科技日报记者 王禹涵
位于西安建筑科技大学的陕西省建筑设备科学与地下空间环境国际联合研究中心（以下简称“研究中心”）实验室，既有纵横交错的地下水电站洞室群通风模型，也有模拟地铁站烟气扩散的关键实验平台，还有为海上浮动核电站量身打造的安全通风环境模拟舱。
“这些装置看似庞杂，目标却高度统一——都是为了让风变得‘听话’。”研究中心主任、西安建筑科技大学建筑设备科学与工程学院院长李安桂打了个通俗的比方，“地下工程安全保障离不开三通——通风、通电、通信。其中，通风是保障工程安全与生命健康的底线。我们的任务，就是让空气在复杂地下空间中‘按需分配’，搬运热量，移除有害物，在地下建立一条可靠的‘通风生命线’。如今，我们正在进行超级水电工程地下洞室群的环境安全保障通风技术攻关，要将这条‘生命线’伸得更远、筑得更牢。”
面向国家重大需求
研究中心2021年获批省级平台，根系却扎在几十年前。
1956年，西安冶金建筑学院（西安建筑科技大学前身）成立，供热、供燃气及通风专业随之设立。新中国百废待兴，百余项重大工程上马，这个专业就是为解决其“空气环境”难题而生。西安冶金建筑学院教授赵鸿佐承担了新中国第一条地铁——北京地铁1号线的地层传热与通风研究；西安冶金建筑学院教授戴庆山主持了我国首座百万千瓦级水电站——刘家峡水电站的通风技术攻关。老一辈科研人员，为这个学科种下了“面向国家重大需求”的基因。
1984年，李安桂考入西安冶金建筑学院攻读研究生，成为当年学校该专业唯一的研究生。此后的几十年，李安桂带着研究团队从黄河流域的小浪底到金沙江畔的白鹤滩，从东北严寒的白山水电工程到西南湿热的大渡河瀑布沟水电站，足迹踏遍全国七大流域，积累了深厚的水电工程地下空间环境安全保障经验。
2021年12月，研究中心正式获批成立。此后，研究中心发展驶入快车道：2022年承办第十六届室内通风国际会议，2023年获批教育部低碳建筑环境国际合作联合实验室，科研阵地也从地下水电拓展到了海上核电。
围绕地下空间环境保障这一核心使命，研究中心确立了三个研究方向：一是常态环境低碳营造，重点解决地下空间日常运行中通风空调能耗高、能效低的问题；二是灾变环境安全保障，聚焦火灾、有害气体积聚等极端情况下的烟气控制、毒气引排与生命维持；三是地下环境保障与智慧化，通过数字孪生、智能感知与动态调控，推动环境保障从被动响应走向主动防控。
“我们的研究是从国家重大工程现场走出来的。”李安桂说，这种“向下扎根”的传统，正是研究中心解决一系列地下环境难题的根本所在。
从跟着前辈去水电站做测试，到主持先进通风技术国际合作项目，研究中心副主任张莹如今已成长为能独当一面的骨干。她说：“研究中心教会我一件事，向下扎根，才能向上生长。我希望能提出更多解决地下空间难题的‘中国方案’。”
在研究中心，像张莹这样的骨干成员有十余人，他们同时承担着多项国家重点工程。面对超级水电站这样的超大型项目，研究中心采取“大兵团作战”，各方向协同攻关；面对具体任务，则化整为零，暖通空调、流体力学、自动化等不同背景的研究人员组成“小分队”快速响应，从现场测试、理论模型、技术方法、标准指南到装备研发，形成了完整的技术链条。
驯服“不听话”的风
地下空间与地上建筑最大的不同，在于它的封闭性与复杂性。“最大的挑战，是‘看不见、摸不着’的威胁。”李安桂说，“譬如，比空气重的有害气体，我们称之为‘重气’，其约占有害气体种类的90%。它会像水一样在地面匍匐、在低洼处汇聚，悄无声息地构成致命风险。”
传统排风方式难以将贴着地面的重气有效排出。研究中心团队从流体力学机理入手，提出“重气收集池”结合分层界面调控的技术。“简单说，就是‘因势利导’——找到重气最容易沉积的区域，设计专门的收集和排放系统。”李安桂打了个比方，“把‘漫山遍野追兔子’，变成在‘兔子窝旁守株待兔’。”这项技术的污染物捕获效率可达95%以上。
我国南方地区某抽水蓄能电站建成后，交通隧洞内频繁出现团雾，严重影响交通安全。即使在隧洞内密集布设了除湿机，仍然收效甚微。研究中心团队深入一线调研发现，症结在于通风气流组织不合理，湿气无法有效排出。团队通过模拟分析优化纵向通风分区与风机系统，让气流按照设计的路径流动，成功消除了团雾。
如果说“治害”解决的是安全问题，那么日常通风空调系统需要解决的就是能耗问题。传统通风如同“大水漫灌”，试图将巨大空间内的空气都处理一遍，能耗极高。据统计，通风空调系统的能耗约占建筑总能耗的30%至50%，是名副其实的“能耗大户”。
如何将“大水漫灌”变为“精准滴灌”？研究中心的王牌成果——附面通风理论与技术应运而生。团队骨干、西安建筑科技大学建筑设备科学与工程学院建筑环境与能源应用工程系副主任杨长青对记者解释道：“我们让空气‘贴着’墙壁或柱子‘滑’下来，像水一样在地面人员活动区积聚、蔓延。这样，只需要给两米以下空间的空气‘赋能’，而不用把能量浪费在高处无人区域。”
经过20余年的研究，团队阐明了气流“竖向附壁—约束转向—水平流动”的流场演化特征，建立了一整套公式与设计方法。在雄安高铁站，采用附面通风技术后，总送风量较传统方案减少约27%，夏季供冷能耗降低15%。2025年，该技术入选生态环境部等五部门联合印发的《国家重点推广的低碳技术目录》，标志着它从实验室走向了全国。
解决了“怎么送风”，研究中心团队又将目光投向了风的“输送过程”。他们发现，管道阻力引起的机泵能耗在公共建筑总电耗中占比达15%至30%。为此，团队研发了全套低碳低阻输配构件，通过优化管道形态抑控涡旋耗散，关键构件减阻率可达25%至70%。
从高效引排重气到附面通风技术精准送风，再到输配系统的减阻降耗，研究中心构建了一套完整的低碳“驯风”技术链。李安桂说：“我们的任务，就是让风‘听话’——该去的地方去，不该去的地方不去；该多的时候多，该少的时候少。”
提出更多“中国方案”
“地下空间环境问题是全球共同的挑战。”李安桂说，“中国拥有最复杂、最庞大的地下工程场景，这让我们具备了引领国际研究的机遇和底气。”作为省级重点平台中的国际联合研究中心，他们的视野始终望向世界。
厄瓜多尔CCS水电站是2016年中国在海外建成投产的最大水电站。工程地处热带雨林气候区，年平均相对湿度高达91%。棘手的是，在如此极端潮湿的气象条件下，如何保障电站设备的安全运行。此前受委托的国外公司未能解决这一难题，研究中心团队接下了这块“硬骨头”，将中国工程经验与国际规范对接，提出了高温、高湿环境保障与通风控制的创新方案。项目于2016年顺利竣工，目前已稳定运行近十年，中国技术在国际舞台上经受住了检验。
研究中心的附面通风理论与技术也被纳入国际通风手册和欧洲暖通空调学会指南。
研究中心还牵头创建“中国—北欧室内环境与能源国际研究中心”，多次主办国际通风大会、国际供暖通风及空调学术会议等该领域权威学术会议。研究中心成员远赴瑞典、英国、芬兰等国参加国际学术会议，并作多场报告。近年来，研究中心与国际顶尖高校互派访问学者，联合开展地下空间安全保障与建筑环境低碳技术研究。
面向未来，李安桂说：“我们不仅要做好重大工程，更要培养有责任感、使命感，能为国家深地战略担当大任的人才，让更多深地领域的‘中国方案’走向世界、彰显价值。”
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