“双碳”背景下建筑工程管理废料处理技术

朱家宝 杨登超 张聪慧

山东科技大学 山东 泰安 271000

引言

住建部在2016年年底，颁布了《建筑垃圾资源化利用行业规范条件》，加强了对建筑废料的处理以及可回收利用工作的监管[1]。2020年9月22日，中国在第75届联合国大会上提出2030实现“碳达峰”、2060年实现“碳中和”的目标[2]。据有关数据显示，建筑行业在全球碳排放中具有重大贡献，是碳排放的主力军之一，因此，对建筑行业进行新技术全方位变革是必不可少的[3]。建筑废料伴随在建筑的全生命周期中，在碳排放以及生态环境方面拥有巨大的影响力，具有两面性[4]。现有的建筑废料处理技术，普遍存在着成本高、效率低、能耗高的缺点，使建设单位、施工单位不愿进行废料处理或只进行简单处理，造成废料对环境的多次污染。

本文提出一种新型的建筑废料处理技术，通过运用筛分、聚类的原理对废料进行多次分批、分速处理，达到高效、低能耗目的。同时，结合现有的废料处理装置原理以及废料的共性，合理设计、组合设备部件，达到整体最优的目的，实现废料处理的高效化、低能耗化、成本最低化，助力建筑产行业绿色变革。

1 建筑废料和建筑工程管理概述

建筑废料属于建筑垃圾的一种，主要包括混凝土块、建筑废渣、砖瓦、沥青混凝土块、弃土、弃料、淤泥和混凝土等，主要产生与人类的建筑相关活动，如建筑施工、维修、拆除和重建。除此之外，也会在自然灾害的作用下产生[5]。

建筑工程管理是指对项目施工质量、施工标准、施工内容、施工流程等进行全方位、多角度的管理。建筑工程管理具备工程学和管理学的双重特性，是未来建筑领域快速发展的基石。建筑工程管理需要开展的工作是以建筑工程施工现场为依托，这要求相关工作人员具备高水准的专业修养，例如：基础管理能力、建筑识图能力、对项目工程的验收能力以及项目的预算执行能力等[6]。

2 建筑废料处理存在的问题

2.1 建筑废料处理意识薄弱

当前，无论是在建筑施工阶段、拆除阶段、重建阶段的施工工人，还是在建筑运营阶段的建筑使用者，都缺乏对建筑废料的正确认识，缺乏科学的废料处理意识。在平时的工程项目中，普遍存在建筑废料乱堆、乱放、乱埋的现象，严重污染建筑周边环境、破坏地层结构。在增加废料处理成本的同时，造成了废料的二次、三次污染[7]。

2.2 建筑废料处理技术落后

目前，市面上现销的建筑废料处理装置在使用的过程中，往往不区分废料的大小、材质直接投入负责破碎的挤压锟中，有些体积大的废料容易在挤压锟处停留，阻碍设备运转。同时，由于废料大小不一，在破碎的过程中会使挤压锟出现大范围的磨损，降低设备的有效使用寿命。简言之，现有的建筑废料处理技术普遍存在着工作效率低、设备磨损率大、能耗高的问题。

3 新型建筑废料处理技术

3.1 技术简介

本文中的新型建筑废料处理技术——筛分聚类原理（Principle of Screening Clustering，POSC）。通过对废料的大小以及形状特点在入料通道进行初步筛分聚类——分速；在运料区，设计多层网状筛分结构的匀料框对废料进一步筛分聚类——分层，使废料规格较小的聚集到匀料框的下层，使粒径较大的继续留在上层。经过上述两次处理基本实现了废料的分批与聚类，直接保证装置在工作的过程中的流畅性，提高废料处理效率。

3.1.1 理论设计。笔者通过整理相关文献资料后，在理论设计阶段考虑的问题主要有以下四条：①怎样的结构设计能让废料在整个流程中不堆积，提高废料破碎效率？②怎样选择设备部件，怎样组合部件来达到低能耗、低负荷？③怎样降低废料对设备的磨损率，延长设备的有效寿命？④怎样实现废料低成本处理？什么是废料处理成本？

本技术的实现方式是以建筑废料处理装置为载体。

装置的主体为安装台，其余的各主要组件均是在安装台的上、下进行安装设计。在安装台上部安装移动腔与双轴电机。在移动腔的内部设置有入料机构即匀料框，为使匀料框可以前后移动，在其两侧固定安装表面附有弹簧的限位柱。在匀料框限位柱的两侧安装表面附有凸轮的传动轴，并将凸轮与限位槽的内表面光滑连接。在匀料框的内部滑动安装有梯形按压板，设计往复丝杠的底端贯穿梯形按压板并延伸至梯形按压板的外部，使往复丝杠的外表面与梯形按压板的内表面螺纹连接。在双轴电机的两端设置固定主动轴，传动轴的外表面通过传动轮传动安装有传动带，主动轴的外表面通过传动轮与传动带的内表面传动连接。

3.1.2 结构设计。本产品结构的具体组成结构为：①安装台；②挤压辊；③移动腔；④下料口；⑤匀料框；⑥出料口；⑦限位柱；⑧弹簧；⑨双轴电机；⑩主动轴；⑪安装板；⑫往复丝杠；⑬传动锥齿轮；⑭主动锥齿轮；⑮传动轴；⑯凸轮；⑰限位槽；⑱梯形按压板；⑲传动带；⑳保护软套。

笔者通过查阅文献以及对现有的建筑废料处理装置存在的问题进行分析，科学地设计出一种新型的建筑废料处理装置。该装置就技术使用类型来说属于建筑施工设备技术领域，其主要的工作部件包括安装台、入料机构、匀料框、梯形按压板、双轴电机以及出/入料口。根据装置废料处理流程，可将装置构件分为四个工作区投料区、运料区、处理区、出料区。其中，在投料区本团队根据重力及斜面坡度相关知识，设计表面粗糙的倒梯形的入料通道，使废料在进入装置前可以减少下坠速度，对于不同材料的废料进行分速入口处理。在运料区，采用双轴电机带动主锥齿轮进而间接带动匀料框匀速移向挤压锟，在匀料框的设计上，采用基于Pro/E多级振动筛，可根据废料的大小进行分层，以便于在挤压锟处高效破碎。在破碎区，位于匀料框上的梯形按压板，会在主动齿轮以及往复丝杠的带动下，进行上下震动，给废料施加一个向挤压锟方向的挤压力，加快挤压锟破碎效率。最后，经挤压锟处理后的废料，会直接进入出料口，完成废料的处理。

3.2 设备功能分区

3.2.1 投料区。主要构件为入料通道，主要解决现有装置直接将废料投入设备内，不考虑废料的大小、形状、材质，忽视废料对装置部件损害的问题。笔者团队通过查阅相关资料与已具备的相关知识，合理运用摩擦阻力学原理设计通道结构[8]，具体设计为表面为小阶梯状的倒梯形合金板，通道为几何四棱台，4个倒梯形合金板的连接处采用倒角式的光滑连接，防止废料滞留。该倒梯形结构的入料通道可降低废料入机的速度，同时根据废料的形状以及材质进行初步筛分。

3.2.2 运料区。匀料区的主要构件为双轴电机、传动带、传动轴、移动腔以及匀料框。在设备运转过程中，双轴电机会带动传动带然后间接带动移动腔，而匀料框位于移动腔内部，会随着移动腔的移动通过弹簧以及限位柱而前后移动，将框内的废料不断移向挤压锟。在匀料框在前后移动时，由于齿轮之间的相互啮合，会使匀料框有小幅度的微震，且由于匀料框所采用的结构是基于Pro/E多级振动筛结构[9]，可根据废料的形状、大小在此进行筛分，将体积小的废料过滤到下层，较大的置于上层，达到对废料的合理分批，有利于挤压锟在破碎时的施力部位在同一水平线上，减小对破碎部件的损害、提高破碎效率。

3.2.3 破碎区。破碎区的主要构件为主动锥齿轮、传动锥齿轮、往复丝杠、梯形按压板。在部件组合设计方面，本团队考虑到节能设计将主动锥齿轮、传动锥齿轮与主动轴上的凸轮相啮合，使设备运转时可以让主动锥齿轮与传动轴齿轮相互带动，进而共同带动往复丝杠，达到减少能耗目的。往复丝杠会带动位于匀料框中的梯形按压板上下移动，当匀料框里的废料到达挤压锟附近时，梯形按压板便挤压废料进入挤压锟，在废料规格相似的基础上进一步加快废料破碎效率。

3.2.4 出料区。出料区设计较为简单。出料口设置在挤压锟的正下方，使经挤压锟破碎后的废料在最短的时间里从设备流出，保证装置工作的流畅性。

3.3 技术原理及先进性

3.3.1 技术实现原理。首先，启动双轴电机，使双轴电机带动两个主动轴同时转动，主动轴在转动的过程中，会同时带动主动锥齿轮和传动带。其次，传动带会带动传动轴和其上的凸轮转动，凸轮在转动的过程与限位槽不断的接触，并在限位柱和弹簧的配合下，使匀料框在移动腔内部不断的前后移动，将倒入匀料框内部的建筑废料不断的带向出料口。最后，主动锥齿轮会带动传动锥齿轮转动及主动锥齿轮转动，从而使往复丝杠转动，来带动梯形按压板在匀料框内部不断的上下移动，将废料向着下料口处的挤压辊处推动，使挤压辊将废料进行不断的破碎操作。

3.3.2 先进性。本文所阐述的新型建筑废料处理技术相较于已有的建筑废料处理技术或装置具有极大的节能减排潜力和广阔的市场前景。具体技术先进性如下所述。

（1）适用于各种尺寸废料的处理。

（2）废料对设备的磨损率小。

（3）内部部件均采取最优组合，降低装置能耗与负荷，提高设备有效使用寿命。

（4）对废料进行两次筛分处理，解决废料堵塞问题，大大提高工作效率。

（5）梯形按压板挤压废料进入挤压锟，提高破碎速率。

4 结束语

本文主要针对现有建筑废料处理技术在对建筑施工、维修、拆除和重建阶段产生的建筑废料处理中，存在工作效率低、设备磨损率大、能耗高的问题，提出将筛分、聚类原理灵活运用到设备的结构设计与组合中，借助新型建筑废料处理装置来解决。运用该技术的设备可以在投料区和运料区对废料进行减速、筛分、聚类处理，达到提高工作效率、减少设备磨损的目的。同时，本文所述的新型建筑废料处理装置以双轴电机为驱动，减少内部电机布置、降低能耗，实现了建筑废料的低碳化处理。有效推动建筑行业的低碳发展，响应国家“碳达峰、碳中和”号召。