地下建筑空間空氣污染物的試驗研究及來源分析

2001 年至 2010 年期間發表了關于典型地下空間（地下商場、地鐵車站、地下車庫）空氣質量的重要文獻 61 篇，地域范圍涉及北京、上海、南京、哈爾濱、石家莊、重慶、成都、廣州等地區，其中涉及地鐵車站23 篇，涉及地下停車場 12 篇，涉及地下商場 23 篇，其他 3 篇。在地鐵車站相關論文中，涉及一氧化碳 18 篇，二氧化碳 12 篇，氨和甲醛分別為 6 篇，二氧化硫 2 篇；在地下停車場相關論文中，涉及一氧化碳6篇，二氧化碳2篇，甲醛 1 篇；地下商場相關論文中，涉及一氧化碳10 篇，二氧化碳 18 篇，氧氣、氡、甲醛分別為4 篇。具體情況統計見表1。

從表1可以看出，一氧化碳、二氧化碳、PM₁₀以及甲醛出現頻率最高，說明它們是地下空間空氣質量最為關注的指標；氧作為生存保障氣體，也受到關注；其他如苯、氡、二氧化硫等，關注較少。

（1）選定評價標準根據地下建筑空間的用途分別采用不同的評價標準：

①地下商場空氣品質的直接相關標準是GB/T17216-1998《人防工程平時使用環境衛生標準》中的《地下商場的空氣質量標準》。此標準指出，人防工程中除標準值以外的衛生要求應符合 GB 9670-1996《商場（店）、書店衛生標準》等標準規定，因此應取上述兩種標準中的污染物濃度下限值作為地下商場空氣品質標準；

②地鐵車站的空氣品質標準選定為GB 9672-1996《公共交通等候室衛生標準》；

③對于地下車庫污染物濃度限值而言，目前我國尚沒有相關標準，考慮到車庫中長時間停留的多為工作人員，因此引用GBZ2-2002《工作場所有害因素職業接觸限值》中的相關指標作為地下車庫空氣品質評價基準。

（2）數據分析

1）地鐵車站的空氣衛生狀況相對較好，常測污染物 CO₂、CO、可吸入顆粒物 PM10、甲醛等的濃度測試結果符合衛生標準要求。

2）地下停車場污染源主要為汽車尾氣，含有CO 、NO_x、SO₂、烴類、煙塵微粒、TVOC 等有害成分。表2列舉了國外部分國家以及國內部分城市的地下停車場的CO 濃度。結果顯示國外地下停車場的空氣質量整體上好于國內，國內部分地下停車場的一氧化碳濃度偏高。

3）地下商場污染物測試中，分別選取地下地上商場中主要污染物 CO₂、CO、可吸入顆粒物PM₁₀、甲醛的數據，對比結果表明：地下商場的空氣品質明顯差于地上商場。其污染物分布具有如下特征。

①     CO₂：地上商場的測試結果大多數符合標準，而地下商場約有一半存在超標現象，個別濃度達到標準限值4倍以上。

②可吸入顆粒物 PM10：地上、地下商場均普遍超標，某些地上商場的測試結果超標1倍~4倍，而某些地下商場超標3倍~10倍以上。

③ CO：部分地下、地上商場均存在超標現象，但地上商場的濃度均值大多達標。

④總揮發性有機物（TVOC）中甲醛是其主要代表，分析結果表明，部分地上與地下商場甲醛濃度均超標。

1 試驗研究

從調研的文獻數據分析可以看出，常規污染物在地下空間大量存在，為使數據更具說服力，作者分別選取了幾處比較典型的地下空間建筑作為測量對象。

（1）測試方法

選取了位于南京地區的三個國防、人防工程在夏季進行了測試和調查。本次測試選擇了兩種不同類型的地下工程：一是處于維護管理狀態的江蘇省人防指揮所和工程兵工程學院珠山教學坑道；二是平時使用的夫子廟人防地下商場。江省人防指揮所屬于坑道式人防工程，平時有少數人員值班，空調除濕系統正常運行；珠山教學坑道屬坑道式國防工程，夏季封閉防潮，冬季自然通風，測試時空調除濕系統未運行；夫子廟人防地下商場屬淺埋地下人防工程，作為書城、服裝商場和小商品市場使用，空調除濕系統定時運行。測試中，對上述工程內部的一氧化碳、二氧化碳、甲醛、TVOC、氡及其子體等污染物進行了測試。測試時，大多數采用不同類型的直讀儀器現場測試，少數指標采取現場采樣后返回實驗室進行分析。檢測所使用的檢測方法及儀器見表3。

（2）數據結果

江蘇省人防指揮所、珠山教學坑道、夫子廟人防地下商場的空氣質量測定結果，見表4—表6。2 空氣污染物分布特征及成因分析

（1）江蘇省人防指揮所

江蘇省人防指揮所是屬于坑道式人防工程，是重要的戰備指揮工程，戰時會有大量的人員進入，其空氣質量對指揮員和戰士的健康非常重要。從表4可以看出，指揮所內部空氣質量不佳，各種污染物濃度較高。這與人防指揮所建成時間較長，平時處于維護管理狀態，通風量不夠有關。其中指揮長室內一氧化碳、二氧化碳的濃度最高，這主要因為指揮長室長時間處于封閉狀態，空氣流通不暢。人防指揮所會議室地面析出率達90.2，是因為采用了紫紅色的花崗巖，放射性相應核素含量高的緣故。地下工程內部環境的氡濃度主要和工程所在位置的工程地質環境密切相關，此外，通過測試也可以看出，坑道工程比淺埋掘開式工程氡濃度高，內部封閉，平時不使用的工程比內部大空間，平時使用的工程氡濃度高。147 房間和指揮部會議室細菌總數偏高主要是人員室外引入。配電室的甲醛濃度最高，主要由于絕緣材料和粘膠的散發。通過分析，總結歸納出各種污染物來源如表7所示。

（2）珠山教學坑道

珠山教學坑道屬坑道式國防工程，夏季封閉防潮，冬季自然通風，平時處于維護管理狀態。測試結果顯示，經常有人員活動的空間，如車廂式屯兵洞、電站控制室，CO₂濃度明顯偏高，氡濃度略低；倉庫內的甲醛濃度最高，因為各種材料較多，通風較少；屯兵洞內細菌總數最高，細菌等微生物通常附著在顆粒物上，因此會和顆粒物濃度呈現相關性。空調設備在加濕、去濕等處理過程中，本身也易導致微生物的繁殖，并且在缺少陽光、空氣潮濕的地下建筑中，則更會加劇微生物污染。通過分析，總結歸納出各種污染物來源如表8所示。

（3）夫子廟人防地下商場

夫子廟人防地下商場屬淺埋地下人防工程，作為書城、服裝商場和小商品市場使用，空調除濕系統定時運行。相比于江蘇省人防指揮所和珠山教學坑道，夫子廟人防地下商場在甲醛和TVOC濃度上明顯偏高，這是因為室內建筑材料裝修和衣服、飾品等較多所致，另外因為人員活動比較多，又屬于淺埋工程，因此，氡的濃度較低。空調機房的CO₂明顯低于其他房間，因為人員活動少，通風好。通過分析，總結歸納出各種污染物來源如表9所示。

從上述三個國防、人防工程的測試結果可以看出，處于維護管理狀態的工程，甲醛濃度各測試點均落在0 mg/m³~0.06 mg/m³范圍內，空氣中細菌總數在 280 cfu/m³~504 cfu/m³；經常使用的工程（夫子廟人防地下商場）甲醛濃度各測試點均落在0.25 mg/m³~0.30 mg/m³范圍內，空氣中細菌總數在168 cfu/m³~392 cfu/m³。且坑道工程比淺埋掘開式工程氡濃度高，內部封閉，平時不使用的工程比平時使用的工程氡濃度高。

3 地下空間空氣污染物的危害

空氣污染對人體健康的危害具有低濃度長期效應和多因素協同的特點，且地下空間比較封閉，通風狀況劣于地上空間，空氣污染物在空間內的不斷循環，對人體健康的危害很大。

（1）CO。CO 可引起神經系統的病變。當空氣中CO 的濃度輕微升高時，可引起行為改變和工作能力下降；高濃度的CO 可引起腦缺氧和腦水腫，繼而發生腦血循環障礙，導致腦組織病變。CO阻礙血液中的血紅蛋白和氧的結合，妨礙機體各組織的輸氧功能，造成缺氧癥。CO中毒嚴重時可出現昏睡、痙攣而造成死亡。長期低濃度接觸CO 對健康也有危害，特別是對神經系統和心血管系統有一定損害。

（2）CO₂。室內空氣中 CO₂濃度超過一定范圍后對人體產生危害，且存在協同作用。CO₂濃度增加與室內細菌總數、CO、甲醛濃度呈正相關，使室內空氣污染更加嚴重。CO₂污染嚴重時，人體會出現頭痛，耳鳴、全身無力等癥狀，甚至出現急性中毒而導致死亡。

（3）甲醛（HCHO）。甲醛的主要危害表現在對皮膚黏膜的刺激作用。在室內達到一定濃度時，人就有不適感，大于0.15 mg/m³的甲醛濃度可引起眼紅、眼癢、咽喉不適或疼痛、聲音嘶啞、胸悶、氣喘等。濃度過高還會引起急性中毒反應，主要表現為過敏性皮炎，肺水腫等。長期低濃度接觸甲醛對神經系統和呼吸系統危害巨大，可引發記憶力減退、神經衰弱及呼吸功能性障礙等。甲醛還具有遺傳毒性和致癌作用。

（4）氨（NH₃）。氨對眼睛、鼻黏膜及上呼吸道有強烈的刺激作用，可使接觸者出現咽炎咳嗽、頭痛等癥狀，嚴重時可出現支氣管痙攣及肺氣腫。氨溶解度極高，極易被吸附在皮膚黏膜和結膜上。NH₃對接觸的皮膚組織有腐蝕和刺激作用，可使組織蛋白變性，破壞細胞膜結構，減弱人體對疾病的抵抗力。濃度過高時除腐蝕作用外，還可以通過三叉神經末梢的反射作用而引起心臟停博和呼吸停止。

（5）可吸入顆粒物（PM10）。PM10 指粒徑小于10μm 的顆粒物（大氣中除氣體以外的固體、液體、氣溶膠），可以進入人體呼吸道。這些細小的粒子易于富集空氣中的有毒重金屬、酸性氧化物、有機污染物、細菌和病毒，吸入后，隨血液在全身循環，對人體健康有很大危害。

（6）TVOC。TVOC 指沸點在 50℃~200℃的揮發性有機化合物，對人體的影響主要表現為感官效應和超敏感效應。

4 結語

作為與現代生活息息相關的地下工程，其污染愈來愈受到重視，如何預防并消除污染已迫在眉睫。本文對近十年有關地下商場、地鐵車站、地下車庫這三類典型地下空間污染物研究的文獻進行了整理分析，篩選出 CO、CO₂、PM10 以及甲醛等地下空間特征污染物，并對江蘇省人防指揮所、珠山教學坑道、夫子廟人防地下商場進行了現場調查和空氣質量測試，對調查測試的結果進行了分析，指出污染物的主要來源及危害，為人們如何預防污染、避免污染指明方向，并為下一步監測儀表的研制奠定了基礎。