地铁车站 PM2.5 和 PM10 颗粒物浓度实测及分析

刘文龙 何垒 李懋

中铁二院华东勘察设计有限责任公司

0 引言

PM2.5 和PM10 的浓度是影响地铁站站厅站台空气品质的主要参数之一，有研究表明地铁车站内空气环境中所含的颗粒物与其他场合相比有较大区别[1-2]。目前对地铁车站内的研究多集中在地铁站厅和站台的温度场及速度场研究[3-4]。国外学者对地铁车站站台内部空间的颗粒物分布也做了一些研究[5-6]。近些年来，国内一些科研机构和学者也对地铁车站内的空气细颗粒物进行了相关研究[7-10]。

本文于 2015 年 11 月通过对上海市地铁车站 A 站和 B 站分别进行为期 4 天的实时监测，得到了 PM2.5 和PM10 颗粒物浓度在一天中的变化规律及其影响因素。本研究目的在于反映地铁车站内颗粒物的分布情况及影响因素，为地铁车站空气品质优化提供基础数据。

1 试验监测

1.1 采样地点和时间

实测地铁车站是在上海市市区繁华地带的 A 站和 B 站，监测地点是在地铁车站站厅公共区、站台公共区和轨行区。需要说明的是两站均采用的是屏蔽门系统。

站厅监测点位置是在付费区进出站闸机旁。站台监测点位置，从长度方向看基本在中部靠近垂直电梯处，宽度方向是离屏蔽门 1 m 处（人员经常停留区）。根据 《公共场所卫生监测技术规范 》（GB/T17220-1998）要求，人群呼吸带范围距地面 1.2～1.5 m，故测试点高度选取离地1.5 m。为了避免受送风气流和回风气流影响，尽量避开了人流通风道和空调通风口。轨行区监测点的位置，是在站台设备区外走道处与轨道相通的开敞空间。

采样时间是在 2015 年 11 月，选择工作日，列车正常运行。A 站具体在11 月16 日（周一）的9:40～20:17，11 月17 日（周二）的 09:47～17:27，11 月 18 日（周三）的 14:27～18:00，11 月 19 日（周四）的 08:47～19:38，监测时间从早高峰到晚高峰。

B 站具体在 11 月 20 日（周五）的 09:31～19:50，11 月23 日（周一）的09:50～18:10，11 月 25 日（周三）的 9:50～18:00，11 月 26 日（周四）的 08:56～18:41，监测时段基本覆盖了高峰期和非高峰期。根据测试时间阶段内相应的室外气象数据，得出测试期间的室外环境PM2.5、PM10 变化曲线（见图1）。

图1 测试期间室外环境PM2.5、PM10 变化曲线

1.2 采样仪器

采样仪器选用1.108 型便携式气溶胶光谱仪（德国Grimm 公司），该仪器可以对 0.23～20.00 μ m 颗粒物质量浓度进行监测，数据记录时间间隔设定为6 s.Grimm1.108 型气溶胶光谱仪的测试参数设置如表 1 所示。

表1 Grimm1.108 型气溶胶光谱仪的测试参数设置

2 监测结果与分析

2.1 PM2.5 和PM10 监测结果与分析

本文分析了 PM2.5 和 PM10 的颗粒物浓度分布及其变化规律，数据运用 Origin 85 软件进行统计学分析，对 PM2.5、PM10 浓度的分析以 《环境空气质量标准》（GB3095-2012）作为参照标准。

测试的8 天由于每天的测试时间段不相同，但初步分析数据颗粒物的粒径分布大致相同，但同时在室外天气状况差异较大的情况下（晴天和雨天）其颗粒物的粒径分布存在一定的差异，因此，选取 A 站11 月16 日（晴天），B 站11 月 26 日（晴天）和 A 站 11 月 19 日（雨天），B 站 11 月 20 日（雨天），且这4 天测试的时间段最为完整，基本覆盖了列车从开始运行到早高峰，再经历非高峰时段到晚高峰，故以此监测数据进行了具体分析。

晴天A 站（11 月16 日）和B 站（11 月26 日）各监测点PM2.5、PM10 浓度变化规律见图2、3，雨天A 站（11 月 19 日）和 B 站（11 月 20 日）各监测点 PM2.5、PM10 浓度变化规律如图4、5 所示。

图2 A 站（11 月16 日）各监测点 PM2.5、PM10 浓度变化规律

图3 B 站（11 月26 日）各监测点 PM2.5、PM10 浓度变化规律

图4 A 站（11 月19 日）各监测点 PM2.5、PM10 浓度变化规律

图5 B 站（11 月20 日）各监测点 PM2.5、PM10 浓度变化规律

监测结果表明：

1）晴天 A 站站厅（除上午非高峰时段），站台 PM2.5 均超出二级空气质量标准要求。站台超标尤为严重，从下午15:00 以后PM2.5 达到二级限值两倍以上，站台PM10 从下午 15:00 以后超出二级浓度限值，浓度最大值为198.9 μg/m3，超标率为 32.6%。晴天B 站站台PM2.5 超出二级空气质量标准要求，最高超出二级限值一倍以上。站台PM10 早、晚高峰时段超出二级浓度限值。

2）雨天A 站站厅PM2.5 能够达到二级空气质量标准，站台（除上午高峰时段）PM2.5、PM10 能够达到二级空气质量标准。雨天 B 站站厅，站台（除晚高峰）PM2.5、PM10 能够达到二级空气质量标准。可见，在监测时段内，晴天车站站台的 PM2.5、PM10 超标较为严重，雨天车站的PM2.5、PM10 基本能够达到二级空气质量标准，晴天地下车站 PM2.5、PM10 污染水平明显高于雨天。

从图 2～ 图 5 可以看出，地铁站厅层，站台层 PM10 与PM2.5 在监测时段内逐时变化规律相似。受列车高频运行产生的活塞效应的影响，站厅，站台与轨行区PM2.5 在监测时段内逐时变化规律相似。由于活塞风是通过连接站厅层与站台层间的楼梯对站厅层产生影响，因此对站台层的影响要大于站厅层。站台PM2.5、PM10 浓度高于站厅层。早、晚高峰时段由于列车行车对数的增加使得轨行区内颗粒物浓度明显高于非高峰时段，高峰时段 PM2.5 最高可达到二级浓度限值的3 倍多，见图 3。此外，站厅层和站台层 PM2.5、PM10 的浓度变化还受到人流的影响，由图 5 所示，在 B 站因站厅层测点近服务中心，站台层测点位于垂直电梯并近楼梯口处，受晚高峰客流影响，PM2.5、PM10 均出现了较大的增加。

2.2 PM2.5/PM10 比较分析

图6 为监测时段内车站站台PM2.5/PM10 比值变化情况 。监测结果表明，11 月 16 日 A 站台 PM2.5/PM10 为0.84～0.97，平均值为0.93。11 月26 日 B 站台PM2.5/PM10 为0.41～0.84，平均值为0.65。监测时段内车站站台 PM2.5/PM10 比值平均值为 0.65～0.93。可见，站台的颗粒物污染主要为细颗粒物，可能有三个原因[11]：一是机车润滑油蒸发分解，制动系统的摩擦，电动机或集电极所产生的石墨粉主要为细颗粒物，导致地铁环境中细颗粒物浓度增加。二是街道汽车尾气排放出的 PM2.5 渗透进入地铁地下区域包括室内的通风格栅，从而进入室内。三是地铁夜间停运期间的维护和清理工作也会产生细颗粒物。这是地铁系统中细颗粒物的主要来源。

图6 监测时段内站台PM2.5/PM10 变化情况

3 结语

根据以上的分析，可以得到如下结论：

1）该市地铁车站内 11 月份（非空调季）PM2.5、PM10 水平高于室外，站台公共区中存在颗粒物污染，颗粒物质量浓度超过了国内相关空气质量标准，晴天车站站台的PM2.5、PM10 超标较为严重。

2）站厅公共区，站台公共区与轨行区 PM2.5 在监测时段内逐时变化规律相似，站内污染水平晴天高于雨天，站台公共区高于站厅公共区。

3）地铁车站站厅公共区，站台公共区 PM10 与 PM2.5 在监测时段内逐时变化规律相似。

4）地铁车站站台内PM2.5/PM10 质量浓度比值平均值为0.65～0.93，颗粒物污染主要为细颗粒物。