我國航站樓空氣質量研究進展及監管建議

孫建伶,郝 潤,李國傲,楊永強

(1北京市生態環境保護科學研究院，北京 100037；2國家城市環境污染控制工程技術研究中心，北京 100037)

1 引言

近年來航空運輸量持續增長，增長率預計在2030年左右達到高峰。全球需求到2050年將增長10倍，到2100年將增長22倍[1]。2020年末，全國在冊管理的通用機場數量達到339個，其中運輸機場241個。2019年完成旅客吞吐量13.52億人次，比2018年增長6.9%[2]；受特殊形勢影響，2020年旅客吞吐量下降36.6%，仍高達8.57億人次[3]。

隨機場建設和航空運輸量的不斷增長，飛機噪聲污染、廢氣排放隨之增多，機場引起的環境污染問題也日漸突出[4～7]。飛機尾氣和機場運營排放的污染物，如CO2、CO、NOx、SOx、VOCs以及其他氣體和顆粒物[8]，危害人體健康[9]，且這些污染物對當地空氣質量有很大影響[10]。如，倫敦希斯羅機場周圍空氣中的NOx含量超過了歐盟限值[11]。據估計，機場運營對機場邊界和下風向2～3 km處的年平均氮氧化物濃度的貢獻率分別為27%和15%[12]。

航站樓地處機場之中，易受機場環境空氣污染物的影響。Unal等評估亞特蘭大國際機場飛機排放對機場和周圍區域的空氣質量影響得到，飛機排放對機場的直接影響是周圍區域的6～20倍[13]。Tsakas和Siskos[14]檢測了雅典機場管制塔臺包括一氧化碳、甲醛和苯在內的空氣污染物濃度，發現室內污染物濃度雖然不超限值，但明顯高于室外濃度，說明氣體污染物易在室內聚集。Balaras等[15]調研希臘3個典型機場航站樓的能耗和室內環境質量發現，噪聲污染是3個機場的主要問題，旅客不滿意率分別為38%、78%、60%，另外，抱怨B和C機場航站樓空氣質量差的旅客分別為67%和75%。

機場航站樓室內空氣質量是保障旅客和工作人員安全的重要因素，也是機場旅客體驗的重要方面。航站樓室內空氣質量監測是口岸衛生監督的重要內容之一，也是營造綠色智慧機場、評估環境污染現狀、預測環境和健康風險的重要措施。

本文就國內航站樓空氣質量研究現狀、航站樓空氣質量研究進展、航站樓內空氣質量的監測和管理新方案3方面進行論述，提出了應用微型空氣監測站構建空氣質量監測系統來實現對航站樓智慧化管理的新思路，并進行總結和展望。

2 我國航站樓空氣質量研究現狀

2.1 標準依據

國內機場空氣衛生學質量有關的標準和規程較少，室內空氣質量研究多使用《公共交通等候室衛生標準》(GB9672-1996)、《室內空氣質量標準》(GB/T 18883-2002)、《國際候機(車、船)衛生標準的監測規程》(SNT1209-2003)作為檢測指標選取和限值判定的依據。《公共場所衛生監測技術規范》(GB/T 17220-1998)和《國境口岸公共場所衛生監督技術規范》(SN/T 1433-2004)、《公共場所衛生檢驗方法第6部分：衛生監測技術規范》(GB/T 18204.6-2013)作為布點、采樣和檢測的技術參考，同時，《公共場所衛生檢驗方法第1部分：物理因素》(GB/T 18204.1-2013)、《公共場所衛生檢驗方法第2部分：化學污染物》(GB/T18204.2-2014)、《公共場所衛生檢驗方法第3部分：空氣微生物》(GB/T18204.3-2013)也是重要的樣品采集和檢測依據[16～21]。

2.2 檢測指標

中國民航總局于2017年1月發布了《綠色航站樓標準》(MH/T 5033-2017)，該標準要求空氣中污染物，如氨、甲醛、苯、總揮發性有機物、氡等，其濃度符合《室內空氣質量標準》(GB/T 18883-2002)的有關規定。

揮發性有機物，包括苯、甲苯、二甲苯在內，主要產生于飛機在機場跑道滑行、慢車階段[22, 23]，可能對人體造成短期和長期不良健康影響，包括結膜刺激、鼻喉不適、頭痛、皮膚過敏反應、呼吸困難，血清膽堿酯酶水平下降，惡心，嘔吐，鼻出血，疲勞，頭暈[24]，近年來廣受國內外關注。PM2.5幾乎是現在環境空氣研究[25]和航站樓內空氣質量研究[26]的必測指標。有研究表明，飛機著陸時產生的顆粒物是機場顆粒物的最大來源[27]，而旅客受室內PM2.5-10的威脅最大[28]。3個標準中均規定了可吸入顆粒物，即PM10的限值，均為0.15 mg/m3，并未對PM2.5作限值要求。飛機燃氣渦輪發動機排放的顆粒物幾乎所有直徑都小于2.5 μm，PM2.5易沉積在支氣管和肺部，甚至直達血液，引起呼吸道感染、肺癌、心血管疾病等多種疾病。美國一項涉及6千萬醫保受益人的調查顯示，PM2.5每增加10μg/m3，全因死亡率增加7.3%[29]。

因此，航站樓空氣質量和微小氣候檢測指標除《公共交通等候室衛生標準》規定的溫度、相對濕度、風速、噪聲、照度及CO2、CO、NOx、PM10、甲醛10個指標外，還應增加PM2.5、TVOC或(和)苯系物的檢測。

2.3 檢測方法

《室內空氣質量標準》中的檢驗檢測方法，多為化學分析/分光光度法、氣相色譜法、液相色譜法等傳統檢測方法，均需要將樣品采集后帶回實驗室進行分析。《公共場所衛生檢驗方法》中包含PM2.5、苯、甲苯、二甲苯、TVOC和硫化氫的測定方法，也沿用了《室內空氣質量標準》推薦的方法，并對相應指標的國標方法進行更新和細化，也提到可以用便攜式儀器現場測定，但需要用相同原理的儀器，用集滿氣體的氣袋現場進樣測定，與帶回實驗室分析大同小異，如一氧化碳、二氧化碳的分析。甲醛的測定增加了光電光度法和電化學傳感器法，但電化學傳感器法的適用范圍是0.2～5 mg/m3，超過《室內空氣質量標準》上限0.1 mg/m3，因此不能用于室內空氣的檢測和航站樓內空氣質量的檢測。

傳統方法要定點采樣、帶回實驗室測定，因此只能反應采樣地點、采樣時段的空氣質量狀況，不具有時空代表性，不能反映室內環境的一般情況[30]，且各研究選取的采樣點位、時間段不同，數據往往難以實現對比分析。

3 航站樓內空氣質量研究進展

與其他商業建筑相比，機場航站樓有獨特的建筑特征。航站樓建筑空間高、進深大，透明的墻體和屋頂等，使得航站樓的熱環境受太陽熱增益影響較大，熱浮力引起的垂直溫度分層明顯[31]，外界空氣污染物通過航站樓門、通風系統進入航站樓后也易于聚集而不易散出。航站樓內設有不同的功能區，如值機區、候機室、行李提取大廳、到達大廳等，不同區域的裝備設施及冷熱需求不同，乘客密度、服裝水平和活動也不同[32]，造成不同功能區的污染物類型和種類有差別。而旅客的密度和活動主要受飛機班次影響，全年甚至一天的客流量都會有很大變化[15]，如旅游區的機場在旺季和淡季，班次和客流量明顯不同，可能導致部分室內環境過冷或過熱[15]。

我國于20世紀90年代開始關注機場航站樓內的空氣質量。張娜等[16]對1993～1995年間天津機場候機樓空氣衛生學進行調查監測和對比分析，發現濕度、風速、二氧化碳、一氧化碳、細菌總數基本符合標準，溫度和噪聲超標率比較高。上海浦東國際機場[17]、泉州晉江國際機場[18]、成都雙流國際機場[20]、長樂國際機場[21]等也先后對航站樓內不同功能區的微小氣候、空氣質量進行了調研。鄭晶等[33]對黑龍江某機場候機樓進行大規模空氣質量和微小氣候檢測，涉及41個公共場所的52個監測點位，發現噪聲超標區集中在候機室和餐廳；溫度、CO2超標區為登機口、候機室和餐廳，均為人群較密集的地方。Wang等[31]對我國4大氣候帶的5個大型樞紐機場的8棟航站樓開展了室內環境質量與旅客滿意度的測試與調研，發現熱環境和空氣質量是影響旅客滿意度水平的兩個關鍵因素。Ren等[26]檢測天津機場航站樓的PM2.5和超細顆粒物(UFM)發現，室外PM2.5和UFP濃度顯著影響航站樓內兩種污染物的濃度水平，PM2.5濃度大大超過了中國和WHO的指導限值，航站樓現有過濾系統的作用微乎其微。

事實上，國內外航站樓空氣質量研究均處于起步和摸索階段。由于航站樓的特殊性，研究人員獲得監管機構的預先批準是相當復雜和困難的。雖然此問題受到越來越多研究學者的重視，但只開展了少部分研究，多集中在部分功能區和幾種典型的污染物。如，Helmis等[34]、Mokalled等[35]、Tsakas和Siskos等[14]對機場控制塔臺室內空氣中的TVOC和其他污染氣體進行了檢測和評估，Mokalled等[35]檢測了46種VOCs和NO2、O3，發現丙烯醛超過安全限值，飛機數量與輕醛/酮濃度之間存在相關性；Helmis等[34]還檢測了PM2.5和PM10。Lee等[36]和Kungskulniti等[37]對機場吸煙室中PM2.5進行了評估。Balaras等[15]對希臘機場航站樓進行了旅客滿意度調查。Kim等[28]研究印度尼西亞雅加達機場航站樓內、外顆粒物水平發現，航空運輸對室內PM1、PM2.5影響顯著。以上研究暴露出，航站樓空氣質量各個機場和各個功能區參差不齊，噪聲、熱環境、CO2濃度[31]是最直觀的因素，超標率最多。而VOCs[35, 38]、PM2.5[26, 28]等污染物的濃度受外界環境影響大，可能引發潛在的健康風險。傳統檢測方法對于功能區眾多、人流分布不均勻、受班次影響大的航站樓已不適用，探索高效便捷、能夠實時在線監測多種污染物的技術就顯得尤為重要。

4 航站樓內空氣質量的智慧化監管方案

傳感器技術在機場航站樓中早有研究應用，多集中于微小氣候方面，均是面向一種特定指標的監測。如溫度傳感器應用在航站樓空調系統的調節[39]，邢書劍等[40]應用照度移動傳感器，搭建航站樓智能照明控制系統，可根據自然光照度變化自動調節室內照度，實現了分時段、分區域的智能化照明。崔敏等[41]利用長波紅外攝像機和煙霧傳感器構建基于無線局域網的移動式航站樓火災監測平臺等。

隨儀器小型化、一體化發展，應用傳感器技術的微型空氣監測站應運而生。在機場航站樓空氣質量監測上，微型空氣監測站處于初步研究和應用階段，如Popoola等[42]將低成本高密度的空氣質量傳感器微型監測站部署在倫敦希斯羅機場，發現污染物種類的時空變異性，并對機場污染物進行了源解析分析。Zanni等[38]利用傳感器技術對意大利博洛尼亞機場(2017年，7.2萬架起降、820萬旅客量)的室內空氣質量進行了為期一個月的自動監測，發現航站樓行李提取處的內外空氣污染物濃度(VOC)顯著相關。Penza等[25]將電化學氣體傳感器(CO, NO2, O3, SO2)、光學顆粒計數器(PM1.0, PM2.5, PM10)、NDIR紅外傳感器(CO2)、光電離檢測器(TVOC)、溫度和相對濕度微傳感器集成一體形成微型監測站，將傳感器數據與官方具有高時空分辨率的空氣質量監測站所測數據進行比對分析，證實傳感器微站在空氣質量長期監測中具有很好的應用前景。

4.1 微型空氣質量監測站的優勢

相比于傳統檢測方法，微型空氣質量監測站在機場航站樓環境監測方面有以下優勢：

(1)集成程度高，能同時監測微小氣候指標和空氣質量多個氣態及顆粒物指標，如目前已經應用的環境空氣連續自動監測儀，可同時監測SO2、NO2、O3、CO、PM2.5、PM10多個指標(基于大數據分析的)。

(2)成本低、儀器體積小、能耗低，工作條件簡單，易于安裝、維護和更換。傳統監測設備價格和運維成本很高，體積龐大，且需對現有機場設備進行大量改造，因此在機場中廣泛應用并不現實，而微型空氣監測站則在此方面體現了絕對的優勢。

(3)選擇性和靈敏度高，響應恢復快速。通過改進、優化電化學傳感器的電極催化材料，如使用金屬摻雜材料或者納米復合材料等，可有效提高傳感器對某種氣體的選擇性、靈敏度和穩定性。經過大量研究和改進，微型空氣監測站檢出限已從ppm級[43, 44]降低到ppb級[45]。

(4)適合在復雜多變區域進行高密度監測點位的布設，增加所測區域的空間分辨率，24 h實時監測區域內的污染異常。

4.2 機場航站樓空氣質量(含微小氣候)監測系統

由微型空氣質量監測站為節點，與自動控制技術、數據傳輸、存儲、處理與分析技術結合在一起就構成了無線傳感器網絡(WSN)技術[46]。WSN具有網絡自組織、分布式數據管理和網內信息融合等一系列特點[47]，適合搭建各種智慧化管理平臺，對環境實施精細化管理，多被應用于軍事情報收集[48]、安全監控[49]、醫療監護[50]、物流管理[51]等領域及精準農業[52]、環保監測[38, 53]等復雜環境中。

Sánchez-Pi[54]提出建立機場航站樓空氣質量(含微小氣候)監測系統，即利用由若干個傳感器高度集成而成的微型空氣質量監測站，實時監測機場和航站樓的溫度、濕度、O2、CO2、CO等污染物的濃度信息，并通過無線網絡將數據傳輸至機場計算機系統進行分析計算。該系統具有強大的加密功能，數據分析功能，預警報警功能，空氣質量評估和顯示功能，可顯示報警位置、航站樓地圖、監測終端位置等。工作人員和旅客通過智能手機、移動設備等訪問系統，了解機場空氣有關信息、進行滿意度評價等。如圖1所示，通過此系統，可以實現對航站樓空氣質量的智慧化管理。

圖1 機場航站樓空氣質量(含微小氣候)監測系統示意

4.3 監測數據的質量保證措施

微型空氣質量監測站在實際應用中主要存在兩個問題：一是交叉靈敏度問題，即一個傳感器同時對幾種氣體敏感，在混合氣體測量過程中容易產生交叉干擾現象。二是氣體傳感器隨時間、環境因素等的特性漂移問題，影響實際監測的準確性。由于此兩個問題的存在，致使傳感器技術尚不能取代傳統檢測技術，需根據傳感器特性制定一系列質控措施，以保證監測數據的準確性。

針對第一個問題可通過改進、優化電化學傳感器的電極催化材料得到改善。針對第二個問題，目前有幾種校準方法，①標物校準[55]，即采用混合標準氣體對微型空氣質量監測站進行標定;②訓化校準，即利用周邊國家標準方法儀器(空氣監測站)對微型空氣質量監測站進行校準;③大數據分析的實時校準，即采用微型空氣質量監測站與國標方法儀器(如圖1虛線框)的組合布點方式對微型空氣質量監測站進行實時的校準和質控，能有效消除微型空氣質量監測站在室外環境中可能受到溫濕度的影響和交叉干擾影響以及特性漂移問題，確保微型空氣質量監測站的數據準確性和長期穩定性;④傳遞校準，采用移動校準車對現場數據異常微型空氣質量監測站進行比對測試，并將可疑點位與移動校準車GPS自動匹配，實現非接觸傳遞校準，可解決化工園區、企業、特殊污染區域、特殊時段測量的偏差[56]。王春迎等[56]基于大氣網格化的監測，利用大數據、基因算法和四種校準體系成功開發出了智能數據修整模型，有效提高了監測數據的準確性。

5 結論與建議

5.1 結論

機場航站樓內空氣質量和微小氣候調查研究為提高和改善機場航站樓室內環境質量提供了基礎數據，但目前此項研究存在明顯不足：①參考標準較少，不同標準所規定的指標和限值不同，造成監測指標不全面，限值不統一，且標準更新遲緩，很難滿足現今建設綠色航站樓的要求；②航站樓空氣質量監測所用傳統方法是短期測試，并沒有進行長期連續監測，不能反映室內環境的一般情況；③各研究的采樣時間具有隨機性，各個機場、各個功能區之間的數據缺乏對比性；④客觀監測與主觀體驗未能有效結合在一起，造成影響旅客體驗的空氣質量因素不明晰。

微型空氣質量監測站較傳統檢測方法更適合對航站樓等復雜多變區域的空氣質量進行實時監測，合理布點、定期維護和校準，能夠確保數據的準確性，在空氣質量長期監測中具有很好的應用前景：①具有集成程度高、成本低、體積小、工作條件簡單、易于安裝和維修更換等優勢;②將其作為節點，利用無線傳感器網絡技術，可搭建智慧化管理平臺，實現對航站樓空氣質量和微小氣候的實時監測和智慧化管理。

5.2 對航站樓空氣質量監管的幾點建議

機場是城市最大的空氣污染源之一，對機場特別是航站樓內空氣質量進行實時監測，是旅客和工作人員安全健康的重要保障，也是建立節能環保的綠色機場的必然要求。

(1)建議有關部門盡快修訂并細化此方面研究的新標準，除1996版《公共交通等候室衛生標準》規定的10項指標外，增加對TVOC、苯系物和PM2.5的監管和限值要求。

(2)建議機場管理部門由傳統“點對點”的監測監管模式轉變為“點對面”模式，提高工作效率，提高預判性和應急能力。利用微型空氣監測站對機場航站樓內空氣質量和微小氣候實施多點位實時監測，建立航站樓空氣質量監測系統，通過對監測數據的統計分析、比對分析，實現航站樓內空氣質量和微小氣候的監測、分析、控制和預警；通過對訪問旅客進行滿意度在線調查，實現客觀數據與主觀感受的相關性分析。

(3)建議充分利用該監測系統，踐行綠色環保理念，增強監管的綜合性和系統性。分析室內空氣質量的時空分布特點，開展室內空氣與空調系統、新風系統的定量研究，實現室內溫度的自動調節，節約能耗，指導新風系統日常與應急調控；將航班信息、位置信息等與航站樓內空氣監測數據聯動分析，發現和指導空氣質量問題集中的功能區，有針對性地引進排污降污措施和設備；引導旅客合理安排候機活動等。