从2003年SARS的迅速传播,到2009年美国、墨西哥接连发现的H1N1流感病毒,再到2020年新型冠状病毒肺炎(COVID-19)蔓延的17年间,各国学者在呼吸道传染病致病机理与通风控制等方面做了大量的研究。

　　 人体呼出的颗粒物会成为呼吸道传染病病原体的潜在载体,而颗粒物的大小对疾病的传播过程影响很大。Wells指出了大粒径颗粒物导致的疾病传播和借助空气为媒介的疾病传播的不同 ^[1]。大粒径颗粒物会在重力作用下迅速沉降,小粒径颗粒物在空气中被蒸发成飞沫核,可以进行较长时间、较远距离的传播,而且小粒径颗粒物携带的病毒量与大粒径颗粒物携带的病毒量也有很大不同 ^[2]。呼吸道传染病病毒附着在人体呼出的颗粒物上,在室内会有不同的传播方式。因此,掌握人体呼出颗粒物的粒径分布特点和传播方式对于抑制呼吸道传染病的传播及进行个人防护都至关重要。

　　 《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第七版)》指出:COVID-19可以通过接触传播和飞沫传播,在相对封闭的环境中长时间暴露于高浓度气溶胶情况下存在经气溶胶传播的可能;由于在粪便及尿液中可分离出新型冠状病毒,应该注意粪便及尿液可能对环境污染造成气溶胶或接触传播 ^[3]。ASHRAE ^[4]和REHVA ^[5]发布的疫情期间建筑运维指南对COVID-19的传播方式也进行了说明,如表1所示。

　　 呼吸道传染病的传播途径如图1所示。接触传播是指病原体通过黏膜或皮肤的直接接触传播。飞沫传播是指病人呼吸、咳嗽或者打喷嚏时呼出的含有病毒的飞沫,在空气中存在的时间和传播距离都比较短,目前被认为是COVID-19最主要的传播方式。气溶胶传播是指人体呼出的小粒径颗粒物或飞沫在悬浮过程中液体成分蒸发后形成飞沫核,以悬浮在空气中的气溶胶形式进行较长时间、较远距离的传播,COVID-19存在气溶胶传播的可能性 ^[7,8,9,10]。

　　 粪-口传播是指患者消化道内含有大量的病原体,通过粪口或尿液排出体外,在冲刷马桶时由于剧烈的气流使得马桶内的污物雾化成为污染气溶胶,一部分沉积在卫生间内各种表面上或悬浮在空气中,另外一部分通过卫生间的排水和排气系统进行竖向传播,如图2所示 ^[11]。世界卫生组织认为除了与患者的呼吸液滴密切接触外,COVID-19还可以通过粪-口途径传播,并且从COVID-19患者粪便中也分离出了新型冠状病毒 ^[12]。因此,要采取预防措施冲洗抽水马桶,定期加水以避免地漏等设备的水封干涸,增加卫生间的消毒次数,加强卫生间内的通风。

　　 通过气溶胶传播的疾病并不多,主要有肺结核、麻疹和水痘 ^[13,14]。目前还没有充分的证据证明COVID-19可以通过气溶胶传播,但是在支持性治疗(即气管插管、支气管镜检查、雾化治疗、无创正压通气等)的特定环境中,气溶胶传播有可能发生 ^[15]。高危科室(如呼吸科、感染科、ICU和外科等)的医护人员频繁地介入医疗手术和呼吸气溶胶生成过程,感染新冠肺炎的概率比普通病房医护人员高2.13倍 ^[16]。

　　 据统计,人类每天约有80%～90%的时间在室内度过 ^[17]。呼吸道传染病的传播会受到空调气流组织的影响,室内通风不畅时,容易造成呼吸道传染病的传播 ^[18]。近年来中国新建高层建筑急剧增加,人体呼出颗粒物也可以随气流进行垂直和水平跨户传播 ^[19,20,21]。确定人体呼出颗粒物在室内及户-户之间的传播特性可以在病毒传播过程中对其进行控制。医院内患者呼出的大量病毒会对医护人员和陪护人员产生危害,医院内气流流向要从清洁区到半清洁区再到污染区,同时需要满足一定的通风换气次数,将污染物或病毒浓度稀释到致病浓度以下,而且还需要及时地将病房内的病毒排走。在大多数指南中,建议医院病房内的最低通风换气次数为12 h^{-1 [22,23,24]}。方舱医院病房内的排风量应按照每人不小于150 m³/h设计,一次更衣间设置不小于30 h^-1的送风,医护人员通道设置不小于30 h^-1的排风,卫生间内满足换气次数12 h^-1,通风系统要求24 h不间断运行,并配合使用紫外线杀菌(UVGI)装置 ^[25]。

　　 本文基于COVID-19在全球蔓延的大背景,对人体呼出颗粒物的粒径分布特点、人体呼出颗粒物在室内和户-户之间的传播特性及呼吸道传染病感染概率预测方法等方面的研究成果进行梳理,以便从污染源、污染物传播过程及人员暴露等方面对呼吸道传染病的控制提供指导依据。

　　 人体呼出颗粒物在室内的传播与人体呼出颗粒物的粒径、室内通风换气量及气流组织等因素有关。环境温度和湿度会影响微生物的存活特性,进而对人员的交叉感染产生影响。本章主要对人体不同呼气行为呼出颗粒物的粒径分布及颗粒物在室内的传播特性等方面的研究成果进行梳理。

　　 空气中存在各种各样的颗粒物,它们的粒径分布也不同(如图3所示),病毒颗粒粒径在0.01～0.5 μm之间,新型冠状病毒的粒径在0.08～0.16 μm之间。但是病毒颗粒并不是单独裸露在空气中,一般都是被患者呼出的液滴包裹着。为了从源头抑制呼吸道传染病的传播,需要掌握人体呼出颗粒物的产生机理及呼出颗粒物的粒径分布特点。人体呼出液滴的产生位置和产生机理如表2所示。

　　 不同呼气行为呼出液滴的产生机理和粒径均不相同,不同粒径液滴所携带的病毒量也不同,小粒径液滴所含病毒量大于大粒径液滴 ^[2,28]。因此,掌握人体呼出颗粒物的粒径分布特点对于抑制呼吸道传染病的传播及进行个人防护都至关重要。不同研究人员采用的仪器和方法不同,对人体呼出颗粒物粒径的测试结果也有很大差别。笔者查阅相关文献资料对人体不同呼气方式下呼出的颗粒物粒径和浓度的主要范围进行了总结,如表3所示。

　　 由表3可以看出，正常说话呼出的颗粒物数量较少，打喷嚏和咳嗽呼出的颗粒物数量较多。人体呼出小粒径颗粒物比大粒径颗粒物数量多，当病毒附着在小粒径（<1μm）颗粒物上被其他人员吸入后很容易深入至下呼吸道，造成人员感染。新型冠状病毒颗粒粒径为0.08～0.16μm，附着在较大粒径颗粒物上可在空气中保持活性长达数小时，在房间表面停留时间长达数天 ^[8,32]，如图4所示。

　　 目前我国疫情防控工作取得了阶段性胜利。在常态化疫情防控前提下,采取了多种举措,积极推进生产生活秩序全面恢复。疫情发展至今,对于新型冠状病毒是否会通过空调系统传播的争论一直没有停止过,但是从各国公布的疫情期间办公场所和公共场所空调通风系统运行管理指南(如表4所示)中可以看出:“没有证据表明新型冠状病毒通过空调系统传播”。

　　 虽然没有证据表明新型冠状病毒会通过空调系统传播,但是从一些聚集性暴发案例可以看出,封闭环境中空调气流组织会影响新型冠状病毒的传播 ^[33],并且之前的研究成果也指出,空调气流组织与呼吸道传染病的传播之间存在关联性 ^[18,34]。由于病毒颗粒并不是单独裸露在空气中的,一般都是由人体呼出颗粒物包裹着。因此,研究病毒在室内的传播特性需要更多地聚焦于人体呼出颗粒物在室内的传播特性上。

　　 人体呼出颗粒物在室内传播特性的研究方法主要有烟雾实验、示踪气体技术及数值模拟等。对于采用哪种模拟方法及用示踪气体还是颗粒物来模拟替代飞沫核进行研究,学界存在一些争议。常用的研究人体呼出颗粒物传播的数值模拟方法有集总参数法、区域模型及计算流体力学(CFD)3种方法 ^[35]。相比于CFD方法,集总参数法和区域模型不能考虑或仅仅粗略考虑室内颗粒物的空间分布情况,不能对室内颗粒物的传播进行详细模拟 ^[36]。研究人体呼出颗粒物在室内传播的CFD方法主要有欧拉法和拉格朗日法。欧拉法将颗粒相看作连续介质,与对流体相的处理方法类似;拉格朗日法将颗粒相看作离散相,跟踪每个粒子的运动轨迹 ^[37]。对于重点关心室内颗粒物轨迹及颗粒物瞬态运动的问题,采用拉格朗日法较为方便;对于重点关心室内颗粒物浓度分布的问题,使用欧拉法较为普遍 ^[36]。对于“研究建筑环境中人际间空气传播时,应该用示踪气体还是颗粒物来模拟替代飞沫核”这一争议问题,Ai等人在全面分析了示踪气体模拟和颗粒物模拟飞沫核的优缺点后指出,示踪气体模拟飞沫核是研究建筑环境中空气传播的合适方法 ^[38]。支持该结论的主要理由有4个:1) 现有颗粒物模拟技术及其应用存在诸多缺点和难点,难以保证空气传播研究结果的准确性;2) 如果某种呼吸道传染病是通过空气传播路径传播的,那么该疾病的绝大多数病毒附着于细小飞沫核(<5 μm)上;3) 已有数项实验和流体仿真研究显示,示踪气体可较为准确地模拟细小颗粒(<3～5 μm)在办公室和医院病房等场合的扩散特性和人员暴露水平;4) 示踪气体模拟技术相对成熟、简单,对实验场所洁净度要求低,对使用者知识水平要求较低,因此更容易获得可靠结果。不支持示踪气体模拟飞沫核的理由主要是示踪气体无法模拟颗粒物的动力学特性,如重力、惯性力、沉积、凝结、再悬浮、不同粒径、两相流等。

　　 随着国内各行各业的逐渐复工,对办公室等公共建筑及密闭交通工具内的通风控制提出了新的要求。办公室等公共建筑的送风形式主要有混合通风(MV)、地板送风(UFAD)和置换送风(DV)3种,如图5所示。

　　 混合通风以稀释原理为基础,室内温度场均匀,气流强烈掺混,室内空气品质接近于排风。地板送风室内会出现3个明显不同的区域:下部区域,该区域气流分布均匀;中部区域,单向流动区域,存在明显的竖向温度梯度和浓度梯度,室内原有空气不断被送入的新鲜空气所置换;上部区域(混合区域),由房间内上升的热空气积聚而成。置换送风以低速在房间下部送风,气流以类似层流的活塞流状态缓慢向上移动,到达一定高度时,受热源和顶板的影响,发生湍流现象,形成湍流区。置换送风形式下气流产生热力分层现象,出现下部单向流动区和上部混合区。混合通风房间内的温度和人体呼出颗粒物的浓度分布均比较均匀,可以将浓度迅速稀释至低于感染阈值的水平,受污染源位置影响较小 ^{[39,40,41,42]}。但是,如果某传染病的感染阈值非常小,风速较高的混合通风对于病毒的传播速度则更快。置换送风和地板送风形式会在室内竖向上形成下低上高的温度分层,站立人体呼出的颗粒物在人体呼吸区高度处存在浓度极大值,即出现人体呼出的细小液滴在某一高度空间长时间较高浓度聚集的“自锁现象” ^[41,42],如图6所示。

　　 对于置换送风房间内出现的自锁现象,Gao等人采用欧拉-拉格朗日法对其进行了全面的研究,发现热源功率越大,人员呼出污染物越易被气流携带至房间上部区域,从而降低人员呼吸区高度的污染物浓度;当室内温度梯度达到一定值后,鼻子和嘴呼出的污染物都会被锁定在呼吸区高度,由于鼻子朝下45°呼气,而嘴是水平方向呼气,使得嘴呼出污染物的自锁高度略高于鼻子呼出污染物的自锁高度 ^[43]。Zhou等人通过建立量纲一浮力射流扩散模型研究呼出气流的射流特性,比较热均匀环境和热分层环境下人体呼出气流的扩散特性,以揭示置换通风系统中人体呼出气流自锁现象的内在机理 ^[44]。在热均匀环境中,呼出气流可以自由地向上漂浮,而在热分层环境中,呼出气流在一定高度上呈现振荡轨迹,呼出气流的末端温度等于环境温度,自锁高度低于分层高度,如图7所示。在热分层环境中,阿基米德数(Ar)越小,温度梯度越大,自锁高度越低,自锁高度随温度梯度的变化呈幂函数关系。除了普通办公室等公共建筑内当温度梯度达到一定值后会将人体呼出颗粒物锁定在人员呼吸区,其他封闭环境内由于通风不畅等原因也会出现污染物的自锁现象,如高铁车厢 ^[45]、飞机客舱 ^[46]等公共交通工具。将送风角度调整为贴附送风,加大通风量可以改善污染物的自锁现象,减少封闭环境内污染物高浓度区域的出现。人体呼出颗粒物在室内的传播除了与气流组织、污染源位置、通风换气量等有关,还与室内空气温湿度 ^[47]、送风温度 ^[48]等有关。由于置换通风房间内会出现污染物的自锁现象,在医院病房内不建议采用置换送风方式 ^[6,49,50]。

　　 医院的通风主要是有效地去除含有病原体的飞沫核,从而将交叉感染的风险降至最低,并提供无病原体的新鲜空气,以防止病毒的扩散传播。在大多数指南中,建议医院病房内的最低通风换气次数为12 h^{-1 [22,23,24]},并对隔离病房内气流组织给出了相关建议,如表5所示。武汉雷神山医院病房内的换气次数为12 h^-1,气流是贴顶棚沿墙壁经患者头部到排风口,排风口距离地面0.3 m ^[51]。由表5可以看出,国内规范对隔离病房内的气流组织的建议都接近于上送下回形式,而ASHRAE中对隔离病房内气流组织的建议是天花板或侧墙高位处设置送回风口,并有研究指出,相比单纯提高通风换气次数,室内气流从送风口到回风口的流向与污染源之间的空间位置关系更为重要,建议将病房内的回风口设置在躺姿患者头部正上方 ^[52],如图8所示。在层流隔离病房内,污染物的扩散会受到人体热羽流的影响,当人体处于站姿和坐姿时,0.25 m/s向下的送风速度才能控制人体和呼吸产生的热羽流和颗粒物散发;当人体处于躺姿时,送风速度0.20 m/s方可控制人体和呼吸产生的热羽流和颗粒物散发 ^[53]。武汉雷神山医院病房内患者附近气流在0.25 m/s左右,站立医护人员附近的气流在0.20 m/s左右 ^[51]。除了控制病房内的气流组织外,配合使用紫外线杀菌(UVGI)装置,能够更好地控制室内污染物数量 ^[54]。

　　 人体呼出的大粒径颗粒物会在重力等作用下快速沉积在物体表面,沉积速率随颗粒物尺寸变化呈V形曲线,不同送风方式下的颗粒物平均沉积速率如图9所示。粒径为0.1 μm的颗粒物沉积速率最小;0.01～0.1 μm的颗粒物湍流扩散和布朗运动占主导;大于0.5 μm的颗粒物沉积速率是物理性质即密度和尺寸的函数,随颗粒物尺寸的增加而增大;大于2.5 μm的颗粒物通风方式和通风换气量对颗粒物的沉积影响较小,重力沉积作用占主导 ^[55]。增加送风口和排风口之间的小回流区也有利于颗粒物的沉积 ^[56],从而减少室内悬浮颗粒物数量。人体呼出的大粒径颗粒物快速沉积,而小粒径颗粒物可以随室内气流进行远距离运动,对室内人员的健康造成影响,需要采取防护措施,如佩戴口罩、办公桌上加隔离挡板等 ^[6,57,58],配合使用个性化通风方式,对降低人员感染传染病的风险有显著效果 ^{[59,60,61,62,63]}。

　　 突发性呼吸道传染性疾病多发生在春季和春夏之交,居民通过自然通风方式提高室内环境舒适度的同时,也给空气中的病毒在户与户之间的传播提供了可能的途径。单侧自然通风时下层窗户的排风会通过上层房间的窗户进入该层室内,造成各楼层之间的交叉感染。冬季供暖时高层建筑内产生的烟囱效应也会导致气载污染物的跨户传播。高层建筑气载污染物的跨户传播主要有“户内→建筑外部空间→户内”和由于烟囱效应引起的“户内→建筑内部竖直通道→户内”2种传播路径。

　　 高层建筑气载污染物竖直跨户传播的研究方法主要有现场实测 ^[21]、CFD模拟 ^{[64,65,66,67,68,69,70]}、多区域模型模拟 ^[20,71]及风洞实验 ^[72,73]。

　　 2003年SARS疫情期间,香港威尔斯亲王医院8A病区和淘大花园E座是重灾区,多数感染者都与一个感染源患者有关,对SARS感染案例分析发现,相较于下层住户,上层有着更高的感染概率,形成一个清晰的空间分布。流行病学和环境分析表明,SARS病毒可能会通过空气传播,并在随后的研究中也证实了病毒可以随气流经门窗、缝隙等传播 ^[19,20]。Niu等人提出了单侧自然通风引起交叉感染的传播途径(如图10所示),并通过实验测试发现,在热压作用下,下层窗户的排风由于浮升力的作用约有7%经由上层窗户进入同侧的上层房间,造成污染物的竖直跨户传播 ^[21]。此后诸多学者对高层建筑单侧自然通风情况下的污染物竖直跨户传播进行了全面的研究。无风或微风条件下,污染物在室内外温差驱动的热压作用下“逐层”向上传播,产生“级联效应” ^[64,65,66],上层房间内污染物浓度较下层房间低2～3个数量级 ^[67,68],利用Wells-Riley方程计算得出的感染风险仅降低了1个数量级 ^[65];建筑物迎风侧风压与热压的联合作用非常复杂,低风速会把污浊的排风热羽流吹入上层空间,增强传播效果,而高风速会形成类似于空气幕的效果,阻隔竖直方向上的传播,如图11所示。

　　 晴朗天气下,太阳辐射使得建筑外立面得热,温度升高,从而在壁面附近处形成热羽流,释放源位于滞止区以上时,污染物传播方向始终为竖直方向;释放源位于滞止区以下时,来流风速在一定范围增大会加强污染物竖直向上的传播,而增大至风压主导时,竖直向上的传播将被抑制 ^[69,70]。自然通风条件下,高层居住建筑同一楼层内由于空气渗透会引起传染病的水平跨户传播,增大通风换气量可降低同层住户间的传染病跨户传播风险;楼层越高,传染病通过内部公共电梯间水平户到户的传播风险越高;风向对同层住户间传染病跨户传播风险的影响显著,当污染源位于来流风上游时,空气渗透引发的传染病跨户传播风险最高 ^[71]。

　　 高层建筑气载污染物的跨户传播会受到风向的影响,在单侧自然通风和穿堂风的形式中,污染物均可发生竖直方向和水平方向的传播;在背风面,由于气流形成了一个较大的涡流,贴近壁面处气流沿墙壁向上流动,背风侧存在较高的被感染风险;当污染源位于迎风侧或背风侧时,相较于单侧自然通风,穿堂风可以抑制竖直方向的传播;当污染源位于建筑侧面时,穿堂风不能减弱竖直方向的传播,反而可以促进污染物水平方向的传播 ^[72,73]。高层居住建筑的阳台会对污染物的竖直跨户传播起到阻挡作用,而且对于背风面的阻挡效果尤为明显 ^[75,76,77]。当上下两层房间同时使用机械排风装置时,进入上层房间的污染物的浓度显著降低,并且由于下层房间机械排风会排走部分污染物,使得下层房间内的污染物浓度也降低。因此,在呼吸道传染病大流行时,建议居民打开各自的排气扇,或者打开整栋楼的中央排气系统,以降低污染物跨户传播风险 ^[78]。

　　 在寒冷季节,为了减少建筑的能量损失以保持室内温度,高层居住建筑外窗一般处于关闭状态。此时由于建筑内外温差较大,会在建筑内部的竖直通道内形成“烟囱效应”,即竖直通道(建筑竖井、楼梯间和电梯间等)内存在上升气流。由于烟囱效应的作用,建筑内部空气和污染物会从建筑压力中和界之下流入中和界之上的所有房间,室内外温差的增大和污染源所在楼层高度的降低均会使中和界之上房间内污染物浓度升高 ^[79,80,81]。在暴发型污染源方式下,建筑压力中和界之上房间内污染物浓度累积,增加到峰值后逐渐降低,峰值大小仅取决于污染源位置高低,而达到峰值浓度所需要的时间则与污染源位置和室内外温差均有关系,短暂地开启外窗会在室内形成单侧自然通风,能够使室内污染物浓度几乎立即降到0 ^[81],如图12所示。所以建议通过不时地打开外窗来加强室内自然通风,以达到净化室内空气的效果。

　　 实际高层建筑中热压和风压是共同存在的,所以热压与风压共同作用下的高层居住建筑内部空气流动特性和污染物传播机理的研究有重要的实际参考意义。烟囱效应与外部风压共同作用下高层建筑内空气流动情况如图13所示。烟囱效应与外部风压共同作用时,高层居住建筑迎风面和背风面外墙的压力中和界出现“分离”,迎风面外墙的压力中和界的位置高于背风面。污染源位置升高后,能探测到污染物房间内的浓度均有所降低;将污染源从迎风面移至同层背风面房间内后,能探测到污染物房间内的浓度亦有所升高;当污染源位于背风面外墙压力中和界之下的房间内时,建筑内部污染物将竖直传播到压力中和界之上的所有房间内;当污染源在竖直方向上位于建筑竖井侧的压力中和界与背风面外墙的压力中和界之间,同时在水平方向上位于迎风面侧的房间内时,建筑内部污染物存在竖直跨楼层和水平跨户2种传播方式;当污染源在竖直方向上位于迎风面外墙的压力中和界和建筑竖井侧的压力中和界之间,同时在水平方向上位于迎风面侧的房间内时,建筑内部污染物仅存在同楼层户与户之间1种跨户传播方式 ^[82]。

　　 以上部分对人体呼出颗粒物的粒径分布、人体呼出颗粒物在室内与户-户之间的传播特性等方面的相关研究成果进行了总结梳理,但是现实环境中人们更加关心的是呼吸道传染病大流行期间,人员的感染概率有多大。呼吸道传染病感染概率与很多因素有关,如病毒的种类、病人吸入剂量、暴露时间及宿主免疫能力等 ^[83],其中,如微生物活性及感染性、易感人员的抵抗力等参数难以准确确定,因此很难从机理上预测呼吸道传染病的感染概率。目前使用较多的是Wells-Riley模型(如式(1)所示),以及围绕着Wells-Riley模型的假设条件改进的模型 ^{[84,85,86,87]}。

　　 ${\rm P}=\frac{C}{S}=1-\text{e}{}^{\frac{-{\rm I}qp{\rm T}}{Q}}(1)$

　　 式中 P为感染概率;C为一次暴发中新产生的被感染人数;S为总的易感人数;I为感染人数;q为一个患者呼出的病原体数量(quanta值),常见流行性传染病的quanta值如表6所示;p为人员呼气量,m³/h;T为暴露时间,h;Q为房间的通风量,m³/h。

　　 广州市疫情防控新闻会上,钟南山院士指出COVID-19传染性比SARS高 ^[90]。文献[91]通过拟合已知的新型冠状病毒感染案例,初步确定新型冠状病毒的quanta值在14～48之间。假设一间50 m³的病房内有一位患者,呼吸量为0.3 m³/h,暴露时间为8 h,则不同quanta值下传染病感染概率如图14所示。当换气次数为30 h^-1(即房间通风量为1 500 m³/h),新型冠状病毒的quanta值分别为14和48时,感染概率分别为2.2%和7.4%。但是对于病房和普通办公建筑,如此大的通风量很难实现。在大多数指南中,建议医院病房内的最低通风换气次数为12 h^-1,此时感染概率随quanta值的变化关系如图15所示,当新型冠状病毒的quanta值在14～48之间时,感染概率在5.4%～17.5%之间。

　　 除了Wells-Riley模型外,Dose-Response模型 ^[92]也有较多应用。该模型最早用于计算有害化学物质对人员健康的影响,之后被推广用来计算以空气为媒介的传染病感染概率。

　　 虽然Wells-Riley模型和Dose-Response模型都有较多的应用,但是两者仍存在一些缺点。Wells-Riley模型假设飞沫核均匀散布在整个封闭环境中,飞沫核的浓度在整个感染时间内是稳定不变的,没有考虑飞沫和飞沫核的散布、病原体死亡率等的影响。Dose-Response模型需要知道病原体的剂量及能够致病的剂量,而这些参数一般都是呼吸道传染病暴发后通过研究来获取,这就限制了该模型的应用。

　　 江亿院士提出了另外一种预测室内人员感染概率的模型,如式(2)和式(3)所示;在同一环境下滞留时间为T,每次呼吸时间为T₀时,正常人被感染的概率如式(4)和式(5)所示 ^[93]。

　　 空气中病毒被其他人员一次吸入的概率P₁:

　　 ${\rm P}{}_1=\text{e}{}^{-B{\rm K}}(2)$

　　 空气中病毒被佩戴口罩的人员一次吸入的概率P₂:

　　 ${\rm P}{}_2=\text{e}{}^{-B{\rm K}}(1-C{}_{\text{m}})(3)$

　　 一段时间内正常人不佩戴口罩被感染概率P_e1:

　　 ${\rm P}{}_{\text{e}1}=A[1-(1-\text{e}{}^{-B{\rm K}}){}^{\frac{{\rm T}}{{\rm T}{}_0}}](4)$

　　 一段时间内正常人佩戴口罩被感染概率P_e2:

　　 ${\rm P}{}_{\text{e}2}=A\{1-[1-\text{e}{}^{-B{\rm K}}(1-C{}_{\text{m}})]{}^{\frac{{\rm T}}{{\rm T}{}_0}}\}(5)$

　　 式(2)～(5)中 B为常数,B值增大,则人在该环境中呼吸一次而可能吸入病毒的概率将减小;K为稀释倍数,指用于稀释室内空气中病毒的人均通风量(不含病毒)与室内人均呼出气体量(含有病毒)之比;C_m为口罩过滤效率,对粒径为2.5 μm的颗粒物的过滤效果,普通防尘口罩为60%,医用口罩为75%,N95口罩为90%;A为人员接受病毒后被感染的概率,因人的体质不同在0～1之间变化。

　　 对于患者呼出气体稀释倍数问题,在SARS疫情期间有研究指出,将SARS病人呼出的0.3 m³/h气体稀释1 000倍时感染风险较高,当稀释10 000倍时感染风险相对较低 ^[94]。但是,实际上1 000 倍到10 000倍的区别仍然很大,10 000倍的稀释倍数是否适用于新型冠状病毒还没有具体的实验验证。武汉雷神山医院隔离病房内换气次数是按照12 h^-1设计的,医院病房内的空气被稀释了833倍,在不考虑过滤的情况下,室外最大污染物相对浓度为1.66%,相当于稀释了60倍,则将病房内空气排到室外后相当于稀释了5万倍。按照稀释10 000倍后感染风险较低的研究结果,雷神山医院病房空气排入室外后对周边住宅基本没有影响 ^[51]。

　　 赵彬结合监狱、巴士、飞机、方舱医院和邮轮等的暴发案例分析得到A和B的取值如表7所示 ^[95]。虽然数据量较少,但是通过对比分析目前已知的暴发案例仍可得到一些基本信息,B的变化趋势表现为公共区域的空间特点和功能,该空间越封闭,人员活动越集中,人员聚集越频繁,则B越小;A在一定程度上可以体现人群抵抗病毒的能力,免疫力越强,A越小。

　　 本文基于COVID-19在全球蔓延的大背景,对人体呼出颗粒物粒径分布、人体呼出颗粒物在室内和户-户之间的传播特性及呼吸道感染概率预测方法等方面的研究结果进行了系统梳理,得到以下主要结论:

　　 1) 正常说话呼出的颗粒物数量较打喷嚏和咳嗽呼出的颗粒物数量少,呼出的小粒径颗粒物数量比大粒径颗粒物数量多,小粒径颗粒物容易被吸入至人的下呼吸道,造成感染。而且,小粒径颗粒物携带的病毒量比大粒径颗粒物携带的病毒量多。因此,在人员密集区域佩戴口罩等隔离措施是很有必要的。

　　 2) 新型冠状病毒的传播方式有接触传播和飞沫传播,也可能通过粪-口传播。虽然还没有证据证明新型冠状病毒可以通过气溶胶传播,但是现有的聚集性暴发案例(邮轮、大巴、飞机等)仍给我们一些提示:密闭环境内,病毒传播距离可能超越目前认为的飞沫传播距离(1～2 m),新型冠状病毒在密闭环境内有气溶胶传播的可能性;应保证密闭环境内的通风换气量和新风量,做好清洁消毒,搭乘公共交通工具时应做好个人防护;定期检查厕所水封是否正常,适当增加厕所的消毒次数,加强厕所内的通风。

　　 3) 人体呼出颗粒物的传播受室内通风换气量、气流组织形式、室内空气温湿度及送风温度等因素影响,同时也与送、排风口的位置有关。置换通风方式的房间内会出现污染物自锁现象,呼吸区高度处的污染物浓度较高,医院病房内不建议采用置换通风形式。除了控制病房内的气流组织外,配合使用紫外线杀菌(UVGI)装置,能够更好地控制室内污染物数量。

　　 4) 提高建筑内围护结构和门窗的气密性、增加外窗通风换气量可有效降低居住建筑内空气渗透引起的传染病跨户传播风险。外窗自然通风应提防建筑外侧气流引起的传染病垂直跨户传播风险,建筑挑檐等外立面的合理设计可一定程度上遏制此种传播。

　　 目前我国疫情防控工作取得了阶段性的胜利,但是全球疫情防控仍然相当严峻,仍有许多亟待解决的问题:1) 需要通过动物实验来明确新型冠状病毒是否会通过气溶胶传播;2) 不同环境下新型冠状病毒活性的自然衰减率、患者各个阶段的病毒释放量、病毒引发感染的临界值及蒸发过程和脱水过程病毒如何存活和死亡等问题需要跨学科研究;3) 提高通风换气量可以降低感染风险,稀释多少倍后感染风险会相对较低,10 000倍的稀释倍数是否适用于新型冠状病毒需要进一步研究;4) 现有医院病房内的通风系统对于控制大粒径颗粒物效率较高,如何提高控制小颗粒物或飞沫核的效率需要多领域学科的共同合作。