土方施工扬尘时空扩散机理及防治措施研究

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施工扬尘是房屋建筑工程、市政基础设施工程等施工场所和施工活动中产生的扬尘,是大气颗粒物的主要来源之一。近年来,随着我国建筑业的高速发展,施工扬尘已成为大气颗粒物浓度超标的重要原因。人类长期暴露于颗粒物浓度超标环境下,会引发皮肤、呼吸系统和心血管等方面一系列疾病,损害身体健康,造成经济财产损失。为此,国家和地方政府多次出台了相关政策措施应对施工扬尘污染问题,防治效果仍有待提高。本文依托十三五国家重点研发计划《施工全过程污染物控制技术与监测系统研究及示范》(2016YFC0702105)课题,选取施工过程中具有代表性的土方施工阶段产生的扬尘为对象开展研究,主要内容及结论如下:(1)基于土方施工阶段特性,建立了土方施工扬尘扩散理论模型,确定了模型的计算参数。利用风洞试验,揭示了风速、围挡高度、围挡形式和围挡与基坑边界距离等因素对土方施工扬尘扩散速度、扬尘浓度变化和扬尘扩散流场特性的影响规律。研究表明,源强、风速和扬尘沉降速度是扬尘扩散浓度的主要影响因素,在离扬尘源距离一定的情况下,源强强度越大,扬尘沉降速度越低,扬尘浓度越高。随着风速的增加,流场形式不发生改变,扬尘沙粒速度和扬尘扩散初始浓度均增大。施工围挡将导致扬尘扩散流场产生显著变化,围挡背风区产生的涡流,将导致围挡后跃移扬尘的传输速度和扬尘浓度等参数发生突变。(2)通过数值模拟探究了复杂工况下土方施工扬尘颗粒溢出率、扬尘颗粒平均扩散高度、扬尘浓度变化和扬尘扩散流场特性的规律,阐明了土方施工扬尘扩散理论模型计算参数与影响因素间的关系。研究表明,随着风速的增加,扬尘颗粒溢出率、平均扩散高度和扬尘扩散初始浓度也会增加;基坑深度的增加和围挡的设置使得扬尘颗粒溢出率、平均扩散高度和扬尘扩散初始浓度有不同程度的降低。(3)通过对现场实测数据分析,揭示了施工工序和防护措施对土方施工扬尘扩散模型计算参数的影响。研究表明,单位时间内现场施工强度越高,源强越大,施工扬尘的扩散趋势越显著;防护措施能够有效降低源强,减缓施工扬尘的扩散;施工场地内部扬尘以点源扩散的形式存在,且具有叠加效应。风洞试验、数值模拟和现场实测的结果表明,研究所建立的土方施工扬尘扩散理论模型能够准确的描述施工扬尘扩散机理,能够被用于施工场地扬尘扩散预测。(4)基于人工智能方法,建立了数据不完备条件下土方施工扬尘浓度预测模型,实现了对施工现场全域扬尘的准确预测。构建了扬尘暴露职业危害模型,分析并量化了施工现场不同工种工作人员在土方施工期间的扬尘暴露量、健康风险及职业危害,对现场工作人员职业健康风险进行了排序。(5)基于对施工扬尘扩散规律及危害的研究成果,提出了土方施工阶段扬尘控制的监测评价指标、标准限值、监测方案及控制措施。利用物联网、人工智能方法和云计算等先进技术,开发了一套能够对施工扬尘实时监控、预警并处理的智能控制平台。
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