高東亮

（陜西建工安裝集團(tuán)有限公司）

1 引言

土方工程涉及的施工內(nèi)容比較多，包括場地平整、基坑開挖、基坑回填等主要工作，以及基坑支護(hù)、降排水等輔助工作，必須保證施工方案的科學(xué)性、合理性、可行性，同時兼顧綠色環(huán)保性，積極改變傳統(tǒng)施工工藝，充分利用現(xiàn)代信息化技術(shù)，優(yōu)化施工機(jī)械組合，加強(qiáng)碳減排分析，從各個環(huán)節(jié)出發(fā)，才能改變土方工程施工高能耗、高污染的問題。

2 綠色施工原則與要求

綠色施工是踐行可持續(xù)發(fā)展理念的重要手段，圍繞節(jié)水、節(jié)地、節(jié)能、節(jié)材與環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)，減少資源、能源消耗，降低施工活動對環(huán)境產(chǎn)生的不利影響。綠色施工的基本原則包括減量化原則、再使用原則、循環(huán)再生利用原則，減量化原則就是盡可能使用較少的資源能源投入完成生產(chǎn)任務(wù)，達(dá)到節(jié)能減排的目的，再使用原則就是盡可能延長產(chǎn)品使用周期，增加產(chǎn)品使用次數(shù)，減少重復(fù)生產(chǎn)帶來的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，循環(huán)再生利用原則指的是物品在使用后能夠轉(zhuǎn)化成可利用的資源，而不是不可用的垃圾，可以用來循環(huán)生產(chǎn)各類新產(chǎn)品。遵循綠色施工原則，在具體施工活動開展過程中，應(yīng)該盡可能減少對場地的干擾，特別是在深基坑工程施工時，開挖方式、降排水、基坑支護(hù)都會對原有地質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生負(fù)面影響。盡可能節(jié)約水資源，減少環(huán)境污染，土方工程施工容易出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)P塵、噪音問題，需要著重采取有效的控制措施。機(jī)械化也是土方施工的主要特點(diǎn)，如何優(yōu)化機(jī)械組合、加強(qiáng)機(jī)械能耗管理成為關(guān)鍵所在。隨著信息技術(shù)在工程施工領(lǐng)域的應(yīng)用，可以在方案優(yōu)化、工程量計算、進(jìn)度管理等方面實(shí)施可視化、精細(xì)化控制，為綠色節(jié)能施工理念的應(yīng)用研究提供了更多思路[1]。

3 土方工程中綠色節(jié)能施工方法的研究

3.1 土方計算及調(diào)配

3.1.1 土方計算

土方工程量計算是施工方案編制、組織施工管理的基礎(chǔ)工作，直接影響到最終的綠色節(jié)能效果。根據(jù)設(shè)計地面與原始地面相對高程，計算挖土體積或填土體積，經(jīng)過適當(dāng)?shù)暮喕D(zhuǎn)換，就相當(dāng)于數(shù)學(xué)課程中的幾何體求體積，常用的計算方法有等高線法、斷面法、方格網(wǎng)法、散點(diǎn)法等。在地形起伏較大的情況下，可以采用等高線法，通過分層計算棱臺、棱錐體積，最終匯總成總體積。在縱向變化連續(xù)、橫向變化不連續(xù)的狹長地形，可以采用斷面法，沿著地形長度方向每隔一定距離取一斷面，計算相鄰兩個斷面的土方量，匯總得到總土方量。在地勢相對平坦的情況下，可以采用方格網(wǎng)法，將地形圖劃分成若干方格，計算求得每個方格工程量后，匯總得出總土方量。以上這些方法相對比較傳統(tǒng)，以人工計算為主，計算過程比較復(fù)雜，需要消耗大量的時間和精力，而且每種方法的適用情況不同，存在一定的局限性，計算結(jié)果難以保證。

利用BIM 技術(shù)進(jìn)行土方工程量計算，通過建立三維地形模型，可以直觀檢驗高程數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，減少人工糾錯計算時間，有利于提高計算精度和速度。通過Revit軟件創(chuàng)建施工現(xiàn)場地形表面模型，并將所有高程點(diǎn)改為設(shè)計標(biāo)高，自動統(tǒng)計計算現(xiàn)有地形轉(zhuǎn)換為設(shè)計地形所需要的工程量，軟件中的建筑地坪功能可以開展土方開挖模擬施工，通過參數(shù)設(shè)置計算土方挖方量、填方量。通過創(chuàng)建土方計算方法庫插件的方式也能夠較好的解決問題。首先，編譯土方工程量計算算法代碼，明確各種方法的判定條件，生成方法庫。其次，在Revlt 中導(dǎo)入地形圖，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)，依據(jù)地形特征信息，判定土方計算方法，最終一鍵輸出土方工程量，通過對比分析發(fā)現(xiàn)，這種方式不但能夠避免煩瑣的手工計算過程，而且相較于現(xiàn)有軟件功能計算更加便捷、精準(zhǔn)。

3.1.2 土方調(diào)配

土方調(diào)配的主要目的是更為經(jīng)濟(jì)合理地進(jìn)行土方運(yùn)輸作業(yè)，以挖填土平衡為原則，組織開挖、運(yùn)輸、回填工作，實(shí)現(xiàn)更為精確的土方調(diào)配，能夠達(dá)到更好的綠色節(jié)能效果。土方調(diào)配的主要元素有挖方區(qū)、填方區(qū)、棄土區(qū)、借土區(qū)、中轉(zhuǎn)區(qū)、運(yùn)量、運(yùn)距等，在調(diào)配過程中，應(yīng)該充分考慮全場與各分區(qū)的優(yōu)化結(jié)合，合理設(shè)置分區(qū)線，實(shí)現(xiàn)挖填平衡和運(yùn)距最短，優(yōu)化運(yùn)輸線路、調(diào)配方向，充分發(fā)揮運(yùn)輸車輛和土方機(jī)械性能，避免出現(xiàn)重復(fù)挖填和運(yùn)輸?shù)那闆r，盡可能與地下建筑施工相結(jié)合，縮減施工工期，降低施工成本。在進(jìn)行土方調(diào)配時，首先要科學(xué)劃分調(diào)配區(qū)，綜合衡量地理環(huán)境、施工順序、技術(shù)要求等相關(guān)方面，其次計算調(diào)配區(qū)之間的平均運(yùn)距，最后編制土方調(diào)配圖表，將土方調(diào)配問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)線性規(guī)劃問題，通過表上作業(yè)法求得最佳土方調(diào)配方案。相對而言，這種方法操作更加方便，獲得的結(jié)果更加準(zhǔn)確，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價值[2]。

3.2 可視化施工控制

常規(guī)的控制方法主要依賴于施工進(jìn)度計劃，隨著施工活動的不斷開展，經(jīng)常出現(xiàn)實(shí)際進(jìn)度與計劃進(jìn)度不符的情況，施工碰撞問題、場地布置效果差、進(jìn)度跟蹤檢查不及時等現(xiàn)象比較突出，有必要開展可視化施工管理。BIM 技術(shù)具有可視化的優(yōu)勢，利用三維信息模型，可直觀展現(xiàn)施工現(xiàn)場布置情況。通過場地漫游功能，可以以第一視角檢查場地內(nèi)臨時道路、材料堆放區(qū)、臨建設(shè)施的布置是否合理，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場空間深度優(yōu)化，通過碰撞檢查功能。在可視化碰撞檢查時，可自主定義碰撞類型，輸出碰撞檢測報告，并精準(zhǔn)定位碰撞位置，及時針對碰撞點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，解決各種硬碰撞和軟碰撞問題。基于BIM技術(shù)編制施工進(jìn)度計劃，利用工作分解結(jié)構(gòu)法，對土方工程進(jìn)行工作分解，快速準(zhǔn)確的計算各項施工內(nèi)容工作量，初步估算施工工期，根據(jù)相互關(guān)系調(diào)整施工順序，強(qiáng)化了模型構(gòu)件與工序之間的信息關(guān)聯(lián)，利用4D模型開展施工進(jìn)度模擬，在三維可視化的視角下，觀察土方工程施工過程，直觀發(fā)現(xiàn)進(jìn)度計劃編制存在的不合理之處，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場場地布置時間上的深度優(yōu)化。

3.3 土方施工機(jī)械管理

3.3.1 常規(guī)節(jié)能控制

土方工程施工需要依賴大量的機(jī)械作業(yè)，應(yīng)該采用最優(yōu)的場地平整、基坑開挖、基坑回填、邊坡支護(hù)施工方案，摒棄高耗能、高污染的施工工藝，盡可能用最少的機(jī)械臺班完成施工任務(wù)。加強(qiáng)機(jī)械設(shè)備的日常節(jié)能管理，積極選用節(jié)能、環(huán)保、綠色、高效的機(jī)械設(shè)備。淘汰一批落后設(shè)備，在滿足施工需求的情況下，優(yōu)化施工工序，調(diào)整公共機(jī)具分布，充分利用相鄰區(qū)域內(nèi)的機(jī)械設(shè)備，減少無效或低效作業(yè)。提高機(jī)械設(shè)備利用率，盡可能降低大功率機(jī)械設(shè)備的使用頻次，機(jī)械設(shè)備的功率應(yīng)該與負(fù)荷相匹配，加強(qiáng)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時監(jiān)測，評估機(jī)械設(shè)備的節(jié)能效率，針對能耗較大的施工工藝環(huán)節(jié)，制定專門的節(jié)能措施。安排專人進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的養(yǎng)護(hù)管理，建立相關(guān)記錄臺賬，保證機(jī)械設(shè)備能夠處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。積極使用綠色環(huán)保液體燃料，可以采用醇基液體燃料代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃油，配置高效率施工機(jī)械，在完全燃燒的情況下，醇基燃料提供的熱效率更高，而且來源廣泛，排放量低，符合綠色環(huán)保理念。以上這些都是相對常規(guī)的施工節(jié)能機(jī)械管理措施，沒有達(dá)到信息化、精細(xì)化管理的要求，可以在此基礎(chǔ)上充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，展開更為全面的計算分析，準(zhǔn)確評估施工機(jī)械能耗，為節(jié)能控制管理提供更為科學(xué)的依據(jù)[3]。

3.3.2 機(jī)械減排分析

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和施工實(shí)踐經(jīng)驗，每種機(jī)械設(shè)備都有一定的適用范圍，比如，推土機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)距在100m以內(nèi)，鏟運(yùn)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)距在200m～350m之間，在編制施工方案、選擇機(jī)械設(shè)備時，如何充分發(fā)揮不同機(jī)械設(shè)備性能、實(shí)現(xiàn)優(yōu)化組合的效果成為關(guān)鍵所在，更多的是以經(jīng)驗為基礎(chǔ)確定組合方案，難以實(shí)現(xiàn)量化管理要求，而不同的機(jī)械施工方案需要采用的工藝方法不同，最終的節(jié)能效果自然不同。從功能碳足跡比選的角度出發(fā)，構(gòu)建施工方案碳排放計算模型，根據(jù)消耗量定額和工程量清單，確定施工機(jī)械臺班消耗量，明確常用機(jī)械設(shè)備臺班碳排放因子，計算機(jī)械施工碳排放量，匯總得到機(jī)械施工方案碳排放總量，實(shí)現(xiàn)方案比選的目的，也可以針對薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。土方機(jī)械施工會產(chǎn)生大量不同類型的過程信息，包括工程信息、機(jī)械信息、司機(jī)信息、現(xiàn)場信息等，按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的方式，也可以分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的巨大的價值，對于施工過程把控至關(guān)重要，利用計算機(jī)視覺技術(shù)進(jìn)行機(jī)械施工過程信息自動化采集，通過目標(biāo)檢測算法，識別機(jī)械活動狀態(tài)，采集相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并將采集到的過程信息進(jìn)行組織分析，用于生產(chǎn)率測算、費(fèi)用測算等方面，發(fā)揮成本管控、進(jìn)度管控的作用。

3.4 揚(yáng)塵防治措施

揚(yáng)塵是土方工程施工最為突出的環(huán)境污染問題，必須明確揚(yáng)塵對人體健康、空氣環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的危害，明確揚(yáng)塵的產(chǎn)生機(jī)理和擴(kuò)散特征，采用灑水、噴淋系統(tǒng)、風(fēng)障、化學(xué)抑制劑等多種措施，有效抑制揚(yáng)塵的產(chǎn)生及擴(kuò)散。根據(jù)土方施工階段揚(yáng)塵顆粒擴(kuò)散特征和風(fēng)場分析，在相同風(fēng)力下，基坑越深，揚(yáng)塵顆粒物擴(kuò)散至圍擋處的最高濃度越低，此時風(fēng)速的影響相對較小，在基坑底部容易形成渦流，控制顆粒物逃逸，所以，隨著基坑開挖工作的不斷深入，主要的揚(yáng)塵治理對象是土方運(yùn)輸環(huán)節(jié)，必須做好場地硬化、路面灑水、及時清掃工作，這樣就能夠明顯減少揚(yáng)塵污染。揚(yáng)塵排放源高度越低，圍擋的防擴(kuò)散作用越明顯，可以有效減弱場內(nèi)風(fēng)速，減少起塵，不過在風(fēng)速不斷增大的情況下，圍擋的作用逐漸減弱，在施工過程中，應(yīng)該充分發(fā)揮防風(fēng)網(wǎng)的作用，合理設(shè)置圍擋高度和范圍，盡可能降低風(fēng)的影響，將揚(yáng)塵污染控制在一定范圍內(nèi)[4]。

4 結(jié)語

綜上所述，加強(qiáng)土方工程施工階段綠色節(jié)能措施應(yīng)用十分關(guān)鍵，必須準(zhǔn)確計算土方工程量，做好土方調(diào)配工作，避免重復(fù)的挖填、運(yùn)輸作業(yè)。同時，不斷優(yōu)化施工方案，科學(xué)編制施工進(jìn)度計劃，防止出現(xiàn)返工、窩工等情況，針對能源消耗量大的機(jī)械施工環(huán)節(jié)，除了做好常規(guī)節(jié)能管理，還要加強(qiáng)碳排放量分析，充分利用信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理的目標(biāo)。