本科四年级给排水科学与工程·人防地下室给排水系统防护设计与平战转换一体化教案

本科四年级给排水科学与工程·人防地下室给排水系统防护设计与平战转换一体化教案

一、课程基本信息与定位

本课程系为给排水科学与工程专业本科四年级学生开设的“国防人防工程给水排水工程”模块核心选修课，同时纳入各省市国防动员办公室及人防协会注册建筑师、勘察设计注册工程师（给水排水）继续教育必修学时。授课对象已系统修完“建筑给水排水工程”、“水泵与泵站”、“水处理生物学”等前序课程，具备常规民用建筑水系统设计能力。本教案聚焦于人防工程特有的“武器毁伤效应下的系统生存能力”与“平战功能快速重构”两大核心矛盾，打破传统民用建筑给排水设计惯性，建立“防护优先、平战兼容”的逆向设计思维。全程采用“标准规范解构—防护机理剖绘—实战图纸会诊—现浇结构研学—转换方案推演”五阶沉浸式教学模式，总学时为12学时（其中现场教学4学时），学分为2.5学分。

二、课程教学目标体系

（一）知识目标

1、【核心】系统阐述《人民防空地下室设计规范》GB50038-2005（2023年版）及《人民防空工程施工及验收规范》GB50134-2004中给水排水专业的强制性条文与设计参数。

2、【重要】精准复述常规武器、核武器、生物化学武器对给排水管网的毁伤机理（超压、负压、次生火灾、沾染）。

3、【基础】默画典型二等人员掩蔽所、核5级常5级医疗救护站、区域电站的战时给水、排水、洗消、供油四大系统的工艺流程图。

4、【难点】辨析防爆波阀门、防爆地漏、防爆清扫口、防护闸阀、液压式水位控制阀在结构原理与安装节点上的本质差异。

5、【热点】复述《人民防空工程平战转换技术规范》中给排水专业“预留、预埋、预装”的三级转换时限要求。

（二）能力目标

1、能够依据地质勘察报告进行战时自备水源（管井）取水能力计算及水质应急处理工艺流程比选。

2、独立完成甲类防空地下室口部染毒区墙面、地面洗消给水栓及集水坑的协同布置，并通过水力计算选定手摇泵或电泵型号。

3、能够识别并纠正人防施工图中常见的穿墙密闭措施错误、管道坡度倒坡、防护单元间连通管缺阀等重大设计缺陷。

4、具备编制平战转换给排水专篇的能力，明确临战前封堵、加设、调试的具体操作步骤与物料清单。

（三）素养目标

1、牢固树立“长期准备、重点建设、平战结合”的人防建设方针，形成以国家战备需求为牵引的工程伦理观。

2、培养在极端工况条件下（断电、断网、超压）优先保障饮用水供给与应急排水的系统韧性思维。

3、强化精细化审图习惯，杜绝因设计疏忽导致临战前大规模结构剔凿的不可逆损伤。

三、教学内容体系重构

依据丁志斌编著《防空地下室给水排水设计施工与维护管理》及《人民防空工程给水排水设计百问百答》核心框架，将原教材16章内容整合为七大模块，实现“应列尽罗”：

模块一：人防给排水总论与防护机理。涵盖武器效应、防护等级分类、防爆波阀门力学原理、管道穿墙密闭肋/密闭箍构造、管材冲击韧性选型。

模块二：战时供水系统与水源工程。涵盖市政管网保障、内水源（地下水取水）、应急贮水（装配式水箱、自备井）、水量标准（饮用水、生活水、洗消水、空调补水）、水质保障（二氧化氯发生器、活性炭过滤器）。

模块三：战时排水系统与粪便处理。涵盖生活粪便污水、洗消废水、口部集水、电站冷却排水、移动式干厕、污水集水池防臭透气管、排污泵一用一备及控制柜防护。

模块四：口部洗消与沾染清除系统。涵盖人员全身淋浴设备选型（电热水器即热式）、口部墙面/地面冲洗栓布置、洗消集水坑有效容积计算、防爆地漏汇水坡度设计、染毒废水监测与排放。

模块五：柴油电站及供油系统。涵盖风冷/水冷机组冷却水循环、膨胀水箱设置、燃油贮油罐（埋地/室内）、日用油箱间防火防爆、输油管线防静电接地。

模块六：平战转换设计专篇。涵盖转换时限划分（30天/15天/3天）、预留孔洞封堵方案（密闭盖板、夹板式阀门）、战时水箱预制安装、管线标识色标体系。

模块七：全生命周期质量管理。涵盖施工图设计深度审查要点（涉密图纸管理）、隐蔽工程影像留存、维护管理常见渗漏锈蚀问题、应急演练预案制定。

四、教学实施过程精解

本过程占据总课时的70%，共计8.5学时，深度嵌入【高频考点】与【难点】，采用“规范解构—原理剖绘—案例纠错—现场实勘—方案推演”闭环链条。

（一）第一环节：情境锚定与认知冲突构建

1、开篇引入2022年某沿海城市人防工程暴雨倒灌实录资料，展示平战结合车库平时排水泵因防护阀门误操作导致战时无法启用的真实案例。提出问题：为何符合平时规范的系统，在临战转换时全部失效？

2、教师展示一组对比图：左图为普通民用建筑排水出户管柔性接口，右图为人防围护结构内侧刚性防水套管加防爆波阀门。立刻抛出核心矛盾——【非常重要】“承压与密闭”：民用给排水追求水力通畅，人防给排水追求结构完整。冲击波超压峰值可达0.3-0.6MPa，远超常规工作压力，普通止回阀阀板瞬间击穿。

3、结合GB50038-2005第6.2.13条、6.2.19条，明确给水管穿人防围护结构、防护单元隔墙时，必须设置防护阀门，且阀体工作压力≥1.0MPa，阀芯材质为不锈钢或铜合金，严禁使用灰铸铁。【高频考点】防爆波阀门与普通闸阀的区别：前者具备缓冲弹簧复位机构，能够承受核爆冲击波余压并自动复位。

4、同步引入洗消废水集水坑不得毗邻重要房间（电站、食贮、指挥室）的布局禁忌，明确放射性沾染水排放路径必须单独收集、定期外运处理的基本原则。

（二）第二环节：核心原理剖绘与沉浸推演

1、防御体系剖绘：教师在黑板上手绘人防地下室口部剖面大样，从外到内依次标注：室外出户管、防爆波阀门（安装在室内侧距墙≤200mm）、刚性防水套管（翼环宽≥50mm）、抗爆单元隔墙、内部管道。【难点】强调防爆地漏必须采用铸铁材质，箅子开启方向与冲击波来袭方向相反，利用重力回流原理防止毒剂倒灌。

2、水量计算沉浸训练：给定某二等人员掩蔽所，掩蔽人数1200人，防护单元划分为两个。任务指令：计算战时生活饮用水贮水量。【基础】每人每天饮用水3L，生活水9L，贮水时间15天。计算得到饮用水总量54m³，生活水162m³。教师追问：水箱放在哪里？民用习惯置于屋顶，人防地下室无屋顶，水箱挤占人员活动空间。引出【热点】装配式组合式不锈钢水箱地面布置方案，兼顾平时拆装与战时快速装配。

3、供油系统难点爆破：柴油发电机为保障电力核心，但其冷却水与供油系统隐患极大。播放一段某地人防工程柴油发电机试车时供油管路虹吸导致柴油泄漏的录像。【难点】供油管道不得穿过人防围护结构，确有困难时必须设置油管防护密闭套管并采用焊接连接。输油管严禁采用镀锌钢管（锌与柴油产生胶状物质），必须选用无缝钢管或高压耐油橡胶管。储油间应设置门槛及非燃烧材料砌筑的油污集流坑，地漏直通室外集水坑，严禁排入内部污水管道。

（三）第三环节：规范标准深描与对比辨析

1、师生共同拆解《人民防空工程设计规范》GB50225-2005（水利水电工程人防设计）与GB50038的异同。采用批注法，在投影仪上逐条过堂：医疗救护工程洗消用水量标准为40L/人次，二等人员掩蔽所为5L/人次；【重要】医疗站热水供应时间按1小时计，电站冷却水补充量按循环水量的2%计算。

2、针对常见施工图强条违规行为进行“找茬”训练。展示一份含有5处错误的某物资库战时给排水平面图：①防爆地漏设置在防护单元隔墙临空墙上而非染毒区；②给水引入管防护阀门设在室外；③集水坑排污泵控制柜未采用IP65防护等级且安装高度低于坑沿；④干厕通风器选型未考虑滤毒通风负压；⑤透气管穿顶板未设防护闸门。【高频考点】学生分组讨论，在10分钟内提交书面审图意见，教师逐一点评并赋分计入过程考核。

3、洗消系统深度设计：现场给定某医疗救护站染毒区入口尺寸，要求布置墙面冲洗龙头及热水器。核心参数：人员洗消用水量40L/人次，洗消器具有效作用半径25m，热水器功率按进水5℃加热至38℃计算。【难点】电热水器在战时供电不稳定工况下如何保障？引入“容积式燃气热水器平战两用”替代方案，并论证燃气管道穿围护结构的密闭做法。

（四）第四环节：现场教学与工地研学

1、选取本市在建地铁配套人防工程或大型结建人防地下室（主体结构已封顶、机电安装未开始）作为实景课堂。【非常重要】穿戴安全帽、反光背心，分组进入负二层人防区域。

2、任务一：识别正在绑扎底板钢筋的集水坑位置。观察坑底标高是否低于地坪完成面，排水沟找坡方向是否指向坑内，预埋防水套管规格、位置与图纸是否吻合。现场指出施工单位常见的通病——防水套管漏埋或事后开孔，这是【高频考点】也是竣工验收一票否决项。

3、任务二：测量口部防爆波阀门安装空间。学员用卷尺实测门式悬板活门与防护阀门之间的净距，验证是否满足阀门手柄操作空间（≥300mm），且阀门中心线距墙≤200mm。此节点在《人民防空工程质量验收与评价标准》RFJ01-2015中列为A类控制点。

4、任务三：观摩柴油电站贮油间防火构造。现场讲解集油坑容积不小于1.0m³，坑内严禁设排水管道直通市政，需由专用手摇泵定期抽升。学员对照图纸，标记出油管进出发电机房所经路径，确认所有接口均为焊接且进行渗漏试验。

5、监理工程师现场演示防护阀门关闭状态下的密闭性能测试：阀门关闭后，加压0.1MPa持续5min压力降不大于0.01MPa。学员亲手操作并记录数据，形成检测报告手稿。

（五）第五环节：平战转换方案实战推演

1、确立“转换效率就是战斗力”的核心理念。依据RFJ01-2015附录D，平战转换分为：早期转换（30天内完成物资筹措）、临战转换（15天内完成安装）、紧急转换（3天内完成调试）。给排水专业的核心任务是确保紧急转换期内水箱进出水管、手摇泵、排水软管的快速接通。

2、分组对抗式任务：每组抽取不同人防工程类型（专业队装备掩蔽部、二等人员掩蔽所、核生化监测中心），在90分钟内完成该工程战时给排水转换设计专篇框架。

3、推演要点一：【热点】给水系统转换。平时由市政管网供水，临战时关闭防护阀门，开启战时水箱出水阀门。若战时水箱置于清洁区内但安装未完成，转换指令为“箱体就位、进出口管段碰头”。学员需计算DN80钢管采用活接头连接或柔性卡箍连接的操作工时，并编制劳动力计划。

4、推演要点二：【难点】排水系统转换。平时车库地漏排入集水坑，战时地漏全部更换为防爆地漏盖板，且坑内排污泵需保证在核磁脉冲下自启动。要求学员设计一套简易的应急排水方案：手摇泵吸水管临时引入集水坑，出水管通过防爆波接口接至室外检查井。该方案在《百问百答》中被列为第157问标准解法。

5、推演要点三：管线标识与系统识别。人防工程内部管网密集，战时非专业技术人员（民兵）需快速识别。规范要求所有防护阀门悬挂标牌，管道外壁喷涂色环：给水为绿色，排水为黑色，供油为黄色，消防为红色。学员在平战转换图纸中标明色环位置及文字标识内容，如“战时饮用水管”、“染毒排水管”。

（六）第六环节：维护管理及应急处置

1、引入全生命周期成本理念。人防设备常年不动作，易发生阀芯锈蚀、地漏堵塞。【基础】维护管理要点：每月对手摇泵进行1次全行程摇动，每季度对防护阀门进行1次启闭试验，雨季前清理口部排水设施。

2、案例复盘：某早期人防工程因防爆地漏长期被泥沙淤积，战时无法开启，导致洗消废水倒灌主体。解决方案：增设防爆清扫口，并在每个防护单元设置不少于2个备用地漏。

3、应急演练脚本编制。设定背景：临战状态，工程口部遭常规武器袭击，给水引入管断裂。演练任务：1分钟内切断事故区域两端防护阀门；使用应急抢修管箍（哈夫节）快速修复破损管段；启动备用水箱及手摇泵供水模式。学员按指挥组、抢修组、保障组分工撰写预案，并现场口述汇报。

五、教学评价与考核设计

1、形成性评价（占比40%）：涵盖课堂审图纠错报告（15%）、现场研学检测记录表（15%）、小组平战转换推演方案（10%）。强调过程留痕，提交带有原始测量数据的工地日志。

2、终结性评价（占比60%）：闭卷考试，题型摒弃传统名词解释，全部采用工程情景选择题、改错题、计算题及方案论述题。重点考查【高频考点】如“防爆波阀门安装位置与压力等级”、“洗消集水坑有效容积计算”、“柴油电站冷却水系统补水方案”。

3、特别加分项：鼓励学生检索近期出版的人防工程给排水设计新图集（如07FS02等），并针对某一具体节点提出优化改进建议，经专家论证后录入课程资源库。

六、教学资源与规范工具包

1、核心规范文件：提供《人民防空地下室设计规范》GB50038-2005（局部修订版）、《人民防空工程施工及验收规范》GB50134-2004、《人民防空工程质量验收与评价标准》RFJ01-2015电子版及纸质简本。

2、标准图集：07FS02《防空地下室给排水设施安装》、05SFS10《人民防空工程给排水设计图集》等关键节点大样图。

3、虚拟仿真资源：利用BIM技术构建人防工程给排水系统三维模型，可自由剖切口部节点，动态演示冲击波传播对管道的压力分布云图。

4、案例库：收录30个真实工程典型案例，包含设计错误、施工缺陷、维护失效三类，附原设计图纸及整改后影像资料。

七、课程思政与国防教育浸润

全过程贯穿“国之大事，在祀与戎”的战略意识。在讲解战时饮用水标准时，引申到我国淡水资源人均占有量及城市供水系统易受攻击的脆弱性，强化节水即为备战的观念。在电站供油系统章节，关联国家能源安全战略及海外石油运输通道防护。在施工监理环节，植入