餐厅环境中SARS-CoV-2通过较大呼吸道飞沫传播的CFD-Wells-Riley耦合模型研究：揭示气溶胶假说的局限性及防控新策略

本研究针对广州某餐厅COVID-19聚集性感染事件，采用耦合Wells-Riley模型与CFD的多粒径飞沫模拟技术，首次证实40 μm以下较大飞沫（而非气溶胶）是主要传播媒介。通过反向计算量子生成率（2520 quanta/h），精准复现感染区9例继发感染的同时，预测非感染区仅1.7例，显著优于传统气溶胶模型（预测23.3例）。研究挑战了通风不足导致传播的既有认知，提出餐桌隔板（降低感染风险50%）与缩短就餐时长等针对性措施，为餐饮场所疫情防控提供新范式。

　　

在COVID-19大流行期间，餐厅因其特殊环境成为病毒传播的高风险场所。传统观点认为，SARS-CoV-2主要通过气溶胶（<5 μm）或小飞沫传播，而较大飞沫会快速沉降。然而，2020年1月广州某餐厅发生的聚集性感染事件中，1名疑似索引患者导致同桌及邻桌共9人感染，但远端15桌68名暴露者无一感染。这一特殊分布难以用气溶胶传播理论解释，引发了对现有传播模型的质疑。

为解决这一矛盾，研究人员创新性地采用耦合计算流体力学（CFD）与Wells-Riley流行病学模型的多粒径飞沫模拟技术。通过分析餐厅布局、空调气流和飞沫动力学特征，首次系统评估了40 μm以下较大飞沫的传播潜力。研究发现，含黏液飞沫的蒸发时间远超预期（20 μm飞沫在80%湿度下可持续3小时），这使得较大飞沫能随气流短距离扩散，但受通风分区限制无法到达远端区域。

关键技术方法包括：1）基于Xie等实测数据的多粒径飞沫分布（2.5-40 μm）；2）CFD漂移通量模型模拟飞沫沉降；3）反向计算量子生成率（quanta generation rate）；4）Li等实验数据验证；5）餐桌隔板干预的情景模拟。研究设置6种CFD场景，对比气溶胶（1 μm）与多粒径飞沫模型的预测差异。

主要研究结果：

1. 气溶胶模型的局限性：使用1 μm颗粒模拟时，虽能复现感染区9例病例，但错误预测非感染区将出现23.3例感染（实际为0例），误差达259%。
2. 多粒径飞沫模型优势：包含40 μm飞沫的模拟准确预测感染区9例（误差0%），非感染区仅1.7例，与实测分布高度吻合。
3. 传播机制解析：91.7%病毒量子沉积于物体表面，仅8.3%保持空气悬浮。飞沫尺寸与通风气流共同形成"感染屏障"，限制传播范围。
4. 防控措施评估：
   • 通风增效的悖论：将换气次数从4.9 ACH提升至19.5 ACH，反使非感染区病例增加99%
   • 隔板效果显著：1米高隔板可降低总感染风险23.2%-30.9%
   • 时长控制关键：就餐时间缩短至30分钟可减少63.8%感染

这项发表于《Safety Science》的研究具有三重突破性意义：首先，推翻"通风不足导致传播"的既有结论，证明较大飞沫是餐厅传播的主因；其次，建立首个能精准预测空间异质性感染分布的CFD-Wells-Riley耦合框架；最后，提出"局部阻断优于全局通风"的防控新理念，为餐饮业防疫提供成本效益优化的解决方案。研究还提示，服务人员佩戴口罩对拦截较大飞沫具有特殊价值，这对高湿度地区的防疫政策制定具有重要指导意义。

值得注意的是，该模型在解释香港餐厅后续感染事件（Omicron变异株，1023 quanta/h）时也展现出良好适用性，说明其机制具有普适性。未来研究可进一步纳入飞沫蒸发动力学和病毒衰变率参数，以提升模型在干燥环境中的预测精度。