摘要
近年来，我国经济的快速发展使城市化进程得以持续延伸，但同时也导致了愈发严峻的城市交通问题，交通拥堵和机动车污染等问题也成为了阻碍城市持续性发展的瓶颈。于是发展城市轨道交通系统就成为了治理城市交通问题的一剂良方。考虑到城市的运行现状和未来发展规划，地铁站大多选址于交通繁忙、建筑集中的道路交叉口地带。以往的研究结果表明交叉口和地铁站的空气质量不容乐观。一方面，由于道路交叉口经常出现拥堵，车辆的减速、怠速、加速时尾气排放都会增加，尾气中的气态污染物和颗粒污染物会经由地铁站出入口以自然通风的形式进入地铁站。另一方面，列车运行过程中因机械磨擦产生的PM2.5等颗粒污染物会被活塞风经由屏蔽门带入地铁站。站内的空气质量好坏和污染物分布特征取决于出入口渗风、活塞风以及站内的机械通风系统三者共同作用。目前文献中针对地铁站污染物分布特征的研究大多集中于分析站内机械通风系统的影响，来自地面和站台的空气如何在站厅流动以及污染物如何在站厅分布的研究较少。因此本文将针对两种典型城市交叉口形态下的地铁站厅层空气流动和空气污染物分布进行研究。 首先对我国南方某地铁车站站内和站外的环境参数进行了长时间的实时监测，在非空调季和空调季分别测试了一周七天地铁站内和站外的PM10和PM2.5浓度随时间变化规律。测试期间的数据表明：（1）站内外颗粒物浓度分布差异受室外环境和站内环控模式的影响，当站外PM2.5浓度和PM10浓度在不同等级限值时，站外站厅和站台所测颗粒物浓度的分布差异也不同；（2）在非空调季，PM2.5的I/O值大于PM10，其中站台层与站外PM2.5的平均I/O值最大，表明地铁站公共区的PM10主要受地铁站外部大气环境影响，PM2.5主要由地铁站内部的PM2.5污染源引起。在空调季，运营时段站厅和站台与站外的平均I/O值都接近1，停运时段内站厅层与站外PM2.5的平均I/O值（大于1）高于站台层与站外PM2.5的平均I/O值（小于1），该测试阶段内室外颗粒物浓度水平较低，地铁停运时段颗粒物更易在站厅层形成堆积；（3）测试期间，室内外PM2.5和PM10浓度在运营期间及停运期间的相关性判定系数R2大都接近1，并且停运期间的站内外颗粒物浓度相关性高于运营期间，说明在列车停运、风压单独作用下室外环境对站内颗粒物浓度水平的影响较大，而在非空调季阶段的站内外颗粒物浓度相关性强于空调季阶段，说明当室外颗粒物浓度水平较高时，室外环境对站内颗粒物浓度水平的影响较大，故室外环境以及风压的作用不可忽视。 接着本文对城市街道交叉口及其周边建筑、地铁站进出口、地铁站厅层进行合理简化，建立了理想的地铁站物理模型，通过数值模拟的方法研究了十字交叉口以及T形交叉口内地铁站厅层内的空气流动和污染物扩散情况。并以22.5°为增量，分析比较了地铁站厅层在不同风向下的空气流动情况，同时考虑了风压以及在一个列车进出站周期内屏蔽门漏风带来的影响，得到站厅层风速和污染物分布特性，研究结果表明：（1）地铁站出入口通道内的空气流动情况会随列车进出站发生改变，并且流动方向的改变和无屏蔽门漏风工况下的初始风速有关：若在无屏蔽门漏风工况下表现为进风形式且风速低于0.5m/s，则在负压工况下不改变流动方向且风速得到增强，在正压工况下改变流动方向，若在无屏蔽门漏风工况下表现为出风形式且风速高于0.5m/s，则在负压工况下不改变流动方向且风速得到削弱，在正压工况下不改变流动方向且风速得到增强；（2）当列车进出站带来屏蔽门漏风时，出入口风压作用依然存在，站内通风更多来自屏蔽门漏风作用，在十字交叉口内地铁站由风压作用引起的通风量与屏蔽门漏风量比值在0.01~1.14之间，其中在90°风向下出入口风压作用大于屏蔽门漏风作用，在T形交叉口内的地铁站由风压作用引起的通风量与屏蔽门漏风量比值在0.07~1之间，各风向下出入口风压作用均小于屏蔽门漏风作用；（3）位于十字交叉口内的地铁站在除0°风向之外的四个风向下，当与屏蔽门漏风耦合作用后都会降低在风压单独作用下站厅层平均风速，位于T形交叉口内的地铁站厅层在五个风向下当风压作用与使站内产生负压的屏蔽门漏风耦合后会增大站厅层平均风速，而与使站内产生正压的屏蔽门漏风耦合后会降低站厅层平均风速；（4）在十字交叉口和T形交叉口内，在0°和90°风向下站厅层污染物水平均处于较高水平，并且在十字交叉口内，当屏蔽门产生漏风时，站厅层平面的CO和PM2.5浓度水平较风压单独作用下降低，在T形交叉口内，当屏蔽门漏风使站内产生负压时，站厅层平面内的CO和PM2.5浓度水平较风压单独作用下升高，当屏蔽门漏风使站内产生正压时，站厅层平面内的CO浓度水平较风压单独作用下降低，PM2.5浓度水平较风压单独作用下有升有降。
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