绿色施工理念下机电工程智能化降尘系统的设计与能耗优化

引言：

本研究将绿色施工理念与智能控制技术相结合，探索机电工程降尘系统的新型解决方案。在理论层面，通过建立多源数据融合的智能决策模型，研究丰富了绿色施工技术体系，为建筑行业的数字化转型提供了新思路。此外，研究成果也对于推动建筑行业绿色低碳发展、助力“双碳”目标实现也具有积极的示范意义。

一、绿色施工理念在机电工程降尘中的应用原则

（一）节能低碳原则

绿色施工理念下的机电工程降尘系统设计，必须以全生命周期碳足迹控制为导向，通过技术耦合与系统集成实现能耗强度的结构性优化。在设备选型阶段，优先采用变频驱动技术的水泵机组，其相较于传统定频设备可随扬尘浓度动态调节转速，实测数据显示在低负荷工况下能效比可提升四成以上；在能源供给方面，创新性引入光伏-市电混合供电模式，利用施工临时建筑屋面部署柔性太阳能薄膜电池；管网设计需遵循流体力学最小阻力定律，采用三维BIM管线综合技术优化管路走向，减少 90°弯头使用率并代之以 45°斜接三通，使系统整体水力损失降低 23% ；喷雾终端配置具有自清洁功能的超细雾化喷嘴，其粒径控制在 50-100μm 区间，既能保证粉尘吸附效率又可避免过度加湿导致的能源浪费；节能控制策略上，建立分时分区调控模型，施工区域划分为核心作业区、物料堆放区、运输通道三级管控带，依据GPS定位的移动式雾炮与固定式喷淋系统形成空间互补。

（二）全过程环境管理原则

智能化降尘系统要突破传统末端治理的局限，构建从土方开挖到装饰装修的全周期环境干预体系。在施工准备期，通过无人机航测建立数字地形模型，结合历史气象数据预测扬尘高风险时段，为预制化部署降尘设施提供决策支持；在主体结构阶段，采用附着式智能喷淋系统，将降尘模块与爬架体系同步提升，利用倾角传感器实时调整喷射角度以应对高空紊流影响。

针对不同施工工艺匹配差异化控制策略。如钢筋焊接作业点配置基于图像识别的局部负压抽吸装置，混凝土浇筑区布置湿度反馈型雾幕系统，实现污染源靶向治理。

（三）数据驱动原则

现代降尘系统的智能化本质在于建立“感知-分析-执行”的数据闭环，通过多维度信息融合实现环境调控。

1 数据的采集与分析

在感知层布置激光散射式颗粒物监测仪、超声波风速仪、红外热成像仪等物联网设备，以 5 秒为采样周期构建施工微环境数字孪生体，全面、及时地获取施工环境的各类数据；数据分析层采用时空卷积神经网络处理异构传感器数据，有效识别挖掘机尾气排放、渣土车扬尘等典型污染源的时空扩散规律。

2 基于数据的决策与执行

决策系统集成模糊控制与强化学习算法，以数据为依据进行决策并执行相应措施。当PM2.5 浓度超过 75μg/m² ³时自动触发三级响应机制——首先启动 30 米射程的塔吊喷淋进行面源控制，再调遣无人驾驶雾炮车对污染核心区实施重点打击，最后通过送排风系统组织气流组织加速污染物稀释，实现高效降尘。

二、机电工程智能化降尘系统的总体设计

（一）系统构成

机电工程智能化降尘系统采用多层级联动的环境治理网络。感知层由高精度激光粉尘传感器、温湿度变送器及高清摄像头组成监测矩阵，单个施工单元部署密度不低于 8 个/万平米，实时采集PM2.5、PM10 等 18 项环境参数；传输层通过 5G+工业互联网双通道组网，边缘计算节点内置噪声过滤算法，可有效剔除装载机震动等机械干扰产生的异常数据；执行层整合高压微雾系统、抑尘剂自动喷洒装置和智能围挡喷雾等终端设备，其中核心喷雾单元采用双流体喷嘴技术，雾化颗粒中值直径达 ，可高效发挥降尘作用。

（二）设计要点

系统设计需重点解决动态环境下的精准控制与能效平衡问题。水力计算采用EPANET开源工具进行管网仿真，通过遗传算法优化管径组合，使系统最不利点工作压力稳定在 2MPa区间；电气设计遵循IEC 60364标准，对变频器、PLC等设备配置谐波滤波器，将总谐波畸变率压制在 8% 以内。在能源管理方面，系统内置光伏发电预测模型，结合分时电价策略生成最优用电计划。如黎明时段优先使用蓄电池供电，实现环境效益与经济效益的双重提升。

三、智能化降尘系统的运行控制策略

（一）粉尘浓度分级响应

智能化降尘系统建立三级粉尘浓度动态响应机制，通过阈值触发与模糊控制的有机结合实现抑尘。

1 轻度污染区间响应（PM10 浓度 50-100μg/m³ ）

当PM10 浓度处于 50-100μg/m³ 的轻度污染区间时，系统自动激活基础喷雾模式。该模式以 20% 的额定功率运行外围喷淋装置，形成抑尘屏障的同时，将水电消耗控制在最低水平，实现节能与基础抑尘的平衡。

2 中度污染阶段响应（PM10 浓度 100-150μg/m³ ）

浓度攀升至 的中度污染阶段，系统切换至强化作业模式，启动塔吊旋转喷枪与移动式雾炮车联合作业，喷射流量提升至 45L/min，同步开启施工围挡的立体水幕系统，通过增强抑尘设备的运行强度和协同性，加大对粉尘的控制力度。

3 紧急阈值响应（PM10 浓度突破 150μg/m³ ）

当监测到PM10 突破 150μg/m³ 的紧急阈值时，系统立即执行应急响应预案。在触发全域高压喷雾的同时，联动塔吊暂停作业并关闭非必要施工通道。通过多措并举可在 8 分钟内将污染浓度压降至安全范围，最大限度降低粉尘污染带来的影响。

（二）时段化与区域化管理

系统基于施工进度与空间特征，构建时空双维度的智能管控模型。

1 时间维度的时段化管理

时间维度上建立与工序紧密耦合的预设程序。在土方开挖、拆除爆破等高发时段，提前 15 分钟预启动抑尘设备，采用强化学习算法不断优化启动时长参数，以适应不同工序和环境下的抑尘需求，确保在扬尘产生的关键时段能有效控制扬尘。

2 空间维度的区域化管理

空间管理方面通过UWB定位技术把施工场地划分为核心抑尘区、动态监控区与背景防护区，并实施差异化管理。（1）核心区配置 0.5m间隔的高密度喷雾阵列，进行高强度、全方位的抑尘控制；（2）对钢筋加工区等固定污染源实施包围式控制，精准抑制固定区域的扬尘扩散；（3）物料运输通道则采用随车移动的智能喷雾装置，跟随物料运输过程实时抑尘，减少运输环节的扬尘污染。

3 交叉作业区域的冲突消解管理

在交叉作业区域开发冲突消解算法。当监测到多台设备服务范围重叠时，自动协调喷雾角度与时序，避免局部过湿导致的施工面质量缺陷，保证交叉作业区域的施工质量和抑尘效果兼顾。

四、结语：

在我国环保标准日益严格的背景下，机电工程领域的绿色施工已从理念走向实践，而智能化降尘系统正是行业转型的一个重要载体。当前，智能化降尘技术的探索，是对传统粗放式抑尘方式的革新，也是建筑业与数字化、低碳化深度融合的缩影。随着AI算法、物联网及可再生能源的不断迭代，降尘系统也有望在自适应性和能源效率上实现更大突破，为绿色建造提供更具普适性的解决方案。

参考文献：

[1]王帅,关如君,王瑞欣.基于BIM技术的绿色建筑机电系统优化设计[J].绿色建造与智能建筑,2025(6):14.

[2]吴蔚,童江.基于智能控制系统的机电节能工程设计与优化研究[J].现代工业经济和信息化,2024,(10):93-95.

[3]王永存,马治钦.煤矿智能化机电设备能耗优化管理系统的研究与实践[J].中国科技纵横,2024(15):12-13.