乘客密度对地铁车厢空气品质的影响研究

王刚 邵李燕 王明明 胡松涛

青岛理工大学环境与市政工程学院

0 引言

随着城市人口密度的增加，人们对公共交通的需求增大，地铁因便捷、快速、载客量大的优点赢得人们的青睐[1]，开通的城市越来越多，为人们的日常出行带来很大的便利。作为一个较为密闭的空间，地铁车厢内的环境仅靠空调系统来进行调节[2]，如果无法将空气中的污染物及时稀释与排除，将导致车厢内空气品质的恶化。人体是地铁车厢内主要的污染源和障碍物[3]，在客流高峰期时，车厢内的污染物浓度随乘客密度的增大而逐渐升高，同时由于人体的阻挡作用，车厢内的气流流动受到影响，污染物无法及时排出，容易累积到较高的浓度水平，人处于其中通常会感受到头晕、胸闷等不良的反应。

Ki Youm Kim[4]等人在对首尔地铁车厢的颗粒物浓度的测试中发现，地铁车厢内颗粒物浓度严重超标，甚至达到了韩国标准规范最高浓度的4 倍以上。Soon-Bark Kwon[5]等人对首尔地铁车厢内的乘客人数，CO2浓度和PM2.5 进行了测试，发现地铁车厢内CO2浓度和PM2.5 与车厢内的乘客数量呈线性相关关系。颜敏[6]等对北京市地铁进行了颗粒物浓度和CO2浓度测试，结果显示地铁中的CO2浓度和PM10 浓度的超标率均达30%以上。武在天[7]采用主观问卷调研和现场测试相结合的方法对沈阳、北京、上海、广州和昆明五个城市多条地铁线路的地铁车厢空气品质进行了调研分析，研究结果显示，随着车厢内乘客人数的增加，空气异味感增强，乘客对空气品质的满意度降低，且车厢内乘客人数与CO2浓度，PM10 呈显著正相关关系。左甜甜[8]在对西安地铁车厢空气品质的研究中发现，在客流高峰时段，车厢内的CO2浓度和颗粒物浓度均高于非高峰时段。杨伟超[9]对地铁车厢内的CO2浓度进行了测试研究，研究结果显示地铁内的CO2浓度水平与乘客人数是直接相关的，客流高峰时段的车厢内污染物浓度水平较高。

综上所述，目前已发现地铁车厢内的空气品质与乘客密度密切相关，但定量分析方面的工作略有不足。本文在前人研究的基础上，以青岛地铁为对象，采用问卷调研与现场测试的方法对地铁车厢内的空气品质进行研究，探究车厢内污染物的分布规律及变化规律，并定量分析乘客密度对地铁车厢空气品质产生的影响。

1 问卷调研与现场实测概述

本文选取了青岛地铁3 号线，2 号线和11 号线作为研究对象，对地铁车厢内的乘客进行了问卷调研。调研期间共回收了有效问卷391 份，其中3 号线168份，2 号线159 份，11 号线64 份，参与调研的男性与女性比例大致相同。问卷主要通过乘客对空气异味感和空气品质满意度的投票来反映乘客对地铁车厢空气品质的主观评价[10]。

综合考虑车厢内污染物的影响状况以及浓度水平后，最终确定将CO2和颗粒物作为地铁车厢空气品质的客观评价指标。在进行现场测试时，测点分别布置于车中（1.1 m 和1.7 m），车门（1.1 m 和1.7 m），送风口和回风口处，测试期间同时对车厢内的载客量进行统计，以便对车厢内的乘客密度进行定量分析。测试过程中所用仪器如表1 所示，CO2浓度通过二氧化碳检测仪进行测试，其中Testo535 二氧化碳检测仪精度较高，但需要测试人员手动记录实验数据，天建华仪二氧化碳检测仪可以自动记录实验数据，监测时间设定为1 min 记录一次。颗粒物浓度通过便携式激光粒子计数器进行测试，测试时间设定为1 min，测试时在每个测点处进行反复3 次测试，最终测试结果取3 次测试结果的平均值。

表1 测试仪器及精度

在对地铁车厢内乘客密度进行定量分析时，参考沈景炎[11]根据《城市轨道交通工程项目建设标准》（建标104-2008）[12]对车厢内拥挤程度的评价建议，并结合调研中车厢内乘客数量的实际分布情况，选用立席密度4 人/m2作为车厢内密集度的分界线，当车厢内立席密度小于4 人/m2时定义为低密度环境，当车厢内立席密度大于等于4 人/m2时定义为高密度环境[3]。

2 问卷调研结果分析

2.1 异味感投票分析

将地铁车厢内的空气异味感设定为5 个等级，空气异味程度用数字0～4 来表示，其中0 代表无异味，1代表轻微异味，2 代表中等异味，3 代表强烈异味，4 代表无法忍受异味。对问卷中空气异味感的投票结果进行统计分析，不同密度下的空气异味感投票值如图1所示。

图1 不同立席密度下空气异味感投票值对比

由图1 可知，在不同密度环境下，乘客对车厢内空气异味感的投票均值均小于1，异味等级在无异味和轻微异味之间。高密度环境下车厢内的空气异味感投票均值大于低密度环境，这说明随着乘客密度的增大，车厢内的空气异味感升高。在低密度环境下，坐姿乘客的异味感小于站姿乘客。在高密度环境下，坐姿乘客的异味感大于站姿乘客。可能的原因是在高密度环境下，人员大量聚集，阻碍了气流的流动，导致顶部送回风短路，站姿乘客附近的气流流动性要优于坐姿乘客，因此异味感较低。

2.2 不适症状投票分析

问卷中的不适症状包括头晕，胸闷，恶心，烦躁，皮肤干燥和乏力等，不适症状率为地铁车厢内出现不适症状的乘客数与总调研乘客数的比值，不同密度下地铁车厢内乘客不适症状率统计如表2 所示。

表2 乘客不适症状率统计值

由表2 可知，车厢内乘客在不同密度环境下出现不适症状的比例介于20%～30%之间，高密度环境下的不适症状率高于低密度环境。随着乘客密度的增大，车厢内拥挤程度加重，空气流通性变差，人处于拥挤且空气不流通的环境中通常会有烦躁、胸闷等不良反应，因此乘客出现不适症状的比例增大。

2.3 空气品质满意度投票分析

将乘客对地铁车厢空气品质的满意程度分为5个等级，分别为非常不满意，不满意，可以接受，满意和非常满意。不同密度下乘客对地铁车厢空气品质的满意率如图2 所示。

图2 不同立席密度下空气品质满意度对比

由图2 可知，在低密度环境下，乘客认为地铁车厢内的空气品质可接受和满意的比例最高，均为45.2%，其次是非常满意，占比达6.6%，非常不满意与不满意的比例较低，二者分别为1.8%与1.2%。

在高密度环境下，最大的变化是满意的比例急剧下降到了25.4%，可以接收的比例则升高到了57.6%，其他几项略有变化，非常满意的比例降到了5.1%，不满意比例升高到6.8%，非常不满意升高到5.1%。

总体而言，低密度环境下有较高的满意率，随着乘客密度的增大，环境有所恶化，满意度降低，但大部分乘客仍然认为环境是可以接受或满意的，不满意和非常不满意的比例总共不到12%，说明乘客对地铁车厢内的空气品质持有较包容的态度。

3 现场实测结果分析

3.1 CO2浓度测试结果分析

以2 号线为例，在高峰期与非高峰期时，车厢内不同位置（车门与车中）以及不同高度（1.1 m 与1.7 m）的CO2浓度变化规律如下：

1）高峰期

高峰期时一节车厢的载客量为140～180 人，立席密度为4～5 人/m2，属于高密度环境，车厢内CO2的浓度区间为800～2900 ppm。由图3 和表3 可知，车门区域的CO2浓度值低于车中区域，且1.7 m 处CO2浓度值略高于1.1 m 处，车中区域的CO2浓度值在高度上无明显的差异。这是由于列车到站时，车门的短暂开启导致站台空气的进入，其稀释作用使得车门区域的CO2浓度值低于车中区域。车门区域的乘客处于站姿的状态，且1.7 m 高度距离站姿人体的呼吸区较近，因此车门1.7 m 处的二氧化碳浓度值高于1.1 m 处。

图3 高峰期车厢内CO2浓度随载客量变化图

表3 高峰期CO2浓度统计值

2）非高峰期

非高峰时期一节车厢的载客量约为10～30 人，立席密度为0～1 人/m2，属于低密度环境，CO2的浓度区间为500～900 ppm。基于同样的到站开门原因，车门区域的CO2浓度值低于车中区域，但由于大部分乘客处于坐姿，车中与车门区域的CO2浓度值在1.1 m 和1.7 m 高度处大致相同（图4 和表4）。

图4 非高峰期车厢内CO2浓度随载客量变化

表4 非高峰期车厢内CO2浓度值统计

3.2 颗粒物浓度测试结果分析

为了排除室外颗粒物的影响，仅反映车厢内部因素的影响，对颗粒物浓度进行无量纲化，在同一粒径区间内，定义，K=测点处颗粒物数浓度/室外颗粒物数浓度。以2 号线为例，不同密度环境下车厢内不同位置（车门、车中、送风口、回风口）以及不同高度（1.1 m 与1.7 m）处的颗粒物浓度变化规律如图5 和图6 所示。

图5 高密度环境下不同测点处各粒径段颗粒物浓度比值

图6 低密度环境下不同测点处各粒径段颗粒物浓度比值

可以看出，低密度环境下车厢内的颗粒物浓度低于室外，而高密度环境下则高于室外，说明车载空调的过滤器在乘客较少时可以有效降低车厢内颗粒物浓度，但在高峰期，由于车内污染源增多，各粒径颗粒物浓度均有上升，其中又以小粒径颗粒物上升最为明显。高密度环境下车厢内颗粒物浓度分布有明显的梯度，送风口浓度最低，车门处的乘客密度大于车中区域，且1.7 m 高度距离站姿乘客的呼吸区较近，导致该位置颗粒物浓度明显高于车厢内其他位置。在低密度环境下，回风口处颗粒物浓度值最高，车厢内其他位置颗粒物浓度分布较均匀。

4 结论

通过对青岛地铁车厢内空气品质进行问卷调研与现场实测，得到了不同密度下乘客对车厢环境的主观评价，并探究了空气污染物的变化和在空间上的分布规律，主要结论如下：

1）随着乘客密度增大，车厢内的空气异味感升高，乘客出现不适症状的比例增大，乘客对车厢内空气品质的满意率降低，可接受率升高。

2）高密度环境下车厢内的CO2浓度值高于低密度环境，受开关门的影响，车门区域的CO2浓度值始终低于车中区域。受人员的影响，在高密度环境下，车门1.7 m 处CO2浓度值高于1.1 m 处，车中区域的CO2浓度值在1.1 m 处和1.7 m 处无明显差别。

3）高密度环境下车厢内的颗粒物浓度高于低密度环境，在高密度环境下，送风口处的颗粒物浓度值最低，车门1.7 m 处的颗粒物浓度值最高。在低密度环境下，回风口处颗粒物浓度值最高，车厢内其余位置颗粒物浓度大致相同，车厢内颗粒物分布较均匀。