《地下工程低碳理论与应用》课程教学大纲、期末试卷

《地下工程低碳理论与应用》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称地下工程低碳理论与应用（中文）LowCarbonTheoryandApplicationinUndergroundEngineering（英文）课程代码课程性质选修开课单位土木工程学院课程类型□通识课GeneralEducationCourses□新生研讨课FreshmanSeminar□公共基础课PublicBasicCourses□专业基础课SpecialtyFoundationalCourses☑专业课SpecializedCourses□实验课ExperimentalCourses□课程设计CurriculumDesign□多元化课程DiversifiedCourses□实习实训PracticalTraining授课学期第7学期学分/学时1/16课内学时16理论学时16实践学时0课外学时0（课程设计、实验单列课程）课程负责人课程团队适用专业土木工程、城市地下空间工程授课语言中文先修课程无后续课程无课程中文简介《地下工程低碳理论与应用》是一门集地下工程碳排放理论、碳排放计算方法、地下工程节能技术为一体的综合性课程，具有实践性强、知识更新迅速等特点。本课程主要讲授地下工程碳排放理论、施工期碳排放计算方法、施工期碳排放不确定性分析、运营期碳排放计算方法、施工期及运营期低碳节能技术、新能源利用技术、碳排放计算软件开发等知识，是对相关专业知识的综合运用。通过对本课程的学习，使学生掌握地下工程全生命周期碳排放理论、计算方法及相关不确定性分析方法，了解地下工程施工期及运营期的低碳节能技术，同时积累一定的学术前沿思想、方法以及工程实践经验，为解决实际工程问题奠定基础。课程英文简介"Low-CarbonTheoryandApplicationinUndergroundEngineering"isacomprehensivecourseintegratingthetheoryofundergroundengineeringcarbonemission,carbonemissioncalculationmethod,andundergroundengineeringenergy-savingtechnology.Ithasthecharacteristicsofstrongpracticalityandrapidknowledgeupdate.Thiscoursemainlyteachescarbonemissiontheoryofundergroundengineering,calculationmethodofcarbonemissionduringconstructionperiod,uncertaintyanalysisofcarbonemissionduringconstructionperiod,calculationmethodofcarbonemissionduringoperationperiod,low-carbonenergy-savingtechnologyduringconstructionandoperationperiod,newenergyutilizationtechnology,carbonemissionComputationalsoftwaredevelopmentandotherknowledgeisthecomprehensiveapplicationofrelevantprofessionalknowledge.Throughthestudyofthiscourse,studentscanmasterthetheory,calculationmethodandrelateduncertaintyanalysismethodofcarbonemissioninthewholelifecycleofundergroundengineering,understandthelow-carbonenergy-savingtechnologyintheconstructionperiodandoperationperiodofundergroundengineering,andatthesametimeaccumulatecertainacademicfrontierideas,Methodsandengineeringpracticeexperiencelaythefoundationforsolvingpracticalengineeringproblems.二、课程目标及对毕业要求指标点的支撑序号课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求1掌握地下工程碳排放的基本概念和术语，熟悉地下工程施工、运营特点及不同生命周期相关节能技术；1.3能将土木工程学科知识用于推演、分析复杂土木工程问题，识别和判断其中的关键环节；1.4能基于土木工程学科知识进行复杂土木工程问题解决方案的比较与综合，并借助相关研究成果，分析复杂土木工程问题的影响因素，获得有效结论。1.工程知识与问题分析：系统地掌握解决土木工程领域复杂工程问题所需的数学、自然科学、工程基础和专业知识，并能够将相关知识应用于识别、表达、分析土木工程领域复杂工程问题，并获得有效结论。2了解地下工程生命周期的形式种类及基本性能特点，熟悉相关节能减排设备材料的选用；3.1能够基于科学原理，通过文献研究或相关方法，调研和分析土木工程领域复杂工程问题的解决方案；3.研究：能够基于科学原理、采用科学方法，对土木工程领域复杂工程问题进行研究，包括设计实验方案、开展实验、采集数据、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。3掌握各种常见地下工程节能方式的特点、要求，并能进行基本碳排放内容计算；8.1能就土木工程专业问题，以口头、文稿、图表、图形等方式，清晰、准确表达自己的观点或技术方案；8.沟通与表达：能够就土木工程领域复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。4了解目前地下工程低碳技术发展的动向及最新相关技术及设备材料的应用情况。10.1能认识到自主和终身学习的必要性，具有追踪土木工程行业尤其是交通土建领域发展趋势的意识；10.2具有自主学习的能力，包括对技术问题的理解能力、归纳总结能力和提出问题的能力等，并不断更新拓展知识，以适应社会与土木工程行业发展的需求。10.终身学习：具有自主学习和终身学习的意识，通过自主选用适当的学习方法和途径，持续获取和应用新技术、新知识，适应土木工程行业的新发展。三、教学内容及进度安排序号教学内容学生学习预期成果课时理论/实践支撑课程目标1绪论：（1）碳排放的基本概念（2）土木工程行业碳排放现状（3）地下工程行业碳排放现状（4）国内外相关行业碳排放的标准及规范了解国内外地下工程碳排放的现状、原因分析，我国地下工程碳排放的发展及工程中存在的问题，熟悉课程的学习内容、要求和学习方法。2/01、42地下工程碳排放相关基础理论：（1）生命周期评价概念与框架（2）碳排放计算边界与范围（3）碳排放计算方法与内容（4）碳排放因子理解地下工程的全生命周期碳排放相关基础理论，初步了解碳排放计算方法、碳排放因子数据等内容。2/02、33地下工程施工期碳排放计算方法：（1）地下工程施工碳排放模块化计算方法（2）地下工程施工碳排放预测方法（3）隧道衬砌设计参数对施工碳排放影响规律了解地下工程施工期碳排放计算方法的基本知识，掌握地下工程施工期碳排放模块化计算方法、预测方法以及衬砌设计参数对施工碳排放影响规律等内容。2/02、34地下工程施工期碳排放不确定性分析：（1）不确定性分析方法（2）单元工程量碳排放不确定性分析（3）衬砌施工碳排放不确定性分析了解地下工程施工期碳排放不确定性分析的基本知识，掌握不确定性分析方法及具体应用方式等内容。2/02、35地下工程运营期碳排放计算方法：（1）运营期碳排放计算目标与范围（2）清单分析（3）运营期碳排放计算方法了解地下工程运营期碳排放计算方法的基本知识，掌握运营期碳排放计算目标与范围、清单内容、计算方法等内容。2/02、36地下工程施工期低碳节能技术：（1）不同施工方法低碳节能效果对比（2）多区域混合式施工通风技术（3）节能施工风机布设（4）复杂地下工程施工网络通风计算模型了解地下工程施工期低碳节能技术的基本知识，掌握不同施工方法低碳节能效果对比、低碳施工通风方法等内容。2/02、37地下工程运营期低碳节能技术（1）交通隧道利用自然风节能通风设计方法（2）照明节能技术在隧道运营期的应用 （3）新能源技术在隧道运营期的节能应用（4）新材料在隧道运营期的节能应用了解地下工程运营期低碳节能技术的基本知识，掌握交通隧道利用自然风节能通风设计方法、照明节能技术以及新能源新材料在隧道运营期的节能应用方法等内容。2/02、38课堂研讨/讲座：（1）目前地下工程低碳节能的现状（2）地下工程低碳节能最新技术（3）地下工程低碳节能可能发展趋势通过设定主题进行研讨，引导学生进行思考，在掌握基础理论知识的基础上学会运用到分析工程实际问题上并能初步提出解决方案或思路。2/02、3、4四、课程考核序号课程目标（支撑毕业要求指标点）评价依据及成绩比例成绩比例(%)考察考试1掌握地下工程低碳节能的基本概念和术语，熟悉地下工程施工期、运营期碳排放计算方法。350352了解地下工程全生命周期节能特点，熟悉不同周期内节能技术的选用。150153掌握各种常见地下工程低碳节能技术的特点、要求，并能进行基本碳排放等内容计算。350354了解目前地下工程低碳节能技术发展的动向及最新相关技术及设备材料的应用情况。15015合计1000100五、教材及参考资料1.郭春，《地下工程低碳理论与应用》，机械工业出版社，20242.GuoC.,XuJ.《CarbonEmissionCalculationMethodsforHighwayTunnelConstruction》，斯普林格出版社，20213.郭春，《Undergroundengineeringventilation,disasterprevention&environmentalcontrol》，人民交通出版社，20204.王明年，田尚志，郭春，李玉文，《公路隧道通风节能技术及地下风机房设计》，人民交通出版社，2012。《地下工程低碳理论与应用》期末考试试卷考试时间：120分钟

总分：100分一、选择题（每题2分，共20分）1.以下哪种气体不是主要温室气体？

A.二氧化碳(CO₂)

B.甲烷(CH₄)

C.氮气(N₂)

D.六氟化硫(SF₆)2.生命周期评价（LCA）的四个阶段不包括以下哪一项？

A.清单分析

B.影响评价

C.数据模拟

D.结果解释3.在隧道施工碳排放的影响因素中，以下哪个因素对碳排放水平的影响最大？

A.开挖面积

B.围岩级别

C.材料总质量

D.埋深类型4.以下哪种封存技术的特点是将超临界状态的CO₂注入地质结构中？

A.生物固碳

B.海洋封存

C.地质封存

D.捕集封存与利用5.隧道运营碳排放的主要来源不包括以下哪一项？

A.移动源

B.固定源

C.燃料生产

D.照明系统6.关于隧道衬砌设计对施工碳排放的影响，下列哪个参数研究不属于重点？

A.二衬厚度

B.锚杆纵向间距

C.隧道衬砌混凝土强度等级

D.金属网间距7.以下哪个数据库不属于LCA常用数据库？

A.Ecoinvent

B.IPCC数据库

C.FranklinUSLCI

D.气象观测数据库8.风仓式通风相较传统风管式通风的主要优势是：

A.减少通风风管数量

B.降低风机功率

C.增加送风风量

D.简化安装流程9.关于新能源在隧道低碳应用中的方式，下列描述错误的是：

A.光伏技术可用于隧道照明供电

B.风电技术在无风环境中同样适用

C.地热能可用于隧道供暖

D.太阳能烟囱可优化隧道通风10.高压钠灯和LED灯在隧道照明中的比较，以下说法正确的是：

A.高压钠灯适合电网波动大的场景

B.LED灯显色性较差但节能效果好

C.高压钠灯透雾性强，适合高山区隧道

D.LED灯寿命短，不适合隧道使用二、判断题（每题2分，共10分）1.碳排放计算中“过程分析法”适用于地下工程碳排放的定量评估。()2.风机横向间距过大时，通风效果会因壁面摩擦阻力减小而增强。()3.采用自然风进行节能通风设计时，需综合考虑隧道阻力和交通流量因素。()4.海洋封存CO₂的优点在于其完全避免对环境的影响。()5.隧道施工中的锚杆长度需优化至最优区间，以降低碳排放。()三、简答题（每题14分，共70分）1.结合LCA理论，描述隧道施工生命周期中主要的碳排放来源及其评估方法。2.隧道运营期中机电设施运行方案如何影响固定源碳排放？列举具体优化措施。3.对比地质封存和海洋封存的优缺点，分析其在地下工程中的适用场景。4.新能源技术在地下工程低碳应用中的潜力有哪些？结合具体案例说明。5.针对风仓式通风的特点，说明其在长距离隧道中的应用优势及设计注意事项。试卷答案一、选择题答案1.C.氮气(N₂)

（氮气不是温室气体，主要温室气体包括CO₂、CH₄等。）2.C.数据模拟

（LCA的四个阶段是：目的和范围确定、清单分析、影响评价、结果解释。）3.C.材料总质量

（材料总质量对施工碳排放水平的影响最大。）4.C.地质封存

（地质封存通过将CO₂注入地质结构实现封存。）5.C.燃料生产

（燃料生产不属于隧道运营碳排放的直接来源。）6.C.隧道衬砌混凝土强度等级

（该参数未在碳排放影响重点研究中列出。）7.D.气象观测数据库

（LCA常用数据库包括Ecoinvent、IPCC数据库等，气象观测数据库不属于其范畴。）8.A.减少通风风管数量

（风仓式通风通过减少风管数量和局部阻力，优化了通风效果。）9.B.风电技术在无风环境中同样适用

（风电技术需要风力作为驱动。）10.C.高压钠灯透雾性强，适合高山区隧道

（高压钠灯特性适合恶劣环境。）二、判断题答案1.√

（过程分析法是适用于地下工程碳排放计算的方法之一。）2.×

（横向间距过大，风机不能会聚，降低了通风效果。）3.√

（自然风通风设计需综合考虑隧道阻力和交通流量。）4.×

（海洋封存虽然覆盖广，但仍需考虑环境影响。）5.√

（优化锚杆长度可显著降低施工碳排放。）三、简答题答案