文章精选 | 北京工业大学张楠团队 – 两个餐厅中基于人员行为的新冠肺炎传播

文摘   2024-11-12 09:38   美国  
第一作者:徐智康
通讯作者:张楠
通讯单位:北京工业大学建工学院绿色建筑与节能技术北京市重点实验室
论文DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.135820
图文摘要
成果简介

近日,北京工业大学建工学院绿色建筑与节能技术北京市重点实验室张楠教授团队在Journal of Hazardous Materials发表了题为”Human behavior-based COVID-19 transmission in two dining spaces”的研究论文。本研究获取了两个餐厅真实新冠暴发案例中顾客和服务员的近距离接触与表面触摸行为数据,建立了同时考虑近距离空气、大飞沫、远距离空气、表面4种传播途径的餐厅内呼吸道传染病传播模型,量化了各传播途径相对贡献率并计算了感染风险,最后对三种非药物干预措施(佩戴口罩、室内通风、手部清洁)的防疫效用进行了评估。研究结果有助于改进未来疫情的防控措施,为公共卫生政策提供科学依据。

全文速览

自2019年12月以来,新冠肺炎疫情在全球迅速传播,对社会构成了巨大威胁。餐饮空间是传播新冠病毒的高危室内环境,对疫情防控提出了重大挑战。本研究基于两起餐厅真实新冠暴发案例监控录像,获取了人员近距离接触和表面触摸行为数据。建立了包含近距离空气传播、远距离空气传播、表面传播和大飞沫传播的呼吸道传染病传播模型。结果表明,顾客和服务员分别有21.9% -28.7%和17.5% -27.8%的时间用于说话(比呼吸产生更多的病毒气溶胶),有85.9% -90.7%和83.4% -87.6%的时间用于触摸表面。近距离空气传播(贡献5.8% -70.9%)和远距离空气传播(贡献28.4% -93.0%)是这两次暴发的主要传播途径,而表面传播和大飞沫传播途径贡献不到12.0%。仅服务员佩戴口罩可降低12.8% -31.8%的感染风险。因此,疫情期间,服务员佩戴口罩应是强制性的,顾客则应在非进食时间尽量佩戴口罩,并建议清洁空气的等效通风量不少于30.0 m3/(h∙人)。本研究为餐饮空间的非药物干预提供了科学依据。

引言

新冠肺炎疫情(COVID-19)持续威胁人员健康,给全球经济、政治、文化等领域都带来了巨大的负面影响。新冠病毒的传播途径主要包括近距离空气传播、远距离空气传播、表面传播及大飞沫传播。然而,餐饮空间作为高风险场所,目前缺乏对这四种传播途径相对贡献率的定量分析。此外,对于非药物干预措施在餐饮空间疫情防控中的效果,仍需进一步评估。而这将有助于改进未来疫情的预防和控制措施,为公共卫生政策提供科学依据。

图文导读
图1:新冠病毒传播途径。
图2:在两个餐厅中(1号餐厅:R1和2号餐厅:R2),当一名服务员或一名顾客是初始感染者时,顾客(d)和服务员(s)分别通过(a)近距离空气;(b)远距离空气;(c)表面;(d)大飞沫和(e)四种传播途径的小时感染风险与相对贡献率。

研究结果表明,远距离和近距离空气传播途径在新冠病毒传播中起主要作用,而表面传播的相对贡献率有限,大飞沫传播的贡献几乎可以忽略不计。当顾客为初始感染者时,顾客的感染风险高于服务员。在1号餐厅,顾客和服务员的每小时感染风险分别为7.4%和6.9%,在2号餐厅分别为25.4%和8.9%。在2号餐厅中,顾客的感染风险是服务员的约2.9倍,近距离空气传播是导致差异的主要因素。服务员佩戴口罩时间长且与顾客交流有限,降低了近距离空气传播的感染风险。当服务员为初始感染者时,服务员的感染风险更高。在1号餐厅,通过近距离空气传播的小时感染风险,服务员是顾客的16.7倍。这主要是因为服务员之间比服务员与顾客之间有更多的交流。而在2号餐厅,由于服务员的口罩佩戴率高达94.4%(1号餐厅中为8.6%),释放的大部分病原体被口罩阻挡,服务员与顾客的小时感染风险差异并不明显。

图3:当人员以不同的口罩佩戴率分别佩戴(a)N95口罩和(b)医用口罩时,佩戴口罩对感染风险降低率。

当所有人佩戴医用口罩时,1号和2号餐厅的防疫效率最高可达83.6%和80.0%。如果所有人佩戴N95口罩,感染风险能降低超过99.0%。虽然在两家餐厅中顾客戴口罩比服务员戴口罩更有效,但顾客在用餐时无法佩戴口罩。如果所有服务员佩戴医用口罩和N95口罩,两个餐厅的感染风险可分别下降12.8%-21.8%和20.0%-31.8%。因此在疫情大流行期间加强服务员的口罩佩戴率至关重要。

图4:防疫效率与每小时换气次数的偏导数和在不同每小时换气次数下通风对远距离空气传播与对四种传播途径的感染风险降低率。

增加通风率能显著降低通过远距离空气传播途径的感染风险。根据GB50736–2012标准,餐厅的最小通风率为30.0 m3/(h·人),1号和2号餐厅的通风率应分别达到7.4 ACH和7.2 ACH。与默认情况(1.0 ACH)相比,如果可以满足标准通风率,则通过远距离空气传播的感染风险可降低约62.9%。使用紫外线消毒(UV-C)和空气净化器等空气清洁和消毒设备,可以在相同的能耗水平下实现更高的通风率。然而,盲目增加通风率可能导致过度的能源消耗。当通风率达到一定阈值后,进一步提高通风率并不会显著降低感染风险,但会显著增加能源消耗。因此,考虑到干预效果和能源消耗,建议餐饮空间的参考通风率设定为30.0 m³/(h·人)。

图5:手部清洁对表面传播的感染风险降低率。(a)1号餐厅;(b)2号餐厅。

在餐饮空间中,增加顾客的洗手频率比增加服务员的洗手频率更有效地降低了表面传播途径的感染风险。如果顾客和服务员洗手频率达到5次/h,在1号餐厅通过表面传播途径的感染风险只能减少8.6%,在2号餐厅可减少13.4%。即使洗手频率很高,手卫生的效果也是有限的。因为易感人群在洗手后仍会触摸表面,在较短的时间内,病毒就会从表面转移到易感人群的手上。

小结

这项研究关注两例真实的餐厅中新冠肺炎暴发案例。研究团队开发了一个同时考虑近距离空气传播、远距离空气传播、表面传播和大飞沫传播途径的呼吸道传染病传播模型。通过整合真实人行为数据,并引入剂量-反应模型,分析了每种传播途径的相对贡献率以及各干预措施的防疫效用。在这两个餐厅案例中,新冠病毒的传播主要通过近距离和远距离空气传播途径,而大飞沫传播途径几乎可以忽略不计。同时,量化了口罩佩戴、室内通风和手部清洁三种非药物干预措施的效用。这项研究为疫情期间餐饮空间的防控提供了科学支持。

作者介绍
第一作者:徐智康,在读硕士研究生。主要研究方向为室内建筑传染病传播与智能防控研究,以第一作者在Journal of Hazardous Materials和北京工业大学学报各发表论文1篇
联系方式:xuzhikang@emails.bjut.edu.cn
通讯作者:张楠,北京工业大学建工学院,教授,博士生导师,获国家级青年人才。国际室内空气学会“Yaglou Award”(2024)获得者,何兴舟青年学术奖(2023)获得者,入选全球前2%科学家。目前从事面向健康建筑的室内人行为智能监测、建筑智能化、传染病传播与防控研究。主持国家级科研项目3项,与美国波音公司、日本花王公司、美国宝洁公司合作项目多项。任建筑仿真专业委员会委员,暖通空调产业技术创新联盟青年学术委员会副主任委员,中国环境科学学会室内环境与健康分会青委会委员,Building Simulation杂志青年编委,Buildings杂志编委,Smart Construction杂志青年编委,《建筑科学》杂志青年编委。目前共发表SCI国际期刊论文80余篇。
邮箱:zhangn@bjut.edu.cn






JHM家族期刊包括Journal of Hazardous Materials (JHM),Journal of Hazardous Materials Letters (JHM Letters), 和Journal of Hazardous Materials Advances (JHMA)。三本期刊拥有相同的scope,侧重在环境危险物质的迁移,影响,检测,和去除。旗舰期刊JHM发表高水平科研和综述文章,JHM Letters完全开完获取,发表Letter-type科研和前沿综述文章(3000字限制,4副图/表),JHMA定位为中档开放获取期刊。


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