公共交通密閉空間內空氣品質影響因素分析與評價

李修嶺

（中國鐵路蘭州局集團有限公司 科研技術監督所，甘肅 蘭州）

引言

近年來，隨著鐵路運輸的快速發展，車廂內的環境衛生也逐漸成為了人們關注的焦點[1-2]。而在后疫情時代，人們對健康安全和生活舒適度的關注進一步提升[3-4]。過去研究表明，空氣污染與多種健康問題密切相關，我國也采取了一系列政策措施減少空氣污染對人體健康的影響[5-8]。高鐵作為短途出行的公共交通工具，其車廂內部的空氣品質對乘客的旅途舒適度和健康具有重要影響。高鐵作為封閉式的公共場所，其車廂客流量大、通風受限、設備物品易感染等特點使得維持良好空氣品質面臨一定挑戰[9-11]，因此如何對封閉環境中的空氣品質進行更好地監測和評價，需進一步研究探討。

本文以蘭州火車站至蘭州中川機場站的C633 次城際高鐵列車為研究對象，通過樹莓派微型電腦連接多種氣體傳感器采集車廂空氣質量數據，通過實車監測，檢測蘭州城際鐵路列車各項主要空氣污染物的水平，并根據《旅客列車衛生及檢測技術規定》判斷各項污染物達標狀況，以了解高鐵短途客車存在的主要衛生問題，為其空氣質量改善和技術改造提供衛生學依據。通過對數據進行分析計算與可視化，使用兼顧最高分指數與平均分指數評價方法，構建車廂空氣品質評價模型，實現蘭州城際高鐵列車的空氣質量綜合評價。

1 實驗設計

1.1 實驗對象

在此次研究中，本文選擇城際高鐵列車C633 次、C634 次列車作為研究對象，同時選取蘭州市軌道交通地鐵一號線車廂內部空氣品質進行對比分析，考慮到地鐵車廂內客流量的影響，實驗過程中記錄了每一站的上下車人數。

1.2 流程設計

本次實驗流程分為氣體環境檢測平臺搭建、氣體檢測數據收集、數據預處理、數據分析與評價四個步驟。

氣體環境檢測的平臺搭建中傳感器選型需要利用環境監測儀氣體傳感器設置多個氣體參數，包括空氣環境中的直徑小于2.5 μm 的細顆粒物（particulate matter 2.5, PM2.5）、濕度、氧氣、室內有機氣態物質（total volatile organic compounds, TVOC）、甲醛等12種空氣組分的含量，采用多種氣體傳感器可獲取當前環境中各主要空氣組分濃度。數據存儲模塊硬件選型采用提供6 個通用異步收發器接口的微處理器。中央處理器裝置采用樹莓派4B 微型電腦主板，通過連接多種氣體傳感器對測量的數據進行讀取及實時存儲。

其次對實驗對象進行氣體檢測數據收集，實驗具體相關方案如表1 所示。在數據預處理的過程中，對于數據文件進行數據完整性檢查、數據存在性檢查及異常數據處理。最后進行數據分析與評價，本文采用蘭州站至中川機場站的城際高鐵列車車廂內數據和蘭州市軌道交通地鐵一號線車廂數據進行對比分析，通過應用最高分指數評價法和平均分指數評價法對所采集數據進行評價。

表1 實驗方案

2 數據分析

列車車廂中存在很多威脅人體健康的有害物質，其中以TVOC、甲醛為代表。因此本文研究的空氣質量數據主要以上述有害物質為主。

2.1 TVOC 含量分析

圖1 表明了不同類型車廂內TVOC 的變化情況，其中虛線代表車頭，實線代表車尾。從圖1（a）中可以看出，地鐵車廂內TVOC 在車頭內隨著行程的增加先迅速降低后緩慢上升，在行程至20%左右達到最低點；TVOC 在車尾內隨著行程的增加總體呈增加趨勢。圖1（b）中表明了在高鐵車廂內的變化情況，隨著行程的增加，TVOC 在高鐵車頭車廂內不斷增加，在行程至50%后趨于平穩，而在全程行駛過程中，車尾的TVOC含量遠低于車頭。高鐵內車頭的TVOC 含量遠高于地鐵，車尾TVOC 含量基本和地鐵的波動范圍一致，高鐵車尾車廂和地鐵的空氣質量均為次等空氣質量，均優于高鐵車頭車廂。

圖1 TVOC 在不同類型車廂的變化

2.2 甲醛含量分析

圖2 為甲醛在不同類型車廂內的變化情況，其中點線代表車頭，實線代表車尾。從圖2 中可以看出，地鐵車尾甲醛含量低于車頭，高鐵車頭甲醛含量低于車尾，兩種類型車廂內的甲醛含量不超過0.04 ppb，均遠低于世界衛生組織要求，屬于安全濃度范疇。

圖2 甲醛在不同類型車廂的變化

3 車廂空氣質量評價模型

3.1 模型構建

結合研究環境的現狀特點選擇合適的評價方法能夠更好地分辨空氣中環境變量的影響程度進而有針對性地提出改善意見。城際高鐵屬于公共場所室內環境，根據相關資料，選擇氧氣、二氧化碳、PM2.5、甲醛和TVOC 作為空氣質量的綜合評價因子。采用兼顧最高分指數與平均分指數的空氣質量指數法進行空氣品質的綜合評價。根據評價標準得到每一種空氣組分的平均分指數，將不同范圍內的結果進行等級劃分。空氣中某類污染物的空氣質量綜合指數如式（1）所示：

式中，Ii為第i 類污染物的綜合指數；Ci為第i 種污染物的平均檢測濃度；Si為第i 種污染物的評價標準。

空氣質量的綜合指數如式（2）所示：

式中，Ci為第i 種污染物的平均檢測濃度；Si為第i 種污染物的評價標準；Imax為最高分指數；Iav為平均分指數；Imax反映超標倍數；Iav平衡評價結果。

3.2 結果分析

表2 為空氣質量評價等級，通過對比表2 及模型計算結果進行分析。本文將采集的數據通過上述模型進行求解分析，最終根據I 的范圍對不同類型車廂內的空氣質量等級評價，得到表3 的評價結果。

表2 空氣質量評價等級

表3 評價結果

通過對比表2 及表3 可以看出，自然環境下的空氣質量綜合指數為0.77，仍未達到清潔狀態。實驗1空氣綜合評價等級為四級，屬于重度污染狀態，實驗2空氣綜合評價等級為三級，屬于輕度污染狀態，實驗3和4 空氣綜合評價指數為二級，屬于尚未污染狀態。高鐵的空氣綜合質量優于地鐵，同自然環境處于同一等級。

高鐵相較于地鐵而言，客流量相對較少，車廂內人數密度相對較低，且選址開闊，站點多位于城市邊緣或近郊，在空氣質量方面呈現出明顯的優越性。

4 結論

本文對蘭州城際高鐵列車車廂環境中的空氣質量進行檢測，同時測量蘭州軌道交通地鐵一號線軌道列車車廂的空氣質量數據作為對照組進行對比分析，對不同環境下空氣中各類氣體的變化趨勢進行了分析總結，應用最高分指數與平均分指數法構建空氣質量評價模型，對測試數據進行綜合評價。研究結果表明，城際高鐵短途客運列車空氣質量處于尚未污染水平，地鐵車廂內空氣質量水平為輕中度污染水平，高鐵列車空氣質量水平明顯優于地鐵。本文所得研究結論有利于增強乘客對出行環境和健康關系的認識，為進一步提升乘客旅途舒適度提供了理論和現實依據，進而推動軌道交通的環保發展。