高职建筑设备工程技术专业二年级《民用燃气输配系统设计与安全调控》项目式教学设计

高职建筑设备工程技术专业二年级《民用燃气输配系统设计与安全调控》项目式教学设计

  一、教学整体分析

  （一）课程与单元定位

  本教学设计服务于高职建筑设备工程技术专业二年级核心专业课程《燃气供应工程》。该课程旨在培养学生掌握城镇及建筑内部燃气系统的设计、施工、运行管理与安全保障的综合性职业能力。本单元“民用燃气输配系统设计与安全调控”承接前期燃气气源、性质与基本计算等内容，是课程体系中连接理论基础与工程实践的关键枢纽。单元聚焦于多层及中高层民用建筑的室内燃气管道系统设计与安全附属设施配置，其教学成效直接关系到学生能否形成规范的设计思维、严谨的安全意识以及解决复杂工程问题的初步能力，是学生未来从事燃气工程设计、监理、运维等岗位工作的核心技能基础。

  （二）学情分析

  授课对象为高职建筑设备工程技术专业二年级学生。经过前序课程学习，学生已具备《流体力学》、《热工学基础》、《建筑制图与CAD》及本课程燃气基础模块的知识储备，能够进行基本的管流水力计算，识读建筑图纸，并运用CAD软件进行简单绘图。然而，在知识整合与工程化应用方面存在明显短板：其一，缺乏将分散的知识点（如水力计算、管材阀门、规范条文）融会贯通，应用于完整系统设计的能力；其二，安全意识多停留于概念层面，对于如何通过具体的设计措施和装置选型实现系统本质安全，理解尚浅；其三，面对实际工程中多因素耦合的复杂问题（如管道路由优化、用气设备负荷差异、建筑空间限制），分析决策能力较弱。学生思维活跃，对实践性、互动性强的学习方式兴趣浓厚，但自主深度学习与规范性文件的查阅习惯有待加强。

  （三）教学内容与资源

  1.核心教学内容：依据《城镇燃气设计规范》（GB50028）、《燃气工程项目规范》（GB55009）等核心国家强制性标准，本单元教学内容结构化如下：

  （1）设计基础：民用燃气系统的构成与分级（低压引入管、立管、水平干管、用户支管及计量）；燃气负荷的计算方法与小时计算流量确定；常用管材、管件及阀门特性与选用原则。

  （2）水力计算：管道摩擦阻力损失与局部阻力损失计算；低压燃气管道水力计算图表法与公式法的应用；管网水力工况分析与管径确定。

  （3）系统设计：室内燃气管道布置与敷设的安全技术要求（通风、防火间距、套管设置等）；管道穿越楼板、墙体等建筑构件的处理措施；燃气表及灶具、热水器等用气设备的定位与安装要求。

  （4）安全调控：燃气系统安全附属设施，包括紧急切断阀、过流保护阀、自闭阀、燃气泄漏报警及联动切断装置的原理、功能、选型与设置位置；系统压力试验与严密性试验要求。

  2.教学资源整合：

  （1）文本资源：国家及行业最新技术标准规范电子版；典型多层住宅、公寓楼建筑平面图、立面图电子稿；燃气用具样本技术资料；既往优秀学生设计案例库。

  （2）数字化资源：燃气管道水力计算专业软件（仿真版）；三维BIM燃气系统设计模型（用于可视化展示复杂节点）；燃气泄漏爆炸事故虚拟仿真实验平台；微课视频库（涵盖关键工序、错误案例）。

  （3）实践环境：建筑设备工程综合实训室（配备燃气管道安装实训装置、各类阀门、安全附件实物）；燃气安全VR体验区。

  （四）教学目标

  基于“知识-能力-素养”三位一体育人理念，制定如下教学目标：

  1.知识层面：学生能准确阐述民用燃气输配系统的组成与设计流程；能解释燃气负荷计算、水力计算的基本原理与方法；能复述室内燃气管道布置、安全间距及安全装置设置的核心规范要求。

  2.能力层面：

  （1）工程设计与计算能力：能够根据给定建筑图纸和用气条件，独立完成中小型民用建筑室内燃气系统的初步设计，包括负荷计算、系统草图绘制、管径初步确定及主要设备选型。

  （2）规范应用与决策能力：能够熟练查阅并应用主要燃气设计规范，在设计方案中落实强制性安全条款，并就设计难点（如管道路由选择、安全装置配置方案）进行合规性分析与比选决策。

  （3）技术协同与工具运用能力：能够运用CAD软件绘制规范的燃气系统平面图、系统图草图；能利用专业计算软件或图表进行水力校核计算。

  3.素养层面：

  （1）筑牢“生命至上、安全第一”的工程伦理与职业责任感，在设计中将系统安全性与可靠性置于首位。

  （2）培养严谨细致、精益求精的工匠精神，追求设计方案的规范性、经济性与可实施性的统一。

  （3）提升团队协作与沟通能力，能够在项目小组中有效承担角色，共同完成复杂设计任务。

  （五）教学重难点

  1.教学重点：

  （1）室内燃气管道系统设计流程的规范性实践。包括从图纸识读到负荷计算，再到管道布置与绘图的完整链条。

  （2）燃气管道水力计算方法的掌握与应用。这是保证系统供气压力稳定、经济合理的关键技术环节。

  （3）安全调控装置的原理与配置策略。理解各类安全装置的功能互补关系，并能在设计中正确选用和定位。

  2.教学难点：

  （1）多约束条件下的系统优化设计。学生需综合平衡规范要求、建筑结构限制、用户便利性、施工可行性与经济性，进行管道路由和设备布局的决策。

  （2）复杂节点与特殊部位的设计处理。如燃气立管穿越防火分区、住宅厨房的密闭空间通风补气措施、燃气表安装于橱柜内的安全要求等。

  （3）从计算理论到工程实践的思维转换。将水力计算结果转化为具体的管径、管材和阀门规格，并评估其对系统整体性能的影响。

  二、教学策略与方法

  本单元采用“基于真实项目的进阶式任务驱动教学法”，融合“线上线下混合式学习”与“工作过程系统化”理念，引导学生扮演初级燃气设计技术员的角色，经历完整的微缩版工程设计过程。

  1.项目情境创设：以本地一栋实际存在的6层单元式住宅楼（提供完整建筑图纸）为工程背景，设定“为该住宅楼完成室内燃气系统初步设计，并重点论证其安全调控方案”的总项目任务。项目蕴含真实工程约束，激发学生代入感。

  2.进阶任务分解：将总项目解构为四个循序渐进的子任务，形成能力阶梯。任务一：信息分析与负荷计算；任务二：管道系统初步规划与草图绘制；任务三：水力计算与管径确定；任务四：安全附件配置与方案整合汇报。每个任务都包含输入（资料、规范）、过程（分析、计算、决策）、输出（计算书、图纸、说明书）。

  3.混合式学习组织：课前，通过在线课程平台发布任务书、相关规范章节、微课视频（如“如何快速从建筑图提取燃气设计信息”），引导学生自主预习并完成基础知识测试。课中，以实训室和多媒体教室为主阵地，采用“精讲点拨-小组协作探究-虚拟仿真演练-实物对照认知-教师巡回指导”相结合的方式，聚焦难点突破与实践操作。课后，利用在线平台进行拓展资料推送、设计草案互评、疑难问题在线答疑，并完成设计方案的迭代优化。

  4.多元化教学方法综合运用：

  （1）案例教学法：剖析正反两方面工程设计案例，特别是因设计不当导致安全隐患或供气故障的案例，强化规范理解和风险意识。

  （2）探究式学习法：针对设计中的争议点（如“燃气立管是否可设在卫生间通风道旁”），引导学生分组查阅规范、讨论辨析，形成结论并陈述理由。

  （3）仿真教学法：利用水力计算软件快速验证不同管径方案的经济性与可行性；利用VR事故仿真平台，让学生“亲历”因泄漏报警器安装位置错误导致的严重后果，深刻理解安全设计细节的价值。

  （4）实操训练法：在实训室管道安装工位上，让学生亲手组装一段包含切断阀、过滤器、自闭阀的典型户内燃气管道，深化对设备结构和安装要点的理解。

  三、教学实施过程（总计12学时）

  第一阶段：项目启动与基础赋能（2学时）

  环节一：情境导入，发布项目（0.5学时）

  教师活动：展示目标住宅楼建筑效果图、标准层平面图，叙述项目背景：“我院受某建筑设计院委托，为其负责的‘安宁小区’3号住宅楼进行室内燃气系统初步设计。这是业主方的基本用气需求清单。作为项目组助理工程师，你们的任务是交出一份合规、安全、经济的初步设计方案。”明确项目总要求、最终交付成果（设计说明书、燃气系统平面草图、系统原理草图、主要设备清单）及评价标准。

  学生活动：聆听，阅读项目任务书，明确角色与任务目标，自由组建3-4人项目小组，进行初步分工。

  设计意图：创设真实职业情境，明确学习产出导向，激发学生学习动机和责任感。

  环节二：知识梳理，规范导航（1.5学时）

  教师活动：不进行系统讲授，而是以“知识地图”或“思维导图”形式，快速梳理民用燃气系统设计的知识框架（系统构成、设计步骤、核心规范）。重点指导学生如何高效查阅《GB50028》、《GB55009》关键章节（如第6章、第10章），解读强制性条文。通过提问互动，检验课前预习效果。

  学生活动：根据教师指引，小组合作，在纸质或电子规范中标记出与住宅燃气设计相关的核心条款。针对教师提出的几个快速检索问题（如“住宅厨房燃气管道与电气插座的最小水平净距是多少？”），进行竞赛式查找和回答。

  设计意图：将教学重心从知识灌输转向方法指导，培养学生自主获取和运用规范性文件这一核心职业能力。

  第二阶段：任务实施与能力建构（8学时）

  子任务一：信息分析与负荷计算（2学时）

  1.课堂探究（1学时）：

  教师活动：提出引导性问题：“如何从建筑图中提取燃气设计所需信息？不同类型用气设备（灶具、热水器）的同时工作系数如何考虑？”组织小组讨论。随后，精讲燃气小时计算流量的确定方法，强调同时工作系数K0的取值依据和重要性。通过一个典型户型案例，演示计算过程。

  学生活动：小组协作，分析发放的建筑图纸，识别厨房位置、建筑结构、可能的管道井等信息。讨论并确定本项目各户用气设备清单及其额定流量。在教师演示后，各小组开始计算本项目指定单元各户及立管的总计算流量。

  2.实操与指导（1学时）：

  学生活动：各小组完成计算，编制简易的负荷计算表。教师巡回指导，纠正计算中的常见错误（如单位不统一、系数误用）。

  设计意图：培养学生从工程图纸中提取关键信息的能力，掌握燃气系统设计的“输入”确定方法，奠定后续设计基础。

  子任务二：管道系统规划与草图绘制（2学时）

  1.难点突破（1学时）：

  教师活动：聚焦“管道布置的安全性与合理性”。利用三维BIM模型，动态演示燃气立管、水平干管、用户支管在建筑空间中的理想路由与典型冲突（如与排水管、电缆桥架交叉）。结合规范，重点讲解管道敷设的通风要求、防火间距、套管设置等强制性条款。展示错误布置案例，让学生找出违规之处。

  学生活动：观察模型，记录关键设计要点。参与案例纠错，加深对规范条款的理解。小组开始在本项目的建筑平面图复印件上，用铅笔初步规划燃气引入管位置、立管走向、水平管路由及户内燃气表、灶具、热水器的大致位置。

  2.草图绘制与初步评审（1学时）：

  学生活动：小组合作，使用CAD软件（或手工绘制）将规划方案绘制成燃气管道平面布置草图。绘制简单的系统原理图。教师组织各小组进行方案“快闪”展示（1-2分钟简述思路），并开展组间互评，重点关注路由的合规性与合理性。

  设计意图：将空间想象与规范条文结合，培养学生管道综合布局的初步能力。通过互评激发思维碰撞，早期发现共性问题。

  子任务三：水力计算与管径确定（2学时）

  1.方法学习与工具应用（1学时）：

  教师活动：回顾管道阻力计算原理，引出低压燃气水力计算图表法（重点）和公式法。演示如何根据计算流量和允许压降，利用图表确定管径。介绍专业水力计算软件的基本操作流程，强调其在校核与优化中的效率优势。

  学生活动：跟随教师演示，学习使用计算图表。在教师指导下，在电脑上打开水力计算软件仿真界面，了解输入参数（管长、流量、管材、局部阻力系数估算）和输出结果（管径、压损）。

  2.计算实践与方案调整（1学时）：

  学生活动：各小组选择系统中最不利环路（通常是最远用户支管）进行手动图表法计算，确定各管段管径。随后，利用软件对整体管网进行模拟校核。根据计算结果，反思并调整任务二中的管径初步选择或局部路由。教师提供一对一辅导，解决计算中的疑难。

  设计意图：攻克水力计算这一技术难点，使学生掌握从理论计算到软件辅助的现代工程设计方法，理解管径选择对系统水力平衡的影响。

  子任务四：安全附件配置与方案整合（2学时）

  1.安全装置深度学习（1学时）：

  教师活动：不简单罗列设备，而是构建“分级安全防护”体系讲解：一级（泄漏预防：管材、接口质量）；二级（泄漏监测与报警：报警器）；三级（泄漏响应与切断：自闭阀、紧急切断阀）；四级（过流保护：过流阀）。结合实物教具拆解、动画演示，讲清每类装置的工作原理、动作条件、安装位置要求。组织讨论：“对于一个普通高层住宅户内系统，最低配置和推荐配置分别应包含哪些安全装置？”

  学生活动：观察实物，参与讨论，形成安全配置逻辑。利用VR体验平台，感受安全装置失效可能带来的风险，从而深刻理解其必要性。小组为本项目设计方案选择安全装置类型、确定型号规格（模拟选型）和安装点位。

  2.方案整合与优化（1学时）：

  学生活动：整合前三个子任务的成果，完善设计说明书，规范图纸标注，编制设备材料清单。小组内部进行最终方案审查，查漏补缺。教师提供“终稿检查单”，引导学生从合规性、安全性、完整性三个维度进行自我评估。

  设计意图：将安全理念具象化为可操作的设计措施，培养学生构建多层次安全防护系统的思维。完成从局部计算到整体方案合成的能力整合。

  第三阶段：成果评议与反思拓展（2学时）

  环节一：设计成果答辩与评议（1.5学时）

  教师活动：组织模拟设计评审会。邀请一位“行业专家”（可由资深教师或播放预先录制的企业工程师视频点评）参与。制定清晰的汇报评价标准（内容完整性、规范性、表述清晰度、团队协作）。

  学生活动：各项目小组依次进行8-10分钟的成果汇报，展示设计思路、关键计算、图纸成果和安全配置方案。接受“行业专家”、教师及其他小组的提问与质询。所有小组汇报完毕后，进行集体评议，投票选出“最佳合规设计奖”、“最具创意解决方案奖”等。

  设计意图：模拟真实职场汇报场景，全面检验学习成果。通过答辩锻炼学生的技术表达、临场应变和批判性思维。多元评价激励学生积极性。

  环节二：总结提升与迁移拓展（0.5学时）

  教师活动：对整个项目学习过程进行总结，强调民用燃气系统设计的核心原则——“安全为纲，规范为本，经济为用”。点评常见问题与优秀做法。布置拓展思考题：“如果将本项目建筑改为带有公共餐饮的商住楼，燃气设计需要在哪些方面进行重大调整？”并提供相关规范索引。

  学生活动：回顾项目历程，整理学习档案。思考拓展问题，为后续学习内容做准备。

  设计意图：提炼升华，固化设计思维与方法。设置进阶问题，建立知识延伸接口，鼓励学有余力的学生进行深度学习。

  四、教学评价设计

  本单元采用“过程性评价与终结性评价相结合、量化指标与质性描述相补充”的多元综合评价体系，聚焦能力发展与素养养成。

  1.过程性评价（占总评60%）：

  （1）线上学习数据（10%）：包括课前视频观看完成度、在线测验成绩、平台讨论区参与活跃度。

  （2）子任务完成质量（30%）：对四个子任务的产出物（计算书、草图、配置清单）进行分阶段评分。评价维度包括：数据准确性、步骤规范性、方案合理性、文档清晰度。

  （3）课堂表现与协作（20%）：通过课堂观察记录学生在小组讨论、实操练习、提问互动中的参与度、贡献度及团队合作精神。使用小组互评与自评表作为参考。

  2.终结性评价（占总评40%）：

  （1）最终设计成果（30%）：对整合后的完整设计方案（说明书、正式图纸、设备清单）进行评分。评价标准聚焦于：系统设计的整体合规性与安全性、水力计算的正确性、图纸的规范性与可读性、安全配置的合理性与完整性。

  （2）成果答辩表现（10%）：根据汇报内容的逻辑性、表达的清晰度、回答问题的准确性以及团队配合情况进行评分。

  评价反馈贯穿始终，每个子任务后均提供教师书面或口头反馈，终结性评价后提供详细的评语，指出优点、不足及改进建议，形成“评价-反馈-改进”的闭环。