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铁路绿色建筑施工污染控制分析与研究

来源:意榕旅游网
第45卷第4期2020年4月

环境科学与管理

ENVIRONMENTALSCIENCEANDMANAGEMENT

Vol􀆰45No􀆰4Apr.2020

文章编号:1674-6139(2020)04-0088-05

铁路绿色建筑施工污染控制分析与研究

苏航

(新疆铁道勘察设计院有限公司ꎬ新疆乌鲁木齐830001)

摘 要:铁路在传统建筑施工过程中施工现场的污染指数偏高ꎬ影响地区生态环境ꎮ为此利用工厂预制铁路绿色建筑ꎬ实现对施工现场的零污染控制ꎮ该方法根据城市气候等因素的不同ꎬ量化分析铁路建设区域的环境概况ꎻ明确铁路进站场地高架式、线侧式的空间特点ꎬ设计符合实际工况的建筑空间结构预制架ꎻ结合欧式距离法的基本理论与白化权函数ꎬ以建立的评价模型测算预制架的污染程度ꎻ设置建筑安放位置ꎬ装配铁路建筑预制架ꎬ并计算施工现场污染率ꎬ实现对施工场地的零污染控制ꎮ关键词:铁路绿色建筑ꎻ施工零污染ꎻ区域环境ꎻ空间结构ꎻ评价模型中图分类号:X731

文献标志码:A

PollutionControlinRailwayGreenBuildingConstruction

(XinjiangRailwaySurveyandDesignInstituteCo.ꎬLtd.ꎬUrumqi830001ꎬChina)

SuHang

Abstract:Thetraditionalrailwayconstructionprocessresultedinthehighpollutionindexoftheconstructionsiteandaffectingtheregionalecologicalenvironment.Thefactoryprefabricatedrailwaygreenbuildingisusedtorealizezeropollutioncontrolontheconstructionsite.Accordingtothedifferenceofurbanclimateandotherfactorsꎬthismethodquantitativelyanalyzestheenviron ̄mentalsituationofrailwayconstructionarea.Itdefinesthespacecharacteristicsoftherailwayentrancesiteintheformofviaductandlinesideꎬanddesigntheprefabricatedbuildingspacestructureinlinewiththeactualworkingconditions.Combiningwiththebasictheoryofeuclideandistancemethodandwhiteningweightfunctionꎬtheevaluationmodelwasestablishedtocalculatetheandcalculatethepollutionrateoftheconstructionsiteꎬsoastorealizethezeropollutioncontroloftheconstructionsite.model 

pollutiondegreeofprefabricatedframe.Thestudysetsupthelocationofthebuildingꎬassembletherailwayprefabricatedframeꎬ

Keywords:railwaygreenbuildingsꎻzeropollutioninconstructionꎻregionalenvironmentꎻspatialstructureꎻevaluation

前言

伴随着科技的不断创新发展ꎬ新式铁路顺应时代发展进程开始出现ꎬ但秉承着绿色无污染、可持续发展的环保理念ꎬ提出了在建设铁路时ꎬ要以环保无污染为建设目标ꎬ确保建设施工过程中ꎬ施工效率更高、污染程度更小ꎮ传统的铁路建筑施

收稿日期:2020-01-11

作者简介:苏航(1980-)ꎬ男ꎬ大学本科ꎬ工程师ꎬ研究方向:建筑

设计ꎮ

工ꎬ根据这一理念ꎬ选用环保性更强的材料建设铁路框架结构ꎬ并设立污染监测系统ꎬ当建设环境中的污染物浓度偏高时ꎬ及时做降污处理ꎻ同时将建设过程中产生的废弃物料ꎬ按照材料的不同堆放ꎬ并根据可回收利用方式的不同ꎬ实施降解、重复利用以及废弃处理等步骤ꎮ传统的污染控制方法ꎬ虽然选择了环保性能更好的材料ꎬ但在施工过程中ꎬ还会产生一定数量的颗粒污染物、粉尘、烟尘等污染物质ꎬ并没有从根源上实现“零污染”这一建设要求ꎮ

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1 铁路绿色建筑施工零污染控制方法

1.1 收集铁路建设区域的环境特点

当前不同的城市之间ꎬ在气候、环境、资源、经济社会发展水平等方面均具有较大差异ꎬ因而铁路绿色建设ꎬ在施工过程中所采取的手段、以及绿色建筑结构造型两个方面ꎬ同样因地区差异而有所不同ꎮ因此对铁路绿色施工实行零污染控制ꎬ1.2 构建铁路绿色建筑预制架结构

针对上述得到的环境影响因素特点ꎬ按照区域地理位置的不同ꎬ构建一个适合施工地区环境ꎬ满足绿色建筑理念的铁路空间结构ꎮ该结构的建立ꎬ要预先明确铁路旅客站的进站结构空间特征ꎮ当前的铁路进站场地多以高架式和线侧式为主ꎮ高架式铁路进站场地ꎬ从空间结构上来说ꎬ是一个应综合分析上述影响因素ꎬ遵循绿色环保可持续发展的生态理念ꎬ考虑铁路工程施工阶段在空间、材料、水资源等方面的控制举措ꎬ实现铁路绿色建筑的建设ꎬ确保施工现场的零污染控制ꎮ当前的城市在不同的大陆板块上ꎬ所处的气候环境也并不相同ꎬ以秦岭-腾冲线路作为划分界限ꎬ可知该线路以东是经济发展与人口密集区域ꎬ对于铁路的需求量大ꎬ且该区域以湿润半湿润气候为主ꎻ而该线路以西的经济水平一般ꎬ人口密度小ꎬ且多以干旱、半干旱气候为主ꎮ当前两个区域内的各项要素如表1所示ꎬ均对铁路绿色建设施工具有多方面的影响ꎮ

表1 环境因素对施工的影响

因素沿海区域内陆区域光照充足充足地下水资源丰富一般降水量丰富偏少风向四季变化常年大风温度季风气候大陆气候年均冻土厚度76123地层状态相对稳定相对稳定植被覆盖率

良好

一般

  表1中的各项数据ꎬ体现了不同区域的现实环境概况ꎬ这些因素都会对铁路绿色建筑施工造成一定程度的影响[1]ꎮ

垂直的空间ꎬ节省了城市用地ꎬ同时对于人口密集、土质较差地区来说ꎬ减少了大面积的土地挖掘ꎬ但其建设结构较为复杂ꎻ而线侧式铁路进站场地相对简单ꎬ可以直接从候车厅进入进站场地ꎬ此项建设需要开凿的土地面积大、工程复杂[2]ꎮ综上所述的各项影响条件ꎬ预设计铁路绿色建筑空间结构尺寸:

c=1λ

×

∑n

i=1(v

+sn1

v􀅰ωi

2)lnμ+a

(1)

公式中:λ表示结构固定常量ꎻv1、v2分别表示高架式铁路进站场地结构特点ꎬ以及线侧式铁路进站场地空间结构特点ꎻμ表示控制常量ꎻa表示契合系数ꎻωi表示铁路绿色建筑ꎬ在i个位置处的结构尺寸ꎻsn表示n个铁路建筑组件总面积ꎮ将计算得出的结果与影响因素相结合ꎬ得出调整后的铁路绿色建筑空间结构ꎬ计算表达式为:

c′=

∑n

i=1

xiyizikm

×(ey2-c

-1)+sc

(2)

公式中:km表示cm个有效环境影响因素值ꎻe表示一个指数函数ꎻγ表示垂直空间特征指数ꎻi表示建筑支撑柱数量ꎻxi表示尺寸为x的进土深度ꎻyi表示尺寸为y的建筑面宽ꎻzi表示尺寸为z的建筑结构高度ꎻsc表示预留的缓冲区域面积ꎮ根据调整后的结果ꎬ设计铁路绿色建筑在空间中的结构框架ꎬ以预制架的形式投入制作ꎬ得到拼接的建筑结构组合[3]􀅰89ꎮ

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1.3 设置污染评价模型检测污染

综合分析得出的结构尺寸数据、以及影响因

  {M0}={c0(1)ꎬc0(2)ꎬ􀆺ꎬc0(n)}

素等相关参数ꎬ参考文献[3]的数据预处理的方法筛选实验数据ꎬ设置了一个污染评价模型ꎬ以此检测该建筑成品的污染程度ꎮ参考欧式距离法的基本理论ꎬ确定数据的参考数列和评价数列ꎬ得出数据中的最大值与最小值ꎬ以此得出关联系数ꎻ根据理想指数A+和负理想指数A-ꎬ确定待检测结构的稳定性ꎬ得出污染权重指标qꎬ实现对建筑的污染检测[4]ꎮ以上述过程为基准ꎬ根据原始数据建立一个矩阵ꎬ用W来表示ꎬ无量纲化处理矩阵Wꎬ令各项指标具有可比性ꎬ假设上述提到的参考数列用{M0}表示ꎬ评价数列用集合{Mu}表示ꎬ则有:    δ0i(β)=  

β

数据ꎻcn(n)表示评价数列中ꎬ与n个结构参考数据相对应的n个评价数据ꎮ计算上述参考数列与评价数列的差值ꎬ根据差值结果得出矩阵ΔWꎬ得到的dmax与dmin为ΔW中的两个极值ꎮ根据极值结果确定关联系数δ0nꎬ得出新的矩阵W′ꎬ该关联系数的确定公式为:

β

公式中:c0(n)表示参考数列中的n个结构参考

{M}={c1(1)ꎬc1(2)ꎬ􀆺ꎬc1(n)}ìï1ï

ï{M2}={c2(1)ꎬc2(2)ꎬ􀆺ꎬc2(n)}íï􀆺ïï

î{Mn}={cn(1)ꎬcn(2)ꎬ􀆺ꎬcn(n)}

(3)

minmin|M0(β)-Mi(β)|+hmaxmax|M0(β)-Mi(β)|

M0(β)-Mi(β)|+hmaxmax|M0(β)-Mi(β)|

β

(4)(5)

的参考数列ꎻMi(β)表示与上述数据相对应的评价数列ꎻh表示一个固定常量ꎬ通常范围取值为h∈(0ꎬ1)ꎮ根据计算结果确定数据的理想值与负理想值ꎬ使用欧式距离公式ꎬ得出两个数值之间检测节点的距离ꎬ计算二者之间的接近程度ꎬ以此求出权重指标ꎮ结合见图1所示的白化权函数ꎬ确定污染评价等级[5]ꎮ

上述公式中:M0(β)表示参考数列中特点为β

评价模型为:

G=δ0i(β)HqW′T

εε

公式中:Hq表示接近度为ε的权重指标q影响下ꎬ评价权重等级指数函数ꎻW′T表示评价污染类别等级化向量的转置矩阵ꎮ通过该模型ꎬ实现对铁路建筑预制架污染程度的分析与检测ꎮ1.4 

装配预制架计算施工现场污染率

将污染率符合国家规定标准的预制架ꎬ运送

到施工现场ꎬ实施预制组件装配ꎮ根据实际施工场地中的空间特点ꎬ设置好每一预制架的装配位置ꎬ装配后得到完整的独立框架结构ꎬ投入适量的混凝土对这些独立组件进行浇筑ꎮ浇筑后的预制支撑内置钢板、箍筋构造更加符合实际应用要求ꎬ确保铁路绿色建筑的合理建设[6]ꎮ完成上述操作后ꎬ根据现场空间尺寸大小以及火车的进站方向ꎬ到指定施工位置装配预制架ꎬ验算装配完成后的铁

图1 

白化权函数示意图

路建筑总体强度:

ìïkm=GKm

cmï

íïGQmïqm=îcm

(6)

根据白化权函数确定指标权重等级ꎬ此次研究将污染等级划分为五级ꎬ确定五个评价类别ꎬ每一类别用Ψ表示ꎬ则存在[Ψ1ꎬΨ2ꎬΨ3ꎬΨ4ꎬΨ5]ꎬ得到的􀅰90􀅰

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公式中:m表示预制架支撑层数量ꎻkm表示预制架单个支撑层间的抗侧刚度ꎻKm表示每层预制架结构所需的层间抗侧刚度ꎻqm表示预制架单个支撑层的抗剪承载力ꎻQm表示预制架结构每层所需的层间      p=

抗侧强度ꎻcm表示预制架的支撑结构数量ꎮ当计算结果达到预期标准值时ꎬ打开检测系统ꎬ对不同施工位置处进行污染率检测ꎬ该检测系统中的污染率测算公式为:

(7)

  公式中:In表示检测区域内ꎬ任意一个检测点位n的污染浓度值nꎻIn-1表示与其相邻的检测位置污|(I2+I3+􀆺+In)/nI1|

×100

[(I2+I3+􀆺+In-1)/n-1]-(I2+I3+􀆺+In)/n

的区域ꎬ将其记为区域M1-M4ꎬ这些城市区域的基本信息概况ꎬ如表2所示ꎮ

染浓度值ꎻp表示该施工现场的总体污染率ꎮ根据计算可知ꎬ当p超过理想的污染标准线时ꎬ说明此次研究ꎬ并没有实现铁路的绿色建筑ꎬ对施工现场的污染零控制ꎻ当p小于理想标准值ꎬ且p→0时ꎬ默认此时的施工现场污染率符合零污染控制理念ꎬ至此实现铁路绿色建筑在施工现场的零污染控制方法[7]ꎮ

2 实验

为了验证所提出的铁路绿色建筑ꎬ施工零污染控制方法的可靠性和可行性ꎬ将该方法与铁路传统建筑施工污染控制方法相对比ꎬ比较两个施工过程不同的控制方法对于施工现场污染率的影响ꎮ(见表2)

表2 实验环境参数

参数M1M2M3M4光照强正常弱偏弱降水量偏少正常偏多偏多冻土厚度95679125风力正常稍强偏弱偏弱平均温度偏高正常较低偏低植被覆盖

一般

正常

繁茂

2.1 实验准备

此次实验以仿真实验的方式进行ꎬ选取的计算机型号为PCM240APꎬ该计算机的硬盘容量为60GBꎬ内存容量为4GBꎬ符合铁路建设数据的分析与计算要求ꎻ设置的操作系统为Windows2019aꎬ浏览器为IE11􀆰0ꎮ为保证实验结果的真实性和普遍性ꎬ此次实验测试分2组进行ꎮ随机选取4个类型不同

参照上述实验数据ꎬ任选其中的两个区域作为实验基础背景条件ꎬ模拟实验背景ꎬ分别利用两种方法对同一区域的铁路工程展开建设ꎬ测试建设过程中的铁路施工环境ꎮ在测试之前ꎬ要设置施工现场的检测点位ꎮ选择的实验背景为M1和M2ꎬ所设置的检测位置见表3ꎮ

表3 施工现场检测节点

检测区域编码

M1检测节点M2检测节点S1S2A6A1--A10

A5

B1-B5

S3S4A11B11B6-B10

S5A21-A20B21-B20S6

A26-A36-A25A35B26-S7A41-A40B36-B25B35S8A46-A45B41-A51-A50B46-B40S10S9

A56-B51-B45S11A61-A55A60B56-B50B55S12A66-B61-B60S13A76-A65A75B66-B65S14A86--A85B76-B75S15A91-A100A90

B86--B85B91-B100B90

  根据表3中所设置的检测节点ꎬ对噪声排放、废气(粉尘)排放、废水排放、废弃物排放、生态破坏等影响因素不同的两个施工场景ꎬ进行污染率检测ꎬ将所提出控制方法下的实验测试结果作为实验组数据ꎻ将铁路传统建筑施工污染控制方法测试得到的结果作为对照组数据ꎮ

􀅰91􀅰

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2.2 结果分析

右ꎬ平均污染指数为0􀆰19ꎻ再看传统方法下的对照曲线ꎬ波动较为剧烈ꎬ说明高浓度的污染物ꎬ由于所处的位置不同ꎬ在风的作用下发生改变ꎬ平均污染指统计M1区域背景下的实验结果ꎬ以曲线图的

形式展开描述ꎬ见图2ꎮ

图2 M1区域内铁路施工现场污染指数

根据上述测试结果可知ꎬ在检测区域相同、检测节点位置相同的条件下ꎬ由于所研究的方法ꎬ已经将铁路绿色建造所需的建筑结构ꎬ在封闭式的厂区内预先定制完成ꎬ因此只在施工现场装配时ꎬ产生由于浇筑造成的污染ꎬ经计算可知ꎬ该方法下的施工现场污染指数在0􀆰2以下ꎬ其总体平均污染指数仅为0􀆰是在施工现场直接建造的17ꎮ而在传统方法下ꎬ铁路施工所需的建筑框架ꎬ由于框架组件需求量大ꎬꎬ因而会产生大量污染ꎬ经统计可知ꎬ施工场地内的各个检测节点ꎬ其污染指标含量均超过了0􀆰4ꎬ平均污染指数为0􀆰89ꎮ比较之下ꎬ传统方法的污染指数ꎬ比研究的方法高出了0􀆰72ꎮ可见研究的铁路绿色建筑ꎬ在施工场地实现了零污染控制ꎮ再对如图3所示的M2区域背景下的实验结果展开分析ꎬ并得出实验结论ꎮ

图3 M2区域内铁路施工现场污染指数

从图3可知ꎬ在同样的实验条件下ꎬ所提出方法下的实验组数据曲线波动较小􀅰92􀅰

ꎬ污染指数在0􀆰2左数为0􀆰81ꎮ根据上述结果可知ꎬ传统方法的施工现场污染指数比研究的方法高出了0􀆰62ꎮ由此可见提出的方法ꎬ将施工现场的污染浓度控制在较低的范围内ꎮ

3 结语

此次研究在铁路传统建筑施工对污染控制不理想的基础上ꎬ通过工厂加工预制架ꎬ在污染源头上降

低了施工现场的污染浓度ꎬ保证污染物不会随着风力的影响ꎬ附着在植物、人体、居住场所等物体的表层ꎬ从而让人吸入肺部ꎻ同时还减少了由于降水ꎬ将污染物带入到水源中这一问题ꎬ保证了城乡居民以及工厂的用水安全ꎮ此次研究虽然取得了一定成功ꎬ但最终的污染指标并没有真正为“零”ꎬ今后还要加大研究力度ꎬ将污染控制到更加接近零ꎬ做到真正的铁路绿色建设ꎮ

参考文献:

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