綠色施工技術在土木工程建筑中的應用探討*

譚 勇

(通號建設集團第一工程有限公司 貴陽 550003)

隨著我國經(jīng)濟水平不斷提高,城市化進程也越來越快。城市建設過程中所需要的土地資源日益緊缺,因此高層、超高層等大型建筑物數(shù)量逐漸增多。這些建筑工程項目通常都是由許多個小單元組成,每個小單元之間通過結構連接形成一個整體,這就對整個建筑工程提出了更高的要求。為了確保建筑工程的質量和安全性,必須采用一系列科學合理且行之有效的現(xiàn)代化管理手段來進行控制。其中,綠色施工技術作為一項新興技術,被廣泛運用于各個領域。它不僅可以有效地降低能源消耗量,減少環(huán)境污染,還能夠保障人員健康與生命財產(chǎn)安全。

1 綠色施工基本理論

1.1 綠色施工定義

綠色施工是指通過科學管理和技術進步,最大限度地減少對環(huán)境負面影響的一種新型工程項目建設模式。它主要包括節(jié)約能源、節(jié)水與水資源利用、節(jié)材與材料資源利用、環(huán)境保護四個方面內容。其中,節(jié)能環(huán)保作為綠色施工最核心的理念之一,貫穿于整個工程建設過程之中。具體來說,綠色施工技術就是要以可持續(xù)發(fā)展思想為指導,運用現(xiàn)代科學技術手段,從土地、建材、設備等生產(chǎn)源頭進行控制,實現(xiàn)“四節(jié)一保”(即節(jié)省材料、節(jié)省能源、節(jié)省水、環(huán)保、節(jié)約土地資源)目標的一項綜合性技術措施,如圖1所示。其本質在于充分利用現(xiàn)有資源,降低能耗物耗排放量,提高資源利用效率,使得人與自然和諧共生,促進社會經(jīng)濟效益全面提升。

圖1 綠色施工定義

1.2 綠色施工影響因素

(1)環(huán)境因素。土木工程建筑工程項目建設過程中所處的自然、社會和經(jīng)濟等環(huán)境會對其產(chǎn)生一定程度上的影響,其中最為重要的是環(huán)境保護方面的問題。例如,在進行土方挖掘時可能會破壞周圍植被或地下水資源;在混凝土澆筑作業(yè)中也容易出現(xiàn)浪費水、污染空氣以及噪聲擾民等情況[1]。因此,必須采取相應措施來減少這些不良現(xiàn)象的發(fā)生。

(2)能源因素。土木工程建筑工程項目所需的各種材料和設備都需要大量電能作為支撐,而且很多機械設備還需要消耗柴油等燃料。如果能夠合理利用清潔能源替代傳統(tǒng)化石能源,不僅可以降低能源消耗量,同時也有利于保護生態(tài)環(huán)境。

(3)人員管理因素。人是生產(chǎn)力要素之一,但是在實際生產(chǎn)活動中往往存在著一些不規(guī)范操作或者錯誤行為,這就給環(huán)保工作帶來了很大難度。比如,現(xiàn)場施工人員沒有佩戴安全帽、高空拋物等行為都有可能造成環(huán)境污染或其他負面影響。因此,加強人員培訓并提高其環(huán)保意識是非常必要的。

(4)施工成本因素。在土木工程建筑中,施工項目成本是指工程項目的實施過程中所產(chǎn)生的全部費用支出。通常情況下,建筑工程建設中會根據(jù)設計意圖和要求進行合理規(guī)劃。其中施工成本的綠色影響系數(shù)如式(1)所示。

式中:ε——施工成本的綠色影響系數(shù);

Cg——實行綠色施工項目的工程成本;

Cn——未實行綠色施工項目的工程成本。

二狗伢提起腳就蹓了，一連好多天，見了寶玉爹寶剛爹就躲得遠遠地，怕挨得邊。寶剛爹沒別的辦法，只好擔子上肩就拼命地跑，一天要挑上一百二十多擔，余下這二十多擔的篾牌牌，他悄悄分給寶玉爹，讓寶玉爹減輕了不少負擔。可還是不行，那日，天公不作美，下起了毛毛小雨，下小雨別想歇氣，搶晴天，干雨天，麻粉細雨是好天。可下小雨路上滑呀，稍不留神就會摔跤。寶玉爹一路戰(zhàn)戰(zhàn)驚驚，生怕有個閃失，越怕越見鬼，身子一閃，四腳朝天，好一陣還沒爬起，一名監(jiān)工過來了，正要掄起扁擔往下劈，寶剛爹趕來，一手擋住扁擔，一手拉起寶玉爹。

綠色施工過程中每子項工程綠色施工技術的采用及綠色施工管理都將引起不同的綠色影響系數(shù)的產(chǎn)生,因此對于每一工程項目來說,其總的綠色影響系數(shù)表示如公式(2)、(3)所示:

式中:εT——整個工程項目的施工成本綠色影響系數(shù);

ρi——第i項子項工程在未實行綠色施工狀態(tài)下占成本的比重;

Cni——第i項子項工程在未實行綠色施工狀態(tài)下的成本;

CnT——未實行綠色施工狀態(tài)下總的施工成本。

式中:CgT——實行綠色施工的總成本;

CnT——未實行綠色施工的總成本。

2 綠色施工評價模型

2.1 綠色施工評價方法

為了實現(xiàn)對綠色施工技術的有效評估,需要建立科學合理、可操作性強的評價體系。目前國內外學者已經(jīng)提出多種綠色施工評價指標和標準,如美國LEED-NC 鉑金級認證、英國BREEAM 銀級認證等。這些標準不僅從節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水、環(huán)境保護4個方面進行考核,還包括施工現(xiàn)場安全、健康與環(huán)境管理、材料資源利用率等內容。此外,也有一些研究將綠色施工理念融入到工程項目管理過程中,通過強化組織協(xié)調能力、提高人員素質水平等方式推動綠色施工落地實施。目前經(jīng)常被使用的評估方法主要是層次分析法、模糊綜合評價法、BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡法。

2.1.1 層次分析法

層次分析法是一種定量與定性相結合、系統(tǒng)化和層次化的分析方法,其基本原理是將一個復雜問題分解成若干個組成因素或子問題,從而形成一個多層次結構模型,如圖2所示。通過對各層因素之間重要性進行比較判斷,最終確定最優(yōu)解決方案。該方法可用于評價不同工程項目的環(huán)境影響程度,為決策者提供科學依據(jù)[2]。在本研究中,筆者采用層次分析法(AHP)來評估不同綠色施工技術的環(huán)境影響程度。具體而言,首先構建了包括四個方面:資源利用、能源節(jié)約、土地保護以及環(huán)境保護的指標體系;然后運用專家打分法獲取各個指標的權重值;最后計算出各項得分并綜合排名,得出各種綠色施工技術的優(yōu)劣勢。需要注意的是,由于土木工程具有特殊性質,如規(guī)模大、周期長等特點,因此,在實際操作過程中應充分考慮這些因素,合理地選擇相應的指標及權重,以確保結果更加準確可靠。

圖2 層次分析法結構模型

3.1.2 模糊綜合評價法

模糊綜合評價法是一種基于模糊數(shù)學理論的方法,其主要思想是將一些邊界不清、不易定量分析的因素進行量化處理后再進行綜合評判。該方法可以有效地解決傳統(tǒng)評價方法存在的問題,如權重分配不準確等。具體來說,模糊綜合評價法首先需要確定評價對象和評價指標體系,然后通過建立隸屬函數(shù)來描述各個評價指標之間的關系,最后采用加權平均法或層次分析法對各項指標進行綜合評估。這種方法不僅能夠充分考慮各種因素的影響程度,還能夠使得最終結果更具客觀性與科學性。在實際工程項目中,我們通常會遇到許多難以精確測量或者無法直接度量的因素,這時候就需要借助模糊綜合評價法了。例如,在選擇節(jié)能材料時,我們可能會面臨多種不同的性能指標,如導熱系數(shù)、保溫效果等等,這些指標之間并沒有一個明確的界限,因此需要通過模糊綜合評價法來進行合理的權衡與取舍。此外,在施工過程中也經(jīng)常需要使用到模糊綜合評價法,比如在制定進度計劃時,由于受到諸多不確定因素的干擾,很難做出準確預測,此時可以利用模糊綜合評價法對工期進行適當延長以保證項目順利完成。

模糊綜合評價法的步驟如下:

(1)確定因素(指標)集U={u1,u2,…,un};

(2)確定評判(評語)集V={v1,v2,…,vn};

(3)進行單因素評判得到隸屬度向量ri={ri1,ri2,…,rim};,形成隸屬度矩陣如公式(5)所示:

(4)確定因素集權重向量,對評判集可數(shù)值化或歸一化

(5)計算綜合評判(綜合隸屬度)向量:對于權重A=(a1,a2,…,an)其計算得到公式(6):

(6)根據(jù)隸屬度最大原則作出評判,或計算綜合評判值

3 BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡法

BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡是一種常用的人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型,其主要由輸入層、隱藏層和輸出層組成(如圖3所示)。該方法通過對大量數(shù)據(jù)進行學習訓練,可以有效地識別出影響因素之間的關系并建立相應的數(shù)學模型。在本研究中,我們將采用BP 人工神經(jīng)網(wǎng)絡法來預測混凝土強度與水膠比之間的關系。具體步驟如下:①收集一定數(shù)量的試驗數(shù)據(jù)作為樣本集[3]。②利用MATLAB軟件對這些數(shù)據(jù)進行處理分析,得出每個變量的權重值以及各個變量之間的相關性系數(shù)矩陣;接著,構建BP 人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型,確定各項參數(shù)后開始訓練。③使用測試集對模型進行驗證評估。通過這種方式,不僅能夠提高混凝土強度預測的準確度,還有助于優(yōu)化土木工程建筑工程設計方案,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標。

圖3 BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡

3.1 基于可變模糊集理論的綠色施工評價模型

該研究將可變模糊集理論引入到了綠色施工評價體系(見圖4)中,通過對各指標權重的確定和計算,得出各項指標得分情況。同時,考慮到不同工程項目存在差異性,因此采用加權平均法進行綜合評估。具體而言,首先確定各個指標的相對重要程度,然后利用層次分析法確定其權重值,最后再結合專家意見給出最終評分結果。此外,為了驗證所建立的評價模型的可行性與有效性,還需開展一系列對比實驗。實驗數(shù)據(jù)來源于某高校實際建設項目,經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后得到了相應的評價結果。從實驗結果來看,本研究所提出的基于可變模糊集理論的綠色施工評價模型具有較高的準確度和可靠性,能夠較為客觀地反映出工程建設過程中所涉及的環(huán)境影響因素以及可持續(xù)發(fā)展的水平。

圖4 綠色施工評價體系

4 土木工程項目施工過程中綠色施工技術的應用

4.1 加強土木工程項目的綠色施工管理

為了確保土木工程建筑工程能夠達到環(huán)保要求,必須要對其進行科學合理的管理。首先,需要制定完善的環(huán)境保護措施和環(huán)境監(jiān)測計劃,以便及時發(fā)現(xiàn)并解決環(huán)境污染問題。同時,還應該建立健全的環(huán)境保護責任制度,明確各個部門、人員的職責范圍與任務分工,將責任落實到人,從而有效地提高環(huán)境保護工作效率。此外,還可以通過采用先進的節(jié)能減排技術來實現(xiàn)綠色施工目標,例如太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、雨水收集利用系統(tǒng)等[4]。這些技術不僅可以降低能源消耗量,減少污染排放,而且還有助于保護生態(tài)環(huán)境,促進可持續(xù)發(fā)展。

4.2 綠色施工技術中節(jié)約建材使用策略

在土木工程建設過程中,需要大量的材料和設備。為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標,必須合理利用資源并減少浪費。因此,有必要采取一系列措施來優(yōu)化和改進土木工程項目的設計、建造和維護過程。首先,應該采用節(jié)能環(huán)保型材料和設備。例如,可以選用輕質高強鋼代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼筋混凝土結構;其次,應該加強現(xiàn)場管理,避免不必要的浪費。例如,在土方開挖時,應盡量避免超深開挖或隨意堆放廢土,而是將其轉移至指定區(qū)域進行處理。最后,應該注重細節(jié),從小事做起。例如,在運輸砂漿時,應盡可能減少車輛停留時間,以免造成污染;在澆筑混凝土時應控制好溫度和速度,確?；炷临|量符合要求等等。這樣一來,就能夠在點滴之間落實環(huán)保理念,推動綠色施工技術的不斷進步與完善。

4.3 綠色施工技術與水資源回收利用的結合

隨著城市化進程不斷加快,城市人口數(shù)量急劇增加。同時,人們對于資源的需求量也越來越大,尤其是水這一重要資源。具體而言,在進行土木工程項目建設時,應當采取以下幾種方式來加強水資源的保護:①要充分利用雨水收集系統(tǒng),將其用于廁所沖洗、道路清洗等方面。②合理設置排水管道,避免出現(xiàn)積水問題。③優(yōu)化現(xiàn)場供水管網(wǎng)布局,盡量縮短長距離輸送過程中產(chǎn)生的損失。④在施工現(xiàn)場內建立完善的生活污水處理設施,確保所有廢棄物都能夠得到妥善處置[5]。此外,還需要注意的一點是,在實際操作過程中,必須嚴格遵守相關法律法規(guī)及標準規(guī)范要求,不得私自更改設計方案或使用質量不達標的材料設備,以保證工程質量安全可靠。

5 結語

筆者通過對綠色施工技術和土木工程建筑進行分析,得出了以下幾點研究成果:

(1)綠色施工技術是一種新型、環(huán)保的工程施工理念。其核心思想是將環(huán)境保護放在首位,以減少環(huán)境污染為目標,采用先進的科學技術手段來實現(xiàn)該目標。

(2)綠色施工技術具有節(jié)能降耗、提高效率等優(yōu)點。與傳統(tǒng)施工相比,它能夠有效地降低能源消耗量,減少材料浪費,縮短工期,提升工程質量。

(3)目前我國土木工程建筑領域存在著一些問題,如高能耗、高污染、低效益等。而綠色施工技術的推廣和應用可以解決這些問題,促進行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。綜上所述,綠色施工技術在我國土木工程建筑中有著重要意義,應得到廣泛的應用和推廣。