我国航站楼空气质量研究进展及监管建议

孙建伶,郝 润,李国傲,杨永强

(1北京市生态环境保护科学研究院，北京 100037；2国家城市环境污染控制工程技术研究中心，北京 100037)

1 引言

近年来航空运输量持续增长，增长率预计在2030年左右达到高峰。全球需求到2050年将增长10倍，到2100年将增长22倍[1]。2020年末，全国在册管理的通用机场数量达到339个，其中运输机场241个。2019年完成旅客吞吐量13.52亿人次，比2018年增长6.9%[2]；受特殊形势影响，2020年旅客吞吐量下降36.6%，仍高达8.57亿人次[3]。

随机场建设和航空运输量的不断增长，飞机噪声污染、废气排放随之增多，机场引起的环境污染问题也日渐突出[4～7]。飞机尾气和机场运营排放的污染物，如CO2、CO、NOx、SOx、VOCs以及其他气体和颗粒物[8]，危害人体健康[9]，且这些污染物对当地空气质量有很大影响[10]。如，伦敦希斯罗机场周围空气中的NOx含量超过了欧盟限值[11]。据估计，机场运营对机场边界和下风向2～3 km处的年平均氮氧化物浓度的贡献率分别为27%和15%[12]。

航站楼地处机场之中，易受机场环境空气污染物的影响。Unal等评估亚特兰大国际机场飞机排放对机场和周围区域的空气质量影响得到，飞机排放对机场的直接影响是周围区域的6～20倍[13]。Tsakas和Siskos[14]检测了雅典机场管制塔台包括一氧化碳、甲醛和苯在内的空气污染物浓度，发现室内污染物浓度虽然不超限值，但明显高于室外浓度，说明气体污染物易在室内聚集。Balaras等[15]调研希腊3个典型机场航站楼的能耗和室内环境质量发现，噪声污染是3个机场的主要问题，旅客不满意率分别为38%、78%、60%，另外，抱怨B和C机场航站楼空气质量差的旅客分别为67%和75%。

机场航站楼室内空气质量是保障旅客和工作人员安全的重要因素，也是机场旅客体验的重要方面。航站楼室内空气质量监测是口岸卫生监督的重要内容之一，也是营造绿色智慧机场、评估环境污染现状、预测环境和健康风险的重要措施。

本文就国内航站楼空气质量研究现状、航站楼空气质量研究进展、航站楼内空气质量的监测和管理新方案3方面进行论述，提出了应用微型空气监测站构建空气质量监测系统来实现对航站楼智慧化管理的新思路，并进行总结和展望。

2 我国航站楼空气质量研究现状

2.1 标准依据

国内机场空气卫生学质量有关的标准和规程较少，室内空气质量研究多使用《公共交通等候室卫生标准》(GB9672-1996)、《室内空气质量标准》(GB/T 18883-2002)、《国际候机(车、船)卫生标准的监测规程》(SNT1209-2003)作为检测指标选取和限值判定的依据。《公共场所卫生监测技术规范》(GB/T 17220-1998)和《国境口岸公共场所卫生监督技术规范》(SN/T 1433-2004)、《公共场所卫生检验方法第6部分：卫生监测技术规范》(GB/T 18204.6-2013)作为布点、采样和检测的技术参考，同时，《公共场所卫生检验方法第1部分：物理因素》(GB/T 18204.1-2013)、《公共场所卫生检验方法第2部分：化学污染物》(GB/T18204.2-2014)、《公共场所卫生检验方法第3部分：空气微生物》(GB/T18204.3-2013)也是重要的样品采集和检测依据[16～21]。

2.2 检测指标

中国民航总局于2017年1月发布了《绿色航站楼标准》(MH/T 5033-2017)，该标准要求空气中污染物，如氨、甲醛、苯、总挥发性有机物、氡等，其浓度符合《室内空气质量标准》(GB/T 18883-2002)的有关规定。

挥发性有机物，包括苯、甲苯、二甲苯在内，主要产生于飞机在机场跑道滑行、慢车阶段[22, 23]，可能对人体造成短期和长期不良健康影响，包括结膜刺激、鼻喉不适、头痛、皮肤过敏反应、呼吸困难，血清胆碱酯酶水平下降，恶心，呕吐，鼻出血，疲劳，头晕[24]，近年来广受国内外关注。PM2.5几乎是现在环境空气研究[25]和航站楼内空气质量研究[26]的必测指标。有研究表明，飞机着陆时产生的颗粒物是机场颗粒物的最大来源[27]，而旅客受室内PM2.5-10的威胁最大[28]。3个标准中均规定了可吸入颗粒物，即PM10的限值，均为0.15 mg/m3，并未对PM2.5作限值要求。飞机燃气涡轮发动机排放的颗粒物几乎所有直径都小于2.5 μm，PM2.5易沉积在支气管和肺部，甚至直达血液，引起呼吸道感染、肺癌、心血管疾病等多种疾病。美国一项涉及6千万医保受益人的调查显示，PM2.5每增加10μg/m3，全因死亡率增加7.3%[29]。

因此，航站楼空气质量和微小气候检测指标除《公共交通等候室卫生标准》规定的温度、相对湿度、风速、噪声、照度及CO2、CO、NOx、PM10、甲醛10个指标外，还应增加PM2.5、TVOC或(和)苯系物的检测。

2.3 检测方法

《室内空气质量标准》中的检验检测方法，多为化学分析/分光光度法、气相色谱法、液相色谱法等传统检测方法，均需要将样品采集后带回实验室进行分析。《公共场所卫生检验方法》中包含PM2.5、苯、甲苯、二甲苯、TVOC和硫化氢的测定方法，也沿用了《室内空气质量标准》推荐的方法，并对相应指标的国标方法进行更新和细化，也提到可以用便携式仪器现场测定，但需要用相同原理的仪器，用集满气体的气袋现场进样测定，与带回实验室分析大同小异，如一氧化碳、二氧化碳的分析。甲醛的测定增加了光电光度法和电化学传感器法，但电化学传感器法的适用范围是0.2～5 mg/m3，超过《室内空气质量标准》上限0.1 mg/m3，因此不能用于室内空气的检测和航站楼内空气质量的检测。

传统方法要定点采样、带回实验室测定，因此只能反应采样地点、采样时段的空气质量状况，不具有时空代表性，不能反映室内环境的一般情况[30]，且各研究选取的采样点位、时间段不同，数据往往难以实现对比分析。

3 航站楼内空气质量研究进展

与其他商业建筑相比，机场航站楼有独特的建筑特征。航站楼建筑空间高、进深大，透明的墙体和屋顶等，使得航站楼的热环境受太阳热增益影响较大，热浮力引起的垂直温度分层明显[31]，外界空气污染物通过航站楼门、通风系统进入航站楼后也易于聚集而不易散出。航站楼内设有不同的功能区，如值机区、候机室、行李提取大厅、到达大厅等，不同区域的装备设施及冷热需求不同，乘客密度、服装水平和活动也不同[32]，造成不同功能区的污染物类型和种类有差别。而旅客的密度和活动主要受飞机班次影响，全年甚至一天的客流量都会有很大变化[15]，如旅游区的机场在旺季和淡季，班次和客流量明显不同，可能导致部分室内环境过冷或过热[15]。

我国于20世纪90年代开始关注机场航站楼内的空气质量。张娜等[16]对1993～1995年间天津机场候机楼空气卫生学进行调查监测和对比分析，发现湿度、风速、二氧化碳、一氧化碳、细菌总数基本符合标准，温度和噪声超标率比较高。上海浦东国际机场[17]、泉州晋江国际机场[18]、成都双流国际机场[20]、长乐国际机场[21]等也先后对航站楼内不同功能区的微小气候、空气质量进行了调研。郑晶等[33]对黑龙江某机场候机楼进行大规模空气质量和微小气候检测，涉及41个公共场所的52个监测点位，发现噪声超标区集中在候机室和餐厅；温度、CO2超标区为登机口、候机室和餐厅，均为人群较密集的地方。Wang等[31]对我国4大气候带的5个大型枢纽机场的8栋航站楼开展了室内环境质量与旅客满意度的测试与调研，发现热环境和空气质量是影响旅客满意度水平的两个关键因素。Ren等[26]检测天津机场航站楼的PM2.5和超细颗粒物(UFM)发现，室外PM2.5和UFP浓度显著影响航站楼内两种污染物的浓度水平，PM2.5浓度大大超过了中国和WHO的指导限值，航站楼现有过滤系统的作用微乎其微。

事实上，国内外航站楼空气质量研究均处于起步和摸索阶段。由于航站楼的特殊性，研究人员获得监管机构的预先批准是相当复杂和困难的。虽然此问题受到越来越多研究学者的重视，但只开展了少部分研究，多集中在部分功能区和几种典型的污染物。如，Helmis等[34]、Mokalled等[35]、Tsakas和Siskos等[14]对机场控制塔台室内空气中的TVOC和其他污染气体进行了检测和评估，Mokalled等[35]检测了46种VOCs和NO2、O3，发现丙烯醛超过安全限值，飞机数量与轻醛/酮浓度之间存在相关性；Helmis等[34]还检测了PM2.5和PM10。Lee等[36]和Kungskulniti等[37]对机场吸烟室中PM2.5进行了评估。Balaras等[15]对希腊机场航站楼进行了旅客满意度调查。Kim等[28]研究印度尼西亚雅加达机场航站楼内、外颗粒物水平发现，航空运输对室内PM1、PM2.5影响显著。以上研究暴露出，航站楼空气质量各个机场和各个功能区参差不齐，噪声、热环境、CO2浓度[31]是最直观的因素，超标率最多。而VOCs[35, 38]、PM2.5[26, 28]等污染物的浓度受外界环境影响大，可能引发潜在的健康风险。传统检测方法对于功能区众多、人流分布不均匀、受班次影响大的航站楼已不适用，探索高效便捷、能够实时在线监测多种污染物的技术就显得尤为重要。

4 航站楼内空气质量的智慧化监管方案

传感器技术在机场航站楼中早有研究应用，多集中于微小气候方面，均是面向一种特定指标的监测。如温度传感器应用在航站楼空调系统的调节[39]，邢书剑等[40]应用照度移动传感器，搭建航站楼智能照明控制系统，可根据自然光照度变化自动调节室内照度，实现了分时段、分区域的智能化照明。崔敏等[41]利用长波红外摄像机和烟雾传感器构建基于无线局域网的移动式航站楼火灾监测平台等。

随仪器小型化、一体化发展，应用传感器技术的微型空气监测站应运而生。在机场航站楼空气质量监测上，微型空气监测站处于初步研究和应用阶段，如Popoola等[42]将低成本高密度的空气质量传感器微型监测站部署在伦敦希斯罗机场，发现污染物种类的时空变异性，并对机场污染物进行了源解析分析。Zanni等[38]利用传感器技术对意大利博洛尼亚机场(2017年，7.2万架起降、820万旅客量)的室内空气质量进行了为期一个月的自动监测，发现航站楼行李提取处的内外空气污染物浓度(VOC)显著相关。Penza等[25]将电化学气体传感器(CO, NO2, O3, SO2)、光学颗粒计数器(PM1.0, PM2.5, PM10)、NDIR红外传感器(CO2)、光电离检测器(TVOC)、温度和相对湿度微传感器集成一体形成微型监测站，将传感器数据与官方具有高时空分辨率的空气质量监测站所测数据进行比对分析，证实传感器微站在空气质量长期监测中具有很好的应用前景。

4.1 微型空气质量监测站的优势

相比于传统检测方法，微型空气质量监测站在机场航站楼环境监测方面有以下优势：

(1)集成程度高，能同时监测微小气候指标和空气质量多个气态及颗粒物指标，如目前已经应用的环境空气连续自动监测仪，可同时监测SO2、NO2、O3、CO、PM2.5、PM10多个指标(基于大数据分析的)。

(2)成本低、仪器体积小、能耗低，工作条件简单，易于安装、维护和更换。传统监测设备价格和运维成本很高，体积庞大，且需对现有机场设备进行大量改造，因此在机场中广泛应用并不现实，而微型空气监测站则在此方面体现了绝对的优势。

(3)选择性和灵敏度高，响应恢复快速。通过改进、优化电化学传感器的电极催化材料，如使用金属掺杂材料或者纳米复合材料等，可有效提高传感器对某种气体的选择性、灵敏度和稳定性。经过大量研究和改进，微型空气监测站检出限已从ppm级[43, 44]降低到ppb级[45]。

(4)适合在复杂多变区域进行高密度监测点位的布设，增加所测区域的空间分辨率，24 h实时监测区域内的污染异常。

4.2 机场航站楼空气质量(含微小气候)监测系统

由微型空气质量监测站为节点，与自动控制技术、数据传输、存储、处理与分析技术结合在一起就构成了无线传感器网络(WSN)技术[46]。WSN具有网络自组织、分布式数据管理和网内信息融合等一系列特点[47]，适合搭建各种智慧化管理平台，对环境实施精细化管理，多被应用于军事情报收集[48]、安全监控[49]、医疗监护[50]、物流管理[51]等领域及精准农业[52]、环保监测[38, 53]等复杂环境中。

Sánchez-Pi[54]提出建立机场航站楼空气质量(含微小气候)监测系统，即利用由若干个传感器高度集成而成的微型空气质量监测站，实时监测机场和航站楼的温度、湿度、O2、CO2、CO等污染物的浓度信息，并通过无线网络将数据传输至机场计算机系统进行分析计算。该系统具有强大的加密功能，数据分析功能，预警报警功能，空气质量评估和显示功能，可显示报警位置、航站楼地图、监测终端位置等。工作人员和旅客通过智能手机、移动设备等访问系统，了解机场空气有关信息、进行满意度评价等。如图1所示，通过此系统，可以实现对航站楼空气质量的智慧化管理。

图1 机场航站楼空气质量(含微小气候)监测系统示意

4.3 监测数据的质量保证措施

微型空气质量监测站在实际应用中主要存在两个问题：一是交叉灵敏度问题，即一个传感器同时对几种气体敏感，在混合气体测量过程中容易产生交叉干扰现象。二是气体传感器随时间、环境因素等的特性漂移问题，影响实际监测的准确性。由于此两个问题的存在，致使传感器技术尚不能取代传统检测技术，需根据传感器特性制定一系列质控措施，以保证监测数据的准确性。

针对第一个问题可通过改进、优化电化学传感器的电极催化材料得到改善。针对第二个问题，目前有几种校准方法，①标物校准[55]，即采用混合标准气体对微型空气质量监测站进行标定;②训化校准，即利用周边国家标准方法仪器(空气监测站)对微型空气质量监测站进行校准;③大数据分析的实时校准，即采用微型空气质量监测站与国标方法仪器(如图1虚线框)的组合布点方式对微型空气质量监测站进行实时的校准和质控，能有效消除微型空气质量监测站在室外环境中可能受到温湿度的影响和交叉干扰影响以及特性漂移问题，确保微型空气质量监测站的数据准确性和长期稳定性;④传递校准，采用移动校准车对现场数据异常微型空气质量监测站进行比对测试，并将可疑点位与移动校准车GPS自动匹配，实现非接触传递校准，可解决化工园区、企业、特殊污染区域、特殊时段测量的偏差[56]。王春迎等[56]基于大气网格化的监测，利用大数据、基因算法和四种校准体系成功开发出了智能数据修整模型，有效提高了监测数据的准确性。

5 结论与建议

5.1 结论

机场航站楼内空气质量和微小气候调查研究为提高和改善机场航站楼室内环境质量提供了基础数据，但目前此项研究存在明显不足：①参考标准较少，不同标准所规定的指标和限值不同，造成监测指标不全面，限值不统一，且标准更新迟缓，很难满足现今建设绿色航站楼的要求；②航站楼空气质量监测所用传统方法是短期测试，并没有进行长期连续监测，不能反映室内环境的一般情况；③各研究的采样时间具有随机性，各个机场、各个功能区之间的数据缺乏对比性；④客观监测与主观体验未能有效结合在一起，造成影响旅客体验的空气质量因素不明晰。

微型空气质量监测站较传统检测方法更适合对航站楼等复杂多变区域的空气质量进行实时监测，合理布点、定期维护和校准，能够确保数据的准确性，在空气质量长期监测中具有很好的应用前景：①具有集成程度高、成本低、体积小、工作条件简单、易于安装和维修更换等优势;②将其作为节点，利用无线传感器网络技术，可搭建智慧化管理平台，实现对航站楼空气质量和微小气候的实时监测和智慧化管理。

5.2 对航站楼空气质量监管的几点建议

机场是城市最大的空气污染源之一，对机场特别是航站楼内空气质量进行实时监测，是旅客和工作人员安全健康的重要保障，也是建立节能环保的绿色机场的必然要求。

(1)建议有关部门尽快修订并细化此方面研究的新标准，除1996版《公共交通等候室卫生标准》规定的10项指标外，增加对TVOC、苯系物和PM2.5的监管和限值要求。

(2)建议机场管理部门由传统“点对点”的监测监管模式转变为“点对面”模式，提高工作效率，提高预判性和应急能力。利用微型空气监测站对机场航站楼内空气质量和微小气候实施多点位实时监测，建立航站楼空气质量监测系统，通过对监测数据的统计分析、比对分析，实现航站楼内空气质量和微小气候的监测、分析、控制和预警；通过对访问旅客进行满意度在线调查，实现客观数据与主观感受的相关性分析。

(3)建议充分利用该监测系统，践行绿色环保理念，增强监管的综合性和系统性。分析室内空气质量的时空分布特点，开展室内空气与空调系统、新风系统的定量研究，实现室内温度的自动调节，节约能耗，指导新风系统日常与应急调控；将航班信息、位置信息等与航站楼内空气监测数据联动分析，发现和指导空气质量问题集中的功能区，有针对性地引进排污降污措施和设备；引导旅客合理安排候机活动等。