Математическият модел помага да се предвиди риска от предаване на COVID-19 във влаков вагон

Изследователите демонстрираха как въздушно-капковите заболявания като COVID-19 се разпространяват по дължината на влаковия вагон и откриха, че няма „най-безопасно място“ за пътниците, което да сведе до минимум риска от предаване.

Надяваме се, че това изследване ще даде на хората представа за видовете риск от болести, предавани по въздуха в обществения транспорт.”

Рик де Крей

Изследователите от университета в Кеймбридж и Imperial College London разработиха математически модел, който да помогне да се предвиди риска от предаване на болестта във влаковия вагон и установиха, че при липса на ефективни вентилационни системи, рискът е еднакъв по цялата дължина. на каретата.

Моделът, който беше потвърден с контролиран експеримент в истински влаков вагон, също показва, че маските са по-ефективни от социалното дистанциране за намаляване на предаването, особено във влакове, които не се вентилират с чист въздух.

Резултатите са публикувани в списанието Вътрешен въздухдемонстрират колко трудно е хората да изчислят абсолютния риск и колко важно е влаковите оператори да подобрят своите вентилационни системи, за да помогнат за безопасността на пътниците.

Тъй като COVID-19 се предава по въздуха, вентилацията е жизненоважна за намаляване на предаването. И въпреки че ограниченията за COVID-19 бяха премахнати в Обединеното кралство, правителството продължава да подчертава значението на добрата вентилация за намаляване на риска от предаване на COVID-19, както и други респираторни инфекции като грип.

„За да се подобрят системите за вентилация, е важно да се разбере как болестите, предавани по въздуха, се разпространяват при определени сценарии, но повечето модели са много основни и не могат да правят добри прогнози“, каза първият автор Рик де Крей, който завърши изследването, докато работи в Кеймбридж. Катедра по приложна математика и теоретична физика. „Повечето прости модели предполагат, че въздухът е напълно смесен, но не работи така в реалния живот.

Има много различни фактори, които могат да повлияят на риска от предаване във влака – дали хората във влака са ваксинирани, дали носят маски, колко е пренаселено и т. н. Всеки от тези фактори може да промени нивото на риска , поради което разглеждаме относителния риск, а не абсолютния риск – това е набор от инструменти, който се надяваме да даде на хората представа за видовете риск от въздушно-капковите болести в обществения транспорт.”

Изследователите разработиха едномерен (1D) математически модел, който илюстрира как болестта по въздуха, като COVID-19, може да се разпространи по дължината на влаковия вагон. Моделът се основава на един вагон с затварящи се врати в двата края, въпреки че може да бъде адаптиран за различни видове влакове или различни видове транспорт, като самолети или автобуси.

1D моделът отчита основната физика за транспортиране на замърсители във въздуха, като същевременно е евтин от изчисления, особено в сравнение с 3D моделите.

Моделът беше валидиран с помощта на измервания на контролирани експерименти с въглероден диоксид, проведени в пълномащабен железопътен вагон, където нивата на CO2 от участниците бяха измерени в няколко точки. Еволюцията на CO2 показа висока степен на припокриване с моделираните концентрации.

Изследователите открили, че движението на въздуха е най-бавно в средната част на вагона. „Ако заразен човек е в средата на каретата, тогава е по-вероятно да заразят хората, отколкото ако стоят в края на вагона“, каза Крей. “В реален сценарий обаче хората не знаят къде е заразен човек, така че рискът от инфекция е постоянен, независимо къде се намирате в каретата.”

Много влакове в Обединеното кралство са произведени, за да бъдат възможно най-евтини, що се отнася до комфорта на пътниците – получаване на максимален брой места във вагон. Освен това повечето пътнически влакове рециркулират въздух, вместо да изтеглят свеж въздух отвън, тъй като свежият въздух трябва да се нагрява или охлажда, което е по-скъпо.

И така, ако за пътниците е невъзможно да разберат дали споделят влаков вагон със заразен човек, какво трябва да направят, за да се предпазят? „Отстранете колкото можете повече пространство – физическото дистанциране не е най-ефективният метод, но работи, когато нивата на капацитет са под 50 процента“, каза де Крей. “И носете висококачествена маска, която не само ще ви предпази от COVID-19, но и от други често срещани респираторни заболявания.”

Сега изследователите се стремят да разширят своя 1D-модел в малко по-сложен, но все още енергийно ефективен зонален модел, където потокът на напречното сечение се характеризира в различни зони. Моделът може също да бъде разширен, за да включва термична стратификация, което би предложило по-добро разбиране на разпространението на замърсител във въздуха.

Изследването е финансирано отчасти от Изследователския съвет по инженерни и физически науки.

Източник:

Справка в списанието:

де Крей, RJB, et al. (2022) Моделиране на предаване на болестта във влаков вагон с помощта на прост 1D-модел. Вътрешен въздух. doi.org/10.1111/ina.13066.

.