下沉式地铁检修库污染物浓度实测与分析研究

1 研究背景

近年来，随着城市轨道交通的快速发展，地铁检修库数量日益增加，有关地铁列车运行维护和检修工作的研究也越来越多。地铁检修库作为车辆段中建筑面积最大、使用频率最高的单体空间，其主要承担所属线路电客车的停放、车辆技术检查和清扫等日常维修和保养任务。

在调查中发现，地铁检修库内的空气品质会直接影响工人的工作效率和身心健康，进而间接影响到动车组的检修质量和运行安全。李谊等通过对动车组车辆检修维护工作的梳理研究，发现空调滤网清灰作业、空调维修以及转向架喷褪漆作业过程中存在粉尘浓度超限的问题。

EIHADARY等研究工业库房机械通风及工作环境发现，适当提高通风量有助于提高工人热舒适性和降低污染物浓度。许力方等现场调研测试了成都地铁检修库，计算得到满足工人热舒适性要求的工作温度为27 ℃。现阶段的研究主要是针对检修库内温湿度和通风方案，而缺乏对检修库内污染物浓度变化规律的研究。

针对某地铁检修库，采用现场实测的方法对检修库室内空气品质进行研究，通过对实测数据的统计与分析，总结该地铁检修库全天候的污染物浓度变化规律，为夏热冬冷地区地铁检修库内室内空气品质的改善提供依据。

2 检修库空气品质现场测试

2.1 检修库概况

地铁检修库位于夏热冬冷地区，该库区属于南北向的狭长形高大空间，建筑的俯视图平面呈矩形，尺寸为127 m（长）×36 m（宽）×10 m（高），入库端一侧设置了5个门洞，尺寸为4.5 m×6 m；主要检修区域自入库段整体下沉约0.95 m。库区下部主要由检修车辆、3层维修平台及5列位维修坑道组成，上部为通风管道、照明设备及接触网，内部共5条铁路轨道，可同时容纳5辆30节车厢编组的地铁列车。

2.2 测试时段

本次测试的地铁检修库主要承担某线路电客车的停放及日常检修。实验测试时间为2022年7月18~22日，测试时段分白天作业时段9∶00~17∶00与夜间作业时段22∶00~2∶00。为获取检修库区全天段污染变化，单日测试包含上午、下午及夜间3个测试时段，以2 h为单个测试周期。检修库测试时段及工作任务见表1。

2.3 测点布置

测点布置采用梅花式布点（双对角线上取等分点），大部分测点位于1层和2层检修平台，测点高度为人员站姿状态对应的呼吸高度。同时，为了有效表征室内稳定的污染物浓度分布状况，所有测点应避开通风口，距离墙壁不小于1 m，距地高度为1.5 m。测点根据现场情况及空间结构按对角线等距选取，在双对角线上布置13个基础测点，两层作业面共设置46个测点，1层、2层测点高度分别为2.05 m、4.1 m，测点分布如图1所示。

如图2所示，检修库人员活动范围为黑色虚线所框区域，高频检修股道为L4，测试选择该检修列位密集布点；测试点位置是近L4列位的1层维修平台下部空间。车辆入库端紧临库区库门与外部消防通道，库区另一端为设有底层外窗的封闭外墙。

2.4 测试仪器

本次测试中使用的仪器分别为HT–9600粉尘采集仪、Testo405i热敏风速仪和MP400S测试仪，各仪器参数见表2。

3 库区内污染物浓度测试分析

3.1 粉尘浓度

机械通风系统开启前后（表3），测试了全天各时段粉尘浓度，得到了室内PM _2.5、PM ₁₀浓度水平及变化规律。根据全天段测试数据变化曲线（图3）可知，白天时段PM _2.5、PM ₁₀浓度整体高于夜间作业时段。粉尘测试值于10∶00~11∶00时段达高峰，PM _2.5浓度均值达到了55.1 μg/m³，PM ₁₀浓度均值达到了90.1 μg/m³。白天时段的粉尘测试浓度随着时间推移呈现下降趋势，但实测最低值出现在夜间时段的0∶00~1∶00，该时段内PM _2.5浓度均值为14.8 μg/m³，PM ₁₀浓度均值为30.4 μg/m³。

表3 不同测试时段风机状态

图3 粉尘实测数据变化

对比上午及下午时段相近的两组实测数据可知，机械通风开启后，污染物浓度降低。其中，PM _2.5浓度下降幅度为10 %~37 %，PM ₁₀浓度下降幅度为8 %~12 %；夜间时段由于全部列车回库检修，粉尘释放源增多，机械通风开启后，PM _2.5从14.8 μg/m³上升至19.2 μg/m³，PM ₁₀从30.4 μg/m³上升至41.1 μg/m³。综合来看，在全天候各测试时段中，PM _2.5和PM ₁₀浓度均未超过标准限值75 μg/m³和150 μg/m³。因此，可以忽略低浓度水平的粉尘对于库区中人员健康的影响。

3.2 甲醛浓度

现场测试中各时段甲醛浓度值均为零，未达到使人感到不舒适的最低限值0.1 mg/m³。甲醛污染多来自新建成建筑或新装修过程使用的建材，由于本次测试车辆段使用期达10年以上，库区处于自然通风状态时，甲醛浓度极低。

3.3 TVOC浓度

TVOC实测数据变化如图4所示。根据TVOC实测数据，分析全天候TVOC浓度的变化规律如下。

（1）在10∶00~11∶00时段，机械通风关闭且处于检修状态时，TVOC测试浓度平均值达3.2 mg/m³，超过标准限值0.6 mg/m³达4.3倍。

（2）在11∶00~12∶00时段，污染物持续扩散，但机械通风开启1 h后污染浓度均值降至1.6 mg/m³，仍超过标准限值的1.6倍。

（3）在12∶00~14∶00时段，仅部分车辆入库，无车辆检修作业且库区内无人员停留，此时机械通风系统关闭。

（4）在14∶00~15∶00时段，部分车辆处于检修状态，此时机械通风系统依旧处于关闭状态，污染气体测试浓度均值为1.6 mg/m³。

（5）在15:00~16:00时段，机械通风系统开启，同步记录的检修作业量明显减少，该时段内污染气体浓度均值降低为0.7 mg/m³；在下午测试时段内，TVOC释放速率减弱且机械通风系统开启，使TVOC浓度明显降低。

（6）在16∶00~0∶00时段，库区仅承担部分电子检修作业，部分车辆入库停靠，机械通恶风系统关闭。

（7）在0∶00~1∶00时段，无化学性污染相关的检修作业进行，测得库区污染气体浓度均值为0.6 mg/m³，达到规范限值。

根据TVOC浓度的变化规律可知，下午检修时段的污染气体囤积于库区，并未自行扩散至安全限值以下，夜间时段当机械通风开启1 h后，TVOC测试浓度数值为零，说明机械通风对于污染稀释排除的具有一定效果。

测试结果显示，总挥发性有机化合物（TVOC）为严重超标物质，因此针对库区车体下部擦洗作业过程TVOC散发过程进行重点监测。在无机械通风的情况下，选取L4高频检修列位，测试近检修区固定测点的污染气体浓度值变化，获取污染气体空间分布规律和浓度量级。检修列位两侧为不锈钢平台，平台下部为13根检修平台支柱，间隔约7.7 m，支柱纵向覆盖距离与车身长度相当，因此在检修平台以下呼吸区高度、近平台支柱位置共布置13个测点。单列车体部件擦洗作业时间为40~60 min，场段内检修班组从车头、中部及末端等多个点位同时作业，沿固定点位间隔10 min测量1次污染气体数据。

污染气体实测数据变化如图5所示，作业10 min和20 min后，TVOC浓度最低值出现在近库区两端库门处测点，最低值为2.4 mg/m³，该值达到标准限值浓度的4倍。库区污染值最高点出现在自然通风最不利的库区中部位置，该测点污染浓度值达12.4 mg/m³，达到标准限值浓度的20倍。当检修作业进行至中后段，不同时刻测点浓度数值相差较小，无大幅波动，作业30 min和40 min后对应的污染浓度数值曲线变化趋势十分接近。

作业30 min后测点浓度均值为7.6 mg/m³，40 min后测点浓度均值为7.9 mg/mm³。由此可得，无机械通风情况下，在车体部件擦洗作业过程中，污染气体的空间分布及浓度在作业过程的中后段趋于稳定，污染气体的浓度量级为5~10 mg/m³。

综上可得，在车底、车下部件擦洗及检修作业全时段内，车体附近及人员所在平台下部空间出现了局部性TVOC气体严重超标现象，对检修人员健康危害较大。

3.4 污染源分析

对比库区与外界连通的门外测点的数值、送风测点参数，室外空气PM _2.5数值波动随着天气状况波动较大，但含量较低。PM ₁₀数值稳定，均小于室内测点均值，因此可排除以上两项污染源对库区污染物数值波动的影响。

调研得到地铁检修库区主要污染源：一是列车车体、车底携带的粉尘以及列车入库后较短时间内对各层平台地面、栏杆既有积尘的扰动，形成了短暂的二次扬尘。在半封闭的下沉式空间中，粉尘若大量聚集，不能自行沉降或者消除。二是车体下部件擦洗、清理作业过程使用了具有低毒的有机可挥发性清洗剂，导致一层作业平台以下局部空间污染严重超标。长时间处于有机性挥发气体超标环境，将对人体神经系统造成不可逆的伤害。

4 结论

本研究对夏热冬冷地区某下沉式地铁检修库室内空气品质进行了现场实测研究，主要结论如下。

（1）白天时段PM _2.5、PM₁₀浓度整体高于夜间作业时段。粉尘测试值于10∶00~11∶00时段达高峰，PM _2.5浓度均值达到了55.1 μg/m³，PM ₁₀浓度均值达到了90.1 μg/m³。在全天候任何测试工况下，PM _2.5、PM ₁₀浓度均未超过规范限值浓度75 μg/m³和150 μg/m³。

（2）白天测试时段，机械通风开启后，粉尘的浓度逐渐呈下降趋势，PM _2.5浓度降幅为10 %~37 %，PM ₁₀浓度降幅为8 %~12 %。

（3）各时段甲醛测试数值都为零，未达到使人感到不舒适的最低限值0.1 mg/m³。

（4）在车底、车下部件擦洗及检修作业全时段内，库区污染值最高点出现在自然通风最不利的库区中部位置，该区域的污染物浓度值达到了12.4 mg/m³，达到标准限值浓度的20倍。严重超标对检修人员健康危害较大。