基于EIAproA軟件的火車站室外廣場肉毒毒素擴散情況和處置程序研究

范慶典，畢 波

(武警學院 a.研究生隊； b.消防指揮系，河北 廊坊 065000)

0 引言

現(xiàn)如今，社會發(fā)展的同時也伴隨著各類事故的發(fā)生，美國生物實驗室事故、H2N2流感病毒樣本風波、“炭疽郵件”等事件使人們清醒地認識到生物事故已經(jīng)成為當今社會不容忽視的問題。這其中危害最為嚴重、影響最為廣泛的當屬生物恐怖襲擊事件。生物恐怖襲擊是指將病毒、病菌等病原體或其產(chǎn)物(如肉毒毒素)釋放在媒介中，或直接接觸傷口誘導人體、動植物發(fā)生病變、死亡，從而達到某種經(jīng)濟、政治或宗教目的的活動[1]。2001年“炭疽郵件”事件發(fā)生后，美國加強了對生物恐怖襲擊的防控，并在2003年建立了生物監(jiān)測計劃[2]，同時其相關(guān)部門還著手對恐怖襲擊微生物病原體的研究，用于疫苗的生產(chǎn)[3]。在國內(nèi)，有大量學者就恐怖襲擊所用的病原體的擴散特性做了深入研究，分析認為風速、風向?qū)Χ舅卦谙嘛L向、建筑物不同壁面的分布情況有一定的影響[4-7]。此外，路旁綠化帶葉片的吸附作用[8]、天橋、高架橋的阻擋作用[9]、事故附近的溫度場[10-11]和相對濕度[12-13]對其分布也具有較大影響。公安部基于此類研究制定了一系列應(yīng)急處置措施，提出了中國政府防范生物恐怖危機的組織管理體系、法律保障機制、公共管理對策以及危機后的重建工作等建議[14]。本文則借助EIAproA軟件中的AERMOD和SCREEN3兩種氣溶膠擴散模型分別模擬肉毒毒素氣溶膠在火車站室外廣場釋放數(shù)小時后的擴散情況，結(jié)合其毒性特性，進而評估人員危害程度，并借助評估結(jié)果作出合理的應(yīng)急處置措施。

1 軟件模擬

1.1 參數(shù)設(shè)定

1.1.1 肉毒毒素的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

經(jīng)查閱文獻可得到肉毒毒素基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其無系統(tǒng)致死量、吸入半數(shù)致死劑量LD50和吸入致死劑量LD100分別為≤2.54 ng·kg-1、3 ng·kg-1和13 ng·kg-1[15-17]。現(xiàn)設(shè)定火車站室外廣場人員平均體重為75 kg，則其致死劑量為0.975 μg、半數(shù)致死劑量為0.225 μg，當人員吸入肉毒毒素劑量小于0.190 5 μg時無中毒現(xiàn)象。以人每分鐘平均吸氣7.5 L計算[18]，則1 h吸入空氣為0.45 m3，經(jīng)換算，1 h內(nèi)無系統(tǒng)致死濃度、半數(shù)致死濃度、致死濃度分別為：≤0.4 μg·m-3、0.5 μg·m-3、2.17 μg·m-3。

1.1.2 釋放源數(shù)據(jù)

釋放源的具體數(shù)據(jù)以市面上銷售的德國Topas SAG-410型氣溶膠發(fā)生器的相關(guān)參數(shù)進行設(shè)定，此類氣溶膠發(fā)生裝置的具體參數(shù)：煙筒出口內(nèi)徑為0.15 m、輸入煙氣流量為5 m3·h-1、出口煙氣密度為0.1 kg·m-3，氣溶膠的排放強度為0.5 kg·h-1。根據(jù)實際情況設(shè)定氣溶膠中肉毒毒素的含量約為1%，即其釋放強度為5 g·h-1。

1.1.3 氣象數(shù)據(jù)

表1所示地面氣象數(shù)據(jù)由中國氣象局網(wǎng)站獲得，表示北京往年冬季氣象數(shù)據(jù)平均值。

現(xiàn)場氣象數(shù)據(jù)如表2所示，設(shè)定火車站人員的平均身高約為175 cm，通過中國氣象局網(wǎng)站查詢和事故現(xiàn)場測取獲得冬季北京地區(qū)距地面約1.75 m處的氣象數(shù)據(jù)，并取其平均水值。

表2 現(xiàn)場氣象數(shù)據(jù)

1.2 模擬計算

1.2.1 SCREEN3模型的模擬計算

由SCREEN3模型計算得出肉毒毒素濃度隨釋放源下風方向距離的變化數(shù)據(jù)。其中，下風方向160 m和400 m處肉毒毒素的濃度值分別與其致死濃度2.17 μg·m-3和半數(shù)致死濃度0.5 μg·m-3接近；450 m處的濃度值略小于無系統(tǒng)致死濃度0.4 μg·m-3。將肉毒毒素濃度隨釋放源下風方向距離的變化數(shù)據(jù)制成肉毒毒素濃度-距離曲線，如圖1所示。圖1表明肉毒毒素濃度在釋放源100 m范圍內(nèi)的變化較快，之后緩慢降低。綜合分析圖形，得出在距釋放源160 m處，肉毒毒素的濃度為2.25 μg·m-3，人員處于致死濃度中；400 m處的濃度為0.43 μg·m-3，人員處于半數(shù)致死濃度中；距釋放源450 m以外的人員相對安全。

圖1 肉毒毒素濃度-距離曲線

1.2.2 AERMOD模型的模擬計算

與SCREEN3模型只能計算釋放源下風向肉毒毒素濃度分布情況不同，AERMOD模型可以較為準確地計算釋放點周圍一定范圍內(nèi)一些點的濃度值和變化情況。通過模型模擬，得出圖2所示的釋放源周圍預(yù)測點處的毒素濃度值(μg·m-3)。

圖2 預(yù)測點的肉毒毒素濃度

借助Surfer8軟件處理上述數(shù)據(jù)，做出肉毒毒素濃度等值線，如圖3所示(藍色曲線表示致死濃度，綠色曲線表示半致死濃度，紅色曲線表示無系統(tǒng)致死濃度)，在圖中標出了風向標和方向標。可以看出濃度值2.17 μg·m-3的最遠作用距離約為150 m；半致死濃度最遠作用距離約為550 m；下風向670 m外為肉毒毒素無致死作用濃度區(qū)域。

圖3 下風向濃度等值線

如表3所示，由于SCREEN3模型和AERMOD模型適用范圍不同，因此兩種模型計算的結(jié)果存在差異。為更大程度地減少人員傷亡，現(xiàn)將警戒區(qū)域、半致死區(qū)域、致死區(qū)域分別取為半徑670 m、450 m和160 m的圓環(huán)或圓形區(qū)域。圖4中標出了肉毒毒素各濃度值的作用范圍(箭頭指向表示人員疏散方向)，并分別用A、B、C、D表示致死區(qū)域、半致死區(qū)域、警戒區(qū)域和安全區(qū)域，同時根據(jù)實際情況確定人員疏散方向和洗消區(qū)域。

表3 兩種模型計算結(jié)果對比

圖4 應(yīng)急處置圖

2 人員危害分析

2.1 確定評估標準

將前面得到的肉毒毒素具體毒性數(shù)據(jù)作為人員危害的評估標準，即不致死濃度、半數(shù)致死濃度、致死濃度分別為：≤0.4 μg·m-3、0.5 μg·m-3、2.17 μg·m-3。

2.2 人員危害評估

人員危害程度主要取決于其所處環(huán)境毒素的濃度大小和停留時間長短，濃度越大、作用時間越長，人員受到的損傷越嚴重。結(jié)合圖4分析得出，人員在區(qū)域A內(nèi)停留1 h的致死率為100%；人員在區(qū)域B滯留1 h的致死率大于50%，且越接近釋放點，致死可能性越大；C區(qū)的邊界為警戒線，該區(qū)域使人致死的可能性低于50%；區(qū)域D污染物濃度較低，人員相對安全，但當毒物在人體中的積累量大于0.225 μg時，同樣可使人員致死，由此可知D區(qū)人員同樣不適宜在含有肉毒毒素的環(huán)境中長時間停留。因此，恐怖襲擊發(fā)生后要求處置人員必須迅速實施現(xiàn)場警戒、確定釋放源位置、疏散醫(yī)治人員，盡可能減少人員暴露時間，以降低對毒物的吸收。

3 處置措施

恐怖襲擊發(fā)生后，為使救援人員能以最快的速度、最短的時間、最小的消耗、最高的效率將人員傷亡、經(jīng)濟損失和社會負面影響降到最低，在現(xiàn)場處置此類事故時必須要有一套完整的處置程序進行參考，主要步驟包括：現(xiàn)場偵檢、警戒、人員防護、人員疏散、受傷群眾的緊急醫(yī)治、人員及現(xiàn)場的洗消等。在處置過程中，通常是多個步驟同時進行的。

3.1 現(xiàn)場偵檢

處置人員到達現(xiàn)場迅速成立偵檢小組，在做好人員防護的基礎(chǔ)上，迅速前往事故中心確定釋放源位置并關(guān)閉釋放裝置，同時在A區(qū)采集空氣和物體表面樣品，使用BTA或UPT進行現(xiàn)場快速偵檢，并及時把結(jié)果報告上級，為后面的處置提供參考。

3.2 現(xiàn)場警戒

一旦有類似生物恐怖襲擊或生物劑泄漏事件發(fā)生，要迅速對現(xiàn)場實施警戒。如圖4所示，以釋放源為圓心，將半徑670 m的圓作為警戒區(qū)域?？紤]火車站附近交通復(fù)雜、人流量大、肉毒毒素氣溶膠難控制等特點，需在警戒區(qū)設(shè)置明顯的警戒標志，并實施交通管制。

3.3 人員防護

為防止人員持續(xù)吸入肉毒毒素氣溶膠，應(yīng)將其集中在室內(nèi)，控制外出。此外，處置人員在從上風向進入現(xiàn)場實施救援之前，應(yīng)在以下幾個方面進行重點防護：(1)肉毒毒素可通過呼吸道和傷口侵入人體，因此處置人員必須做好呼吸道和皮膚的防護，進入A、B區(qū)域前需佩戴空氣呼吸器或高效微?？諝膺^濾防護面具，C區(qū)處置人員應(yīng)佩戴過濾式防護面罩。同時，處置人員必須著生物防護服，并禁止在襲擊現(xiàn)場坐臥，防止沾染毒素或劃破防護服。(2)禁止人員在事故現(xiàn)場進食或飲水，防止肉毒毒素污染食物和水源從而經(jīng)消化道侵入人體。(3)為進一步確保處置人員安全，在其進入現(xiàn)場之前應(yīng)注射多價的肉毒毒素類疫苗，進行免疫防護，這是最為行之有效的特異免疫措施。

3.4 人員疏散

首先，應(yīng)急人員應(yīng)明確進入現(xiàn)場的路線，選擇交通便利、人員稀少的道路進入。如圖4所示，可以沿著釋放源附近的公路進入，縮短途中時間。同時要積極引導人員疏散，防止擁擠、踩踏；對于受傷不能自行疏散群眾，處置人員要積極協(xié)助，進行攙扶或者馱背，做到既快又穩(wěn)。其次，明確疏散方向和路徑，結(jié)合肉毒毒素濃度等值圖確定人員疏散方向為側(cè)上風向。同時，火車站人員眾多、人員情緒激動，為防止諸如踩踏事故、車禍等次生災(zāi)害發(fā)生，應(yīng)盡量選擇平坦、寬闊、車輛稀少的道路作為疏散路徑。最后，確定人員疏散的先后順序，處置人員在進入中心地帶疏散A區(qū)人員之前，應(yīng)先指導B區(qū)人員疏散、洗消，防止交叉污染。外圍處置人員對被疏散的群眾進行處理時應(yīng)注意肉毒毒素致病性具有數(shù)小時的潛伏期，因此需對群眾進行留院觀察或緊急治療。

3.5 現(xiàn)場洗消

首先，建立洗消站，洗消站的位置應(yīng)選擇在釋放源上風向、交通便利、水源充足、位于疏散路線上、危險區(qū)與安全區(qū)的交界處[19]。如圖4所示，將洗消區(qū)1、2、3按以上原則分別設(shè)置在操場、公園廣場和路口，合理利用市政管網(wǎng)中的水源，結(jié)合肉毒毒素耐酸、不耐熱、不耐堿的特點[20]，對物品、建筑設(shè)施、儀器等進行有針對性的洗消。其次，確定人員洗消的先后次序。由于A、B區(qū)域毒素濃度更高，要用大量溫的堿性溶液對A、B區(qū)內(nèi)人員進行徹底地淋浴、搓洗，尤其注意對口鼻、指甲、頭發(fā)、耳蝸等顆粒容易沉積的部位著重洗消。C區(qū)人員，可以用溫堿性溶液或清水淋浴沖洗。最后，系統(tǒng)地對建筑物、地面進行洗消。用“三合二”、84消毒液等堿性溶液對A區(qū)建筑物噴霧，隨后再用清水沖刷，防止腐蝕；統(tǒng)一焚燒各區(qū)域人員的衣物；用1%的NaOH溶液或1%的NaClO溶液對耐熱、防水的貴重物品煮沸10 min[21]，適當延長A區(qū)物品的處理時間；用堿性溶液擦洗精密儀器。此外，在終止毒素的釋放、控制毒素擴散的同時，充分利用肉毒毒素氣溶膠在環(huán)境中毒性逐漸衰減的自然衰減特性，使其毒性逐漸消退。

3.6 緊急醫(yī)治

利用評估結(jié)果，采取科學有效的醫(yī)療措施。對中毒患者來說，最高效的特異性治療方法就是使用抗毒素，因此要盡可能快的進行以抗毒素為主、以支持療法為輔的醫(yī)療救治。對A區(qū)人員率先給予救助，首先對感染人員進行皮下測試，若注射部位出現(xiàn)異?，F(xiàn)象如浸潤、紅腫，特別是那些類似偽足或有瘙癢感者，注射治療時必須采用脫敏療法，防止發(fā)生過敏；如果局部反應(yīng)特別嚴重或伴有全身癥狀，應(yīng)慎重考慮使用抗毒素；檢測無過敏反應(yīng)后，迅速對A區(qū)人員注射1 000 U單位的多價馬血清抗毒素；不能馬上給予特異性抗血清的，可先使用氯丙嗪川楝素緩解中毒癥狀；對于在恐怖襲擊期間進食或飲水的人員，應(yīng)立即使用醫(yī)用活性炭洗胃。對于嬰兒中毒，主要以輸液、基于大量維生素B復(fù)合物進行支持療法，以防出現(xiàn)過敏反應(yīng)或血清病[22-23]。

4 結(jié)論

本文借助EIAproA軟件的SCREEN3模型和AERMOD模型，通過設(shè)定相關(guān)參數(shù)，模擬得出火車站廣場肉毒毒素氣溶膠分布情況。綜合兩種模型模擬的結(jié)果，將現(xiàn)場劃分為A、B、C、D四個區(qū)域，即致死區(qū)、半數(shù)致死區(qū)、警戒區(qū)和相對安全區(qū)，各個區(qū)域的邊界距釋放源的最遠距離分別為160 m、550 m、670 m，670 m以外的區(qū)域為安全區(qū)，其中A、B區(qū)人員傷亡最為嚴重。結(jié)合人員傷亡情況，制定相應(yīng)措施。首先實施現(xiàn)場警戒，確定疏散方向；其次在疏散路線上選擇操場、公園廣場、交通路口等區(qū)域設(shè)置洗消站。最后針對受傷群眾提供相應(yīng)的洗消和醫(yī)治措施，對傷勢較重的人員第一時間疏散、洗消和治療。通過本文的研究能夠確保人員密集場所發(fā)生恐怖襲擊或者生物劑泄漏時，有章可循，做到快速應(yīng)對、處置有序，最大限度減少人員傷亡和經(jīng)濟損失。