建筑工地周边重点区域扬尘污染特征研究
——以广州市某建筑工地为例

闫 辉，吕 希，廉 庆，冯凯伦

（1.华南理工大学 土木与交通学院，广东 广州 510641；2.青岛金源盛工程检测有限公司 山东 青岛 266300；3.哈尔滨工业大学 土木工程学院，黑龙江 哈尔滨150001，E-mail：kailun.feng@hit.edu.cn）

近年来，我国建筑业蓬勃发展，基础设施建设不断完善，但施工扬尘已经成为了城市扬尘源的重要组成部分，对大气环境颗粒物有较高的贡献[1]。建筑工地已成为城市扬尘污染重灾区，其扬尘排放贯穿整个建筑施工过程，排放周期长达2～3 年，建筑从业人员及工地周边居民长期暴露于这种环境，易引发多种呼吸系统、心血管系统、神经系统、免疫系统等疾病[2，3]，威胁人体健康。近年来因建筑工地环境扬尘污染引发的争议不断，引起相关部门和社会民众的高度关注。因此研究建筑工地扬尘的污染特征并采取针对性防治措施具有重要意义。

关于建筑工地扬尘的研究，目前很多学者从排放因子与排放清单[4]、排放特征与影响因素[5]、健康损害评价[6]、抑尘措施及效果[7]等方面开展了研究。针对建筑工地扬尘污染特征的研究，主要集中在建筑工地内部，周边区域扬尘污染的研究较少且不够全面，也没有结合周边环境特征进行分析。因此本文以广州市某典型建筑工地为研究对象，对其周边重点区域通过开展扬尘监测实验，并依据扬尘实测数据，从空间分布和时间变化角度，结合环境特征分析建筑工地周边重点区域扬尘污染特征，并提出针对性的扬尘污染防治建议，以期为建筑工地周边区域扬尘防治提供科学依据。

1 研究方法

1.1 周边区域界定

一般认为，建筑工地周边区域是指在建筑工地边界以外，一定范围内，且受到建筑工地影响的区域，但目前还没有学者或标准规范给出明确的界定。现有研究表明施工扬尘对周边区域的影响距离有限，如田刚等[8]研究表明工地边界以外100m 处施工降尘浓度达到平衡；范武波等[9]研究结果表明施工扬尘在外界下风向50m 附近趋于稳定；Yan 等[10]实测发现建筑施工扬尘TSP、PM10、PM2.5对外界影响距离分别为100m、50～100m、20～50m。因此，本文将建筑工地周边区域界定为：在建筑工地边界处以外，距离边界0～100m 的区域。

1.2 监测实验方案

1.2.1 监测指标、分析方法与仪器

根据《环境空气质量标准》（GB3095-2012）、《环境空气降尘的测点重量法》及对相关施工扬尘的文献调研，扬尘监测指标主要包括：降尘、TSP、PM10、PM2.5、PM1。本文以对健康和环境危害程度的视角，选取PM2.5和PM10作为扬尘监测指标。

根据我国《环境空气质量标准》（GB3095-2012），颗粒物的分析方法包含重量法、降尘法、β 射线吸收法、微量振荡天平法、光散射法[11]。光散射法是一种基于散射光强度与悬浮于空气中颗粒物质量浓度成比例的光散射原理的方法，通过传感器电路将光信号转变成电信号，可直接读取空气中颗粒物的相对质量浓度，并借住校正系统计算出空气中颗粒物的质量浓度。考虑到施工现场环境复杂，测量数据量庞大，现场作业时间长等问题存在，光散射法仪器具有体积小、携带方便，操作简单、可连续测量、数据可立即读取等优点，因此本文采用光散射法进行现场测量。

1.2.2 监测区域及监测点位

建筑工地为典型的无组织排放源，我国相关标准《大气污染物无组织排放监测技术导则》（HJ/T 55-2000）《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）仅对探究建筑工地施工扬尘排放值的监测点设置方法作出指导，还未对建筑工地外部区域的扬尘监测作出统一的指导，因此本文结合研究目标，并参考相关施工扬尘的文献，来确定监测点位布置方法及原则。

鉴于建筑工地周边区域面积大、范围广，本文有针对性地选择建筑工地周边的重点区域进行布点监测研究。这些重点监测区域的特点为：可能为施工扬尘高浓度区域、典型具有代表性、受到重点关注。理论上，建筑工地施工活动产生的施工颗粒物沿着自然风向运动、移运和输送，建筑工地周边的下风向区域可能受到较大的施工扬尘污染，因此本文选择建筑工地周边的下风向区域监测布点。已有研究表明，工程车辆是建筑施工扬尘主要影响因素之一，在建筑工地出入口区域，由于施工车辆频繁进出，该区域受到施工车辆影响较大，因此，选择建筑工地出入口区域监测布点。此外，建筑工地周边的居民区扬尘浓度直接影响居住人群的身体健康，受到居民及政府的高度关注，探究该区域内部的扬尘污染特征具有重要意义。

综上，本文选取建筑工地周边的下风向区域、周边出入口区域、周边居民区作为扬尘监测区域，通过在这些区域内设置若干水平监测点位，以获取扬尘浓度水平分布情况，进而掌握施工扬尘在水平方向上的空间分布规律。为后续分析的简便性以及控制其他变量的影响，采取同方向、等距离间隔、等高度设置监测点。

1.2.3 监测频次与监测时间

参照《大气污染物无组织排放监测技术导则》（HJ/T 55-2000）[12]，在1 小时内等时间间隔采集4个样品，即每隔15min 采样一次，以获取PM2.5、PM10小时平均浓度值，计算式为：

式中，c1、c2、c3、c4为1 小时内等时间间隔采样4次的浓度值。

应选择天气情况良好、风速较小、风向稳定的时间开展实验，有利于颗粒物监测。每日监测时间应设定在现场施工时间段内，具体视工地每日开工时间及监测工作量而定，应避开太阳辐射较强烈的中午时段，同时避免降雨对实验结果的干扰，如遇降雨天气时，取消降雨当天的监测计划，并顺延至下一个非降雨日监测。

1.3 数据分析

本文分析指标主要有5 个，分别为：颗粒物浓度值、颗粒物浓度衰减值、颗粒物浓度衰减率、监测点浓度与环境背景浓度比值、环境背景浓度与监测点浓度的比值。

颗粒物浓度值按式（1）计算。

颗粒物浓度衰减值（Concentration Decline of Particulate Matter），表示两相邻监测点位之间颗粒物浓度差值，计算式为：

式中，ca为a点监测浓度值；cb为b点监测浓度值。

颗粒物浓度衰减率（Concentration Decay Rate of Particulate Matter），表示两相邻监测点之间颗粒物浓度衰减百分比，计算式为：

监测点浓度与环境背景浓度比值（Ratio of Monitoring Point Concentration to Environmental Background Concentration），可反映施工扬尘对建筑工地周边环境的污染程度，计算式为：

式中，cm为监测点浓度值；c0为环境背景浓度值。

环境背景浓度与监测点浓度的比值（Ratio of Environmental Background Concentration To Monitoring Point Concentration）用于评估环境背景浓度对建筑工地扬尘浓度的贡献程度，计算式为：

2 扬尘监测实验

本文选取广州市某典型建筑工地（参见图1）作为监测对象，该施工项目为一个游泳馆项目，总用地面积为11067.2 m2，总建筑面积为14925.6m2，结构形式为框架结构，基础形式为筏板基础，工程造价总投资估算为1.2 亿。该建筑工地的特点：一是建筑工地周边存在办公区和居民生活区，属于人口密集区域，工地周边施工扬尘影响着附近师生及居民，受到密切关注，选取该工地作为研究对象具有典型代表性；二是该建筑工地位于校园内部，校园环境比较单一，不存在大型燃煤企业等污染源，可避免外来其他的污染源等对实验结果的影响，确保实验数据的准确性。

图1 建筑工地航拍图

依据上述实验方案，在建筑工地周边北侧下风向区域设置4 个监测点，分别距离北侧边界围挡0m、5m、10m、15m；在建筑工地周边西侧的居民区设置6 个监测点，分别距离西侧边界围挡0m、5m、10m、15m、20m、25m；在建筑工地周边东南侧出入口区域设置7 个监测点，距离东南侧大门边界0m、10m、20m、30m、40m、50m、60m。所有水平方向的监测点数量为16 个，测量高度均为1.5m，与人体呼吸高度一致。

实验在2021 年3 月1 日至4 月1 日内进行，实验期内风向稳定，以南风为主导风向，符合监测条件。根据工地的实际开工完工时间，每日的监测工作在8:00～11:30 和14:00～17:30 两个时间段内完成。表1 描述了具体的监测日期。

表1 监测点描述

3 结果与分析

3.1 工地周边重点区域扬尘空间分布特征

3.1.1 监测实验结果

对建筑工地周边重点区域各点位监测结果进行统计，为使数据更清晰，计算监测期内的平均值，绘制出折线图。图2、图3 显示了建筑工地周边区域监测点PM2.5、PM10平均浓度随距离变化的情况。

图2 工地周边重点区域监测点PM2.5 浓度

图3 工地周边重点区域监测点PM10 浓度

3.1.2 建筑工地周边下风向区域

监测期间，下风向区域监测点浓度平均值约为环境背景浓度的1.5～1.6 倍，工地下风向区域0m～15m 内PM2.5、PM10浓度衰减1.8μg/m3、4.3μg/m3，衰减率4.2%、4.7%，随着监测点与工地边界水平距离的增加，监测点PM2.5、PM10浓度逐渐降低。下风向监测点扬尘浓度与距离表现出良好的线性关系，经过简单线性回归分析，PM2.5、PM10与距离(x)的一元线性回归方程分别为Y=-0.12X+43.06，R2=0.967，Y=-0.29X+91.40，R2=0.993。

这是由于建筑工地下风向区域空气流通较好，扩散条件良好，施工扬尘在大气中移运、扩散、沉降、稀释共同作用的结果。扬尘在空间上的运动主要取决于周围空气的流动，而大气流动总处于湍流状态，扬尘在气流中受到水平和垂直方向力的影响，在水平方向上受到风力及气流的推动而发生水平移运，在垂直方向上受到重力、浮力、空气粘性阻力的作用，由于这三者很快平衡，可以简单认为颗粒物在垂直方向上以重力加速度做沉降运动[13]。施工扬尘重量小，沉降速度缓慢，在大气中停留时间久，在大气气流作用下能够向工地外界输送，与大气混合，逐渐稀释，从而在相同体积内的颗粒物数量减少，施工扬尘浓度逐渐降低，因此降低施工扬尘对大气环境的不利影响。

3.1.3 建筑工地周边出入口区域

监测期间建筑工地周边出入口区域监测点PM2.5、PM10浓度分别为环境背景浓度的1.9～2.0 倍，远高于下风向区域（1.6～1.5 倍）。尤其是0m 处监测点扬尘PM2.5、PM10平均浓度达到49.9μg/m3、99.3μg/m3。远高于下风向区域 0m 处监测点的42.9μg/m3、91.3μg/m3，这表明建筑工地出入口处施工扬尘污染严重。

在工地出入口区域内，随着监测点与建筑工地边界距离的增加，扬尘浓度逐渐衰减，0～65m 内PM2.5、PM10浓度分别衰减9.5μg/m3、13.5μg/m3，衰减率为19.0%、13.6%。这与田刚等[14]研究结果一致，即随着距离工地出口长度的增加，尘负荷逐渐减小。施工车辆由于车身或轮胎附泥、物料遗撒、车轮摩擦起尘等原因对施工扬尘浓度贡献不可小觑，因此工地出入口区域的扬尘浓度高，需引起建设单位人员及周边居民的极大重视。

3.1.4 建筑工地周边居民区

建筑工地周边居民区域监测点平均浓度约为环境背景浓度的1.6～1.7 倍，整体扬尘污染情况介于下风向区域与出入口区域之间，随距离增加扬尘浓度降低并不显著，0～25m 内PM2.5浓度衰减0.1 μg/m3、PM10衰减0.3 μg/m3，衰减率仅0.2%、0.3%。

这可能与监测点所处的环境配置、气候条件、环境背景浓度相关：一是居民区内部监测点设立在建筑物之间的街道内，街道狭长，街道两侧均有密集建筑物包围，楼间距非常靠近，此街道宽度约20m，两侧建筑物的高度约27m，形成了街区峡谷；二是街道为东西走向，监测周期内主导风向为南风，自然风向与街道及建筑物方向垂直，因此建筑物的阻碍作用使得街道内通风量减少，甚至静风，导致扬尘扩散条件差，污染物不易扩散，长期以来大气污染都比较严重，因此基础环境浓度值较高；三是当周边建筑工地排放的施工扬尘移运至街道峡谷时，街道峡谷独特的空气流动特征和环境特征限制了外界大气对施工扬尘的移运、扩散、稀释能力，使得施工扬尘滞留在街道峡谷中，所以其浓度降低并不显著。现有研究表明随着街道峡谷的宽高比增大，街道峡谷内部气流与外界交换更频繁，颗粒物滞留时间更短，浓度值越低[15]。

3.2 工地周边扬尘时间变化特征

3.2.1 监测点浓度变化趋势

图4 显示了建筑工地周边下风向区域、周边出入口区域及周边居民区的监测点平均浓度和环境背景平均浓度日变化趋势，环境背景浓度值选取建筑工地附近的环境监测站点（天河区体育西国控站点），距离监测地点3km，数据来源中国空气质量在线监测分析平台。

图4 工地周边区域扬尘浓度变化趋势图

监测期内，建筑工地周边下风向区域监测点PM2.5、PM10浓度范围为21.8～65.4μg/m3、41.2～137.2μg/m3；周边出入口区域：23～71.7μg/m3、45.8～143.2μg/m3；周边居民区为22.8～62.8μg/m3、43.7～133.8μg/m3。工地周边区域扬尘浓度均表现出强烈的时间变化，浓度范围变化较大，不同监测日浓度差异大且波动显著。监测期内PM2.5、PM10浓度均低于中国空气质量标准二级浓度限值[11]，全部达标，约88%的监测天数超出了世卫组织PM 每日平均浓度限值，约5%的监测天数与世卫组织PM 每日平均浓度准则值持平。表2 显示了中国环境空气质量标准、世界卫生组织（World Health Organization，WHO）指南建议的PM2.5、PM10每日平均浓度限值。

表2 中国、WHO 建议浓度限值

3.2.2 与环境背景浓度相关性分析

通过定性分析发现监测期内工地周边重点区域扬尘浓度与环境背景浓度之间变化趋势相近。为了进一步确定两变量之间的数量关系，进行了相关性检验。

结果表明，p 值均为0<0.05，通过显著性检验，Pearson 系数为0.7～0.9，建筑工地周边区域监测点浓度与环境背景浓度之间表现出很强的正相关关系。实际上，建筑工地周边区域扬尘浓度表现出随时间变化的特征，这在很大程度上受到所处城市大气环境背景浓度波动的影响，主要与大气环境的气象变化等因素有关，背景浓度平均贡献率约为50%～70%，如表3 所示；另外，也受到建筑工地内部施工活动强度影响，不同施工活动与施工颗粒物排放具有明显的关联，如混凝土搅拌、卸料、泵送、振捣过程逸散的砼颗粒物，钢筋加工处理产生细小钢屑、钢渣，木模板切割产生细小木屑等，施工扬尘的时间变化与不同时间内建筑工地差异性的施工活动密切相关。因此在评估建筑工地周边区域扬尘污染时，既需关注施工扬尘污染，同时也需要关注环境背景污染情况。

表3 各区域背景浓度贡献率描述统计分析

3.3 工地周边扬尘污染防治对策与建议

（1）施工单位应在场地平面布置阶段充分考虑周边区域环境，避免将建筑工地出入口等高污染区域布置在靠近人群生活办公区，应尽可能远离人群，以降低对人体危害。若平面布置受到场地限制，确需将高度污染区域靠近人群的，也需要采集必要的降尘措施。

（2）针对建筑工地出入口区域的施工扬尘污染，施工单位人员可通过道路洒水、道路清扫、硬化路面、进出车辆冲洗、使用抑尘剂等降尘措施来降低路面起尘，同时针对工程材料运输车辆应采取密闭文明运输的方式，减少运输过程中发生材料遗撒或材料风蚀起尘等，应避免建筑工地出入口车辆日间到场，建议在夜间完成运输，减少施工扬尘对白天活动人群的暴露影响。

（3）重视施工扬尘在周边居民区扬尘污染防治工作，居民区极大可能成为街道峡谷，应采取相关措施以减少施工扬尘向此区域扩散，如可在靠近居民区侧的施工工地边界处设置喷淋或雾炮，通过湿降尘的方式，使建筑工地内部产生及排放的扬尘与空气中高压水雾结合，增加扬尘源颗粒物含水率，加快其沉降速度，尽可能地减少施工扬尘扩散至周边居民区。同时应加强居民区域内部的空气流通，加快施工扬尘的扩散和稀释，以减小扬尘浓度。

（4）在施工期间，应同时关注环境背景浓度，当环境背景浓度较高时，需减小建筑工地内部的施工强度，以轻度施工为主，并加强防尘措施执行力度，避免超出空气质量标准浓度限值。

4 结语

本文选取广州市某典型建筑工地为研究对象，对该建筑工地周边下风向区域、出入口区域、周边居民区开展了扬尘监测实验，分析了建筑工地施工扬尘空间分布、扩散规律及时间变化规律，揭示了建筑工地周边重点区域内扬尘污染特征。本文的主要研究结论如下：①建筑工地出入口区域受施工车辆车身或轮胎附泥、物料遗撒、车轮摩擦起尘等影响，扬尘浓度高，PM2.5、PM10实测平均浓度约为环境背景值的1.9～2.0 倍，污染严重，应受到重点关注；②建筑工地周边居民区易形成街道峡谷环境，当风向垂直于街道峡谷时，内部空气流通差，不利于施工扬尘的运输、扩散、稀释，扬尘浓度衰减不显著，为施工扬尘易聚集的区域；③建筑工地周边下风向区域由于空气流通较好，有利于施工扬尘扩散与稀释，PM2.5、PM10浓度随着与工地边界距离的增加而衰减，在边界外15m 范围内PM2.5、PM10实测浓度衰减约1.8μg/m3、4.3μg/m3；④建筑工地周边重点区域内扬尘污染均表现出强烈的时间变化，监测期内PM2.5、PM10浓度范围为21.8～71.7μg/m3、41.2～143.2μg/m3，不同监测日扬尘污染差异大，这与环境背景浓度变化、建筑工地差异性的施工活动有关。