职业本科“人防工程防护通风系统设计与平战转换”项目化教案

职业本科“人防工程防护通风系统设计与平战转换”项目化教案

一、课程基本信息与设计理念

（一）课程定位与标题释义

本教案适用于职业本科建筑环境与能源应用工程专业三年级核心课程“通风工程”模块，具体课题为“人防工程防护通风系统设计原理与平战转换实施”。新标题定位于职业本科四年制三年级上学期，此时学生已完成流体力学、热工基础、民用与工业通风等前序课程，具备通风管网设计基础，但对国防工程的特殊防护要求、武器冲击波荷载下的通风保障、平战功能转换等跨学科知识尚属空白。本课题将暖通空调、防护工程、建筑设备、应急管理四个学科领域进行深度融合，旨在培养具备战备思维与工程师素养的复合型技术人才。

（二）设计理念与标准参照

本教案严格对标《人民防空地下室设计规范》（GB50038-2005）第五章第二节“防护通风”强制性条文，参照《全国民用建筑工程设计技术措施/防空地下室》及国家职业教育教学标准，引入“项目化教学+虚拟仿真+真机实操”三维一体模式。全程贯穿“战备效益优先，平战功能兼容”的职业伦理，将工程规范、设备操作、系统调试转化为可量化、可评价的教学任务。

（三）教学目标全维解构

1.素养目标：树立“平时服务、急时应急、战时应战”的人防工程使命感，建立对防护设备可靠性的敬畏心理，养成“规范是底线、数据是依据”的工程师执业习惯。

2.知识目标：准确复述清洁通风、滤毒通风、隔绝通风三种模式的空气流动路径与设备构成；复述过滤吸收器、密闭阀门、防爆超压排气活门、油网滤尘器的防护机理；陈述最小防毒通道换气次数、清洁区超压值、隔绝防护时间的计算边界。

3.能力目标：能够根据战时用途（二等人员掩蔽所）独立完成进风、排风系统原理图绘制；能够在模拟人防工程内完成“清洁-滤毒-隔绝”三种模式的阀门状态切换与通风机启停；能够使用倾斜式微压计准确测量滤毒通风时的工程超压值。

二、教学实施过程（核心环节，篇幅占比75%以上）

（一）工程情境导入与任务发布（45分钟）

1.真实案例触发【非常重要】【热点】

教师呈现2025年上海市徐汇区植物园北区人防工程示范点案例。该工程作为全市首个防护单元从2000平方米扩容至4000平方米的标杆项目，人均掩蔽面积由1平方米提升至2.5平方米，其进排风系统采用了新型电动防护设备，实现了平战转换效率质的飞跃-1。教师展示该工程通风系统BIM模型截图（隐去涉密坐标），提出问题：掩蔽面积扩大一倍，原有通风系统设计逻辑是否应同步颠覆？人均新风量指标、防毒通道换气次数、超压值这三个核心参数，哪一个才是决定防护单元规模上限的“短板参数”？

2.项目任务书下发

学习小组（每组5人，分别担任暖通总工、设备安装员、检测员、安全员、记录员）领取任务包：某二等人员掩蔽所，掩蔽人数800人，清洁区有效容积3200立方米，战时主要出入口最小防毒通道有效容积45立方米。甲方要求实现清洁、滤毒、隔绝三种通风方式，且清洁通风与滤毒通风合用一台风机。任务书要求：

（1）计算滤毒通风新风量，并据此选择过滤吸收器型号与数量；

（2）绘制进风系统原理图，标注增压管设置位置与球阀规格；

（3）排风系统须满足洗消间与防毒通道联动排气要求，选择超压排气活门类型及数量；

（4）提交系统调试报告模板，包括三种模式切换操作卡。

（二）防护通风系统核心原理攻坚（90分钟）

1.三种通风模式的本质区别与边界条件【基础】【高频考点】

教师以冲击波余压、空气染毒浓度、工程内部气压三个维度界定模式切换的物理逻辑：

（1）清洁通风：室外空气未受沾染或沾染浓度低于容许值，消波装置（防爆波活门）仅用于削弱冲击波余压，油网滤尘器滤除粗颗粒爆炸残余物，空气经风管直接送入清洁区。此时工程内部为正压或常压，排风通过超压排气活门或厕所排风管排至扩散室。该模式对应战时警报解除间歇期或核爆后沉降阶段。

（2）滤毒通风【非常重要】【难点】：室外空气受持久性化学或生物沾染，必须经过过滤吸收器彻底净化。核心矛盾在于：既要引入足够新风维持人员呼吸，又要保持工程内部对外的稳定超压（二等人员掩蔽所不低于30Pa），防止外部染毒空气通过缝隙渗入。滤毒通风时，油网滤尘器作为预过滤器拦截大颗粒，过滤吸收器（含防烟毒炭滤层与高效过滤器）针对气溶胶、蒸汽态毒剂进行吸附过滤。此时增压管的设置尤为关键——若清洁管路密闭阀门微漏，风机抽吸会导致染毒空气短路进入清洁区，增压管通过引入少量正压空气阻断倒流-2。

（3）隔绝通风【基础】：室外空气极端恶劣或过滤吸收器失效，工程完全封闭，风机循环内部空气，仅通过插板阀或旁通风管实现内循环。此阶段必须校核隔绝防护时间，依据公式τ=V0·(C-C0)/(C1·n)计算-8。教师现场演示：当CO2体积浓度达到2.5%或氧气体积浓度低于18.0%时，必须结束隔绝转入滤毒通风。

2.滤毒新风量双控计算法【非常重要】【高频考点】

教师拆解规范5.2.7条强制公式，强调“取大值”是设计安全的底线思维：

（1）按掩蔽人员计算：LR=L2×n。二等人员掩蔽所L2取值2m³/(p·h)（规范表5.2.2）-8，800人则LR=1600m³/h。

（2）按超压漏风量及防毒通道换气次数计算：LH=VF×KH+Lf。防毒通道换气次数KH取40h⁻¹，VF=45m³，则VF×KH=1800m³/h；漏风量Lf按清洁区有效容积4%/h计，3200m³×4%=128m³/h；LH=1928m³/h。

（3）结论：滤毒通风设计新风量取1928m³/h，而非1600m³/h。这一计算结果直接颠覆民用通风思维——人防通风的设计风量有时不取决于人数，而取决于防毒通道容积。教师强调：设计图纸上若仅按人头计算滤毒风量而未校核防毒通道换气次数，属于违反强制性条文的重大设计缺陷。

（三）进风系统设备选型与原理图绘制（90分钟）

1.过滤吸收器的工程约束【重要】【热点】

依据1928m³/h设计风量，选择额定风量1000m³/h的过滤吸收器（如RFP-1000型），计算所需台数：1928/1000≈1.928，必须向上取整至2台，且须并联布置。严禁采用一台2000m³/h大容量过滤器替代两台并联，原因有二：其一，单台设备故障时另一台可维持最低保障风量；其二，并联布置可在不中断通风条件下对单台设备进行紧急更换（战时不现实，但平战转换演练中考核此项）。过滤吸收器进出口必须保留未拆封密闭包装，安装前严禁拆除保护膜，验收时应核对厂家防化产品定点生产资质标识-10。

2.密闭阀门与增压管的联动逻辑【难点】

教师演示合用风机工况下（清洁风机兼作滤毒风机）的系统原理图绘制步骤：

（1）清洁风管与滤毒风管并联后接入风机吸入口，两条支路各设一个手动密闭阀门（D40J-0.5型）；

（2）滤毒支路上的过滤吸收器前后均应设置取样管（DN32热镀锌钢管），用于尾气监测与空气放射性采样-8；

（3）在风机出口与清洁支路密闭阀之间的管段上，必须设置DN15增压管，管上安装球阀，严禁以闸阀替代-2。增压管的作用机理：当清洁支路密闭阀因密封橡胶老化出现微量渗漏时，风机出口正压通过增压管反灌至清洁阀后管段，使该段压力高于滤毒支路压力，彻底阻断倒流路径。

3.染毒区风管的特殊构造【基础】【高频考点】

规范5.2.12条强制性规定：设置在染毒区的进、排风管必须采用2-3mm厚钢板焊接成型，严禁咬口连接，且风管应按0.5%坡度坡向室外-2-8。染毒区界定为：从扩散室（或消波井）预埋管开始，至最后一道密闭阀门之间的所有管段。教师展示现场施工图片：某工程将镀锌钢板法兰连接风管安装在密闭阀门前，验收时被判定为重大隐患，勒令拆除返工。学生须在原理图中用加粗实线标注染毒区范围，并在图注中明确“焊接、坡度、严密性试验压力”等技术指标。

（四）排风系统与超压控制（90分钟）

1.洗消间与防毒通道的排风逻辑【非常重要】【热点】

二等人员掩蔽所设有简易洗消间时，排风系统必须同时满足两个功能：

（1）保证主要出入口最小防毒通道30-40次/h换气，形成由清洁区向通道定向流动的气流，阻止毒剂渗入内部；

（2）将洗消间、脱衣间产生的染毒空气直接排至扩散室。

设计难点在于：滤毒通风的计算新风量往往优先满足防毒通道换气，若仍有余量才可用于厕所排风；当新风量不足时，必须降级保障防毒通道，厕所排风可暂不启用-6。这一优先级排序体现了“核心战区优先保障”的军事原则。

2.超压排气活门选型与布置【基础】【高频考点】

依据滤毒通风排风量确定自动排气活门（或防爆超压自动排气活门）的数量与规格。

（1）区别认知：YF型、PS-250型超压排气活门只能承受冲击波余压（0.05MPa），必须安装在密闭墙上，严禁设于临空墙；FCH型防爆超压排气活门抗力达0.3MPa，可直接承受冲击波压力，可设于临空墙-2-8。设计人员须根据工程抗力级别和口部墙体属性综合判断。

（2）布置禁忌【重要】：排气活门应与室内通风短管或密闭阀门在垂直、水平方向错开布置，避免气流短路；严禁将排气活门安装在密闭门门扇上-8。

3.倾斜式微压计实战应用【重要】【实操必考】

滤毒通风时，工程内超压必须实时监测。防化值班室必须设置超压测量装置，规范明文规定应使用倾斜式微压计（量程0-200Pa），严禁以U型压差计替代-2。教师现场拆解测压管路构成：DN15热镀锌钢管从室内引至室外空气零点压力处（管口向下弯头防虫），进入室内后依次连接铜球阀、橡胶软管、倾斜式微压计。调试步骤：先校准微压计零点，开启铜球阀，待液柱稳定后读取压差值。二等人员掩蔽所要求超压≥30Pa，若实测值不足，应关小排风通道阀门或核查风管漏风。

（五）平战转换模拟与设备实操（135分钟）

1.真机环境下的三种模式切换演练【核心实操环节】

依托校内人防工程实训基地（或高精度虚拟仿真实训系统），每组依次完成以下操作序列，考核计时与动作规范：

（1）清洁通风模式：开启清洁阀，关闭滤毒阀，启动风机，防爆波活门全开。排风路径：室内空气→超压排气活门→扩散室→防爆波活门→竖井。观察点：风机电流稳定，活门翻板随气流脉动轻微启闭。

（2）滤毒通风模式【非常重要】：关闭清洁阀，开启滤毒阀，确认增压管球阀处于开启位，启动风机。观察倾斜式微压计读数，通过调节排风侧密闭阀开度，将超压稳定在40-50Pa（二等掩蔽所指标）-6-8。取样员使用DN32采样管连接检测仪器，模拟尾气监测流程。

（3）隔绝通风模式：关闭所有进风密闭阀、排风密闭阀，开启风机进风管插板阀（或切换至内循环风路）。记录开始隔绝时间，模拟计算理论隔绝防护时长，并与规范表5.2.4要求的≥3小时对比-8。

2.新型电动防护设备与传统设备对比【热点】

上海植物园人防工程率先应用新型电动密闭阀门及电动防爆波活门，其平战转换效率显著提升-1。教师设置思辨环节：电动设备响应速度快，便于战时集中控制，但对电力依赖性极强，且电动执行机构的防冲击波加固难度大。传统手动密闭阀门虽需人工逐台操作，但可靠性极高。学生分组辩论，形成结论：核心口部保留手动冗余，次要区域可推行电动化以节省转换时间。

3.常见质量通病与错误纠正【高频考点】

教师集中展示历年工程验收不合格案例照片，要求学生以“防化质检员”身份签发整改通知单：

（1）错误：超压排气活门安装在密闭门扇上。整改：拆除，在密闭墙上预留短管重新安装。

（2）错误：滤毒室密闭门开启方向朝向冲击波来向。规范解析：当冲击波来自室外时，密闭门宜向外开启（朝向冲击波）；但滤毒室特殊工况下，冲击波可能来自通风竖井方向，因此规范不作强制要求，但设计图纸应注明依据-4。教师借此训练学生规范条文背后的工程判断力。

（3）错误：油网滤尘器安装在丁级防化物资库。更正：查阅规范，防化级别丁级以上工程才需设置油网滤尘器，战时物资库若无防化要求可不设置-2。

（六）综合考核与成果产出（90分钟）

1.战时通风系统设计答辩

各小组展示完整的设计计算书、系统原理图、设备清单及平战转换预案。专家（教师扮演）质询聚焦于：滤毒风量取大值的依据是否明确？增压管设置位置是否合规？过滤吸收器并联后的均流措施？防毒通道换气次数是否与风量分配匹配？每组必须针对至少一个质疑点进行现场修改图纸或复核计算。

2.隔绝防护时间校核专项【难点】

给定隔绝防护前CO2初始浓度C0（查表5.2.5，按清洁通风量7-10m³/(p·h)对应C0=0.34%），掩蔽人数800，每人呼出CO2量取20L/h，清洁区容积3200m³，计算实际隔绝防护时间并与规范对比-8。学生普遍忽略单位换算：CO2体积浓度百分比与升/立方米的换算，以及C值应采用绝对体积分数。教师现场演示计算陷阱，将此类计算题列为高频失分点。

3.职业素养延伸：全生命周期维护

培训课程不仅针对设计人员，更面向工程维护管理员。教师设置养护专项：防爆超压排气活门每年启闭测试不少于2次，密闭阀门密封橡胶涂抹专用硅脂，过滤吸收器库存期超过5年应重新检测炭滤层有效性-1-5。引导学生建立“设计-施工-维管”全链条责任意识。

三、教学资源配置与安全保障

（一）实训装备清单

1.真机设备：RFP-1000型过滤吸收器2台，D40J-0.5型手动密闭阀门6台，YF-250型超压排气活门4个，FCH-250防爆超压排气活门2个，倾斜式微压计（0-200Pa）8台，4-72-3.6A离心通风机2台，油网滤尘器（LWP型）2台，DN15/DN32热镀锌钢管及球阀套件。

2.虚拟系统：人防工程通风3D数字模型，支持剖切观察染毒区与清洁区界面、气流动态粒子流线、冲击波余压传播示意-9。

（二）安全防护措施

滤毒通风模拟严禁使用真实毒剂，以气溶胶发生器中产生的DOP气溶胶替代；过滤吸收器尾气监测采用模拟采样管，不刺破设备保护膜；风机启闭执行挂牌锁定制度，严禁带压启闭密闭阀门；实训全程佩戴耳塞，噪声超80dB时轮换作业。

四、教学评价与反思

（一）多元评价体系

1.过程性评价（60%）：原理图绘制规范度（20%），包含染毒区标注、增压管设置、阀门流向标识；滤毒新风量计算书（20%），强调单位正确、取大值逻辑清晰；实操切换用时与动作规范性（20%），以超压稳定时间与阀门操作顺序为关键指标。

2.终结性评价（40%）：以某真实工程图纸（隐去关键参数）为蓝本，要求在40分钟内完成通风方式转换故障排查，提交书面诊断报告，指出设计违反强条之处并给出整改方案。

（二）教学反思与迭代

本设计将职业本科“解决复杂工程问题”能力要求与国防动员系统基层骨干“真工程、真理论、真感受”培训理念深度融合-7。通过项目化重构，使规范条文转化为具象的工程抉择，使设备操作升维至系统级思维。后续应进一步