前言
此前深圳市第三人民医院确诊患者的粪便中检测出新冠病毒RNA阳性和香港长康邨康美楼上下楼层住户感染事件中说明新型冠状病毒很可能通过粪口及气溶胶传播。回顾SARS病毒在香港淘大花园通过粪口传播导致传染大面积的住户的示例，结合当前新冠病毒防疫主要防御措施——居家隔离，海基科技技术人员利用空气动力学理论与CFD技术对室内病毒粪口及气溶胶传播进行了传播过程分析，并给出了居家生活方式建议。

淘大花园SARS病毒传播事件关键回顾
1.事情经过回顾
1.1.起源
2003年3月22日，香港威尔斯亲王医院收治了一名33岁的男性患者A，他患有慢性肾病，曾是医院的常客。但这一次，他不仅发烧腹泻，还伴随严重的呼吸障碍。A的病情引起了医院的高度重视。半个月前，威尔斯亲王医院确诊了香港首例SARS患者，并造成数十名医护人员感染，A的症状和他们几乎完全一样。出于谨慎考虑，医院在对A进行救治的同时，询问了他过去几天的行踪。

1.2.室内传播
据称，A曾在3月14日和3月19日两天，到过其弟弟位于淘大花园E座的家中，并且两次都使用了卫生间的抽水马桶。两天后，A的弟弟和弟媳因为相同症状入住了香港基督教联合医院，很快被确诊为SARS。

1.3.同单元传播
此后两天，淘大花园陆续出现SARS病例。截至3月26日，共有15名患者入院，来自7个家庭，多数居住在E楼的7号和8号单元。

1.4.疫情爆发与控制
这一现象立即引起了香港特区卫生福利及食物局的注意。在3月26日的例行会议上，时任局长杨永强要求立即对淘大花园疫情展开调查。

淘大花园是一个由19幢大楼簇拥组成的大型住宅区，共有住宅4896套，人口稠密。其中，E楼为36层楼，每层8个单元，呈井字形分布，每个单元约为48平米。A的弟弟就住在这幢楼的16层7号单元。

3月26日下午，香港卫生署九龙区办事处的工作人员到淘大花园E座实地考察，他们到了出现病例的7个楼层，向20户居民进行查问。起初，他们判断病毒来自电梯或大堂等公共空间。这个想法很快就被推翻，因为大楼的清洁工每晚都要乘坐电梯收集垃圾，但没有被感染。连日调查只得出一个结论，淘大花园的感染源头就在E座，因为这里的病例出现得最早，数量也最多，占到了整个小区的4成以上。

调查没有进展，疫情却在加速扩散。截至3月30日，淘大花园的感染人数已经上升到了190人，其中E座93人。这一天的例会上，杨永强向当时的特区行政长官董建华提出了隔离E座的方案，董建华表示同意，并把这个任务指派给了时任卫生署长陈冯富珍。后来的公开资料显示，陈冯富珍对隔离方案有所保留，包括她在内的众多卫生署人士认为，一旦发出隔离令，香港将面临巨大舆论压力。但事态的恶化没有给她犹豫的时间。

3月31日早晨6点，陈冯富珍代表香港卫生署对淘大花园E座发出为期10天的隔离令。隔离期间，除非有官方的书面文件，任何人不能出入大楼。这是自上世纪60年代霍乱疫情以来，香港首次发布隔离令。

1.5.转机出现
就在这时，一个不经意的发现让形势出现了转机。4月1日，隔离令生效的第二天，时任香港环境运输及工务局局长廖秀冬在勘察E座时发现，大楼的污水管道和部分住户的卫生间存在气体流通，她将这一发现告知了杨永强。

杨永强立刻感到事态不同寻常，因为他在前几天刚刚得知，部分患者的粪便样本中携带SARS病毒。他们开始怀疑污水排放系统是导致SARS在E座垂直楼层传播的原因。出于安全考虑，他们连夜撤走了E楼的200多户居民，将他们送去远离市区的度假村定点隔离。另一方面，廖秀冬牵头成立了专职小组，对E座的污水排放系统展开详细调查。

四天后，廖秀冬以技术报告的形式提交了初步调查结果，解释了受污染的水如何产生液滴，这些液滴又是如何通过卫生间干涸的地漏进入其它住户家中。

至此，悬置半个月之久的淘大花园SARS疑案终于告破。香港特区政府在4月17日公布了调查报告——真凶是藏在卫生间地漏下，毫不起眼的U形存水弯。

1.6.初步技术调查
致命的U型存水弯
U型存水弯是建筑中非常常见的一种管件，作用是隔绝下水道的空气，防止臭气进入室内。淘大花园E座，在建筑设计上有8个垂直的污水管，每条管道都收集来自同一单元各楼层的污水。这些污水分别来自抽水马桶、洗手池和浴室的地漏，这3个卫生设备上都安装了U型存水弯，只有当存水弯里有足够的水量时，才能够发挥隔离作用。

根据对E楼住户的调查，多数居民都提到了卫生间臭味明显的现象，反映出上述的3个存水弯里，至少有1个存在问题。抽水马桶、洗手盆都是常用的，这2个存水弯应该长期留有积水，所以问题大概率是出在浴室地面的地漏上。

根据卫生署工作人员的入户调查，淘大花园的大部分住户都习惯于拿拖把拖地，而不是拿水冲洗，这就容易导致地漏下的U型存水弯存不下水，起不到隔离污水管臭味的作用。

SARS疫情爆发后，香港大学的科学家曾在淘大花园E座某一单元里做了一次实验。当打开浴室的排风扇时，浴室内气压为负，污水管里的空气可以通过地漏被吸入到浴室。如果污水管里的空气中含有病毒，那么这条路线就成了病毒传播最隐蔽的途径，这也能够解释为什么淘大花园的传染病例大多集中在垂直方向上的7号和8号单元。

但另一方面，污水管的水流是往下走的，按着这个规律，病毒传播也应该往下。以16楼的首个患者为例，他不可能通过上述途径感染到16楼以上的住户，真实的情况却是，不管是7号单元还是8号单元，集中感染的楼层都为13楼到24楼之间，这说明病毒还有向上的渠道。

1.7.补充技术调查
针对这一问题的解释，4月17日香港特区发布的调查结果中并没有提及，但一个月后世界卫生组织的调查报告作了补充。报告指出，当浴室抽气扇开动时，可能会将从污水管抽出的病毒带到天井，令受污染的空气通过打开的窗户，进入相隔数层的住户。

淘大花园的建筑构造也助推了这种传播。从平面图上看，淘大花园内部区域接近于封闭区域，较难实现水平面的通风换气；而在E座7号和8号单元之间，是一个宽度为1.5米的狭窄天井。根据空气动力学，狭窄天井内的空气很难横向流动，但能够在自然对流下快速上下流动。一旦带有病毒的气体在抽气扇的作用下逸出室外，它就可以在这个狭长的空间里通行无阻，这就为病毒向上播散提供了可能。这也说明了病毒有可能以气溶胶形式向上传播。

该小区一共十九座塔楼，所有病例并不是按照概率分布，而是非常有集中性。E栋感染人数占小区总感染人数的41%，接近一半。C栋占15%，B栋占13%，D栋占13%。其余的18%分布在另外的11栋楼当中。

而在E栋中，最严重的是8号房的住户，73%的住户都被感染，其次是7号房的住户，被感染的比例是42%。尤其是这两个户型10层以上的属于重灾区。

事后调查得知，这些感染居民90%以上未直接接触感染者，都属于这种“闭门家中坐，病从天上来”的类型，是典型的由于建筑设计的不合理，物业服务的不到位造成的。

2.结果与真相

在2003年的香港疫情中，香港一共确诊病例1755人，死亡300人。然而淘大花园一个小区，就有321人感染，42人死亡，分别占总人数的五分之一和七分之一。向下靠地漏，向上靠天井，这就是淘大花园SARS病毒快速扩散的真相。

• 马桶-污水管-地漏-换气扇-天井之间的层层交换，最终传染了其他住户。
• 地漏缺水是一种巧合，导致了污水管的病毒重新进入室内。
• 室内停水维修是一种巧合，导致了污水管的病毒非常聚集。
• 污水管破裂是一种巧合，导致天井充满了病毒。
• 天井空气不流通是一种巧合，这导致了向上的气流把病毒带到了高层的每一个住户。
  

每一次的传播，都是一种巧合。然而，基本上所有的巧合都是一种建筑设计不合理的必然。

室内病毒粪口传播风险与空气动力学分析
不能指望每一栋建筑设计都是绝对合理的。然而假定建筑设计基本合理的情况下，考虑到冬季居家隔离情况下，如果仅开启卫生间小窗，紧闭其他门窗时，当打开厨房抽排时，是否可能会导致下水道污染物的气溶胶反味污染，及更严重的会导致粪口传播呢？就这个问题，我们采用计算流体动力学（也就是专业人士说的CFD）模拟开展空气动力学分析，来观察病毒气溶胶形式的污染物传播影响分析。

1.数学模型
CFD技术的物理模型基础是基本的质量、动量、能量等守恒定律，在数学上用一组微分控制方程表示。
有兴趣的朋友们可以自行查阅相关书籍了解进一步数学原理，也可以联系海基科技的专业技术工程师。

2.计算场景与通风条件
研究对象为8m*8m*2.5m的房间，室内布局如图3.1所示。
下水道口为直径100mm的开孔，气溶胶含量为0.1%；当外窗微开，内门均开的情况下，在开启抽油烟机的情况下对室内污染物成分进行分析。

3.计算结果分析
在开启抽油烟机后，室内形成的流动轨迹情况如图3.2所示，室内形成由外窗，下水道口流向抽油烟机的流动状态。从下图流线图来看，室内卧室、起居室不可避免的受到气溶胶污染。

定量来看，由气流夹带进入室内的污染性物的成分在室内高度1.2~1.5m（人的口，眼等粘膜所在区域）的大部分区域浓度仍在0.01%以上，其中重度污染为北侧卧室，其次为客厅靠近抽油烟机出口的地方，污染度最低的地方为南侧卧室。

对于新冠病毒，一旦出现较高浓度的气溶胶分散，根据日本的新冠病毒存活时间数据（如下图），室内人员将长时间暴露在病毒气溶胶氛围中。

可见，在维持室内清洁的同时，需做好卫生间与室内其他区域的隔离密封工作，避免不经意的负压引流造成卫生间气溶胶污染起居活动空间。

结语
基于以上案例分析和空气动力学分析室内通风环境，室内防疫工作有重点，并需从细节做起：

• 定期往地漏注水，不要让U型弯干涸，保证其密闭性；有消毒液的居民，也可以往地漏里面倒一些，做到尽可能杀菌消毒。马桶冲水的时候，盖上马桶盖再冲，避免溅起病毒微粒。
• 提醒物业定期检查污水管的密闭性，保证下水管不能污染其他环境。
• 直接向外的窗户，要多多通风透气，天井向外的连廊窗户要多开，朝着天井的窗户要少开。
• 对于比较老的，类似于淘大花园，小区内部较为封闭设计的住户，这一段还是少开窗户，尤其感到天井有异味的时候，要招呼物业赶快处理。
  

病毒可怕，但科学合理防治，我们必将战胜它！