公共交通密闭空间内空气品质影响因素分析与评价

李修岭

（中国铁路兰州局集团有限公司 科研技术监督所，甘肃 兰州）

引言

近年来，随着铁路运输的快速发展，车厢内的环境卫生也逐渐成为了人们关注的焦点[1-2]。而在后疫情时代，人们对健康安全和生活舒适度的关注进一步提升[3-4]。过去研究表明，空气污染与多种健康问题密切相关，我国也采取了一系列政策措施减少空气污染对人体健康的影响[5-8]。高铁作为短途出行的公共交通工具，其车厢内部的空气品质对乘客的旅途舒适度和健康具有重要影响。高铁作为封闭式的公共场所，其车厢客流量大、通风受限、设备物品易感染等特点使得维持良好空气品质面临一定挑战[9-11]，因此如何对封闭环境中的空气品质进行更好地监测和评价，需进一步研究探讨。

本文以兰州火车站至兰州中川机场站的C633 次城际高铁列车为研究对象，通过树莓派微型电脑连接多种气体传感器采集车厢空气质量数据，通过实车监测，检测兰州城际铁路列车各项主要空气污染物的水平，并根据《旅客列车卫生及检测技术规定》判断各项污染物达标状况，以了解高铁短途客车存在的主要卫生问题，为其空气质量改善和技术改造提供卫生学依据。通过对数据进行分析计算与可视化，使用兼顾最高分指数与平均分指数评价方法，构建车厢空气品质评价模型，实现兰州城际高铁列车的空气质量综合评价。

1 实验设计

1.1 实验对象

在此次研究中，本文选择城际高铁列车C633 次、C634 次列车作为研究对象，同时选取兰州市轨道交通地铁一号线车厢内部空气品质进行对比分析，考虑到地铁车厢内客流量的影响，实验过程中记录了每一站的上下车人数。

1.2 流程设计

本次实验流程分为气体环境检测平台搭建、气体检测数据收集、数据预处理、数据分析与评价四个步骤。

气体环境检测的平台搭建中传感器选型需要利用环境监测仪气体传感器设置多个气体参数，包括空气环境中的直径小于2.5 μm 的细颗粒物（particulate matter 2.5, PM2.5）、湿度、氧气、室内有机气态物质（total volatile organic compounds, TVOC）、甲醛等12种空气组分的含量，采用多种气体传感器可获取当前环境中各主要空气组分浓度。数据存储模块硬件选型采用提供6 个通用异步收发器接口的微处理器。中央处理器装置采用树莓派4B 微型电脑主板，通过连接多种气体传感器对测量的数据进行读取及实时存储。

其次对实验对象进行气体检测数据收集，实验具体相关方案如表1 所示。在数据预处理的过程中，对于数据文件进行数据完整性检查、数据存在性检查及异常数据处理。最后进行数据分析与评价，本文采用兰州站至中川机场站的城际高铁列车车厢内数据和兰州市轨道交通地铁一号线车厢数据进行对比分析，通过应用最高分指数评价法和平均分指数评价法对所采集数据进行评价。

表1 实验方案

2 数据分析

列车车厢中存在很多威胁人体健康的有害物质，其中以TVOC、甲醛为代表。因此本文研究的空气质量数据主要以上述有害物质为主。

2.1 TVOC 含量分析

图1 表明了不同类型车厢内TVOC 的变化情况，其中虚线代表车头，实线代表车尾。从图1（a）中可以看出，地铁车厢内TVOC 在车头内随着行程的增加先迅速降低后缓慢上升，在行程至20%左右达到最低点；TVOC 在车尾内随着行程的增加总体呈增加趋势。图1（b）中表明了在高铁车厢内的变化情况，随着行程的增加，TVOC 在高铁车头车厢内不断增加，在行程至50%后趋于平稳，而在全程行驶过程中，车尾的TVOC含量远低于车头。高铁内车头的TVOC 含量远高于地铁，车尾TVOC 含量基本和地铁的波动范围一致，高铁车尾车厢和地铁的空气质量均为次等空气质量，均优于高铁车头车厢。

图1 TVOC 在不同类型车厢的变化

2.2 甲醛含量分析

图2 为甲醛在不同类型车厢内的变化情况，其中点线代表车头，实线代表车尾。从图2 中可以看出，地铁车尾甲醛含量低于车头，高铁车头甲醛含量低于车尾，两种类型车厢内的甲醛含量不超过0.04 ppb，均远低于世界卫生组织要求，属于安全浓度范畴。

图2 甲醛在不同类型车厢的变化

3 车厢空气质量评价模型

3.1 模型构建

结合研究环境的现状特点选择合适的评价方法能够更好地分辨空气中环境变量的影响程度进而有针对性地提出改善意见。城际高铁属于公共场所室内环境，根据相关资料，选择氧气、二氧化碳、PM2.5、甲醛和TVOC 作为空气质量的综合评价因子。采用兼顾最高分指数与平均分指数的空气质量指数法进行空气品质的综合评价。根据评价标准得到每一种空气组分的平均分指数，将不同范围内的结果进行等级划分。空气中某类污染物的空气质量综合指数如式（1）所示：

式中，Ii为第i 类污染物的综合指数；Ci为第i 种污染物的平均检测浓度；Si为第i 种污染物的评价标准。

空气质量的综合指数如式（2）所示：

式中，Ci为第i 种污染物的平均检测浓度；Si为第i 种污染物的评价标准；Imax为最高分指数；Iav为平均分指数；Imax反映超标倍数；Iav平衡评价结果。

3.2 结果分析

表2 为空气质量评价等级，通过对比表2 及模型计算结果进行分析。本文将采集的数据通过上述模型进行求解分析，最终根据I 的范围对不同类型车厢内的空气质量等级评价，得到表3 的评价结果。

表2 空气质量评价等级

表3 评价结果

通过对比表2 及表3 可以看出，自然环境下的空气质量综合指数为0.77，仍未达到清洁状态。实验1空气综合评价等级为四级，属于重度污染状态，实验2空气综合评价等级为三级，属于轻度污染状态，实验3和4 空气综合评价指数为二级，属于尚未污染状态。高铁的空气综合质量优于地铁，同自然环境处于同一等级。

高铁相较于地铁而言，客流量相对较少，车厢内人数密度相对较低，且选址开阔，站点多位于城市边缘或近郊，在空气质量方面呈现出明显的优越性。

4 结论

本文对兰州城际高铁列车车厢环境中的空气质量进行检测，同时测量兰州轨道交通地铁一号线轨道列车车厢的空气质量数据作为对照组进行对比分析，对不同环境下空气中各类气体的变化趋势进行了分析总结，应用最高分指数与平均分指数法构建空气质量评价模型，对测试数据进行综合评价。研究结果表明，城际高铁短途客运列车空气质量处于尚未污染水平，地铁车厢内空气质量水平为轻中度污染水平，高铁列车空气质量水平明显优于地铁。本文所得研究结论有利于增强乘客对出行环境和健康关系的认识，为进一步提升乘客旅途舒适度提供了理论和现实依据，进而推动轨道交通的环保发展。