高职市政工程技术专业《排水管道智能检测与评估》教学设计

高职市政工程技术专业《排水管道智能检测与评估》教学设计一、课程基本信息【重要】本课程是高职市政工程技术专业的核心技能课程，通常在大学二年级第二学期开设，前序课程为《工程力学》、《水力学》、《市政管道工程施工》。总课时为32学时，其中理论教学12学时，理实一体化实训20学时。课程对接国家“十四五”规划中关于城市地下管网改造与智慧城市建设的战略需求，旨在培养掌握现代化、智能化检测技术的现场工程师。本设计基于《城镇排水管道检测与评估技术规程》（CJJ）及2024年最新出版的行业规划教材《排水管道检测与评估》（朱艳峰主编）进行编制4。二、教学内容与目标分析（一）教学内容重构打破传统以知识讲授为主线的模式，按照“检测项目流程”重构教学内容，分为四个模块：基础认知（检测规范与设备）、专项技能（缺陷识别与判读）、综合应用（现场检测与评估）、拓展提升（多技术融合与报告编制）。（二）教学目标设定1.

素质目标（思政融入）：【基础】培养学生“把脉城市地下生命线”的责任感和使命感，理解精准检测对于防止道路塌陷、城市内涝、地下水污染的重大意义7；养成严谨细致、求真务实的工匠精神；树立有限空间作业的安全红线意识和规范操作的法律意识5。2.

知识目标：【基础】掌握《城镇排水管道检测与评估技术规程》（CJJ）的核心规定；掌握结构性缺陷（破裂、变形、脱节等）与功能性缺陷（沉积、结垢、障碍物等）的分类标准与等级划分（14级）【高频考点】；理解CCTV检测系统、QV潜望镜、声呐检测仪、管道轮廓仪（3D）的基本工作原理与适用场景37。3.

能力目标：【重要】能够独立完成CCTV检测机器人的设备连接、参数设置、爬行器操控与录像采集【实操必会】；能够根据影像资料准确判读缺陷类型，并依据规程进行定性与定量分析，计算缺陷密度与修复指数；能够规范填写《排水管道检测现场记录表》和编制《排水管道检测与评估报告》【难点】。三、教学重难点与教学策略（一）教学重点【非常重要】CCTV检测设备的规范操作流程；《检测规程》中缺陷的判读标准与等级计算方法。（二）教学难点【难点】复杂缺陷（如多种缺陷并存、隐蔽缺陷）的综合判读与量化评估；检测报告的规范化撰写与修复建议的提出。（三）教学策略采用“虚实结合、项目引领、标准贯穿”的教学策略。针对实训设备昂贵、井下工况复杂难以复现的问题，引入虚拟仿真软件进行沉浸式认知与专项训练27；针对核心技能，采用“企业导师进课堂”或“现场实景实训”的方式进行手把手教学1；将思政元素无痕植入，如通过“郑州7·20暴雨”案例讨论排水系统检测的重要性，激发专业认同感。四、教学准备1.

场地：市政管道综合实训场（含预制检查井、不同管径的混凝土管/PVC管）、智慧检测虚拟仿真实训室。2.

设备：CCTV管道检测机器人（主控器、爬行器、线缆车）、QV彩色闭路视频检测仪（伸缩杆、摄像头）、声呐检测系统、笔记本电脑、移动电源。3.

资料：最新版《城镇排水管道检测与评估技术规程》（CJJ）摘录、标准化检测记录表、典型缺陷图集、虚拟仿真软件（如“城市排水管道健康评估及修复虚拟仿真实验”平台）2。4.

安全防护：气体检测仪、通风设备、安全绳、防毒面具、反光背心、安全帽（实训时必须穿戴）。五、教学过程设计（32学时）本设计以“某市老城区雨污分流改造前的管道健康评估”为贯穿整个课程的项目载体，将任务分解为四个递进阶段。（一）基础认知阶段（4学时）——构建知识体系1.

情境导入（0.5学时）：播放一段城市道路因管道渗漏导致路面塌陷的新闻视频，提出问题：“地下管道看不见摸不着，我们如何知道它哪里‘生病了’？病得有多重？”引导学生思考检测的必要性，引出本课程学习任务。强调检测人员就是“地下医生”【热点】，激发学生的职业荣誉感。2.

规程解读（1.5学时）：【基础】教师带领学生学习CJJ规程。重点讲解检测的基本流程：现场踏勘→封堵导流→管道清淤→设备检测→数据分析→报告编制。强调检测前清淤的重要性（水位应低于管道直径的20%）。通过图解和动画，让学生区分结构性缺陷（影响管道结构强度）和功能性缺陷（影响过水能力）。以表格形式对比展示各类缺陷的图例、定义及示例图片。3.

设备认知（2学时）：采用“翻转课堂”形式。课前发布任务：分组查阅资料，了解CCTV、QV、声呐的异同。课中，在实训室进行实物教学。（1）QV潜望镜：【重要】讲解其适用于人员可到达的检查井、管径较大的管道。演示伸缩杆的组装、灯光调节、聚焦、录像与抓拍。强调其检测距离有限（一般50米以内），且受管内雾气影响较大3。（2）CCTV检测机器人：【非常重要】这是本课程的核心设备。拆解讲解三大组成部分：爬行器（履带式/轮式，适应不同管径）、摄像头（含云台，可实现360度旋转）、线缆车（带计数器，记录检测距离）。演示控制软件界面，讲解前进、后退、抬升镜头、调节灯光、变焦等基本操作。强调设备下井前的安全检查（线缆磨损、摄像头密封性）1。（3）声呐检测系统：介绍其适用于满水或高水位管道的检测原理（声波反射）。展示声呐图像与光学图像的差异，让学生理解不同技术的适用边界35。（4）其他辅助设备：气体检测仪（检测井下有害气体）、长管呼吸器等安全设备的介绍。（二）专项技能训练阶段（8学时）——缺陷判读与虚拟仿真本阶段主要在虚拟仿真实训室进行，利用“城市排水管道健康评估及修复虚拟仿真实验”平台，实现“基础认知、专项训练、综合应用”三个层次的技能跃升27。1.

缺陷判读专项训练（4学时）：【难点】在仿真软件中，系统随机生成各类单一缺陷场景。学生需要完成以下任务：（1）定性识别：根据视频或截图，指出缺陷的名称。例如，管壁出现纵向裂纹，应判读为“结构性缺陷破裂”。系统提供容错机制，允许学生反复尝试，直到准确识别。（2）定量分析：学习使用软件中的测量工具。例如，对于“变形”缺陷，测量管道直径的变形率；对于“沉积”缺陷，测量沉积物的深度，计算占管径的比例。这是进行等级划分的依据。（3）等级计算：【高频考点】教师讲解缺陷等级计算公式。结构性缺陷等级根据缺陷长度、宽度、深度及对结构的影响综合判定（通常分为4级，1级轻微，4级严重）；功能性缺陷等级根据沉积厚度、障碍物大小等判定。学生根据测量数据，对照规程表格，在软件中完成等级划分练习。例如，软件提供虚拟的缺陷管段，学生操作虚拟CCTV进入管道，发现缺陷后点击暂停，通过屏幕测距功能量取缺陷尺寸，系统自动根据输入给出初步等级建议，教师进行点评。2.

虚拟检测流程综合训练（4学时）：仿真软件设计多个不同工程场景（如老旧小区、新建道路、工业区），每个场景包含不同的管道工况（管材、管径、埋深、水位）2。（1）方案制定：学生需根据场景信息，自主选择检测方法（QV、CCTV或两者结合），并规划检测路线。（2）模拟操作：在虚拟环境中，连接设备、下井、沿规划路线进行检测。学生需调整摄像头焦距、云台角度，模拟真实检测过程，对沿途发现的疑似缺陷进行标记。（3）数据记录：系统自动记录检测路径和标记点。检测结束后，生成模拟的原始数据列表。学生需根据这些原始数据，在虚拟的记录表中填写缺陷位置（桩号）、类型、等级。软件会自动评分为实验报告部分，帮助学生检验学习成果2。（4）安全与思政融入：在仿真环境中，设置“未通风检测导致报警”、“未穿戴防护用品”等错误操作提示，强化安全规范。同时，在“知识角”引入阅读材料，介绍我国管网现状及“基建强国”背景，潜移默化地进行思政教育2。（三）综合应用与实操演练阶段（16学时）——真机实战本阶段转移到市政管道综合实训场，采用“项目化教学+校企双元指导”模式15。1.

任务驱动与分组（2学时）：发布终极任务：“受XX市政公司委托，需对校内实训场一段长约50米的雨污合流管道进行健康检测评估，并提交正式报告。”将班级分为两组：第一组负责现场检测操作，第二组负责安全监护与记录。两组轮流互换角色。2.

现场准备与安全交底（2学时）：【非常重要】这一步直接关系到生命安全。（1）通风与检测：打开上下游检查井井盖，使用轴流风机强制通风30分钟以上。使用气体检测仪检测井内氧气含量（不低于19.5%）、硫化氢、一氧化碳、可燃气体浓度，并记录数据。（2）封堵与导流：根据管内水流情况，必要时在上游进行气囊封堵，并将上游来水导流至别处，确保检测时管道内水位满足要求（无水或低水位）。（3）设备下井前检查：检查CCTV爬行器车轮是否紧固、摄像头云台转动是否灵活、线缆盘计数是否归零、所有接口是否防水密封。3.

现场检测实施（8学时）：【非常重要】教师或企业导师示范后，学生分组实操。（1）QV初检：首先使用QV潜望镜从上游井口对管道入口段进行初步观察，了解大致淤积情况和管口状况。（2）CCTV正式检测：将CCTV机器人轻放入井底，对准管道中心线，开始爬行检测。操控要点：保持匀速爬行（速度与摄像头焦距、管道状况匹配）；遇到缺陷时，必须暂停前进，进行360度环视拍摄，测量缺陷尺寸并录像；当镜头被淤泥遮挡或管内有积水时，注意调整镜头角度甚至倒车。数据采集：每发现一处缺陷，操作员需口述缺陷类型并打标记，记录员同步在记录表上记录对应的距离读数。特殊情况处理：当机器人遇到障碍物无法前进时，如何处理？指导学生分析原因（沉积物太高、树根穿入），并尝试倒车绕行或停止检测，严禁强行拖拽导致设备损坏。4.

内业数据处理与报告编制（4学时）：【难点】这是从操作技能向综合职业能力提升的关键环节。（1）视频判读与复核：回放检测视频，逐帧核对现场标记的缺陷，确保判读准确。（2）等级计算：根据记录和复核数据，对照规程，对每一处缺陷进行最终等级评定。对于整个管段，根据缺陷密度和严重程度，给出管段结构性缺陷等级和功能性缺陷等级的综合评估结论。（3）绘制纵断面图：在简化的管道纵断面图上标注缺陷位置、类型和等级。（4）撰写检测报告：【重要】教师提供标准模板。报告应包含：项目概况、检测依据、检测设备、检测结果汇总（缺陷统计表）、管段评估结论（结论通常分为“结构性状况等级”和“功能性状况等级”，如：I级（完好）、II级（轻微缺陷）、III级（中等缺陷）、IV级（严重缺陷））、修复建议（如：局部修复、整体内衬修复、疏通清淤等）、现场照片及缺陷截图附件7。指导学生撰写具有说服力的评估结论，使其报告不仅是一堆数据的罗列，更是一份能指导养护决策的“诊断书”。（四）拓展提升阶段（4学时）——多技术融合与前沿展望1.

声呐检测与CCTV融合判读（2学时）：引入一段声呐检测数据（针对高水位管道），展示如何从声呐图谱中判读管底淤泥厚度、管内气体等情况。对比同一管段在有水和无水情况下的两种检测数据，让学生理解数据融合的重要性，构建更全面的管道健康画像3。2.

案例分析与讨论（1学时）：展示一个典型的工程案例：某管道因树根入侵导致堵塞破裂。提供包括现场照片、CCTV视频片段、检测报告在内的全套资料。让学生分组讨论：“为什么初期养护没有发现？”“缺陷等级如何定？”“选择哪种修复方案最经济合理？”通过讨论，提升学生解决复杂工程问题的能力。3.

新技术展望（1学时）：【热点】简要介绍行业前沿技术，激发学生持续学习的兴趣。如：基于AI的缺陷自动识别技术、3D轮廓仪（可生成管道内壁三维模型）、探地雷达（用于检测管道外部空洞）等34。引导学生思考未来检测技术的发展方向——更智能、更精准、更安全。六、考核评价设计采用过程性考核与终结性考核相结合的方式，突出技能与素养。（一）过程性考核（60%）1.

虚拟仿真软件成绩（20%）：包括各模块训练得分、综合场景完成度，由系统自动评定，主要考查缺陷判读的准确性。2.

实训操作表现（30%）：【重要】教师与企业导师根据现场评分表进行打分。核心指标包括：安全规范执行（一票否决制）、设备操作熟练度（连接与调试时间、操控稳定性）、数据记录规范性、团队协作能力。3.

平时表现（10%）：出勤、课堂互动、作业完成情况。（二）终结性考核（40%）采用“实操+答辩”形式。1.

实操考核（20%）：给定一段未知状况的管道，学生独立完成从设备准备到检测数据采集的全过程。2.

报告编制与答辩（20%）：【难点】根据实操检测的数据，课后编制一份完整的《检测与评估报告》。在课程最后一次课进行分组答辩，阐述检测过程、