和生态过程[13]。雨水在城市的各个角落以面源的方式生成地表径流，以分散的方式在城市中建造生态景观，实现多重积极效应。如净化城市雨水、增强排水功能和雨水收集系统，保护并增强自然受纳水体环境的生态完整性，增强城市生态湿地吸纳雨水的功能，是减少城市内涝的重要途径之一。

另外，还有一些工程需要考虑特殊的气象条件，如青藏铁路的建设。作为这样一个世界瞩目的工程，铁路建设专家们充分考虑了气候变化的影响。由于青藏高原的多年冻土大多属高温冻土，极易受工程的影响产生融化下沉，为了保障青藏铁路的安全畅通，必须考虑全球变暖背景下青藏高原以及铁路沿线气温和冻土的变化[14-15]。气象部门对气温、冻土和铁轨温度进行观测，提供了青藏铁路沿线402 个气象站的地面气象要素资料，为建设单位解决冻土问题以及设计冻土区路线提供了数据支撑。根据气象学家的预估结果，并参考了其他高纬度国家的类似经验与教训，铁路设计专家采取了多种冻土保护措施。如采用热棒、片石通风路基、片石通风护道、通风管路基、铺设保温板等多项设施，提高了冻土路基的稳定性，保障了铁路的安全运行。

3 施工建设中的气象影响问题分析

气象条件不仅影响建设工程材料、工程施工质量，还影响施工工期和人员健康等。产生这些影响的气象因素主要有气温、空气相对湿度、风、降水和日照等。

降水对室外施工及混凝土浇筑有显著影响[16]。一般来说，降雨量小于10 mm 以下的小雨会影响混凝土浇筑时的水灰比，使其混凝土强度降低；降雨量在10～25 mm 的中雨，容易冲刷墙体的砂浆水泥； 降雨量在25～50 mm 的大雨会使所挖土方形成积水，混凝土浇筑遭到冲刷，易遗留施工缝，砂石被雨淋湿或被雨水浸泡后会增加含水率，降低混凝土的强度和耐久性，从而影响工程质量。

温度对建设施工的影响很大。例如，上海南浦大桥主桥桥面江心合龙段的施工过程就充分考虑了温度的影响[17]。南浦大桥是上海市区黄浦江上第一座斜拉铁索桥，于1991年6月8日合龙。叠合梁桥面对温度变化极为敏感，据统计，日夜温差每升降1 ℃，江跨段钢梁长度便可伸缩5～6 mm(即单侧伸缩量为3 mm/℃），所以一般来说，叠合梁桥面安装的黄金季节是秋、冬、春3 季，此时气温较低，日温差变化小，日照影响少，钢梁桥面及斜拉索长度随气温变化不大，桥面标高容易控制，索力调整较为顺利。而在夏季施工时，昼夜温差较大，当桥面悬拼较长时，标高难以控制，为此，一般应选择夜间气温偏低时进行调整。根据历史气象资料，当时确定了较为合适的南浦大桥合龙段钢梁的下料气温和合龙气温为22℃，并选定1991年6月8日作为主桥合龙日。当天15 时，先后将下游主梁和上游主梁吊入空中，待气温下降，即合龙段主梁与浦西段主梁。螺栓孔眼对齐时，进行螺栓初拧、终拧，20 时25 分合龙成功。

极端高温还容易影响建设工程人员的健康[18]。气象意义上通常认为日最高气温达到或超过35 ℃时称为高温，达到或超过37 ℃时称酷暑。连续的高温酷暑会使人体不能适应而影响生理、心理，甚至引发疾病或死亡。高温对人体健康影响非常大，高温天气中，如果建筑工人暴露在室外的时间长，人体散热困难，体温调节功能受到限制，易造成热量积蓄在人体内而引发中暑，从而影响人体健康和建设进度[19]。健全的工程管理体系下，都考虑了极端高温对工程人员的管理。

高层建筑施工时受风的影响很大。一方面，高层建筑在风的作用下会发生振动，严重时施工人员会感到头晕而影响作业；另一方面，施工设备也容易受到高层大风作用而影响施工安全。大风主要破坏房屋建筑、灯箱、广告牌、玻璃幕墙等附着物，严重时容易造成人员伤亡。例如，2017年3月1日下午4:40 左右，位于江苏阜宁一部塔吊受突发雷雨大风天气影响，发生倒塌事故，造成2 死22 伤。

4 工程维护管理中的气象影响问题分析

城市空间结构日益密集复杂，城市中高层建筑多，广告牌、玻璃幕墙等林立，密集的人类活动和特殊的城市环境使城市建筑极易受到自然灾害的侵扰。在工程管理维护中需要注意大风、暴雨、雷电等气象影响。大风主要破坏房屋建筑、车辆、船舶、树木、广告牌以及基础设施等，严重时会造成人员伤亡[20]。同济大学上海防灾救灾研究所有关专家表示，从1949年起，上海市遭受10 亿元以上经济损失的风灾达15 次。风灾不只包含台风、龙卷风，还包括并不为人关注的飑线风和楼群风，对城市建筑伤害极大。上海高楼林立，高层建筑的玻璃幕墙一旦遭遇风灾，老化的玻璃很可能“迎风落地”，危及行人安全。暴雨容易造成道路积水和地下工程淹涝，造成交通中断、市政建筑和居民住房受淹，严重时还会造成人员伤亡。雷电具有猛烈的冲击力，能够瞬间对建筑物及其附着物产生巨大破坏，还能导致建筑物的供电系统、通信设备等的损坏，造成重大的经济损失和影响。

5 结论与讨论

工程建设需要在全流程环节重视气象条件的影响。在工程建设的各个环节充分考虑气象条件相关影响，可以增强建筑工程抗御灾害安全标准，合理安排施工进度，避免经济损失，保障建设工程安全。工程规划设计环节需要开展相应的灾害风险评估，提高建筑安全标准，并采取必要措施防范，增强工程抗御气象灾害的能力。建设施工环节，要充分考虑降水、温度等气象要素对建筑材料的影响，不利条件容易对建材造成质量影响，从而影响工程质量。灾害性天气条件还可能影响施工作业、施工工期，甚至危害施工人员生命。极端高温还会影响施工人员健康。工程维护管理环节中，需要注意大风、暴雨、雷电等对城市中高层建筑、广告牌、玻璃幕墙等附着物的影响，在灾害影响前进行加固管理。充分考虑气象灾害的影响问题，不仅能避免经济损失，保障施工安全，还能减少人员伤亡，具有重要意义。