摘要：對交通建筑中新型冠狀病毒傳播風險及防控思路進行了梳理，分析了不同類型交通建筑中人員密度變化規律、感染者比例及通風稀釋倍數。基于感染概率評價模型及安全稀釋倍數指標，對不同類型交通建筑在不同運營模式下的室內感染風險進行了評估。結果表明，在環境控制手段良好的前提下，航站樓及火車站的主要旅客停留區域總體安全，新型冠狀病毒感染的概率較低。提出了基于CO2濃度的室內環境控制策略，建議根據室內CO2濃度適時調整通風量，以保證室內達到安全水平，為當下全國有序復工復產背景下的交通建筑疫情防控提供運行指導。

　　

　　關鍵詞：新型冠狀病毒  交通建筑  空氣傳播  通風稀釋倍數  感染風險

　　

　　作者：中國建筑西南設計研究院有限公司  戎向陽  劉希臣

　　

　　引言

　　

　　自2020年1月新型冠狀病毒肺炎（以下簡稱新冠肺炎）疫情暴發以來，已在我國及199個境外國家擴散（截至2020年4月21日），在中國上下共同努力下，我國疫情控制形勢總體向好。但目前全球確診和疑似病例數還在持續攀升，截至2020年4月5日全球累計確診新冠肺炎的患者總數已超過100萬人。

　　

　　交通建筑每日存在大量的流動性人員，尤其是春運、復工階段，人員密度增大，給新型冠狀病毒（以下簡稱新冠病毒）的防控提出了更大的挑戰。與2003年的SARS相比，此次疫情具有相同的暴發時間及相似的傳播途徑；與此同時，經過十多年的高速發展，我國交通運輸行業的體量遠超SARS暴發時期。其中鐵路客運量是2003年的近百倍，航空、公路運輸量也實現了數十倍的增長，交通建筑的規模及數量遠大于當年，因此，目前交通建筑內的人員流動特性更為復雜。發達的交通網絡使得交通建筑的旅客運轉效率及覆蓋范圍大大提升，因此對當下疫情防控是嚴峻的考驗。

　　

　　對于交通建筑，如何進行環境控制并預測其內部病毒傳播風險，是保證旅客健康及建筑安全運行的基礎，也是當下全國有序復工復產背景下的疫情防控重點。基于此，本文對新冠病毒在交通建筑內的空氣傳播風險進行初步探討，并提出相應的室內環境控制策略，為交通建筑在疫情時期室內環境運行控制提供參考。

　　

　　1、病毒的空氣傳播途徑

　　

　　目前，關于新冠病毒傳播機理尚待進一步明確，但從相關權威機構發布的文件及報告中可知，病毒主要依靠飛沫及密切接觸傳播，同時不排除通過氣溶膠傳播的可能性。《新型冠狀病毒肺炎診療方案（試行第七版）》指出，在相對封閉的環境中長時間暴露于高濃度氣溶膠的情況下，存在經氣溶膠傳播的可能。國家衛生建康委員會編制的《新型冠狀病毒傳播途徑與預防指南》指出，飛沫沉積在物品表面（如桌子或門把手）上，人若觸摸口、鼻或眼睛會傳染病毒。世界衛生組織發布的《Report of the WHO-China joint mission on coronavirus  disease2019（COVID-19）》指出，新冠病毒在無防護下可通過飛沫、密切接觸在感染者與被感染者之間傳播。關于新冠病毒在空氣中的飄浮及存活時間，歐洲暖通空調學會（REHVA）認為，在普通室內環境中病毒的存活時間可達3h，并存在氣溶膠長距離傳播的可能性；美國疾病控制與預防中心（CDC）對“鉆石公主號”郵輪進行了持續的觀察與研究，發現新冠病毒在郵輪船艙中至少存活了17d。

　　

　　目前全球出現了大量封閉空間傳播新冠病毒的案例，例如山東任城監獄，截至2020年2月20日，通過核酸檢測確定監獄內確診207人；日本“鉆石公主號”郵輪，截至2020年3月15日，船上確診病例總數為712人，累計死亡6人。這些空間均具有相對密閉、通風換氣不良、病毒傳播面廣的特征，因此可以推測，新冠病毒除通過飛沫和接觸傳播外，存在通過氣溶膠傳播（空氣傳播）的可能性。

　　

　　綜上所述，雖然關于新冠病毒的傳播途徑及傳播機理尚待進一步研究明確，但通過各權威機構及最新研究發布的病毒傳播途徑和大量封閉空間的傳播案例可知，空氣傳播的風險不能排除。而交通建筑中人員密集，又屬于相對封閉空間，因此可能存在病毒通過空氣傳播導致人員感染的風險。

　　

　　2、空氣傳播的防控思路

　　

　　呼吸道傳染病感染概率與眾多因素有關，如病原體數量、傳播途徑、接觸時間及宿主的易感性等，目前針對傳染的防控主要圍繞這些因素開展。

　　

　　對于交通建筑，由于受交通工藝流程的影響，旅客在建筑內部的停留時間無法大幅度縮短，特別是航站樓及火車站，受值機/檢票、安檢、候機（車）等眾多環節的制約，旅客的在室時間一般為0.5~1.5h。因此，交通建筑的防控重點是對病原體數量的控制，主要有消殺及稀釋2種方法。消殺指采用紫外線、酒精、消毒劑等將病毒殺死，以降低空間中的病毒濃度。該方法主要用于對固定表面的消殺，實踐證明行之有效，但對懸浮于空氣中的病毒的消殺作用并沒有得到充分的實證，且由此帶來的副作用也難以評估。通風稀釋是一種有效降低室內病毒濃度的方法，在抗擊SARS的實踐中有顯著效果。江億等人認為，在絕大多數情況下，病菌、病毒不會由室外新風帶入，污染源主要是室內的患者。因此，可以大量引入室外新風，稀釋病毒濃度至安全值以下，從而降低其傳播的可能性。

　　

　　通過以上分析可知，通風是降低室內病毒濃度經濟、安全、有效的防控手段。因此本文主要從通風稀釋的角度對病毒在交通建筑內的傳播風險及防控措施進行分析。

　　

　　3、疫情期客流變化與感染者比例分析

　　

　　人員密度及感染者比例是影響交通建筑內旅客感染風險的2個重要指標。人員密度越大，說明旅客間的距離越近，旅客位于病毒覆蓋范圍的概率就越大，通過飛沫和接觸傳播的風險就越大，高人員密度也會導致相同通風量下的稀釋效果減弱；感染者比例直接決定了病原體數量，同樣影響相同通風量下的稀釋能力。因此，在分析交通建筑感染風險時，首先需要確定這2個指標。

　　

　　交通建筑中，目前汽車客運站及地鐵車站采用即到即走的運營方式，旅客在車站內的停留時間較短；而航站樓及鐵路車站是交通建筑中旅客停留時間較長的2類建筑，旅客與病毒接觸的時間相對較長，因此本文選擇航站樓及鐵路車站作為代表性交通建筑進行分析。

　　

　　3.1 人員密度確定

　　

　　本次疫情暴發正值我國的春運高峰期，受疫情影響，民航、鐵路的旅客發送量發生了急劇變化，如圖1，2所示。

　　

圖1 2020年春運期間民航每日旅客發送量

　　

圖2 2020年春運期間鐵路每日旅客發送量

　　

　　根據項目組前期的大量實地調研及某平臺的大數據統計，大型機場及火車站在不同客流量下的人員密度見表1。

　　

表1 交通建筑典型區域在不同客流量下的人員密度

　　

　　3.2 感染者比例確定

　　

　　目前尚無航站樓及火車站內人員感染的報導，但有在交通工具中感染的案例。交通建筑是旅客乘坐交通工具的必經之地，從人員構成上，除工作人員及接送人員外，交通建筑與交通工具的人員構成基本一致，說明在感染比例方面，交通建筑與交通工具具有明顯的相關性。因此本文將對交通工具的感染案例及比例進行分析，通過相關性獲得交通建筑的感染者比例。

　　

　　據報道，1月4日至2月11日，我國709個車船航班確認有新冠肺炎患者，其中火車458班次、飛機137班次。民航方面，發現有感染者的國內航班，其感染人數均≤2人，按1月23日前交通工具基本滿座（100% 客流量）進行測算，感染者比例小于1.5%；按1 月23 日后平均客座率不足50%進行測算，則感染者比例約為3%。對于正常國際航班（包機除外），發現感染者最多的為莫斯科至上海的SU206H 航班，共7位感染者，此航班全部滿員，感染者的占比約為2.5%。機場方面，日最多感染航班出現在武漢機場，最多感染航班達14個/d（1月21，22日），約占出港航班數的70%~75%。

　　

　　通過上述的測算可知，在已發現感染人員的航班中，感染者比例均不大于3%，而有感染人員的航班占機場總航班比例最高為70%~75%。在進行航站樓感染者比例確定時，取最不利情況，即認為機場所有的航班中均存在感染人員，且感染者比例為3%，因此從安全的角度，確定航站樓內的感染者比例為3%。

　　

　　鐵路方面，根據報道發現病例的大部分車次中，感染人數均≤3人，1月23日前列車基本滿座，新冠肺炎感染者比例小于0.5%；23日后，平均客座率不足50%，新冠肺炎感染者比例約為1%；發現感染者最多的車次為1月22日武昌—汕頭的K799，共發現5例確診和1例疑似病例，該車次滿員，新冠肺炎感染者比例約為0.5%。火車站方面，日最多感染車次出現在武漢站，最多感染車次達19個/d（1月20日），約占發車數的10%~15%；武昌站、漢口站情況較嚴重。

　　

　　采用與航站樓相同的測算原則，確定火車站內感染者比例為1%。

　　

　　4、各種運行模式下感染風險的評價

　　

　　4.1 運行模式確定

　　

　　航站樓、火車站的建筑運營方式和空調系統運行模式直接影響建筑內的通風量，最終影響建筑內的病毒感染概率。因此，在進行感染風險評估前，首先確定交通建筑運營方式。

　　

　　根據項目組對大量交通建筑運營方式的調研結果，將航站樓及火車站歸納為3種可能出現的運行場景，并分別稱為正常、通常及非常運行工況。

　　

　　1）正常工況：旅客出入口正常啟閉，建筑整體氣密性較好，滲風量較小；空調系統正常開啟，將新風比提高到30%，室內溫度達標，滿足使用要求。

　　

　　2）通常工況：部分旅客出入口常開，以滿足安檢要求，滲風量較大；空調系統全回風運行，新風靠室外滲透風供給，室內溫度基本達標。

　　

　　3）非常工況：所有出入口全開，利用自然通風，空調系統全部停運，室內溫度不保證，該模式也是疫情期間部分交通建筑使用的方式。

　　

　　4.2 不同運行模式下的風險評價

　　

　　4.2.1 評價模型

　　

　　對不同運行模式下的交通建筑室內感染風險進行評價，評價過程中，由于旅客空間均為大空間，空調系統不涉及服務多房間的問題，因此不考慮回風對病毒傳播的影響。風險評價采用2個原則：1）當患者呼出的空氣被稀釋10000倍時，認為人在該空間中沒有感染風險；2）當稀釋倍數小于10000時，則采用江億院士在2020年3月11日“新冠病毒封閉空間傳播規律研討會”上提出的感染風險模型進行評價。

　　

　　本文采用上述評判標準時作如下假定：

　　

　　1）區域內任意處被感染的概率相等；

　　

　　2）病毒濃度即感染者數量、呼出的病原體數量在整個分析時段內穩定；

　　

　　3）忽略病毒在分析時段內的死亡率；

　　

　　4）忽略通過泄漏、過濾或沉降等方式移出分析區域或建筑內的病毒數量；

　　

　　5）人員在空間內分布均勻；

　　

　　6）以空間內的平均稀釋倍數進行評價，未考慮通風的不均勻性。

　　

　　4.2.2 評價邊界條件

　　

　　根據評價模型，并在滿足相應的假定條件下，通過不同工況下的人均新風量、人員密度及停留時間可測算出稀釋倍數及感染概率。分析過程中，采用的邊界條件如下：

　　

　　1）航站樓（值機廳、到達廳、候機廳）及火車站候車廳的感染者比例根據上述分析分別確定為3%，1%。

　　

　　2）人在靜坐時的呼吸量為0.3m3/h，但考慮到交通建筑中人員基本處于走動狀態，評價過程中每人的呼吸量取0.4m3/h。

　　

　　3）對于正常工況，室內新風由空調系統供給，不同區域的空調系統送風量指標由大量的設計調研和實地調研獲得，根據此送風量指標及設定的30%新風比、各客流情況下的人員密度，計算得出不同區域的人均新風量。

　　

　　4）對于通常及非常工況，室內新風由室外滲透，此時通過數值模擬計算新風量，并將模擬結果與現場調研數據比對驗證。針對航站樓的值機廳、到達廳、候機廳及火車站的候車廳分別建立模型，如圖3所示。

　　

圖3 不同類型交通建筑的CFD 模型

　　

　　4.2.3 結果分析

　　

　　根據實測調研及數值模擬，得到不同工況下的新風量，結合表1中的人員密度及不同類型建筑內的感染者比例，測算出的不同運行工況下的稀釋倍數及感染概率見表2~4。

　　

　　表2 正常工況下不同類型交通建筑在不同客流量下的風險評估

　　

表3 通常工況下不同類型交通建筑在不同客流量下的風險評估

　　

表4 非常工況下不同類型交通建筑在不同客流量下的風險評估

　　

　　5、室內環境運行控制參數

　　

　　從利用通風稀釋控制病毒傳播的角度，只要知道空間內的病毒濃度，就可以確定所需的稀釋新風量，但目前的技術手段難以直接獲得空氣中病毒濃度的相關數據。如果從病毒來源看，將CO2濃度作為指導運行的控制參數是可行的，因為交通建筑內新冠病毒來源于感染者的呼吸，與建筑內CO2的來源一致；當然將CO2濃度作為控制指標的前提是必須知道空間內感染者比例，這個比例無法實測，只能通過對疫情變化情況、病毒傳播強度、傳播案例分析得到。

　　

　　通過對疫情期間進入交通建筑的感染者比例分析，可以初步得到這個重要數據，在此基礎上，將CO2濃度作為室內環境控制參數來指導運行管理應該是一種最具可操作性的方法，這樣可以在保證室內安全的前提下實現節能運行，減少不必要的能源浪費。

　　

　　如果把“將患者呼出的空氣稀釋10000倍以上”作為環境安全的控制目標，同時結合室內的感染者比例、室外CO2濃度、人員呼出氣體中CO2濃度，通過下式即可測算出室內安全標準對應的CO2濃度，當實測濃度低于該值時視為室內環境安全。

　　

　　室內安全的CO2濃度標準由感染者比例及室外CO2濃度決定，其影響關系如圖4所示。

　　

圖4 室內安全狀態下CO2 濃度變化

　　

　　實際運行過程中，可采用上述思路結合疫情變化對交通建筑內的感染者比例進行評估，從而確定合理的CO2濃度控制目標，并對典型區域的CO2濃度進行監測，若高于控制指標，則可加大新風量，從而保證室內環境安全。

　　

　　根據項目組近幾年對大量交通建筑的室內環境現場實測結果，航站樓中值機廳、候機廳、到達廳及火車站候車廳等區域的CO2濃度均低于上述安全指標，說明這些區域空氣環境一般均處于安全狀態。

　　

　　6、結論與思考

　　

　　本文基于江億院士提出的感染概率評價模型及稀釋倍數指標，對交通建筑在不同運行模式及客流量下新冠病毒的空氣傳播風險與室內環境控制策略進行了分析，可以得出以下結論：

　　

　　1）在環境控制手段良好的前提下，航站樓及火車站的主要旅客停留區域總體是安全的，在這些空間內造成新冠病毒感染的概率較低。

　　

　　2）建筑內感染者比例影響室內通風量的確定，應通過對傳染案例、疫情變化的分析，研究和掌握感染者比例，并根據此數據制定相應的室內CO2濃度控制目標，指導運行管理。

　　

　　3）上述研究是基于平均值的旅客空間空氣傳播風險評價，實際運行中應考慮人員分布和通風的不均勻性，對安檢區、值機區、聯檢區、候機（車）區等典型區域進行CO2濃度監測，適時調整通風量。

　　

　　4）采用全面停用空調系統、所有出入口全開的運行方式，不僅室內環境舒適性很差，而且通風稀釋效果在某些區域也有不同程度的下降，因此，這種運行方式在供暖季節是不可取的。

　　

　　本文的分析結果是在現有的感染風險評價模型和通過對交通工具患者數量的調查基礎上得出的，可供當前全國有序復工復產背景下的交通建筑疫情防控參考。隨著基礎數據的不斷積累和研究的深入，感染風險評價體系將不斷完善；進入交通建筑的感染者比例與病毒傳播強度、當地總感染人口比例等之間的關系將不斷揭示：這些都有助于準確制定建筑內防止空氣傳播的策略。

　　

　　（全文刊登于《暖通空調》2020年第50卷第6期12-18頁）