本科三年级建筑环境与能源应用工程《人防工程通风系统施工技术》教学设计

本科三年级建筑环境与能源应用工程《人防工程通风系统施工技术》教学设计

一、教学背景与定位

（一）课程性质与学科坐标

本课程定位于建筑环境与能源应用工程专业三年级核心专业课“通风工程”与“人防工程设备”的交叉模块，属于典型的情境化、任务驱动型施工技术课程。在学科体系中，它既是“工业通风”“空气洁净技术”理论在国防战备场景下的工程延伸，也是衔接“施工组织设计”“工程质量验收”等后续管理类课程的技能枢纽。当前课程改革强调“岗课赛证”融通与“课程思政”隐性渗透，本设计紧扣人防工程“平战结合、质量是生命线”的行业特性，对标注册公用设备工程师（暖通空调）执业资格标准与《人民防空工程质量验收与评价标准》RFJ01-2015核心条款。

（二）学情精准画像

授课对象为本科三年级学生，已完成“工程热力学”“流体输配管网”“通风工程”理论修读，掌握风管阻力计算、通风机选型基本原理，具备流体力学实验与普通民用建筑通风课程设计经历。痛点在于：对人防工程特有的“核生化防护”逻辑认知模糊，对密闭阀门、过滤吸收器、超压排气活门等专用设备缺乏实物感知，施工图识读普遍停留在平面管径标注，难以建立“防护单元—抗爆隔墙—染毒区/清洁区压力梯度”的空间战备思维。因此，本设计将“战技结合”的工程伦理与“毫米级密闭”的质量意识作为情感态度切入点。

（三）教材处理与资源重构

摒弃传统教材“元件罗列式”章节体例，采用“典型施工任务+质量验收标准”双线并进的项目化结构。核心教材选用“十三五”国家重点出版物《人防工程通风空调施工工艺》，同时引入中国人防网发布的《轨道交通人防工程通风系统施工工法》以及企业级《平战转换通风装置安装作业指导书》。自建“数字孪生施工馆”虚拟仿真资源，配套1:1还原的过滤吸收器剖面模型、手电动密闭阀VR拆解模块。

二、教学目标体系（依据布鲁姆教育目标分类学2023修订版）

（一）知识维度【基础】

1.1识记并复述人防通风系统六大核心构成：清洁式通风、滤毒式通风、隔绝式通风三种战备工况的转换逻辑，口部染毒区与主体清洁区设计压力值（如超压30~50Pa）【高频考点】。

1.2阐明防护设备与普通通风部件的本质差异：着重解析气密性要求（漏气量≤0.5%/h）、抗爆波冲击构造（如防爆波活门悬板结构）、过滤吸收器对沙林毒剂及放射性尘埃的防护机理【难点】。

（二）能力维度【核心技能】

2.1能识读人防通风工程平面图、剖面图及系统原理图，并依据图纸提取关键设备型号、风管截面尺寸、预埋短管坐标【重要】。

2.2能编制人防通风设备安装技术交底文件，重点针对密闭穿墙短管的“止水翼环”焊接工艺与气密性试验操作流程进行规范化表述。

2.3能运用“三检制”（自检、互检、交接检）对滤毒通风系统进行超压差实测与调试，并填写符合RFJ01-2015格式的验收记录表。

（三）素养目标【课程思政锚点】

3.1树立“防护效能重于一切”的职业价值观，通过剖析历史上某大型人防工程因风管咬口不严密导致战时失效的案例，强化质量终身责任制意识。

3.2培育“平急转换”的系统思维，理解通风施工中人防预留预埋对城市综合防护体系的战略支撑作用。

三、教学资源与实训环境配置

（一）实体资源

真实施工场景资源包：包含某乙类常6级核5级人防地下室通风设计全套蓝图（PDF+CAD源文件），过滤吸收器SR型、油网滤尘器LWP型实物各一台，手电动密闭阀门D940X-0.5型控制箱演示台，超压排气活门PS型及气密性测试仪。

（二）虚拟仿真平台

自建“人防通风数字孪生工坊”，可实现三维可视化下风管法兰连接螺栓力矩虚拟拧紧、滤毒罐活性炭床层穿透模拟、战时核爆冲击波峰值压力波形加载实验。

（三）数字化互动工具

雨课堂+“学习通”双平台投屏弹幕系统，支持施工详图实时圈点批注；Milesight物联网传感器套件，用于实训室气密性试验数据采集。

四、教学实施过程（总时长90分钟，含课间休息10分钟）

本环节为教学设计的绝对主体，采用“战备情境—要素拆解—仿真实操—验收复盘”四阶递进模式，全程贯穿重要等级标记与应试热点标注。

（一）战备情境导入（5分钟）【战技结合·入课激趣】

1.创设战备任务：202X年某重要经济目标防护演练招标要求“现有普通地下车库须在72小时内加装滤毒通风系统，实现平战转换”。展示该车库原始土建风井照片，抛出核心问题：若你是施工技术负责人，应优先采购哪些专用设备？学生通过“学习通”词云投票，现场生成“过滤吸收器”“密闭阀门”“超压排气活门”前三位高频词汇。

2.教师追问：普通民用通风与战备通风的根本区别是什么？播放15秒核爆后毒剂渗透模拟动画，定格在防护单元隔墙预埋管处，点明“密闭”是本课程的生命线，也是注册考试案例分析题必争之地【高频考点·重中之重】。

（二）核心要素深度拆解（25分钟）

本阶段摒弃单向灌输，采用“图纸会审现场”翻转模式。每六人一组，每组获得一套人防工程通风施工图局部（含口部节点图）及一份常见质量通病清单（如密闭短管未设止水翼环、过滤吸收器进出口方向装反等），进行图纸“找茬”对抗赛。

3.设备选型与战备工况耦合分析（8分钟）【重要】

教师以BIM模型分层剖切图演示：清洁式通风时，系统经消波设施（防爆波活门）→粗效过滤器→电动调节阀→送风机；滤毒式通风时，则关闭清洁式进风阀，开启滤毒通风阀，空气经粗滤+过滤吸收器后进入人员掩蔽区。强调过滤吸收器严禁反接，否则活性炭床层被高速气流冲击粉化，完全丧失防护效果【致命错误·绝对禁区】。现场展示一台解剖的过滤吸收器模型，让学生触摸活性炭颗粒，对比进出口导流板结构差异。

4.口部密闭处理核心技术（12分钟）【核心技能·难点突破】

转入实训区，聚焦两个施工质量控制点。

（1）气密性测量管预埋工艺【基础但极易出错】：教师操作氧气-乙炔焰，在5mm厚钢板上演示止水翼环双面满焊，要求学生用塞尺检测焊脚高度是否≥6mm。指出人防工程严禁使用冷镀锌管直接预埋，必须采用热镀锌管且镀锌层破损处需涂环氧富锌底漆【验收强条·否决项】。

（2）密闭阀门安装方向与执行机构空间预留【高频实操考点】：展示安装错误的返工现场照片——手电动密闭阀手动柄触墙无法操作。利用VR设备让学生进入虚拟人防口部，测量阀门手柄操作空间是否满足≥100mm净距，违反者直接扣除分项工程总分值20%【行业惯例】。

5.超压排气活门安装水平度控制（5分钟）【热点】

针对PS型超压排气活门重锤式结构，现场进行水平尺校准演示。通过激光水平仪投射，说明垂直度偏差不得超过1/1000，否则重锤偏摆导致开启压力误差超过5Pa，战时无法建立超压。引入某地铁人防验收实测数据，说明偏差1°时漏风量激增3倍【量化认知】。

（三）仿真实操与协作攻关（35分钟）

6.数字孪生装配实训（15分钟）【核心能力生成】

登录“数字孪生施工馆”，各小组接收虚拟任务：为某5级人防物资库安装滤毒通风支管。平台自动记录关键步骤得分：

（1）法兰垫片选用：必须使用闭孔海绵橡胶板，严禁使用石棉橡胶板（核辐射环境下易脆化）【材料学禁忌】。

（2）螺栓穿向规定：人防区风管法兰螺栓应从低侧向高侧穿设，螺母统一位于外侧，防止战时冲击波剪断螺栓【构造抗爆专项】。

（3）风管咬口形式：明确人防送风管必须采用单平咬口或联合角咬口，且咬口缝需涂密封胶，不可使用按扣式咬口（气密性差）【规范硬性规定】。

每步操作后平台弹出相关质量验收规范条款号（RFJ01-2015第6.4.3条），强化“按图施工、依规操作”的法治意识。教师巡堂，针对学生普遍存在的“忽略风管穿越防护单元隔墙时的抗力压缩套管设置”进行集中纠错【易漏项·失分重灾区】。

7.气密性试验方案模拟论证（12分钟）【难点升维】

转换场景：假设已完成过滤吸收器及管道连接，现需对滤毒通风系统进行气密性测试。下发虚拟试验仪表，要求学生连接压差计、倾斜式微压计并选定测试工况。

（1）理论计算支撑：利用伯努利方程推导漏风量与超压维持时间的关系，计算防护单元容积500m³、允许压降20%/h时的极限漏气量。

（2）争议解决实战：某组试验数据超差，教师引导排查——“是否忘记关闭隔绝通风阀？”“测试软管是否插入染毒区测压孔？”通过虚拟示踪气体（氦气）泄漏可视化，直观看到法兰螺栓孔缝隙处的射流，使学生深刻理解“即使肉眼不可见缝隙，在微正压下毒剂仍可渗入”【意识觉醒】。

8.平战转换装置安装沙盘推演（8分钟）【热点·创新设计】

针对最新版《人民防空地下室设计规范》GB50038-202X（送审稿）强调的“临战安装快捷性”，各小组使用3D打印构件，在1:10口部模型上模拟：平时不安装过滤吸收器，仅安装短管与法兰盲板；临战转换时限内，拆除盲板，快速吊装连接过滤吸收器。推演中需考虑起重设备作业半径、吊装顺序、密封垫更换时效。教师点评时引入“逆序安装法”，即先定位最内侧设备，逐步向口部退后安装，避免设备挤压人员【安全管理思政】。

（四）验收规范对标与档案生成（15分钟）

9.检验批质量验收记录填写（8分钟）【高频考点·职业资格衔接】

各小组依据模拟试验数据，填写《通风与空调工程检验批质量验收记录》（人防专用表格）。教师重点指导“主控项目”与“一般项目”判定：

（1）过滤吸收器压差阻力：主控项目，必须≤700Pa【实战考核】。

（2）支吊架间距：一般项目，但若设在设备接口法兰处，升格为主控（导致接口受力变形）【动态判定逻辑】。

现场随机抽取某组验收记录投屏，全班集体“陪审”：漏项了吗？数据造假了吗？签字手续完备了吗？强化“验评一体、全程留痕”的工匠习惯。

10.竣工验收情景模拟（7分钟）【职业素养升阶】

邀请两位学生扮演“质量监督站人员”与“施工方项目经理”，其余组为验收专家组，对虚拟工程进行观感质量评定。观察点涵盖：风管标识色环（滤毒通风管道专用黄色标识）、支吊架镀锌层破损补涂、活门重锤防锈油沾染灰尘（需清洁）等细节。一旦发现“过滤吸收器橡胶密封圈扭曲”，直接判定整改，不得通过验收【终身责任威慑】。教师总结：技术规范背后是无数工程师与战士的生命积淀，以此自然达成价值内化。

五、教学评价体系（全过程多维度）

（一）形成性评价权重（占60%）

1.云课堂互动指数：15%。含图纸会审发言质量、VR实训错误步骤纠正率【数据追踪】。

2.小组协作效能：20%。根据数字孪生平台记录的每人任务分配时长、修改次数及互评口碑，排除“坐车式”成员。

3.关键技能现场考核：25%。随机抽取“密闭阀门执行机构扳手空间检查”“过滤吸收器进出口方向复核”两项，在5分钟内完成实物指认与规范陈述，未通过者课后须在仿真平台加练【硬过关】。

（二）终结性评价权重（占40%）

4.综合项目成果：编制一份3000字以内的《某人防工程通风系统专项施工方案》核心章节，含施工部署、进度计划、质量控制点、通病防治措施。要求至少引用3条RFJ01-2015条文，并绘制一幅手绘滤毒通风设备安装大样草图（扫描插入）。评价维度包括：规范引用准确性25%、工序逻辑合理性30%、战备针对性30%、图纸规范性15%【跨章节整合】。

（三）增值评价

对诊断出图纸深层设计错误（如防爆波活门选用压力等级不足）或创新提出安装工装（如快速对中法兰夹具）的学生，额外计入“卓越技术素养”学分，并推荐至校企合作单位人防设备厂实习。

六、教学反思与持续迭代

尽管本设计已深度嵌入战备场景与数字技术，但在实施层面预判存在两点挑战：

（一）专用设备实物台套数不足。解决策略：开发“低成本气密性教具”，利用亚克力管+3D打印阀体模拟气流组织，满足8组同时实测【即时优化】。

（二）跨学科知识缺口。部分学生对核生化防护原理生疏，已在课前推送“防化基础”微课，并在本次设计中增设“活性炭吸附等温线”速查卡。后续拟邀请人防设计研究院高工开设“防护设备抗爆数值模拟”专题讲座，构建“土木—暖通—防化”跨学科视野。

七、板书与学习支架设计（非线性思维导图结构）

中心节点：人防通风施工质量=战时生命线

第一主干：设备矩阵——过滤吸收器（呼吸器）、密闭阀（咽喉）、活门（铠甲）【重要等级：★五星】。

第二主干：工序要塞——预埋（翼环）、装配（正反）、测试（超压）【高频考点：近5年注册考试7次出现】。

第三主干：规范护盾——RFJ01-2015主控项目100%合格【否决项红色警示】。

右侧附栏：常见错误病历本——反装吸收器、漏焊翼环、螺栓混穿、垫片代用【工程绝症·零容忍】。

左侧附栏：数字资源码——扫码观看过滤吸收器流场仿真、VR自动评分标准【课下拓展】。

八、课程思政深度融合叙事

本设计将思政元素隐性编码于每一个技术动作。在介绍防爆波活门悬板闭锁机构时，引申“瞬间反应、可靠防护”反映军人品质；在强调气密性试验的“不放过一丝缝隙”时，对标工匠精神的极致追求；在分析某案例由于施工人员擅自给过滤吸收器刷油漆导致漆雾堵塞炭孔时，批判“形式主义害死人”，倡导实事求是、敬畏数据的工程师良知。最终使学生意识到：我们不是在安装风管，而是在构筑和平年代的钢铁盾牌。

九、施工技术风险点前置干预

针对实训环节最易发生的五类伤害或错误，实施定向爆破式干预：

（一）重锤坠落砸伤风险：超压排气活门重锤调试前，必须二次确认锁紧螺母扭矩【安全锁死】。

（二）电动阀门接线极性反：造成战时远程控制拒动，演练时强制要求学生执行“红对红、黑对黑”色标核对并拍照留底【人因失效屏障】。

（三）过滤吸收器搬运倒置：箱体箭头朝上醒目警示，发明“吊装防倒转卡扣”学生创意作品应用至课堂【微创新】。

（四）测试数据伪造心理：引入某地铁通风造假被追究刑事责任案例，依托检测仪器数据不可篡改特性，培养职业敬畏感【制度与文化双约束】。

（五）成品保护缺失：其他工种在已装好的风管上踩踏，导致咬口开裂。方案中明确风管包裹塑料布并悬挂“防护设备，严禁踩踏”标识，作为文明施工计分项【管理闭环】。

十、与职业标准及1+X证书融通设计

本单元完全对标“建筑信息模型（BIM）”“建筑设备安装与调试”1+X证书中级考核要点。在教学实施过程第三步“仿真实操”中，嵌入了X证书真题“识别并修复人防通风系统中三处违反强条的错误”，得分率要求≥90%。同时，将注册公用设备工程师（暖通）考试专业案例（2018—2023年）中人防通风考题进行切片，归纳为“活门选型计算”“滤毒通风新风量确定”“隔绝防护时间校核”三类计算模型，作为课后高阶拓展任务发布在学习通资料库，标注【注考链接·通关切点】。

十一、差异化教学与无障碍学习策略

针对学优生：提供某核6B级医疗救护工程平战转换施工组织总设计原文，要求其优化其中通风专业与给排水专业管道综合排布，减少交叉冲突【高阶挑战】。

针对学困生：建立“手电筒小组”，由已掌握技能的同学担任教员，在实训室利用课后时间进行“一对一”密闭阀扳手空间实测回课，直至通过【不放弃一人】。

针对视错觉敏感度低的学生：将风管咬口方向、法兰垫片位置制作成触觉卡片，凸凹纹理代表正确与错误【全纳设计】。

十二、核心要点与考核焦点总览（应列尽罗）

【基础】人防通风三大战备工况转换逻辑；清洁区/染毒区压力梯度30Pa～50Pa；过滤吸收器对气溶胶、蒸汽、毒剂过滤机理。

【重要】止水翼环双面满焊与防腐；密闭阀门箭头方向与气流方向一致性；法兰垫片材质禁用石棉；风管穿越防护单元隔墙的刚性密闭套管做法；过滤吸收器进出口压差测试方法。

【非常重要】系统气密性试验的漏气量限值；超压排气活门垂直度偏差1/1000；手电动密闭阀手动操作空间≥100mm；所有穿越围护结构的管道必须设置抗力压差套管；防爆波悬板活门关闭后密闭性能要求。

【高频考点】滤毒通风时新风量计算参数选取；隔绝防护时间校核步骤；过滤吸收器阻力与设计余压关系；人防通风平面图设备图例识别（特别是电动阀与手电动阀区分）；预埋短管翼环大样图绘制要求。

【热点】平战转换快捷安装技术；老旧人防工程通风系统评估改造；数字孪生在隐蔽工程验收中的应用；碳中和背景下人防通风节能运行策略。

【难点】战时冲击波峰值压力波形下阀门结构响应；多重防护阀门串联的协同工作可靠性；染毒区风管无法拆卸清洗时的长效防护涂层；异形断面人防口部风管与土建结构冲突避让。

【易错·雷区】将油网滤尘器与过滤吸收器串联顺序颠倒；忽略平时通风管道与人防防护阀门之间的联