保护下一代 ｜ 仿真技术如何助力降低在教室里感染新冠病毒的风险？
▲保护下一代 ｜ 仿真技术如何助力降低在教室里感染新冠病毒的风险？
仿真技术
如何助力降低在教室里感染新冠病毒的风险
最近几周，多国新冠病毒感染数急剧增加。专家预测，感染率将在圣诞新年季和之后继续攀升。世界各地的人们都在避免感染的同时尽力恢复到正常的生活，同时等待疫苗的问世。令人遗憾的是，尽管复工复产的举措难以完整契合保障人员健康的原则，但可以采取一定的方法最大限度降低患病的风险。
社会最关注也最担忧的领域之一就是我们的教育设施以及如何保护我们的下一代。一些学校已经全面转为线上教学模式，但仍有许多学校保持开放，以减轻在岗父母的压力，同时尽量为孩子提供正常的学习环境。可以理解的是，这一举措同样也引起了父母的担心，因为他们想知道学校究竟采取了哪些措施能够保障自己子女的安全。
SIMULIA的流体解决方案采用了高精度的计算流体力学仿真软件。在疫情期间为保障学生的安全发挥着重要的作用。SIMULIA团队成员已经运用仿真技术研究了有望抑制病毒传播、保障学生安全的三个因素，特别是佩戴口罩、通风方式和座位安排。
新冠病毒已被证明是通过口腔和鼻腔的分泌物传播的。它借喷嚏、咳嗽乃至交谈中排出的大小各异的飞沫（包括令人生畏的气溶胶）在空气中传播。到目前为止，大多数人都知道佩戴口罩是防止这些飞沫在人与人之间传播的一种非常有效的方式，而且仿真结果也证实了这一点。然而有些学校并未要求学生佩戴口罩，甚至是在那些要求学生佩戴口罩的学校里，学生也需要在就餐时摘下口罩。孩子终归是孩子。在就餐后他们不总记得尽快把口罩戴上，而且也可能会在其他时候取下口罩或是不正确佩戴口罩。因此需要另建一道防御线。
通风是关键。良好的通风系统能在空气中漂浮的飞沫吸附到表面或被师生吸入前，将其排出教室。此外，它也有助于最大限度地缩小高飞沫浓度区域的面积，从而降低相应的感染风险。仿真结果证实，在自然通风的普通教室里，当窗户打开并有微风吹拂时，一分钟内有14%的飞沫被排出教室。在打开侧排气扇的情况下，比例提高到20%；在打开中央排气扇的情况下，比例则提高到22%。因此，强制通风，特别是高效率中央暖通空调系统，是排出室内飞沫，避免人员感染的重要因素。集成是关键，因为掌控室内气流能够显著降低飞沫浓度，而集成不良的系统则可能让情况更加糟糕。我们在与法国医院的合作中证明了这一点。
同样重要的是学生的座位安排。一项近期开展的研究做出如下假设：
室温为26摄氏度
每名学生成为携带病原体感染源的概率均等
病毒载量为每小时900颗粒
颗粒平均直径为1微米
唯一的感染途径是通过气溶胶（空气中悬浮的微小飞沫）
我们的仿真针对三种教室布置展开：一种是室内有40名学生，另外两种是室内有20名学生。通过运用先进的工程方法并经过多次运行，研究意外发现最优布局由20名学生组成，具体布置如下图所示。与重视拉大学生间距离的传统布置方法相比较，这种方法根据室内的气流分布确定理想布局。这种方法由通风决定，故布置会因教室不同而发生改变。
使用SIMULIA CFD解决方案，可以通过教室布置提高防护水平。如果按仿真结果在教室里容纳20名学生并打开中央排气扇，就能在疫情期间为学生提供最安全的环境。如果学生佩戴口罩，安全性还能进一步提高。
虽然没有万无一失的方法能够确保任何人100%不会感染新冠病毒（除非彻底避免与他人接触），但仿真技术能够准确评估环境，帮助工程师在疫苗问世前布置出尽可能安全的环境。这不仅是对教室而言，也对工作场所乃至医院而言。SIMULIA专家服务团队随时愿意帮助企业开展这些类型的仿真，在SIMULIA 云上迅速运行仿真，为离家后的健康提供有力保障。
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