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2020年04月02日 | 复工战疫，MSC Cradle病毒扩散模拟锁定巴士最安全位置
2020-04-02 来源：EEWORLD
针对大巴长时间回程过程中，如果万一有病毒携带者，对周围的影响大家非常关心。而病毒携带者的位置，以及间隔不同病毒携带者的距离下，到底有多大影响，可以通过海克斯康MSC Cradle软件进行分析。
1. 模型介绍
本次模型采用如下4x11列座位的大巴，每个座位上方有空调出风口，同时司机旁边也有空调出风口，空调回风口在靠近前方的顶上。
模型示意图
2. 计算方法
对于密闭的大巴空间里，一旦有病毒携带者，则会持续不断的释放病毒，而大巴内主要通过空调换气。实际上不同位置的空气品质是不同的，如果换气效率好，即使空气中有病毒，但很快就会排出去，但如果换气效率不好，一旦释放出病毒，将长时间停留在空间里，会大大提高被感染的可能性。本次分析中针对换气效率，采用空气龄来判断。
空气龄，即空气质点的空气龄（Age of air）,是指空气质点自进入房间至到达室内某点所经历的时间，反映了室内空气的新鲜程度，它可以综合衡量房间的通风换气效果，是评价室内空气品质的重要指标。
本次分析中假设病毒足够小，与空气一起流动。
3. 大巴内的气体流动分析
CASE 1：
首先分析大巴内的流动，一开始分析中空调出风口流速采用1m/s。以下所示的是气体流动示意图。
同时来研究换气效率，以下所示的是空气龄的变化。
空气龄分布
司机位置换气效率最差，司机位置的换气所需时间都需要6分钟，这样一旦大巴内病毒存在，由于病毒停留时间的过长，司机很容易吸入病毒，包括座位席前方的换气效率也是比较差的。还有危险较大区域是后方，后方的换气效率也是较差。从换气效率看，最好是中间，靠近排风口位置。
4. 不同位置对环境的影响
CASE 2-4：
以下考虑了病毒携带者坐在不同位置时，研究了污染区域以及影响范围。
首先我们来看一下当病毒携带者坐在最后方座位时，病毒的扩散过程。
视频中首先显示的是病毒不同浓度的区域的变化，颜色越蓝，浓度越小。从图中可知座位旁边，座位前方影响最大，同时病毒随时间的扩散来看，一直影响到前方，司机位置上都有病毒存在。另一方面病毒从病毒携带者释放之后，很快就会稀释，除了前后方，左边乘客之外，浓度已经大大降低。那就是后边乘客较为安全。
病毒携带者在后方时的病毒扩散情况
继续看病毒携带者坐在中间位置以及最前方位置时，病毒的扩散过程。
从视频中可知病毒从病毒携带者出来之后，通过前方的座位下往前上方扩散，这对前方客户影响最大，当然如果座位下面放包等影响病毒通过另当别论，这也是受通风系统的影响，因为空调出风口也正好在顶上，出来的风直接携带病毒扩散。从结果可知，如果病毒携带者坐在中间，对其后方的影响很小，但坐在病毒携带者位置前方一排两个人影响最大。而坐在最前方影响最大区域是司机，以及座位旁，后方等位置，这也符合空调气流运动。视频中粒子所示的是病毒携带气体，离开释放者之后，病毒慢慢稀释，到司机位置病毒已经被稀释了很多，视频后半部分是去掉低浓度气体之后所示的，因此除了病毒携带者以外，其实浓度已经很低了，但也不能忽视。
病毒携带者在最前方时的病毒扩散情况
以上结合空气龄可知，司机位置换气效率差，因此病毒也最容易堆积在司机位置。
针对上述三种情况，进一步云图观察一下。
图：病毒浓度在呼吸高度位置的分布
上图是病毒浓度影响较大区域在座位呼吸高度位置的分布。基本影响范围跟上述描述一致，而在中间位置时影响区域面积最小。
图：病毒浓度结合空气龄在呼吸高度位置的分布
上图中蓝白色部分是空气龄，白色表示停留时间越长，图中所示的是停留时间3分钟以上区域，白色区域停留时间超过10分钟区域。以上结合空气龄可知，最前方最危险，中间病毒释放人员另一侧位置是最安全的。
5. 优化
为了改进司机位置的换气效率进行了以下两种分析。
第一种司机旁的窗户打开，另外一种空调风速加大。
以下所示的是开窗之后与之前的空气龄比较，从图中可知，司机所在位置的换气效率有所提高。当开窗之后，空气龄480s区域已经不存在了。
进一步比较空调出风口速度加大之后换气效率的变化。当流速变大之后，换气效率的确提高了。
图：病毒浓度结合空气龄在呼吸高度位置的分布
结合空气龄显示的话，虽然出风口速度加大之后，虽然有效影响区域有所变大，但停留时间短，一旦排风，很快排出去，所以感染可能性就会降低。
最后为了降低后方位置病毒携带者的影响，采取侧窗打开时对病毒扩散区域有什么变化进行研究。
从变化可知，当侧窗打开之后，后方的病毒很少能跑到前方，只会影响周围，而对四周的影响没有太大变化。
以上四种进行比较可知，开窗之后，有效影响浓度范围有所减少，最为明显的是停留时间大大缩小，换气效率大大提高了。
6. 总结
以上主要针对大巴病毒携带者上车时，对周围有什么影响进行仿真研究。此研究也不仅仅针对大巴，如高铁，飞机，研究方法都是一样，同时也需要根据不同通风系统，影响区域也是不同。
如果病毒携带者坐在最后方，影响最大，这也说明越远离空调出口位置坐着病毒携带者，对周围的影响越大，最重要的还是多换气，如果能开窗，尽量保持开窗。针对上述车型以及空调环境下，中间位置是相对最安全的。
影响区域也跟空调系统布置有关，同时本次研究病毒携带者没有戴口罩情况，如果大家都戴口罩，影响远远小于分析结果。
史海拾趣
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