大学本科土木工程四年级人防工程疏散设计教案

大学本科土木工程四年级人防工程疏散设计教案

一、教学分析

（一）教学内容定位与规范体系

本课属于土木工程专业人防工程方向核心必修课，依托《人民防空地下室设计规范》GB50038-2005与《建筑设计防火规范》GB50016-2014（2018年版），在完成建筑防火设计课程后开设。人防工程疏散设计是连接建筑方案与防护功能的关键环节，其知识模块包括防护单元疏散体系架构、平战转换条件下的出口系统、人防门与疏散路径的协同、标识照明集成以及基于性能化评估的模拟验证。该内容在注册岩土工程师、一级注册建筑师考试中属【高频考点】，在工程实践中是施工图审查的【重中之重】。

（二）学情精准画像

授课对象为已完成房屋建筑学、建筑防火设计、BIM技术应用等课程的大四学生。实证调研显示：82%的学生能熟练计算普通地下室疏散宽度，但仅23%的学生意识到人防门扇开启需扣除疏散净宽；65%的学生混淆了防护单元与防火分区的层级关系。学生具备CAD/Revit基础，但对Pathfinder等疏散模拟软件接触几乎为零，对“战时3分钟疏散时限”缺乏具象感知。因此，本课必须从规范条文“下沉”至空间操作，以模拟可视化打破思维定势。

（三）教学目标分层设定（OBE逆向设计）

1.知识目标：【基础】准确复述人防工程疏散走道、安全出口、人防门选型的核心参数；【重要】阐释平战转换时活门槛、封堵板与标识系统的协同机制；【非常重要】对比分析不同抗力等级（常5级、常6级）口部处理差异对疏散效率的影响。

2.能力目标：【重要】能独立完成建筑面积≤2000㎡单建式人防工程战时疏散平面图设计；【热点】能运用Pathfinder软件建立疏散模型，依据模拟结果优化出口布局与走道线型；【难点】针对既有方案撰写基于规范与模拟双驱动的诊断报告。

3.素质目标：内化“平战结合、生命至上”工程伦理，在设计决策中自觉平衡造价与安全；养成“先算后画、模拟验证”的严谨职业习惯。

（四）教学重难点矩阵锁定

【非常重要】【高频考点】防护单元内安全出口数量、间距及服务半径的规范嵌套计算。

【重要】【难点】人防门门扇开启占用净宽的扣除规则及活门槛构造设计。

【热点】【难点】基于疏散模拟的性能化替代设计及其与现行规范条文的衔接策略。

【基础】人防工程与民用建筑疏散宽度指标的二元取值与取大原则。

（五）教学资源与数字基座

1.规范云平台：超星学习通上传GB50038-2005（带条文说明）、GB50016-2014、国标图集07FJ03（人防门节点）。

2.三维素材库：某地铁人防段、大型单建式商场、高层附建式地下室三套真实施工图DWG及RVT格式；人防门BIM族库（含门扇开启动画）。

3.模拟工具箱：Pathfinder2023教育版（30节点授权）、AutoCAD2024、Revit2022，配专用操作手册二维码。

4.实体教具：3D打印悬摆式防爆波活门、活门槛模型，可现场拆装演示门扇旋转轨迹。

（六）教学范式选择

采用CDIO工程教育模式，将课堂重构为“设计院项目突击组”。教师扮演总工程师，学生4人成组承接虚拟设计标，经历“规范研读—草图初定—模拟验算—专家评审”全流程。全程植入“缺陷暴露—规范回溯—方案迭代”螺旋链，每轮产出均需附Pathfinder热力图佐证。

二、教学实施过程（核心环节，200分钟时序全展开）

（一）课前诊断与认知冲突建构（线上20分钟）

1.微课扫盲与即时测验【基础】

学习通发布15分钟微课《人防疏散三维词库》，锁定六个基础术语：防护单元、口部、防毒通道、洗消间、活门槛、密闭门与防护密闭门区别。配套5道计算填空，例如：“常6级甲类防空地下室掩蔽800人，疏散走道最小总净宽应为___米。”系统自动批阅，正确率低于75%者推送补充例题。此环节旨在将全班规范起点拉齐至同一水平线。

2.案例盲评诱发前概念冲突

展示某三线人防商场二层疏散平面图（已隐去设计人信息），仅标注柱网与功能分区。要求学生以“审图工程师”身份用一句话指出最可能违反强条之处。讨论区高频答案集中于：“两个出口间距超40米”“超市疏散门开启方向错误”“洗消间无前室”。教师统计高频错误词汇，课中精准狙击。

（二）第一学时：规范深度解码与方案初铸（50分钟）

1.聚焦课前误区，逐条击破（15分钟）【非常重要】

（1）防护单元/防火分区层级链【高频考点】

板书绘制层级树：人防地下室→防护单元（≤800㎡乙类/≤1600㎡甲类）→每个防护单元内划分防火分区（≤1000㎡设喷淋）。强条解析：某防火分区若位于防护单元内部，该分区直通室外安全出口必须同时满足两个条件——其一是该出口必须位于所属防护单元口部范围，其二是不允许借用相邻防护单元安全出口。展示某错误案例：防火分区A设一个直通室外楼梯，另借相邻分区B的楼梯，被判违反GB50038-2005第3.2.4条。学生恍然。

（2）宽度指标二元套用【重要】

以常六级甲类附建式地下室为例：掩蔽人数700人，战时疏散每百人0.3米→总宽2.1米；若平时功能为中型超市，依据GB50016第5.5.21条，超市营业厅每百人最小净宽1米，假设计算疏散人数取1000人→总宽10米。设计值必须取10米。教师强调：施工图审查常见错误是只标战时宽度，平战结合项留白，此属【高频扣分点】。

（3）人防门瓶颈效应可视化【难点】

调出BIM模型：将钢结构活门槛防护密闭门（GHSFM）与悬摆式活门（HK）置于走道，播放门扇开启动画。学生实测：门洞净宽1200mm，门扇开启后门扇外皮距墙边200mm，实际有效通行宽度被压缩至850mm（扣除门扇厚度及开启占用）。教师引出铁律：疏散净宽应以门扇全开后的最小通行宽度为准，且门扇开启不得影响相邻疏散路径。板书公式：有效净宽=门洞宽－门扇厚度－门扇开启扫掠外凸部分，学生现场测量模型。

1.设计任务书发布与草图攻坚（25分钟）

教师发布虚拟项目背景：“盛景花园”附建式常六级甲类防空地下室，建筑面积1920㎡，柱网8.1m×8.1m，平时为生鲜超市，战时为一个防护单元，掩蔽人员720人。基地现状：南侧主入口可利用，东侧受化粪池限制仅可设一个2.1m宽疏散口，西侧紧邻高层住宅需设防倒塌棚架。

各组领取1:200底图，限25分钟完成疏散系统概念草图，需明确：

——疏散走道体系与最小净宽标注。

——安全出口位置、数量及门洞净宽。

——人防门型号初选（从族库拖拽）。

——战时主要出入口定位（需设防毒通道、简易洗消）。

教师植入干预策略：

干预点1：某组将所有安全出口集中布置于北侧，教师要求测量最远点距离。该组测得最远点距北出口52米，超40米限值。学生立即在西南角增设剪刀梯，同时检查该梯是否位于本防护单元内。干预点2：另一组在人防门选型时选用GHSM6025（门洞宽2000mm），放置于主通道。教师启动门扇动画，显示开启后占去走道1.1米，剩余净宽仅1.8米（原设计走道宽2.9米），不满足超市3.0米要求。学生换用GHSFM4025（门洞宽1500mm），开启占用减至0.6米，剩余2.3米仍不足，遂将走道扩至3.6米。干预点3：超市卸货区防火卷帘与人防门位置冲突，某组试图将人防门移位导致物流动线绕行30米，教师展示标准图集复合互锁系统，学生豁然。

1.首轮方案定格与集体会诊（10分钟）

选取两个极端方案投屏。

方案A（劣）：走道宽度取2.2米（仅满足战时），超市货架区通往出口需绕行防火分区门；安全出口仅2个，服务半径47米；人防门门扇开启后紧贴货架。教师引导学生对照规范逐条批改，归纳四大禁忌：忽略平战取大、出口数量勉强达标、门位未留开启余量、未考虑货架遮挡。

方案B（优）：走道主路径3.8米，局部收窄至3.0米；利用坡道、剪刀梯、南出口形成三出口网，最远点33米；在门位处切角800mm×800mm，保证门开启后走道剩余3.2米；超市主通道正对疏散出口。全班建立共识：疏散设计本质是空间博弈，非单纯查表。

（三）第二学时：模拟仿真介入与深度迭代（50分钟）

1.模拟思维破冰（10分钟）【热点】【难点】

播放两个对比动画：完全相同的防火分区面积与出口数量，出口集中时疏散时间210秒，出口分散后疏散时间165秒。教师指出：规范条文是底线及格线，而性能化设计是追求卓越安全水平。目前北京、上海大型人防工程审批已强制提交疏散模拟报告。快速演示Pathfinder五步法：CAD清理图层→导入建模→设置人员参数（按中国成年人人体尺寸，男性肩宽0.48m，速度1.2m/s；女性肩宽0.42m，速度1.0m/s；儿童及老人各占5%，速度0.8m/s）→运行模拟→生成密度云图与瓶颈报表。

2.分组模拟实验与实时纠偏（25分钟）

各组将首轮草图描入CAD，导出dxf至Pathfinder。教师分发预置参数模板。课堂即时生成三类典型瓶颈：

（1）出口利用率失调【高频考点】

某组三个出口，模拟显示主楼梯承担68%人流，另两个出口仅承担18%和14%。热力图显示超市主通道引导顾客直冲主楼梯，次出口路径需绕经生鲜冷柜区，心理上被感知为“非公共区”。解决方案：重新规划超市货架主通道，形成十字动线；在次出口上方增吊挂式大型疏散灯箱，地面增设蓄光型导流地贴。

（2）门槛绊跌拥塞【难点】

模拟动画中，人员流经过固定门槛人防门（高150mm）时速度骤降至0.3m/s，形成深红色拥堵团。教师指出：平战结合工程必须采用活门槛，平时拆除，战时安装。各组迅速将固定门槛门型更换为活门槛门型，再模拟，通过速度恢复至0.9m/s。教师补充：活门槛预埋件应在结构施工时准确就位，此为施工图设计标注重点。

（3）借用疏散误区【重要】

某组因本防火分区直通室外出口仅1个，借用相邻防火分区甲级防火门作为第二出口。模拟发现，相邻分区出口本身已接近饱和，且连通门处未设防淹措施（地下车库坡道雨水倒灌风险）。教师讲解GB50016第5.5.9条：借用疏散时，该相邻分区必须≥1000㎡，且直通室外出口净宽≥5米，且两分区之间应设置防火墙。学生检查本案例：相邻分区仅830㎡，不符合借用条件，立即增建直通室外钢梯。

1.基于模拟的二轮方案定型（15分钟）

各组依据热力图迭代设计：第三组将收银台从疏散主路径移至侧面，走道直通率提升；第五组在变电所门口加设S型导流栏杆，防止人员误入设备区；第七组将两个安全出口向两端拉伸，最远点距离从41米降至34米。教师巡回确认每台电脑均导出第二轮模拟报告，疏散时间全部控制在3分钟以内。总结：模拟不是装饰，是发现规范覆盖盲区的透镜。

（四）第三学时：平战转换深潜与标识照明集成（50分钟）

1.平战转换硬核条文拆解（15分钟）【非常重要】

（1）转换时限倒逼设计责任

展示《人民防空工程施工及验收规范》GB50134：临战转换时限15天。设计图纸必须明确：活门槛位置标注“临战安装”、封堵框标注“平时不砌筑、临战砌筑”、预埋件详图索引。错误案例：某人防工程战时封堵板预埋件遗漏，临战无法安装，被判重大设计缺陷。

（2）平时设施与战时疏散冲突

案例：某人防汽车库，平时收费岗亭正好堵住一个战时疏散出口。正确做法：岗亭采用螺栓固定于地面预埋钢板，螺栓规格M20，战时用扳手5分钟拆除。教师展示预埋件大样图，要求各组在自己图纸的每个安全出口附近标注“严禁固定障碍物”字样。

（3）双标识系统并行设计【高频考点】

规范GB50038-2005第7.4.3条强制规定：人防工程应设置战时专用标识，且与平时标识有明显区别。常见错误：图纸仅画平时疏散指示，或战时刻字贴纸覆盖平时标识。教师展示优秀作业：平时为绿色灯光型指示；战时在距地0.5米增设橙色蓄光型标识带，内容为“掩蔽区→”“洗消间”“密闭通道”。两组标识完全独立线路，战时切换电源即可。

1.标识/照明集成设计实战（20分钟）【重要】

（1）低位连续疏散系统

鉴于火灾烟气上升，人防工程应优先采用距地0.3米连续型疏散指示灯带。教师演示自发光型（稀土铝酸盐）无需布线，战时可免电力运行90分钟。学生测算照度：发光亮度≥10mcd/㎡，清晰可视距离15米。

（2）应急照明照度计算

战时分三级：主要出入口及洗消间10lx，人员掩蔽区5lx，次要通道3lx。学生依据照度平方反比定律，计算灯具间距。某组将应急灯统一按3lx布置，教师纠正：疏散走道拐点处需加密至5lx。学生当场调整平面图。

（3）BIM烟气模拟验证标识可视性

导入PyroSim烟气模型，设定火灾场景（热释放率3MW），1分30秒后烟气层降至2米。学生发现原设计吊挂式出口标志（安装高度2.4米）完全被烟气遮蔽。立即修改：在门侧1.2米处增设低位侧装式标志，并加大面板尺寸。教师强调：人防标识必须“低、密、亮”。

1.平战转换专项图纸完善（15分钟）

各组将下列内容补入疏散平面图：

——活门槛预埋件定位及大样索引。

——临战封堵范围（用红色虚线）及构造详图编号。

——平时/战时两套疏散指示点位图（可叠层绘制，用颜色区分）。

——应急照明配电箱双电源切换系统单线图。

教师发现典型疏漏：洗消间入口未设“非清洁区”警告牌；简易洗消区集水坑位置未用引线标注“严禁覆盖”。当场要求补充，并计入过程评价。

（五）第四学时：专家评审与高阶思维凝练（50分钟）

1.项目评审会全真模拟（30分钟）【非常重要】【热点】

特邀校内设计院人防所高工（线上）、结构教研室教授组成评委会。每组5分钟陈述+3分钟答辩。评价量表维度：

——规范强条零触碰（一票否决项）。

——模拟疏散时间及最大密度值。

——平战转换措施可实施性。

——每万元造价节约安全增量（经济性指标）。

——有无原创性解决方案。

第一组（住宅附建式）：创新性提出下沉庭院作为室外安全区域，将最远点距离从38米压缩至19米。评委追问：下沉广场顶板覆土深度及结构厚度是否满足防早期核辐射？学生答：顶板厚600mm，覆土1200mm，经查GB50038第4.7.2条符合。评委肯定其将景观与战备深度融合。

第二组（地铁人防段）：模拟显示楼梯有效宽度不足。评委指出：图纸标注梯段净宽1.8米，但中间加设0.3米宽扶手，实际通行断面仅1.5米。此为【难点】盲区，规范未明确扣除扶手，但性能化设计必须扣除。全场记录。

第五组（商业街方案）：为满足出口数量设置多道人防门，总造价超限40%。评委建议：将次要通道的防护密闭门降级为密闭门（仅防毒），节省造价28万元。学生当场检索图集，确认降级后抗力仍满足乙类要求，修改后造价回归上限内。

1.总工复盘与知识图谱建构（15分钟）

教师以“设计院总工”身份，带领全班绘制本课知识拓扑：

（1）空间尺度层：宽度计算（战时/平时取大）【基础】、出口数及间距【高频考点】、人防门扣宽【难点】。

（2）转换层：活门槛预埋【非常重要】、封堵标注【重要】、双标识切换【高频考点】。

（3）性能提升层：模拟瓶颈识别【热点】、扶手/货架等微观障碍扣除【难点】、经济优化策略【重要】。

（4）伦理层：造价不凌驾安全，平战转换不流于形式。

2.课后深度学习任务发布（5分钟）

【任务A】每组完善疏散设计图，提交DWG源文件、Pathfinder源文件及1500字设计说明，重点阐述模拟优化前后对比。

【任务B】个人作业：任选校园周边一座已建人防工程（如地下过街道、商场地下一层），拍摄现场照片，绘制其疏散平面复原图，撰写诊断报告，指出至少3处违反现行规范或存在安全隐患之处，并提出量化改造方案。该报告权重为期末总评30%。

三、教学评价量规

（一）形成性评价（40%）

1.课前微课测验（10%）：每题均有规范条文