基于實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的施工揚塵污染風險預警方法研究

葉少帥[1.上海市建筑科學研究院（集團）有限公司， 上海 200032；2.上海建科工程咨詢有限公司， 上海 200032]

1 概 述

引起大氣環(huán)境質量下降的首要污染物是可吸入顆粒物（空氣動力學當量直徑 0.1 μm～10 μm），其中粒徑在2.5 μm 以下的細顆粒物即 PM2.5尤甚。根據(jù)北京、上海、深圳等地發(fā)布的“PM2.5來源解析”相關報告，除區(qū)域傳輸?shù)囊蛩赝猓瑱C動車、燃煤、工業(yè)生產、揚塵為 PM2.5的主要來源，其中揚塵占比約 10%～20%。2018 年新修訂的《大氣污染防治法》中明確規(guī)定：“建設單位應當將防治揚塵污染的費用列入工程造價，并在施工承包合同中明確施工單位揚塵污染防治責任。施工單位應當制定具體的施工揚塵污染防治實施方案。”國家環(huán)境保護部發(fā)布的《京津冀及周邊地區(qū) 2018－2019 年秋冬季大氣污染綜合治理攻堅行動方案》中對京津冀及周邊的“2＋26”城市提出，各地5 000 m2及以上土石方建筑工地全部安裝在線監(jiān)測和視頻監(jiān)控，并與當?shù)赜嘘P主管部門聯(lián)網。各地要將施工工地揚塵污染防治納入“文明施工”管理范疇，建立揚塵控制責任制度，揚塵治理費用列入工程造價；將揚塵管理不到位的不良信息納入建筑市場信用管理體系，情節(jié)嚴重的，列入建筑市場主體“黑名單”；制定量化問責辦法，對重點攻堅任務完成不到位，或者環(huán)境空氣質量改善不到位且改善幅度排名靠后的城市政府主要負責人，實施量化問責。中央生態(tài)環(huán)境保護督察組持續(xù)開展大氣污染防治強化專項督查，各級部門高度重視。如何定量評估施工揚塵污染程度成為一個亟須解決的問題?？茖W的預警方法可以為施工揚塵控制工作指明方向。

目前，GB 3095—2012《環(huán)境空氣質量標準》的空氣質量指標和限值均較為明確，但其僅將環(huán)境空氣功能區(qū)劃分為兩類：一類地區(qū)為自然保護區(qū)、風景名勝區(qū)和其他需要特殊保護的區(qū)域；二類區(qū)域為居住區(qū)、商業(yè)交通居民混合區(qū)、文化區(qū)、工業(yè)區(qū)和農村地區(qū)，并未將施工工地的施工期間的短時局部超標特征情況專列一類區(qū)域，對施工揚塵污染控制沒有針對性和可參考性。《住房和城鄉(xiāng)建設部綠色施工科技示范工程技術指標及實施與評價指南》（試用版）對建筑場地施工場界空氣質量指數(shù)提出了兩個明確的量化考核指標：PM2.5和 PM10，要求每日上、下午各進行一次數(shù)據(jù)采集進行對比，均不超過當?shù)貧庀蟛块T公布數(shù)據(jù)值，當某監(jiān)測數(shù)據(jù)超標時，應有說明及采取措施。此控制指標較為明確，但數(shù)據(jù)采集僅要求上、下午各采集一次，無法保證采集數(shù)據(jù)為當日的最大值，不能準確反映施工場地的空氣質量狀況。另外，上海、遼寧、深圳、陜西、河北等 5 省市陸續(xù)發(fā)布了施工揚塵控制相關的地方標準，但各省市參數(shù)和報警值存在較大差別，導致施工揚塵污染風險預警缺乏統(tǒng)一的依據(jù)。

黃玉虎等[1]建立了降塵法和 AP-42 法兩種道路揚塵評估方法，并運用奧運期間保障措施的效果對這兩種方法的優(yōu)缺點進行了比較；寇廣輝等[2]通過對珠江三角洲 11 個房建施工項目的 TSP 和 PM2.5進行監(jiān)測，對該區(qū)域房建施工揚塵自動控制系統(tǒng)的監(jiān)測指標、監(jiān)測點位等相關參數(shù)的設定提出了建議；呂晶[3]對某項目裝飾裝修階段的揚塵數(shù)據(jù)進行了監(jiān)測，并根據(jù) GB 3095—2012《環(huán)境空氣質量標準》進行了評判，并將揚塵管理納為綠色施工量化評價體系的一個參數(shù)。但對全國范圍施工揚塵污染風險預警指標的問題，目前尚未進行深入研究。本文在實時監(jiān)測數(shù)據(jù)基礎上，對全國的施工揚塵控制指標和現(xiàn)狀進行分析，希望梳理出統(tǒng)一的方法，用于施工揚塵污染風險預警。

2 各地揚塵控制標準分析

2.1 監(jiān)測指標整理

目前各省市發(fā)布的空氣質量標準、綠色施工標準中與施工現(xiàn)場揚塵定量控制指標相關的國家或地方標準指南共7 部，分別是 DB 31/964—2016《上海市建筑施工顆粒物控制標準》、DB 21/2642－2016《遼寧省施工及堆料場地揚塵排放標準》、SZDB/Z 247－2017《深圳市建設工程揚塵污染防治技術規(guī)范》、DB 61/1078－2017《陜西省施工場界揚塵排放限值》、DBJ/T 13-275－2017《福建省建設工程施工現(xiàn)場揚塵防治與監(jiān)測技術規(guī)程》、DB 13/2934－2019《河北省施工場地揚塵排放標準》和《住房和城鄉(xiāng)建設部綠色施工科技示范工程技術指標及實施與評價指南》（試用版）。經整理，各監(jiān)測指標及報警值如表 1 所示。

表 1 現(xiàn)有規(guī)范指南監(jiān)測指標及報警值

2.2 監(jiān)測指標分析

根據(jù) GB 3095－2012《環(huán)境空氣質量標準》，二類區(qū)域監(jiān)測指標包括：（1）TSP24 的小時平均限值0.3 mg/m3；（2）PM10的 24 h 平均限值 150 μg/m3；（3）PM2.5的 24 h 平均限值 75 μg/m3。通過比較以上監(jiān)測指標及濃度限值發(fā)現(xiàn)：（1）揚塵控制標準指南中采用的監(jiān)測指標包括 PM2.5、PM10和 TSP，但一般不同時采用；（2）揚塵控制標準指南的監(jiān)測指標計算周期多種多樣，包括 5 min、15 min、20 min、60 min 和 12 h，但均遠短于《環(huán)境空氣質量標準》中的 24 h；（3）揚塵控制標準指南中設定的濃度限值均充分考慮了施工場地的特點，監(jiān)測指標的濃度限值均高于《環(huán)境空氣質量標準》中相應的濃度限值。因此，與《環(huán)境空氣質量標準》相比，這些揚塵控制標準指南對于揚塵評價結果的針對性、時效性、合理性均有了進一步的提高。

不過，這些標準指南還存在以下不足：（1）對背景值的折減，以上標準指南雖有所考慮，但較為簡略；（2）目前揚塵在線監(jiān)測系統(tǒng)已較為普及，但與監(jiān)測指標的實時性和動態(tài)性重視不足；（3）對監(jiān)測指標的計算周期，以上標準指南的差異較大，不利于全國范圍的施工揚塵污染控制；（4）對于施工揚塵污染而言，有效控制才是最終目的，考慮到目前自動降塵設備已普及，有必要在達到濃度限值之前設置一個預警值，實時觸發(fā)自動降塵設備降塵，而現(xiàn)有標準指南基本缺少預警機制和應對措施，對報警值和濃度限值沒有明顯區(qū)分，不利于施工揚塵污染風險控制。

3 基于實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的施工揚塵污染風險預警方法

3.1 施工揚塵污染特性

2018 年 5 月發(fā)布的《北京市 PM2.5來源解析最新研究成果》顯示，北京市全年 PM2.5來源中區(qū)域傳輸貢獻約占28%～36%，本地污染排放貢獻占 64%～72%。在本地污染貢獻中，機動車、燃煤、工業(yè)生產、揚塵為主要來源，分別占 31.1%、22.4%、18.1% 和 14.3%。與機動車、燃煤、工業(yè)生產等大氣污染源相比，施工揚塵污染具有以下特性。

（1）實時性。施工揚塵隨現(xiàn)場施工的時間實時變化，施工時間揚塵污染較大，收工后污染較小。

（2）階段性。施工揚塵呈現(xiàn)明顯的階段性，與工程施工階段密切相關，土方開挖階段揚塵污染較大，上部結構施工階段污染較小。

（3）區(qū)域性。施工揚塵為本地污染源，對封閉工地外一定區(qū)域產生影響，隨著距離的增大揚塵污染逐漸衰減。

（4）可控性?？刹捎脟姙?、霧炮車等降塵措施及時控制，降低施工揚塵對大氣環(huán)境的污染。

3.2 基于實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的施工揚塵污染風險預警方法

施工揚塵污染物主要包括 PM2.5、PM10和 TSP。根據(jù)我國環(huán)境空氣質量監(jiān)測網數(shù)據(jù)，可以監(jiān)測全國 338 個地級以上城市的環(huán)境空氣污染物基本項目濃度值數(shù)據(jù)，并提供全國 169 個城市的每小時環(huán)境空氣污染物基本項目濃度值數(shù)據(jù)。目前，大多數(shù)智慧工地揚塵噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)均能實時采集施工現(xiàn)場每分鐘的 PM2.5、PM10和 TSP 數(shù)據(jù)?？紤]到工地施工揚塵污染是城市空氣污染和工地污染排放的疊加，建議用瞬時揚塵相對最大值作為施工揚塵的風險預警參數(shù)，具體計算方法如下。

（1）計算瞬時揚塵污染物指標大于背景值的比例

其中：Rd表示瞬時揚塵污染物指標（包括 PM2.5、PM10和 TSP）大于背景值的比例；α取揚塵污染物指標（包括PM2.5、PM10和 TSP）實時采集本項目 n 個監(jiān)測點的分鐘平均數(shù)據(jù)；β取國家環(huán)境空氣質量監(jiān)測網或當?shù)貧庀蟛块T發(fā)布的上一小時數(shù)據(jù)。

（2）預警等級劃分。以上一小時國家環(huán)境空氣質量監(jiān)測網數(shù)據(jù)為揚塵背景值，將相對值與背景值進行比較，根據(jù)比例預警級別劃分為三個級別（見表 2）。

表 2 施工揚塵污染建議預警等級表

根據(jù)上海市 16 個項目的施工揚塵自動監(jiān)測數(shù)據(jù)進行回歸分析，設定：Ⅱ 級預警指標為 50%；Ⅰ級預警指標為Ⅱ級的一半，設為 25%；Ⅲ 級預警指標為Ⅱ級的 2 倍，設為100%。

（3）觸發(fā)報警。分別計算 PM2.5、PM10和 TSP 這三種揚塵污染物參數(shù)，任何一項報警觸發(fā)項目揚塵污染報警，均建議采取相應控制措施進行降塵。

3.3 揚塵實時監(jiān)測平臺

基于以上方法，上海市建筑科學研究院（集團）有限公司開發(fā)了“施工揚塵污染風險預警系統(tǒng)”。該系統(tǒng)根據(jù)實時采集項目施工揚塵污染實時數(shù)據(jù)，結合當?shù)貧庀蟛块T發(fā)布的環(huán)境空氣質量監(jiān)測數(shù)據(jù)計算瞬時揚塵污染物指標大于背景值的比例，對預警級別進行判斷。由于目前該項目已進入裝修階段，污染程度較低，預警級別均顯示“正常”。

4 結 語

基于實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的施工揚塵污染風險預警方法的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下三個方面。

（1）有效提高了施工揚塵污染預警的實時性。對每分鐘的揚塵數(shù)據(jù)進行判斷，達到預警條件立即觸發(fā)預警，克服了現(xiàn)有標準指南采用連續(xù) 15 min 平均濃度、連續(xù) 1 h 平均濃度，甚至半天平均濃度在揚塵污染方面的滯后性。

（2）有效剔除了環(huán)境空氣污染對施工揚塵污染的影響。通過計算瞬時揚塵污染物指標與背景值的差值，明確了施工本身對工地揚塵污染的貢獻度，同時也有利于建立全國范圍的施工揚塵污染預警標準。

（3）充分考慮了揚塵污染聯(lián)動措施，使施工揚塵可防可控。預警本身不是目的，通過分級預警和采取有效降塵措施，真正做到有效控制施工揚塵才是最終目標。

不過，該方法目前還存在一定的局限性，主要包括：測試項目數(shù)量較少，25%、50%、100% 這三個數(shù)據(jù)的設置有待通過更多項目作進一步驗證；背景值取國家環(huán)境空氣質量監(jiān)測網或當?shù)貧庀蟛块T發(fā)布的上一小時數(shù)據(jù)，在時間和空間上的精度均不夠高，如果有條件，建議在工地附近布設環(huán)境空氣背景值監(jiān)測點，同樣取分鐘數(shù)據(jù)，這樣可以更加真實有效地計算工地施工揚塵污染帶來的增量。

需要說明的是，由于尚未出臺揚塵監(jiān)測的國家標準，先行的各地市標準差異也比較大，本方法僅供科研交流探討，也可對下一步制定國家揚塵監(jiān)測標準提供一定參考，但目前尚不能根據(jù)該方法指導工地施工揚塵控制。