区块链技术在建筑垃圾资源化利用方面的探索.pdf

广东土木与建筑GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING2023年7月第30卷 第7期JUL 2023Vol.30 No.7DOI:10.19731/j.gdtmyjz.2023.07.002作者简介：孙立建（1990-），男，博士，工程师，主要从事钢结构连续倒塌、装配式混凝土及绿色施工工作。E-mail：随着我国城市化进程的加快推进，各类新建、改建、扩建和拆除工程，尤其是棚户区改造项目会产生大量的建筑垃圾，据统计，近几年我国城市建筑垃圾年产生量均超过20亿 t1-2。然而，建筑垃圾的资源化处理存在诸多问题3-6，如：建筑垃圾资源化处理的企业数量相对较少；建筑垃圾源头分类收集和减量化处理程度不高，绝大部分为混合堆放、收集，加大了分类运输和资源化利用的难度；建筑垃圾的外运处置存在不按规定路线运输、随意倾倒、沿途丢弃建筑垃圾等不规范行为；建筑垃圾处理及资源化利用技术水平落后，回收利用率低，大多以直接填埋和露天堆放为主。上述问题造成了极大的环境污染和资源浪费，对此，国家对建筑垃圾的合理分类、高回收利用率提出了更高的要求7。本文借助区块链技术，以绿色拆除为基础做试点项目，旨在解决“建筑垃圾外运处置不规范行为”的问题，同时对“建筑垃圾源头分类收集和减量化处理”也提出了更高的要求，为建筑垃圾的资源化处理提供部分解决思路。区块链技术具有去中心化，区块链上数据基本不可篡改、去信任化等特性8，结合物联网9（摄像、传感）确保上链前数据的真实可靠，再结合AI等手段对数据进行智能分析、智能预警，可建立真实有效、权责清晰、可追溯、有指导、有监管、预研意义的建筑垃圾处理大数据库，对于总结、监管、补贴认定、预研以及后续拆除项目的指导等均有重要意义。1试点项目工程概况试点项目为深圳市宝安区某棚户区改造工程，项目始建于1990年，建筑类型为住宅建筑，主体结构为钢筋混凝土框架结构，墙体材料为烧结砖。拆除范围内用地面积23 552.3 m2，总建筑面积约3.9万m2，共有7栋住宅建筑，每栋均为8层（无地下室），建筑物首层高度均为 3.6 m，标准层层高为 2.9 m，标准层面积约700 m2，建筑物总高度为23.9 m。绿色拆除试点楼栋为A栋2座，平面位置如图1所示。2绿色拆除准备与实施过程该棚户区改造工程被深圳市列为绿色建造试点区块链技术在建筑垃圾资源化利用方面的探索孙立建1，2，徐东1，2，江建1，2，刘铁军1，2，李有志1，2，刘秉钧3（1、深圳市天健（集团）股份有限公司深圳518034；2、深圳市特区建工集团有限公司深圳518034；3、深圳市小绿人网络信息技术有限公司深圳518109）摘 要：目前，建筑垃圾的资源化利用产业链条仍存在诸多问题亟需解决。借助于区块链技术，以绿色拆除为前提，充分利用区块链上数据的不可篡改、去信任化等特性，将拆除垃圾从出场、运输轨迹到入场收纳的整个过程进行了实时跟踪记录。将绿色拆除与区块链技术相结合，提高了工程管理的信息化层次，通过共识机制，杜绝了数据的随意篡改，增强了数据的可靠性和可信度，保证了拆除数据、建废运输路径及收纳数据的真实性。关键词：绿色拆除；区块链技术；建筑垃圾；资源化利用；棚户区改造中图分类号：TU712+.1文献标志码：A文章编号：1671-4563（2023）07-004-04Exploration of Blockchain Technology in Resource Utilization of Construction WasteExploration of Blockchain Technology in Resource Utilization of Construction WasteSUN Lijian1，2，XU Dong1，2，JIANG Jian1，2，LIU Tiejun1，2，LI Youzhi1，2，LIU Bingjun3（1、Shenzhen Tagen Group Co.，Ltd.Shenzhen 518034，China；2、Shenzhen SEZ Construction Group Co.，Ltd.Shenzhen 518034，China；3、Shenzhen Xiaolvren Network Information Technology Co.，Ltd.Shenzhen 518109，China）AbstractAbstract：At present，there are still many problems to be resolved in the industrial chain of resource utilization of construction waste.With the help of blockchain technology and on the premise of green demolition，this article made full use of the characteristics of the dataon the blockchain that can not be tampered with and trustworthy.The whole process of the demolished garbage from the exit，transportationtrack，and entry storage had been tracked and recorded in real time.The combination of green demolition and blockchain technology has improved the informatization level of project management.Through the consensus mechanism，the random tampering of data is eliminated，thereliability and credibility of data are enhanced，and the authenticity of demolition data，transportation path and collection data of constructionwaste is guaranteed.Key wordsKey words：green demolition；Blockchain technology；construction waste；resource utilization；renovation of shanty towns4图1绿色拆除试点楼栋位置Fig.1Location of Pilot Buildings for Green Demolition绿色拆除试点楼栋现场指挥部B栋4座B栋3座A栋2座A栋1座C栋5座C栋6座7栋孙立建，等：区块链技术在建筑垃圾资源化利用方面的探索JUL 2023 Vol.30 No.72023年7月 第30卷 第7期项目，故在前期拆除阶段便策划和开展了绿色拆除工作。绿色拆除工作对拆除过程提出更高的要求，拆除过程中门窗等附着物以人工拆除为主，房屋主体以机械拆除为主，要求拆除全过程对环境无污染，控制施工噪声、扬尘、人员安全与健康，建筑垃圾的有序清理、分类堆放及合理回收利用等。2.1建筑垃圾分类根据试点项目建筑垃圾的材质和再生利用价值，将待拆除楼栋的建筑垃圾分为10大类，分别为：PVC类（含塑料）、木制品类、铁制品类、不锈钢类、铝合金类、再生骨料类、红砖骨料类、玻璃类、电线电缆类及生活垃圾类等。2.2绿色拆除基本原则人工拆除：先由人工拆除门窗等附着物，再由机械设备拆除房屋主体，人、机不交叉作业。机械作业：由上而下逐层、逐跨拆除，先拆非受力构件，然后拆次要的受力构件，最后拆主要受力构件。2.3绿色拆除过程分解绿色拆除过程分解如图2所示。第一步：红线外的水、电、气及通讯管线改迁，拆除红线内的所有管线，清理残留的生活垃圾，并归集到垃圾分类回收区；第二步：安装垂直运输设备，安排专项拆除小组依次拆除门窗、防盗窗、卫生洁具、厨房水槽柜台等，人工拆除屋面防水层、隔热层等；第三步：拆除部分户间墙形成每层的水平运输通道，并建立竖向的垃圾清运通道，借助垂直运输设备将不同种类的建筑垃圾清运到地面，其中，无机类建筑垃圾可通过垃圾通道直接散落清运，到一楼后归集到相应的垃圾分类回收区；第四步：拆除所有内外砖墙，并通过垃圾清运通道清理、归集，搭设28层临边防护，逐层拆除楼梯栏杆；第五步：采用液压剪机械逐层拆除建筑物主体框架，破碎分离混凝土及钢筋，粉碎混凝土成再生骨料，建筑垃圾分类运输出场。2.4绿色拆除分类归集 分类拆除各种附着物及归集：在顶楼阳台处安装垂直运输吊运机10，如图3所示；按顺序人工拆除各层门窗、防盗网、卫生洁具等，如图4所示；将各类建筑垃圾通过吊运机运输到一楼，并归集到相应的垃圾分类回收区，如图3所示；建立垃圾通道并清理无机类垃圾：选择卫生间作为垃圾清运通道，人工拆除卫生间楼板混凝土，钢筋部分割除以形成筛网，如图3所示，在建筑垃圾通道四面围上彩条布抑止扬尘，并在一旁配置喷水设施，建筑物内墙均通过垃圾通道散落清运至一楼；各类建筑垃圾分类归集：拆除外墙、楼梯栏杆，如图4所示，拆除主体框架并破碎。建筑垃圾分类归集如图5所示。2.5绿色拆除要点总结 绿色拆除应以分类拆除为基本前提，先由人工拆除所有附着物，再由机械进行主体结构拆除；为了实现各类建筑垃圾的有序清理、分类堆放，需要安装垂直运输设备和设置垃圾清运通道，及在地面划分垃圾分类回收区。项目的试点重点是区块链平台的应用，本文只对绿色拆除环节进行简要描述。图2绿色拆除工作分解流程Fig.2Flow Chart of Work Breakdown of Green Demolition编制绿色拆除施工方案，并组织专家论证搭设安全防护及警戒线玻璃水、电、气及通讯管线改迁划分垃圾分类回收区铁制品红砖骨料木制品电线电缆不锈钢生活垃圾铝合金再生骨料PVC拆除所有管线清理生活垃圾安装垂直运输设备依次拆除门窗、防盗窗、卫生洁具等人工拆除屋面防水层、隔热层拆除部分户间墙形成每层水平运输通道搭设28层临边防护清理砌体归集到垃圾区拆除所有内外墙借助垂直运输设备将各类建筑垃圾归集到相应的垃圾区建立竖向垃圾清运通道逐层拆除楼梯栏杆液压剪拆除建筑物框架破碎分离混凝土及钢筋粉碎混凝土生成再生料建筑垃圾及机械出场吊运机图3绿色拆除辅助装置与设施Fig.3Auxiliary Devices and Facilitiesfor Green Demolition垃圾通道平面垃圾分类回收区水平防护钢筋，间距400 mm卫生间楼板凿除5广东土木与建筑JUL 2023 Vol.30 No.72023年7月 第30卷 第7期3区块链平台搭建与应用3.1区块链平台简介本项目的区块链平台主要有绿色拆除专用联盟区块链、可移动录入数据的小程序、独立运行的绿色拆除数据业务平台和用于展示的运营大屏四部分组成。区块链平台搭建涉及多领域先进技术融合，减少人工参与。既可增加数据可信度，同时能够降低人为带来的数据误差。平台设计时主要考虑以下几个方面：根据建设与装修图纸，评估各类建筑垃圾的种类、重量等；对运出拆除现场已分类的建筑垃圾进行种类、重量及建筑垃圾等级的评估与记录；对出场后不同种类建筑垃圾的运输轨迹进行实时动态采集记录，及到达不同建筑垃圾消纳场所后，不同建筑垃圾的种类、重量、场所位置及时间的确认和记录。借用成熟的行业AI算法工具，如人脸识别、车牌识别及货品识别等；在数据上采用区块链的技术架构，选择基于Hyperledger技术进行升级，联盟会员节点参与，对整个区块链上数据进行监管，保证数据不可篡改，具有超高安全性。3.2绿色拆除生态链联盟本项目初步建立以业主单位为核心的绿色拆除区块链生态联盟，联盟区块链节点数为6个，以云形式布放。节点单位：住建局、业主单位、施工单位、建筑废弃物综合利用行业协会、建筑垃圾回收利用企业、区块链平台开发企业等，管理单位为业主单位。绿色拆除区块链生态联盟节点网络拓扑图如图6所示。3.3“建废回收助手”小程序区块链上的数据对于上链数据本身的可信性依赖较大，为了增加上链数据的可信性，过程通常采取的办法有：多使用物联网设备采集数据，减少人工干预；设置不同终端的人参与记录数据等。由于拆除现场工期紧、准备工作不充分等原因，较多的物联网设备无法安装参与运作，特此开发“建废回收助手”小程序，用于人工输入相关数据，即设置不同终端的人参与来佐证上链数据的真实性。当物料出场时，现场工作人员需分辨物料种类并填入小程序内，回收公司名称、物料重量或体积、司机个人信息PVC类堆场图5建筑垃圾分类归集Fig.5Classification and Collection of Construction Waste图6区块链节点网络拓扑图Fig.6Network Topology of Blockchain Nodes电线电缆类堆场再生骨料类堆场铝合金类堆场不锈钢类堆场铁制品类堆场灯具图4分类拆除各种附着物Fig.4Remove Various Attachments by Category窗户入户门防盗网卫生洁具楼梯栏杆6孙立建，等：区块链技术在建筑垃圾资源化利用方面的探索JUL 2023 Vol.30 No.72023年7月 第30卷 第7期及车牌号等也一并录入（见图7）。3.4绿色拆除业务数据及流程记录平台通过“建废回收助手”小程序记录各类物料外运过程中的所有数据，将以前的纸质化记录转换成电子记录，最后将建筑拆除的产废端与利废端数据上链（包括分类情况、计量数据、交易数据、运输轨迹、认证数据、现场图片等），形成相互印证、责任清晰、追溯方便、无法篡改的标准化大数据体系。在外运过程中，实现了实时跟踪、实时分析数据，对不规范数据进行预警，如不按规定路线运输，随意倾倒，沿途丢弃建筑垃圾等情况。对运出拆除现场的物料（出库记录）和回收公司收到的物料（入库记录）采用人工识别记录种类，磅单（重量）采用物联网方式记录吨数，未来可进一步考虑采用无人化记录，如图8所示。对于物料的运输轨迹，采用运输卡车上自带的北斗设备记录运输路径的方式作为参考数据，用来佐证物料从拆除现场到物料回收厂、加工厂及填埋场的整个运输过程真实发生。3.5基于链上数据的建废运营指挥大屏在统一规划的运营大屏上实时清晰地展示所有关键数据（见图9），包括各类建筑垃圾预估数据和实际数据的实时对比，建筑垃圾从出场、运输轨迹到入场收纳的清晰链条，各类建筑垃圾的实时入场数据及区块链节点运行状况等。各类主要建筑垃圾的实时记录数据汇总于表1。将各类建筑垃圾的预估数据与实际数据进行对比、分析，探索更加可靠的绿色拆除项目评估模型。各类主要建筑垃圾的出场重量和预估重量相差较多的原因是：一方面原设计图纸不全，导致预估重量不够准确，另一方面也存在房屋建设时未完全按图施工的弊端。通过区块链技术的实时记录，各类主要建筑垃圾的回收率均在90%以上，其中，铁窗、再生骨料、铝合金和不锈钢的回收率达100%。生活垃圾和钢筋的回收率不足100%的原因是：生活垃圾存在入场时人为漏填报的失误，导致入场重量与出场重量不符；钢筋是因为在入场时，回收公司会扣除一部分的杂质，导致入场重量比出场重量轻。3.6区块链平台应用总结 要想保证上链数据的可信性，后续项目应用区块链平台时，应以物联网设备采集为主（地磅、智能摄像头、AI识别仪及北斗定位仪等），人工采集为辅。图7“建废回收助手”录入界面Fig.7Input Interface of Construction WasteRecycling Assistant图8物料出库记录Fig.8Issue Records of Materials建筑垃圾名称铁门窗生活垃圾再生骨料钢筋铝合金不锈钢预估重量/t18.50700.004 305.00348.0011.601.10出场重量/t16.31600.002 793.60303.1710.690.87预估偏差/%13.4316.6754.1014.798.5126.44入场重量/t16.31560.002 793.60287.8710.690.87回收率/%100.0093.33100.0094.95100.00100.00表1各类主要建筑垃圾的实时记录数据Tab.1Real Time Recording Data of Various MajorConstruction Wastes图9建废作战指挥大屏Fig.9Large Screen of Operation Command of Construction Waste（下转第36页）7广东土木与建筑JUL 2023 Vol.30 No.72023年7月 第30卷 第7期45 李德龙，徐建军.混合配筋预应力混凝土管桩在基坑中的应用 J.山西建筑，2020，46（14）：86-88.46 朱会强，张明，张波，等.黄河中下游冲洪积地层PRC管桩深基坑支护 J.河南科学，2021，39（6）：964-970.47 毛永平，季永光.PRC管桩在深厚淤泥地质条件下基坑工程中的应用 J.广东建材，2022，38（8）：71-74.48 谷攀，胡军，李薄文，等.PRC管桩在天津市霍尼韦尔定制厂房中的设计 C/.2021年全国工程建设行业施工技术交流会论文集（下册），2021：736-738.49 常玉军，刘毅，张吉庆，等.PRC管桩在基坑支护工程中的应用 J.探矿工程（岩土钻掘工程），2017，44（6）：78-83.50 姚小波.PRC管桩在基坑支护中的应用 J.福建建材，2015（4）：43-44.51 黄伟达.配筋式管桩（PRC 管桩）在基坑工程中的应用J.福建建设科技，2017（6）：3-5.52 杨玉贵.PRC管桩在珠三角地区某软土基坑工程中的应用研究 D.衡阳：南华大学，2016.本项目的绿色拆除生态链联盟节点数为6个，数据上链以后，若想修改必须经过最少4个节点管理员的同意，以此来保证区块链上数据的不可篡改性。在缺少物联网设备的情况下，利用“建废回收助手”可以很方便地对各类建筑垃圾进行出入库记录，并且可以做到物料运输过程有迹可循。本试点平台的信息架构，可为后续政府监管的绿色建造过程中所产生的建筑垃圾处理提供有效的动态管理服务。4结论 绿色拆除应以分类拆除为基本前提，先由人工拆除所有附着物，再由机械拆除主体结构，并做好建筑垃圾的有序清理、分类堆放及合理回收利用等。区块链平台的应用很大程度上解决了“建筑垃圾的外运处置存在不按规定路线运输、随意倾倒、沿途丢弃建筑垃圾等”的不规范行为，真正做到了可跟踪、可预警、可追溯、可管控。将绿色拆除与区块链技术相结合，提高了工程管理的信息化层次，将原本拆除工作中物料处理的被动管理转变为主动管理，物料流向的无序管理转变为有序管理。利用区块链技术来进行建筑垃圾处理试点工作，可形成一套可复制、可推广的建废处理应用管理方法，建立及提升了现场管理人员对绿色建造的意识和管理水平。参考文献1佚名.建筑垃圾资源化产业发展报告发布 J.居业，2015（4）：42.2钟志强，孔德宇.浅析深圳市建筑废弃物现状及减量化措施 J.住宅与房地产，2018（26）：45-49.3 王波，孙嘉，王静峰，等.建筑垃圾处置政策与对策研究J.建筑经济，2021，42（6）：8-13.4王猛，李欣，庄宝潼，等.大型体育场馆拆除建筑垃圾零排放技术研究 J.建筑结构，2023，53（6）：12-17+11.5黄志斌.深圳市建筑垃圾循环利用现状、问题和对策 J.资源节约与环保，2013（9）：130-131.6 王一新，薛兰兰，缑文娟.施工现场建筑垃圾资源化利用关键障碍因素研究 J.干旱区资源与环境，2023，37（1）：113-119.7 深圳市拆除废弃物分类收集及处置技术指引 Z.深圳：深圳市绿色建筑协会，2020.8沈鑫，裴庆祺，刘雪峰.区块链技术综述 J.网络与信息安全学报，2016，2（11）：11-20.9 许文稼，蒋庆斌，刘钢洋.基于机器视觉和深度学习的建筑垃圾智能识别研究 J.电子器件，2022，45（6）：1489-1496.10 许燕禄，冼二启.基于扬尘控制的建筑垃圾垂直运输设备研发与应用 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