乘客密度對地鐵車廂空氣品質的影響研究

王剛 邵李燕 王明明 胡松濤

青島理工大學環境與市政工程學院

0 引言

隨著城市人口密度的增加，人們對公共交通的需求增大，地鐵因便捷、快速、載客量大的優點贏得人們的青睞[1]，開通的城市越來越多，為人們的日常出行帶來很大的便利。作為一個較為密閉的空間，地鐵車廂內的環境僅靠空調系統來進行調節[2]，如果無法將空氣中的污染物及時稀釋與排除，將導致車廂內空氣品質的惡化。人體是地鐵車廂內主要的污染源和障礙物[3]，在客流高峰期時，車廂內的污染物濃度隨乘客密度的增大而逐漸升高，同時由于人體的阻擋作用，車廂內的氣流流動受到影響，污染物無法及時排出，容易累積到較高的濃度水平，人處于其中通常會感受到頭暈、胸悶等不良的反應。

Ki Youm Kim[4]等人在對首爾地鐵車廂的顆粒物濃度的測試中發現，地鐵車廂內顆粒物濃度嚴重超標，甚至達到了韓國標準規范最高濃度的4 倍以上。Soon-Bark Kwon[5]等人對首爾地鐵車廂內的乘客人數，CO2濃度和PM2.5 進行了測試，發現地鐵車廂內CO2濃度和PM2.5 與車廂內的乘客數量呈線性相關關系。顏敏[6]等對北京市地鐵進行了顆粒物濃度和CO2濃度測試，結果顯示地鐵中的CO2濃度和PM10 濃度的超標率均達30%以上。武在天[7]采用主觀問卷調研和現場測試相結合的方法對沈陽、北京、上海、廣州和昆明五個城市多條地鐵線路的地鐵車廂空氣品質進行了調研分析，研究結果顯示，隨著車廂內乘客人數的增加，空氣異味感增強，乘客對空氣品質的滿意度降低，且車廂內乘客人數與CO2濃度，PM10 呈顯著正相關關系。左甜甜[8]在對西安地鐵車廂空氣品質的研究中發現，在客流高峰時段，車廂內的CO2濃度和顆粒物濃度均高于非高峰時段。楊偉超[9]對地鐵車廂內的CO2濃度進行了測試研究，研究結果顯示地鐵內的CO2濃度水平與乘客人數是直接相關的，客流高峰時段的車廂內污染物濃度水平較高。

綜上所述，目前已發現地鐵車廂內的空氣品質與乘客密度密切相關，但定量分析方面的工作略有不足。本文在前人研究的基礎上，以青島地鐵為對象，采用問卷調研與現場測試的方法對地鐵車廂內的空氣品質進行研究，探究車廂內污染物的分布規律及變化規律，并定量分析乘客密度對地鐵車廂空氣品質產生的影響。

1 問卷調研與現場實測概述

本文選取了青島地鐵3 號線，2 號線和11 號線作為研究對象，對地鐵車廂內的乘客進行了問卷調研。調研期間共回收了有效問卷391 份，其中3 號線168份，2 號線159 份，11 號線64 份，參與調研的男性與女性比例大致相同。問卷主要通過乘客對空氣異味感和空氣品質滿意度的投票來反映乘客對地鐵車廂空氣品質的主觀評價[10]。

綜合考慮車廂內污染物的影響狀況以及濃度水平后，最終確定將CO2和顆粒物作為地鐵車廂空氣品質的客觀評價指標。在進行現場測試時，測點分別布置于車中（1.1 m 和1.7 m），車門（1.1 m 和1.7 m），送風口和回風口處，測試期間同時對車廂內的載客量進行統計，以便對車廂內的乘客密度進行定量分析。測試過程中所用儀器如表1 所示，CO2濃度通過二氧化碳檢測儀進行測試，其中Testo535 二氧化碳檢測儀精度較高，但需要測試人員手動記錄實驗數據，天建華儀二氧化碳檢測儀可以自動記錄實驗數據，監測時間設定為1 min 記錄一次。顆粒物濃度通過便攜式激光粒子計數器進行測試，測試時間設定為1 min，測試時在每個測點處進行反復3 次測試，最終測試結果取3 次測試結果的平均值。

表1 測試儀器及精度

在對地鐵車廂內乘客密度進行定量分析時，參考沈景炎[11]根據《城市軌道交通工程項目建設標準》（建標104-2008）[12]對車廂內擁擠程度的評價建議，并結合調研中車廂內乘客數量的實際分布情況，選用立席密度4 人/m2作為車廂內密集度的分界線，當車廂內立席密度小于4 人/m2時定義為低密度環境，當車廂內立席密度大于等于4 人/m2時定義為高密度環境[3]。

2 問卷調研結果分析

2.1 異味感投票分析

將地鐵車廂內的空氣異味感設定為5 個等級，空氣異味程度用數字0～4 來表示，其中0 代表無異味，1代表輕微異味，2 代表中等異味，3 代表強烈異味，4 代表無法忍受異味。對問卷中空氣異味感的投票結果進行統計分析，不同密度下的空氣異味感投票值如圖1所示。

圖1 不同立席密度下空氣異味感投票值對比

由圖1 可知，在不同密度環境下，乘客對車廂內空氣異味感的投票均值均小于1，異味等級在無異味和輕微異味之間。高密度環境下車廂內的空氣異味感投票均值大于低密度環境，這說明隨著乘客密度的增大，車廂內的空氣異味感升高。在低密度環境下，坐姿乘客的異味感小于站姿乘客。在高密度環境下，坐姿乘客的異味感大于站姿乘客。可能的原因是在高密度環境下，人員大量聚集，阻礙了氣流的流動，導致頂部送回風短路，站姿乘客附近的氣流流動性要優于坐姿乘客，因此異味感較低。

2.2 不適癥狀投票分析

問卷中的不適癥狀包括頭暈，胸悶，惡心，煩躁，皮膚干燥和乏力等，不適癥狀率為地鐵車廂內出現不適癥狀的乘客數與總調研乘客數的比值，不同密度下地鐵車廂內乘客不適癥狀率統計如表2 所示。

表2 乘客不適癥狀率統計值

由表2 可知，車廂內乘客在不同密度環境下出現不適癥狀的比例介于20%～30%之間，高密度環境下的不適癥狀率高于低密度環境。隨著乘客密度的增大，車廂內擁擠程度加重，空氣流通性變差，人處于擁擠且空氣不流通的環境中通常會有煩躁、胸悶等不良反應，因此乘客出現不適癥狀的比例增大。

2.3 空氣品質滿意度投票分析

將乘客對地鐵車廂空氣品質的滿意程度分為5個等級，分別為非常不滿意，不滿意，可以接受，滿意和非常滿意。不同密度下乘客對地鐵車廂空氣品質的滿意率如圖2 所示。

圖2 不同立席密度下空氣品質滿意度對比

由圖2 可知，在低密度環境下，乘客認為地鐵車廂內的空氣品質可接受和滿意的比例最高，均為45.2%，其次是非常滿意，占比達6.6%，非常不滿意與不滿意的比例較低，二者分別為1.8%與1.2%。

在高密度環境下，最大的變化是滿意的比例急劇下降到了25.4%，可以接收的比例則升高到了57.6%，其他幾項略有變化，非常滿意的比例降到了5.1%，不滿意比例升高到6.8%，非常不滿意升高到5.1%。

總體而言，低密度環境下有較高的滿意率，隨著乘客密度的增大，環境有所惡化，滿意度降低，但大部分乘客仍然認為環境是可以接受或滿意的，不滿意和非常不滿意的比例總共不到12%，說明乘客對地鐵車廂內的空氣品質持有較包容的態度。

3 現場實測結果分析

3.1 CO2濃度測試結果分析

以2 號線為例，在高峰期與非高峰期時，車廂內不同位置（車門與車中）以及不同高度（1.1 m 與1.7 m）的CO2濃度變化規律如下：

1）高峰期

高峰期時一節車廂的載客量為140～180 人，立席密度為4～5 人/m2，屬于高密度環境，車廂內CO2的濃度區間為800～2900 ppm。由圖3 和表3 可知，車門區域的CO2濃度值低于車中區域，且1.7 m 處CO2濃度值略高于1.1 m 處，車中區域的CO2濃度值在高度上無明顯的差異。這是由于列車到站時，車門的短暫開啟導致站臺空氣的進入，其稀釋作用使得車門區域的CO2濃度值低于車中區域。車門區域的乘客處于站姿的狀態，且1.7 m 高度距離站姿人體的呼吸區較近，因此車門1.7 m 處的二氧化碳濃度值高于1.1 m 處。

圖3 高峰期車廂內CO2濃度隨載客量變化圖

表3 高峰期CO2濃度統計值

2）非高峰期

非高峰時期一節車廂的載客量約為10～30 人，立席密度為0～1 人/m2，屬于低密度環境，CO2的濃度區間為500～900 ppm。基于同樣的到站開門原因，車門區域的CO2濃度值低于車中區域，但由于大部分乘客處于坐姿，車中與車門區域的CO2濃度值在1.1 m 和1.7 m 高度處大致相同（圖4 和表4）。

圖4 非高峰期車廂內CO2濃度隨載客量變化

表4 非高峰期車廂內CO2濃度值統計

3.2 顆粒物濃度測試結果分析

為了排除室外顆粒物的影響，僅反映車廂內部因素的影響，對顆粒物濃度進行無量綱化，在同一粒徑區間內，定義，K=測點處顆粒物數濃度/室外顆粒物數濃度。以2 號線為例，不同密度環境下車廂內不同位置（車門、車中、送風口、回風口）以及不同高度（1.1 m 與1.7 m）處的顆粒物濃度變化規律如圖5 和圖6 所示。

圖5 高密度環境下不同測點處各粒徑段顆粒物濃度比值

圖6 低密度環境下不同測點處各粒徑段顆粒物濃度比值

可以看出，低密度環境下車廂內的顆粒物濃度低于室外，而高密度環境下則高于室外，說明車載空調的過濾器在乘客較少時可以有效降低車廂內顆粒物濃度，但在高峰期，由于車內污染源增多，各粒徑顆粒物濃度均有上升，其中又以小粒徑顆粒物上升最為明顯。高密度環境下車廂內顆粒物濃度分布有明顯的梯度，送風口濃度最低，車門處的乘客密度大于車中區域，且1.7 m 高度距離站姿乘客的呼吸區較近，導致該位置顆粒物濃度明顯高于車廂內其他位置。在低密度環境下，回風口處顆粒物濃度值最高，車廂內其他位置顆粒物濃度分布較均勻。

4 結論

通過對青島地鐵車廂內空氣品質進行問卷調研與現場實測，得到了不同密度下乘客對車廂環境的主觀評價，并探究了空氣污染物的變化和在空間上的分布規律，主要結論如下：

1）隨著乘客密度增大，車廂內的空氣異味感升高，乘客出現不適癥狀的比例增大，乘客對車廂內空氣品質的滿意率降低，可接受率升高。

2）高密度環境下車廂內的CO2濃度值高于低密度環境，受開關門的影響，車門區域的CO2濃度值始終低于車中區域。受人員的影響，在高密度環境下，車門1.7 m 處CO2濃度值高于1.1 m 處，車中區域的CO2濃度值在1.1 m 處和1.7 m 處無明顯差別。

3）高密度環境下車廂內的顆粒物濃度高于低密度環境，在高密度環境下，送風口處的顆粒物濃度值最低，車門1.7 m 處的顆粒物濃度值最高。在低密度環境下，回風口處顆粒物濃度值最高，車廂內其余位置顆粒物濃度大致相同，車廂內顆粒物分布較均勻。