Com o desenvolvimento da construção urbana em direção a espaços subterrâneos profundos e extensos, a garantia da segurança ambiental em espaços subterrâneos tornou-se uma importante demanda estratégica para o setor. O Centro Internacional de Pesquisa Conjunta em Ciência de Equipamentos de Edificações e Ambiente de Espaços Subterrâneos da Universidade de Arquitetura e Tecnologia de Xi'an, em torno das três direções principais de criação de baixo carbono para ambientes normais, garantia de segurança para ambientes de desastre e inteligência na garantia de ambientes subterrâneos, estabeleceu um sistema técnico de "linha de vida de ventilação" que cobre todo o ciclo de vida dos espaços subterrâneos, fornecendo suporte científico e tecnológico fundamental para a segurança ambiental de grandes obras subterrâneas na China e no mundo.

Ameaça invisível: o "problema histórico" da ventilação em espaços subterrâneos

A maior diferença entre espaços subterrâneos e edifícios acima do solo reside no seu confinamento e complexidade. "O maior desafio são as ameaças 'invisíveis e intocáveis'", disse o Professor Li Angui, diretor do centro de pesquisa e reitor da Faculdade de Ciência e Engenharia de Equipamentos de Edificações da Universidade de Arquitetura e Tecnologia de Xi'an. "Por exemplo, gases nocivos mais pesados que o ar, que chamamos de 'gases pesados', representam cerca de 90% dos tipos de gases nocivos. Eles rastejam pelo chão como água e se acumulam em depressões, representando silenciosamente riscos fatais." Os métodos tradicionais de exaustão têm dificuldade em remover eficientemente os gases pesados que aderem ao solo; uma vez que ocorra vazamento e acúmulo de gás, pode facilmente causar acidentes de asfixia ou explosão.

Outro problema central é a baixa eficiência dos métodos convencionais de exaustão de fumaça. Quando ocorre um incêndio em uma caverna subterrânea, o caminho de propagação da fumaça é extremamente complexo. Os métodos convencionais de exaustão de fumaça são limitados em espaços confinados, muitas vezes incapazes de guiar efetivamente a direção do fluxo de fumaça. Sob o duplo dilema do rápido desenvolvimento do incêndio e do aumento acelerado da concentração de fumaça, as pessoas que não evacuaram a tempo podem facilmente ficar presas, com sua segurança de vida seriamente ameaçada. Além disso, os espaços subterrâneos também enfrentam problemas de alto calor geotérmico – temperaturas excessivamente altas no interior das cavernas devido à liberação de calor do interior da crosta terrestre durante a construção.

A garantia de segurança de obras subterrâneas é inseparável de três elementos – ventilação, eletricidade e comunicação. Entre eles, a ventilação é a linha de base para garantir a segurança da obra e a saúde da vida. "Distribuir o ar 'sob demanda' em espaços subterrâneos complexos, transportar calor, remover substâncias nocivas e estabelecer uma 'linha de vida de ventilação' confiável no subsolo." A tarefa do centro de pesquisa é exatamente estender esta linha de vida a cada canto das obras subterrâneas – tornando-a mais estável, mais longa e mais segura.

Três rotas técnicas: construindo um sistema de garantia tridimensional para espaços subterrâneos

A equipe de pesquisa, liderada pelo Professor Li Angui, que já recebeu duas vezes o Segundo Prêmio Nacional de Invenção Tecnológica, acumula mais de trinta anos de experiência em pesquisa nas áreas de organização do fluxo de ar em sistemas de ventilação e ar condicionado, e regulação ambiental de espaços subterrâneos. Em torno da missão central de garantir o ambiente de espaços subterrâneos, o centro de pesquisa estabeleceu três direções de pesquisa:

Criação de baixo carbono para ambientes normais

Foco em resolver os problemas de alto consumo de energia e baixa eficiência dos sistemas de ventilação e ar condicionado na operação diária de espaços subterrâneos. Em cenários como usinas hidrelétricas subterrâneas, estações de metrô e galerias de utilidades, os sistemas de ventilação e ar condicionado geralmente operam por longos períodos; como alcançar economia de energia e baixo carbono é de grande importância. A equipe já estabeleceu nesta direção uma plataforma experimental abrangente de pesquisa em tecnologia de ventilação para realizar sistematicamente pesquisas básicas sobre os mecanismos de ventilação por pressão térmica em espaços subterrâneos e a dinâmica de migração de poluentes. Simultaneamente, construiu uma plataforma de simulação de ambientes multifásicos em alta altitude, que permite o ajuste dinâmico de múltiplos parâmetros como temperatura, pressão atmosférica e dióxido de carbono, criando com precisão condições ambientais extremas, como ambientes de alta altitude e espaços subterrâneos profundos, para apoiar o desenvolvimento de tecnologias de ventilação de baixo carbono de ponta.

Garantia de segurança para ambientes de desastre

Foco no controle de fumaça, exaustão de gases tóxicos e manutenção da vida em situações extremas, como incêndios e acúmulo de gases nocivos, alcançando rápida regulação ambiental e garantia de evacuação em ambientes de desastre. A equipe fez avanços significativos nesta direção:

Ventilação e exaustão eficientes de gases pesados: Visando gases pesados com densidade maior que o ar, que representam cerca de 90%, a equipe elucidou sistematicamente os mecanismos de difusão e migração de gases pesados em espaços longos e estreitos, estabelecendo métodos de projeto para ventilação e exaustão eficientes de múltiplos componentes de gases nocivos, incluindo gases pesados, em ambientes de desastre, resolvendo efetivamente o problema de prevenção e controle do acúmulo de gases pesados ao longo do solo.

Transporte e distribuição de ventilação de longa distância com baixa resistência: Visando os pontos problemáticos de engenharia, como alta resistência à ventilação e atenuação severa do fluxo de ar em túneis subterrâneos de longa distância, a equipe inventou uma série de tecnologias de transporte e distribuição de baixa resistência e equipamentos-chave, melhorando significativamente a eficiência da ventilação em obras subterrâneas.

Controle de fumaça de incêndio em grupos de cavernas subterrâneas: Visando as leis complexas de migração de fumaça de incêndio em grupos de cavernas subterrâneas de projetos hidrelétricos, a equipe propôs teorias e tecnologias eficientes de exaustão, alcançando controle confiável da fumaça e garantia do ambiente gasoso nos corredores de evacuação.

Garantia e inteligência do ambiente subterrâneo

Através de gêmeos digitais, percepção inteligente e regulação dinâmica, a garantia ambiental está sendo impulsionada de uma resposta passiva para uma prevenção e controle ativos. Os sistemas de ventilação tradicionais dependem de ajustes periódicos manuais, resultando em resposta lenta e precisão de regulação limitada. A equipe está desenvolvendo sistemas inteligentes de monitoramento e controle ambiental para espaços subterrâneos, integrando tecnologia de sensores da Internet das Coisas e algoritmos de inteligência artificial, para alcançar agendamento inteligente e fornecimento sob demanda dos sistemas de ventilação.

Pesquisa tecnológica voltada para as principais demandas nacionais

"Nossa pesquisa nasceu no local de grandes projetos nacionais", disse Li Angui. Em 1984, Li Angui foi admitido no programa de pós-graduação do Instituto de Arquitetura e Metalurgia de Xi'an (antecessor da Universidade de Arquitetura e Tecnologia de Xi'an), tornando-se o único estudante de pós-graduação naquele ano na especialidade. Nas décadas seguintes, ele liderou sua equipe de pesquisa de Xiaolangdi, na bacia do Rio Amarelo, a Baihetan, às margens do Rio Jinsha; do Projeto Hidrelétrico Baishan, no rigoroso inverno do nordeste, à Usina Hidrelétrica de Pubugou, no Rio Dadu, na úmida e quente região sudoeste, percorrendo as sete principais bacias hidrográficas do país.

Em março de 2026, o centro de pesquisa assumiu oficialmente o desafio técnico de ventilação para grupos de cavernas complexas de grande escala e controle do ambiente termo-higrométrico em cavernas subterrâneas. O foco está em duas dificuldades técnicas principais: primeiro, a garantia de segurança ambiental de alta temperatura geotérmica em grupos de cavernas de grande escala – o calor geotérmico profundo faz com que a temperatura nas cavernas aumente continuamente, afetando seriamente a segurança da construção e a operação dos equipamentos; segundo, a organização avançada do fluxo de ar de ventilação em grupos de cavernas complexas em alta altitude – sob condições de baixa pressão atmosférica em alta altitude, os parâmetros de projeto de ventilação convencionais desviam-se significativamente, exigindo correção adaptada às condições locais. Especialistas participantes já realizaram uma sistematização e discussão aprofundada das necessidades centrais atuais do projeto e das principais dificuldades técnicas, esclarecendo o caminho técnico e a direção de implementação para impulsionar a pesquisa subsequente.

Da hidroeletricidade subterrânea à energia nuclear offshore: uma configuração internacionalizada de integração indústria-universidade-pesquisa-aplicação

O centro de pesquisa desenvolveu-se rapidamente após ser aprovado como plataforma provincial em 2021: sediou a 16ª Conferência Internacional de Ventilação Interna em 2022, obteve aprovação para o Laboratório Conjunto Internacional de Cooperação do Ministério da Educação para Ambiente de Edificações de Baixo Carbono em 2023, e sua frente de pesquisa expandiu-se da hidroeletricidade subterrânea para a energia nuclear offshore.

Em termos de integração indústria-universidade-pesquisa-aplicação, a equipe formou uma cadeia técnica completa que vai desde testes de campo, modelos teóricos, métodos técnicos, padrões e guias até o desenvolvimento de equipamentos. Ao mesmo tempo, expande ativamente a cooperação internacional, baseando-se em universidades de alto nível em países ao longo da "Faixa e Rota", como China, Singapura, Rússia e Malásia, bem como em países europeus como Dinamarca, Finlândia, Suécia e Noruega, estabelecendo um modelo de cooperação internacional de "cinco em um" integrando indústria, universidade, pesquisa, aplicação e internacionalização. Liderou a fundação da "Sociedade Internacional de Ambiente de Espaços Subterrâneos", com o Professor Li Angui atuando como primeiro presidente, construindo uma plataforma de cooperação de alto nível no campo da garantia ambiental de espaços subterrâneos em escala global.

Fortalecendo a base de segurança para o desenvolvimento em grande escala de espaços subterrâneos profundos

Com a crescente escassez de recursos de terra urbana, o desenvolvimento tridimensional de espaços subterrâneos tornou-se um caminho inevitável para o desenvolvimento urbano sustentável. Centrais de transporte subterrâneas, galerias de utilidades, reservatórios subterrâneos profundos e grandes projetos hidrelétricos estão se estendendo cada vez mais para as profundezas, e o papel da tecnologia de garantia de ventilação está gradualmente passando de um "papel coadjuvante" para um "papel principal".

Garantia de segurança de projetos hidrelétricos superdimensionados: A hidroeletricidade é um pilar importante da segurança energética nacional, e os ambientes dos grupos de cavernas subterrâneas de grandes projetos hidrelétricos são complexos e as condições operacionais são severas. Os resultados da pesquisa deste projeto podem ser aplicados diretamente a grandes projetos hidrelétricos em construção e planejamento no sudoeste da China, melhorando significativamente a segurança ambiental desses projetos.

Operação e manutenção inteligentes de espaços subterrâneos urbanos: Infraestruturas subterrâneas urbanas, como metrôs, galerias de utilidades e instalações de defesa civil, estão acelerando a transição do gerenciamento informatizado para a operação e manutenção inteligentes. Este projeto já concluiu planos de garantia de segurança ambiental para uma série de projetos emblemáticos, como a Estação de Metrô de Zhengzhou e a Estação Ferroviária de Alta Velocidade de Xiongan. A introdução abrangente de tecnologias de criação de baixo carbono, percepção inteligente e prevenção e controle de desastres no sistema de operação e manutenção fornecerá uma base técnica sólida para a operação segura, eficiente e de baixo carbono de espaços subterrâneos urbanos.

Usinas nucleares flutuantes offshore e outros cenários especiais: A frente de pesquisa do instituto já se expandiu da hidroeletricidade subterrânea para usinas nucleares flutuantes offshore, desenvolvendo uma câmara de simulação ambiental de ventilação de segurança exclusiva. Além disso, para cenários de desenvolvimento de recursos subterrâneos profundos (como mineração em poços profundos, laboratórios subterrâneos profundos, etc.), esta tecnologia também possui universalidade e valor de promoção.

Da "resistência ao vento" na construção ao "domínio do vento" na gestão: um legado de sessenta anos

O curso de Aquecimento, Fornecimento de Gás e Ventilação da Universidade de Arquitetura e Tecnologia de Xi'an foi estabelecido em 1956, uma época em que a nova China estava se reconstruindo. Mais de cem grandes projetos foram iniciados, e este curso foi criado precisamente para resolver seus problemas de "ambiente aéreo". O primeiro acadêmico, Zhao Hongzuo, assumiu a pesquisa de transferência de calor do solo e ventilação para a primeira linha de metrô da nova China – a Linha 1 do Metrô de Pequim; Dai Qingshan liderou o desafio técnico de ventilação para a primeira usina hidrelétrica de capacidade de um milhão de quilowatts do país – a Usina Hidrelétrica de Liujiaxia.

Mais de sessenta anos se passaram, e três gerações de pesquisadores transmitiram a tocha. Os meios técnicos evoluíram do cálculo de simulação para gêmeos digitais e capacitação por IA, mas a missão original de "atender às principais demandas nacionais" permanece inalterada. Hoje, eles estão realizando pesquisas tecnológicas de garantia de segurança ambiental para ventilação em grupos de cavernas subterrâneas de projetos hidrelétricos superdimensionados, estendendo esta "linha de vida de ventilação" mais longe e construindo-a mais sólida.