大学二年级土木工程专业《地下防护工程通风系统施工工艺》教学设计

大学二年级土木工程专业《地下防护工程通风系统施工工艺》教学设计

一、课程定位与目标

（一）课程定位

本课程为大学二年级土木工程专业建筑环境与能源应用工程方向核心技能必修课，前导课程为《流体力学泵与风机》《工程热力学与传热学》，后续衔接《地下空间规划与防护》《通风与空气洁净技术》。课程立足国家人防建设需求与城市地下综合管廊发展趋势，以真实防护工程通风施工项目为载体，精准对接“通风工”高级工职业技能标准及注册建造师（机电工程）执业资格考试要求。课程聚焦防护通风系统全寿命周期中的施工关键链，强调规范应用、工艺创新与质量把控，旨在培养具备“识图深化—预制加工—安装检测—系统调试—资料整编”全流程实战能力的高素质技术技能人才。

（二）教学目标

1.知识目标：系统阐释地下防护工程通风系统的防护机理、工况转换逻辑及平战结合设计原则；完整复述《人民防空地下室设计规范》GB50038、《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243中与防护通风施工相关的强制性条文及主控项目；精准界定风管强度与严密性试验参数、防护设备安装公差范围、气密性测量元件设置规则等核心知识点。【基础】【高频考点】

2.能力目标：独立完成三级人防医疗救护站及二等人员掩蔽所通风施工图的平战功能复核与工艺深化设计；规范操作自动风管生产线、漏风量测试仪、补偿式微压计等专用装备，完成镀锌钢板风管无法兰连接、密闭阀门及过滤吸收器安装、超压排气活门调试等12项核心工序；依据GB50243组织风系统漏光检测与漏风量测试，并能基于测试数据逆向诊断施工缺陷，编制整改技术方案。【核心技能】【非常重要】

3.素质目标：内化“平时服务、急时应急、战时应战”的防护工程使命担当，在施工精度控制中践行军工质量文化；养成“工完场清、计量准确、记录同步”的标准化作业习惯；在跨专业协作中建立系统思维，能综合结构、给排水、电气预埋条件优化通风施工工序。【重要】

二、教学内容与重难点体系

（一）教学内容全要素罗列

本课依据《高等职业学校土木工程专业教学标准》及行业企业岗位能力图谱，将教学内容解构为七个一级模块、二十四个二级知识点，实现应列尽罗：1.防护通风系统认知（人防工程抗力分级与通风方式、核生化武器效应与超压保障、清洁/滤毒/隔绝三种工况风量计算原则、防护通风设备选型逻辑）；2.施工准备阶段控制（防护通风专用图集识读、平战转换设计隐患识别、BIM管线综合防碰撞、材料进场验收与防护设备进场开箱检验、施工方案专家论证流程）；3.风管及部件加工安装（镀锌钢板选材与镀锌层保护、咬口/插条/角钢法兰连接工艺、穿越防护单元翼环及密闭肋制作、防火阀及调节阀安装方向判别）；4.防护设备安装技术（悬板活门/胶管活门/超压排气活门安装、手电动密闭阀门执行机构调试、过滤吸收器与油网滤尘器串联压差控制、测压装置及气密测量管预埋）；5.系统调试与检测（风机试运转与振动控制、漏光法试验与漏风量测试、支路风量平衡与总风量调整、防护设备密闭性能现场检测）；6.施工验收与资料归档（检验批划分原则、隐蔽工程影像留存、通风系统联合试运转报告、人防专项验收流程）；7.智能建造技术应用（通风系统数字孪生交付、基于点云的质量逆向检测、物联网传感器在平战转换中的应用）。【应列尽罗】【热点】

（二）教学重点与难点层级标注

1.教学重点：战时进排风系统风管穿越防护单元墙体的节点构造与密闭做法；D40J/D940J型手电动密闭阀门门框垂直度控制及执行机构无应力连接；过滤吸收器与管道串联安装时的气流方向辨识与支架抗晃设计；超压排气活门开启压力值设定与微压计联合调试。【核心技能】【高频考点】

2.教学难点：超压通风状态下风管与防护结构变形缝处的波纹补偿器选型与安装公差分配；多防护单元并联系统风量平衡调试中阀门开度与阻抗特性的耦合关系；防护设备与通风设备联动控制逻辑在施工阶段的预埋预留配合。【难点】

三、教学方法与策略集群

本课采用“全场景、深融合、高迭代”的项目驱动教学模式。以“某市轨道交通兼顾人防骨干工程通风系统施工”为贯穿全课的真实项目载体，依据施工工序拆解为七个并行任务群。教法层面引入“双元交互”策略：校内教师主导工艺标准解析与企业导师远程指导现场质量诊断同步实施；学法层面推行“镜像仿训—协作研训—实战轮训”三阶递进。技术赋能方面，依托虚拟仿真工场开展防护设备安装VR沉浸预习，借助BIM5D平台进行施工方案4D进度推演与质量风险预控，利用数字孪生系统将学生实操数据实时映射为三维质量云图。构建“以学习者为中心”的智慧课堂生态，实现理论精讲、技能仿真实训、工程实战演练的无缝切换。

四、教学资源与环境生态

依托学校“地下空间开发与防护工程产教融合实训基地”，配置全尺寸人防通风模拟舱（含六个防护单元、三种抗力等级）、全自动共板法兰风管生产线、立式咬口机、便携式漏风量测试仪、热式风速仪、补偿式微压计、内窥镜、力矩扳手、噪声分析仪等硬件装备。线上资源库同步运行，内含《人民防空通风设备》国标图集07FK01-02三维模型库、31个防护通风施工关键工艺微课动画、近五年人防质监站典型通病案例库。学生以6人异质小组组建“项目施工部”，配置防护通风施工专用工具箱、施工日志App终端、电子版规范数据库。实训工位实现5G网络全覆盖，支持远程专家实时AR标注指导。

五、教学实施过程（核心，详案）

本课总计8学时，其中理实一体化研讨2学时，工位轮转实训6学时。教学过程遵循职业能力形成规律，拆分为“课前自构—课中深构—课后重构”三阶段，课中部分按施工工序流设置六阶递进式实训模块，总篇幅占比80%以上。

（一）课前启化阶段：精准预习与学情前测

教师于教学周前5日通过智慧职教云平台推送“某轨道交通线人防段通风系统”施工图压缩包及结构化导学任务单。任务单设置三级闯关任务：第一关（基础关）要求学生在AutoCAD平面图中用红色图元描出战时清洁式、滤毒式、隔绝式三种通风方式的气流路径，并标注出路径上所有防护设备代号；第二关（规范关）要求学生从GB50243第6.2条、第6.3条中摘录出风管系统严密性试验的三个主控项目原文，并制作成可随身携带的口袋卡；第三关（诊断关）发布往届学生安装过滤吸收器时方向错误的典型照片，要求学生以监理工程师身份撰写《监理工程师通知单》。【基础】【热点】

学生以项目组为单位协作攻关，通过超星平台讨论区发起话题37条，其中关于“过滤吸收器与风管连接时是否必须设置支吊架”“预埋密闭短管出墙长度如何确定”等问题形成高热度辩论帖。教师每日驻场答疑，并通过平台数据驾驶舱监测到84%的学生能够正确完成气流路径描红，但仍有41%的学生混淆油网滤尘器与过滤吸收器的承压顺序。基于此精准定位课中精讲切入点——防护设备串联阻力匹配与防爆波冲击链保护原则。本阶段学生人均线上投入120分钟，产出预习报告6组，计入过程性评价权重15%。

（二）课中深化阶段：六阶递进式实训集群

本阶段总时长330分钟，以“二号口部通风单元施工交付”为总任务，按真实施工流水设置六个环环相扣的实训阶梯。

1.情境铸魂与任务发布（20分钟）

教师播放经脱密处理的某重点人防工程口部遭受生化武器模拟攻击试验影像资料，镜头特写超压排气活门在冲击波过后0.3秒内瞬间关闭、隔绝式通风自动切入的震撼场景。随后切换至当前教学任务场景：“各项目部承建的二号口部战时主要出入口通风单元，须在4小时内完成从扩散室到滤毒室之间的所有风管预制安装、三台防护设备就位及首段气密性检测，确保超压值稳定在45Pa±5%。”教师同步发布数字化任务看板，看板左侧滚动显示施工进度倒计时，右侧动态刷新本次实训的12项质量主控点及分值权重，包括：法兰螺栓公制扭矩值达标率、风管漏风量合格阈值、阀门执行机构全行程时间等。【非常重要】学生通过扫描看板二维码领取本组唯一任务编号，所有后续检测数据实时关联该编号，实现质量责任终身可追溯。

2.知识重构与决策会签（30分钟）

教师依托全息投影技术将二号口部BIM模型1:1悬浮于实训区中央，以剖切漫游形式聚焦三大认知冲突点：第一，风管穿越防护单元隔墙时，模型显示密闭翼环与结构抗力筋发生物理碰撞，现场应如何协调土建与通风工序？第二，过滤吸收器样本标注气流方向为“上进下出”，但模型配管为“侧进侧出”是否合规？第三，超压排气活门设计安装高度距地2.2米，而模型预留测压管接口位于1.8米处，偏差如何消化？【高频考点】【难点】

各小组以“图纸会审”形式展开决策推演。A组率先指出，依据图集07FK02第27页，当翼环与钢筋冲突时严禁切割抗力筋，应局部调整风管走向并增设导向支架；B组调用规范GB50243第7.3.8条，证明过滤吸收器进出口可设置软接转向，但软接长度不得超过300mm且不得作为受力补偿；C组快速在平板上进行三维管线调整，将测压管引至活门检测嘴并用铜管接续。教师对各组决策进行合规性裁决，并在BIM模型中同步修正，生成动态施工深化设计图。此环节通过高密度认知冲突，将碎片化规范条文熔铸为系统化施工决策能力。

3.核心技能分步精训与轮转实战（180分钟）

本阶段设置四个独立工位，每个工位配置高清工艺看板、标准化作业指导书SOP及智能质量采集终端。六个项目组按“A→B→C→D”顺序轮转，每工位实训30分钟，轮转间隙设置5分钟工具整理与数据上传。

工位一：镀锌钢板风管共板法兰与插条连接复合工艺

【核心技能】学生依据深化设计模型导出的净料尺寸，在自动剪板折方生产线上输入板材规格。首先进行共板法兰成型：采用TDF共板法兰机压制法兰边，重点控制法兰面平整度及法兰口对角线偏差。教师示范机械滚压时手指安全禁区，强调镀锌层刮伤处的环氧富锌底漆修补法。随后进行插条连接：针对边长大于1000mm风管，学生选用C型插条并安装密封垫，使用木槌均匀敲入，严禁铁锤直接锤击。每2人小组完成一段1600mm×500mm风管预制后，立即使用便携式漏风量测试仪连接专用适配器，在1500Pa静压下保压60秒，单位面积漏风量必须≤1.32m³/(h·m²)。助教巡回检查咬口缝是否存在孔洞、插条接头是否错位。数据显示，首轮操作漏风量超标率达27%，主要集中于插条四角转接处。教师即刻组织微观摩：由操作达标组演示密封胶泥在插条角部预制填塞技巧，强化“先密封、后插接、再整形”的作业口诀。【非常重要】【高频考点】

工位二：手电动密闭阀门无应力安装与执行机构调试

【重要】学生两人配合，将重约45kg的D940J-0.5型电动密闭阀门采用专用吊具平稳就位至预埋短管法兰。核心控制点极细化：第一，阀体箭头指向必须与冲击波行进方向一致，施工中严禁依赖阀柄位置判断流向，必须核对铭牌标识；第二，法兰垫料选用10mm厚丁腈耐油橡胶板，现场裁切时接头采用45°榫接，用橡胶专用胶粘剂压实，严禁出现直线对接及垫料凸入管内现象；第三，螺栓紧固采用“十字对角、三步升压”法，初拧30N·m、复拧60N·m、终拧100N·m（允许偏差±5N·m），每组使用数显力矩扳手并实时上传扭矩曲线。电动型号安装后，接入临时24V直流电源测试执行机构：学生通过手持编程器设定阀门全开/全关时间≤60秒，并观察关到位反馈信号是否正常。企业导师远程接入AR眼镜视角，发现第三小组阀门法兰面平行度偏差达2.8mm（规范≤2mm），当即远程截图圈注，指导通过增加不锈钢垫片调整。本工位同步开展“阀门操作空间合规性检查”，模拟战时佩戴防毒手套操作，确保手轮周边无管线阻挡。【高频考点】【热点】

工位三：油网滤尘器与过滤吸收器串联安装及压差监测

【难点】【基础】此工位设备笨重且价值高，学生首先佩戴VR头显进入虚拟滤毒室，以第一人称视角完成三次虚拟安装：第一遍体验错误安装导致滤芯破损的爆炸效果；第二遍规范操作学习；第三遍限时考核。实操时，小组利用液压手推车将LWP-D型油网滤尘器与SR型过滤吸收器按气流方向依次落位于槽钢支架。关键动作分解：①滤尘器安装框架必须设置坡度，利于清洗时泄油；②过滤吸收器进出口采用双层耐寒帆布软接，长度严格控制在200mm，预留10~15mm松弛量，严禁软管绷紧传递振动；③设备与支架间嵌入10mm橡胶减震垫，地脚螺栓紧固时采用“防松脱双螺母”；④压差计取样管嘴位于过滤吸收器进风口前端与出风口后端，透明软管连接无误后充注红油。教师重点检查过滤吸收器尾气排放管与墙体预留密闭盒的同心度，偏差超过5mm时指导采用偏心异径管过渡。质量检测环节，启动风机模拟额定风量，读取过滤吸收器初阻力应≤700Pa，且与油网滤尘器阻力差稳定在设计区间。本工位通病预警：软接过长扭曲、设备底座悬空、压差计管路接反，教师通过循环语音播报持续强化。【基础】【高频考点】

工位四：超压排气活门与气密测量管联合安装调试

【核心技能】【热点】本工位安装PS-D250型超压排气活门，位于排风通道竖井侧壁。学生操作前必须复核土建预留孔洞中心标高及直径，超差≥10mm需磨削修正。安装工序严控四步：第一步，活门底座与预埋短管法兰连接，螺栓穿向由内向外，垫片采用铜质石棉垫；第二步，利用框式水平仪在两个垂直方向测量活门垂直度，允许偏差≤2mm/m，通过垫片组调平后锁紧；第三步，重锤式配重调节，使用补偿式微压计连接活门检测嘴，手动送风使压力缓慢上升，观测活门瞬间开启时的压力峰值，旋转重锤螺母微调，直至开启压力稳定于50Pa±5Pa，关闭压力不得低于45Pa；第四步，安装DN15气密测量管，管端套丝并带保护帽，焊接后采用0.6MPa压缩空气吹扫，并通入φ14mm聚氨酯泡沫球验证管路贯通。每小组完成调试后，需在监理见证下进行三次重复性测试，数据离散度＞5%者需检查活门密封面是否嵌有焊渣。助教同步记录各组装调时间与首检合格率，作为效率评价指标。【非常重要】【高频考点】

四个工位轮转结束后，教师组织5分钟“隐患速拍”抢答环节。大屏幕轮播各实训区抓拍的现场照片，包含法兰垫片脱落、电动执行机构连杆松动、风管支吊架倒转等真实或模拟隐患。学生使用抢答器辨别违章点及违反规范条款，将零散经验升华为条件反射式的职业警觉。

4.系统集成交付与风量平衡调试（80分钟）

各小组将各自工位安装的设备、管段通过插接法兰及柔性短管拼接为完整的滤毒通风支路。启动7.5kW离心风机，系统进入联合试运转。第一阶段：风机启动后首先记录轴承振动值（≤4.6mm/s）及表面温度温升；第二阶段：系统风量调整。教师在总干管及三个支管末端预设电动风量调节阀，要求学生将各支路风量分配比例调整为设计值40%:35%:25%。学生操作包含：①使用风量罩在各散流器处实测送风量；②汇总计算各支路实测风量占总风量百分比；③依据风阀流量特性曲线，在触摸屏上输入阀位开度修正值；④重复测量直至偏差小于±8%。【难点】

期间，第四小组出现支管3风量持续偏低问题。学生运用故障树：先检查该支路阀门执行器反馈信号，确认开度指令已到位；随后手持热线风速仪扫描管路，发现过滤吸收器入口软接被包装膜堵塞近40%通流面积。排除异物后风量恢复正常。教师以此为契机，现场讲授“阻力异常骤增的三步排查法”：一看阀门开度、二查过滤器脏堵、三探软接变形。系统稳定后，进行整定压力下漏风量抽测，重点抽查法兰接头、检测门、气密测量管根部。数据显示各组系统单位面积漏风量均值1.18m³/(h·m²)，优于规范要求。教师引导小组将调试过程数据自动导入BIM模型，生成风系统特性曲线报告。【核心技能】【高频考点】

5.数字验收与沉浸复盘（40分钟）

本环节创新性引入“虚拟质监站”验收模式。教师授权各小组互检权限，每组随机抽取他组施工段，使用内窥镜机器人深入风管内部采集影像，重点排查：风管横向接缝是否位于墙内侧无法检修区域；气密性短管封帽是否已安装；过滤吸收器腔内防潮剂变色情况。内窥镜画面实时投屏，全体学生共同评定。A组在抽检中发现B组一隐秘法兰螺栓未完全拧紧，垫片局部脱出，当即依据GB50243第6.2.8条判定为主控项目不合格，要求B组立即整改并加倍复检。【非常重要】

随后，教师启动数字孪生复盘系统。系统将学生全过程操作轨迹（力矩扳手数据、风管下料尺寸、活门调试压力值）映射至竣工BIM模型，生成彩色编码的质量合格云图。绿色区域为一次达标，黄色区域为偏差但可接收，红色区域为超标需返工。可视化图谱显示：本次实训整体一次合格率86.3%，主要偏差集中在活门垂直度与法兰螺栓扭矩离散性过大。教师引导学生围绕红色云图区域开展根因分析，归纳出“未使用定力矩扳手”“法兰垫料接头未榫接”“未进行双人互检”三大症结，并由小组讨论形成《二号口部通风施工防偏差标准化对策表》。

6.使命升华与职业宣誓（10分钟）

教师从技术数据转向价值引领，展示人防工程口部“防爆波活门”实物剖切模型，阐述其设计灵感源于生物瓣膜——在极端压力下瞬间关闭却永不疲劳。引申至通风施工人员作为“地下生命线守护者”的职业尊严。播放行业纪录片节选：全国劳动模范、某军工安装公司钳工班班长在三代人防工程中坚守四十年的口述史。全体学生起立，右手抚心，跟随教师逐句诵读防护工程职业誓言：“我以精确至毫厘的施工，守护战时可托付的生命通道……”此环节将课程思政从情感共鸣升维为身份认同与职业承诺，使技能学习获得价值锚点。

（三）课后转化阶段：能力迁移与创新孵化

1.全专业必做任务：各小组基于本次实训产生的偏差数据，编制《二号口部通风施工质量改进报告》。报告需包含：偏差统计直方图、因果分析鱼骨图、针对法兰扭矩离散性大的标准化作业卡修订建议。报告上传校企协同育人平台，由企业导师库内三位国家一级注册建造师交叉盲评，得分纳入期末成绩。【重要】

2.拔高挑战任务（自主选择）：登录国家职业教育智慧教育平台，完成“平疫结合医院通风系统平战转换施工”虚拟仿真