机场新冠病毒如何穿越大楼？——CFD数值模拟揭示传播路径
2021年底，某国际机场一架来自巴基斯坦的航班入境后，报告了6名境外输入确诊病例，全部感染Delta变异株。更严重的是，随后12名本土病例均与入境病例高度同源，全市上千万居民因此按下工作与生活的"暂停键"长达一个月之久。病毒究竟如何在航站楼内传播？西安建筑科技大学的研究团队通过全尺寸计算流体力学（CFD）模拟，对机场建筑内的新冠病毒空气输运路径进行了系统解析。
病毒如何穿越航站楼？——时空交联分析
巴基斯坦航班乘客下机后，由登机桥进入国际指廊二层（国际到达层），在核酸采样间进行检测，随后经北连接楼扶梯下至一层候机大厅集中等候转运。而就在同一时段，旅客A一行人在三层经过该扶梯附近区域前往T3航站楼，与旅客B一行在T3出发层相遇，空间距离仅约10-20米。
研究团队判断，病毒可能污染的重点区域有三处：核酸采样间、北连接楼扶梯区域、一楼候机大厅。问题的核心在于：在这些区域呼出的病毒气溶胶，能否通过机场复杂的建筑结构和通风系统，扩散到其他楼层和区域？
内外风场分区域模拟——跨越1公里到1米的尺度挑战
机场三座航站楼总面积达35万平方米，建筑外风场尺度在公里级，而室内关键结构（如电梯井、通风口）的细节却在米级。研究团队采取了内外风场分区域模拟的策略：首先对建筑群外风场进行建模，来流风速采用大气边界层的梯度风廓线；然后通过虚拟耦合界面，将外风场的流动信息传递给室内风场计算，保证了边界条件的准确性。
研究中采用了稳态N-S方程结合标准k-ε湍流模型对外风场进行数值模拟，室内则通过附加CO2示踪气体的组分输运方程来量化感染者呼出污染空气的传播过程。事发当日的气象数据显示，12月4日下午机场风向为西南风，风速范围0~3.12 m/s，研究团队据此模拟了SW 0.5 m/s、1.0 m/s、2.0 m/s和3.1 m/s四种工况。
感染概率最高达3.5%——电梯井成为关键传播通道
模拟结果揭示了令人警觉的传播路径：位于入境旅客隔离候车厅（一楼）的示踪气体，经电梯井扩散至北连接楼三层电梯井区域、三层T3出口区域和T3航站楼内部。来自国际指廊和T2航站楼的流场在北连接楼交汇，将示踪气体进一步推向T3航站楼方向。
研究采用Wells-Riley模型评估感染概率和稀释倍率（DR）。结果显示：在SW 0.5 m/s的自然通风条件下，T3出口区域的最大感染概率达3.575%，最小稀释倍率仅为549。随着室外风速增大，感染概率逐渐下降——当风速达到3.1 m/s时，最大感染概率降至0.526%。值得注意的是，即使在高风速条件下，电梯井区域的稀释倍率依然较低，说明垂直连通空间是病毒跨楼层传播的关键通道。
研究还发现，国际指廊出发层的自然通风量约33万m3/h，到达层约72万m3/h，远大于空调系统新风量。这意味着在过渡季节，自然通风对室内空气流动起主导作用——这既是稀释病毒的有利因素，也是将病毒扩散到更大范围的潜在风险。
从案例到教学——流体力学如何守护公共健康
这个案例不仅是一项疫情防控研究，更是一个将流体力学理论与实际工程问题紧密结合的教学范本。案例融合了计算流体力学、建筑通风、传染病学、气象学等多个学科，让学生在解决真实问题的过程中，掌握CFD建模、网格划分、湍流模型选择、组分输运模拟等核心技能。
从通风设计的角度看，研究结论为机场等交通建筑的防疫通风提供了明确方向：其一，应重点阻断垂直连通空间（如电梯井、扶梯井）的空气窜流，可考虑增设加压送风或封闭措施；其二，在过渡季节利用自然通风时，需评估风向对污染物扩散路径的影响；其三，空调系统的运行策略应与室外气象条件联动，在低风速高风险时段加大新风量或启动空气净化装置。
这个案例也提醒我们：流体力学不仅是实验室里的方程和模拟，更是守护公共健康的科学武器。每一次呼吸的背后，都有一套精密的空气动力学在运转。
参考资料
李安桂、崔海航、陈力等. 机场建筑防疫通风. 中国建筑工业出版社, 2023.
陈力. 机场建筑新冠病毒空气输运数值模拟与解析. 2023年研究生教学改革案例.
