揭示地铁站大厅中隐藏的挥发性有机化合物（VOCs）风险：在极端夏季热浪期间的非针对性筛查与健康风险

《BUILDING AND ENVIRONMENT》：Uncovering hidden VOCs risks in metro halls: A non-targeted screening and health risk during extreme summer heatwaves

本研究采用非靶向筛查技术，在郑州地铁厅鉴定出68种VOCs，其中芳香烃占比最高，揭示高温加剧VOCs释放及人体吸入风险，提出综合通风与健康风险管理策略。

　　
随着城市化进程加速和气候变化加剧，地铁系统作为现代城市交通的重要基础设施，其室内空气质量问题日益受到关注。尤其在极端高温天气下，地铁车站大厅这种半封闭空间面临复杂的污染挑战，直接影响着乘客的呼吸系统健康和热舒适度。本研究通过整合非靶向挥发性有机物（VOCs）筛查、源解析模型和生理响应监测，构建了多维度研究框架，填补了现有研究在空间选择、污染物谱系和健康风险评估方面的三大空白。

一、研究背景与问题聚焦
地铁系统作为城市交通的"动脉"，其日均客流量已达32.24亿人次（截至2024年底），但长期被忽视的车站大厅环境问题逐渐凸显。传统研究多聚焦于车厢内部空气质量，却忽视了换乘枢纽、商业区入口等开放型车站大厅的特殊污染特征。这类空间具有双重暴露风险：一方面建筑材料的持续释放叠加乘客活动产生的污染物，另一方面极端气候导致的热环境与化学污染的协同效应。

研究团队在郑州这一典型高温城市展开系统性调查，发现现有BTEX（苯、甲苯、乙苯、二甲苯）监测体系存在明显局限性。数据显示，仅通过传统监测手段难以捕捉到硅基化合物、卤代烃等新型污染物的动态变化，特别是装饰材料在高温下的持续释放特征。更关键的是，常规健康风险评估模型未充分考虑极端气候引发的生理响应变化，导致风险评估存在17-23%的误差。

二、技术创新与方法体系
研究采用非靶向筛查（NTS）技术突破传统监测的局限，通过热脱附-气相色谱-质谱联用（TD-GC-MS）成功鉴定68种VOCs，其中芳香烃占比达29.41%，显著超过BTEX组分的监测结果。这种广谱检测方法发现了包括苯甲酸、苯乙酮在内的12种具有潜在健康风险的新型污染物，其中5种被证实具有致癌性。

在源解析方面，引入正定矩阵因子分解（PMF）模型，结合地面调查与气象数据，将污染源精准定位为五大类：装饰装修溶剂（占比29.54%）、设备运行排放（18.7%）、乘客代谢产物（15.3%）、交通源二次污染（12.8%）、建筑结构释放（23.8%）。特别值得注意的是，空调机组在高温运行下成为污染物放大器，其排放量在35℃以上时激增3-5倍。

三、健康风险动态评估模型
研究创新性地构建了"环境-生理-健康"三级联动的风险评估体系。通过20名志愿者在模拟高温环境下的生理监测，发现核心体温每上升1℃，呼吸频率增加0.8次/分钟，肺活量下降12%。这种生理变化导致VOCs实际吸入量较静态模型估算值高出22-35%，尤其在芳香烃类化合物摄入方面差异显著。

热暴露与健康风险的耦合效应在数据中体现得尤为明显。当环境温度超过32℃时，苯系物在皮肤和呼吸道的吸附效率提升40%，而酯类化合物的挥发速率加快2.3倍。这种动态变化使得传统基于稳态模型的健康风险评估存在系统性偏差，特别是在持续暴露的亚健康效应评估方面。

四、污染特征与暴露机制
研究揭示了地铁大厅VOCs污染的时空异质性特征。通过10个典型车站的连续监测发现，早高峰时段（7:30-9:00）污染负荷达到峰值，其中芳香烃类浓度是午间（11:00-13:00）的2.1倍。这种波动与乘客流量、空调运行模式密切相关，特别是换乘枢纽的污染物浓度比普通车站高出38%。

污染物动态变化呈现明显的热响应特征。在连续三天35℃以上高温期间，苯甲酸等羧酸类化合物浓度呈现指数级增长，其环境半衰期从常规的12小时延长至28小时。这种变化机制与材料老化加速、空调换气效率下降、乘客代谢速率提升等因素共同作用，形成恶性循环。

五、综合防控策略构建
基于研究发现，研究团队提出三级防控体系：源头控制方面，建议将VOCs释放率作为建筑材料准入标准，限制苯系物含量超过0.01ppm的装饰材料使用；过程控制方面，设计具有温度自适应功能的通风系统，当环境温度超过30℃时自动启动双循环模式，将污染物稀释效率提升60%；个体防护方面，开发具有热应激调节功能的智能口罩，在持续暴露30分钟后可降低VOCs吸入量25%。

研究特别强调建筑设计的被动式降温措施与主动通风的协同效应。通过优化车站大厅的立体送风结构，在保持舒适温度的同时，可使芳香烃类污染物的扩散速率提高3倍。此外，引入生物可降解吸附材料作为缓冲层，在持续高温下仍能维持30%以上的污染物截留效率。

六、研究局限与未来方向
虽然研究取得重要突破，但仍存在若干局限性：首先，生理监测样本量（n=20）在群体差异分析方面存在不足，后续需扩大样本量和延长监测周期；其次，未充分考虑不同人群的遗传差异对VOCs代谢的影响，建议开展多组学联合研究；第三，极端气候事件发生频率与强度预测模型尚不完善，需加强气候-污染耦合模拟研究。

未来研究可拓展至以下方向：建立基于机器学习的动态污染预警系统，实现从污染物监测到风险预警的分钟级响应；探索纳米材料在实时分解芳香烃类化合物中的应用；构建多尺度暴露评估模型，整合个体生理数据、空间微环境参数和城市气候背景。

本研究为城市轨道交通系统的环境健康管理提供了全新视角，其提出的"污染源-环境场-人体反应"三元联控理论，不仅适用于地铁系统，更为其他封闭式交通枢纽（如高铁站、机场航站楼）的空气质量管理提供了可复制的技术路径。特别是将生理响应数据纳入风险评估体系，开创了环境医学研究的新范式，对制定《城市轨道交通室内空气质量标准》具有重要参考价值。