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     学校深入贯彻落实十八大的创新驱动战略,不断加强内涵建设,持续提高办学水平,努力建设水利电力优势突出、工科理科基础雄厚、多学科协调发展的高水平教学研究型大学。学校以“厚基础、宽专业、强素质、重实践、有创新”的原则,通过虚拟仿真技术,以原有分散、独立的实验室为基础,突破传统学科专业的界限,对水工程、水文化相关实验教学内容进行有机融合,构建了水工程水文化知识普及、专业基础技能实验、实训实验、创新及研究型实验和工程虚拟实践。
    中心虚拟仿真实验教学平台功能按照平台不同,实现不同的虚拟仿真实验效果。培养学生综合设计和创新能力,创造性地建设与应用高水平软件共享虚拟实验,提高教学能力,拓展实践领域,丰富教学内容,降低成本和风险,开展绿色实验教学。
    实验教学平台的内涵组成元素和功能分类包括:
 1、完善的三维可视化仿真图形基础数据库
    水电工程结构体量巨大,结合先进的计算机、图形技术及虚拟现实技术,建立了水电工程结构数字图形介质仿真技术的描述方法,该方法集成GML,CIS/2和IFC国际标准,并对工程中常用的计算分析与建模过程进行了统一描述,为不同工程之间、不同软件平台之间、同一工程的不同阶段之间的信息交换和比较提供了架构统一的共享器平台。基于该平台系统建立大型的、内容完善和及时更新的可供查询的可视化仿真图形数据库软件。华北水利水电大学三维可视化仿真中心科研团队基于虚拟现实发展的需要,启动了三维可视化系列图形库的基础工程建设,目的是建立方便、快捷、有良好合作界面图形数据库查询和建模系统。方便学生进行实验的模型建立和选择,实现跨平台快速构建不同类型实验项目。基于原有文献的文本数据建立该数据图形库,运用现代计算机手段,将其转换成为图文并茂的,便于操作的,有利于信息交流传播的图形库软件,该图形库系统现已完成的包括常用型材及参数结构、常用三维模型和钢结构连接形式三个部分。现已开发出的三个数据图形库软件在数据查询中有利于快速掌握必要的设计知识,节省以往传统查阅方式所需的大量人力物力,使设计及生产的效率大为提高。三维可视化系列图形库工程的启动和逐步完善将改变我们传统的查询方式,通过安装、运行本软件,为查询产品的详细资料,优化选择和购买方案提供了方便的手段。同时,可运用此类图形库直接调用3dmax图形、AutoCAD图形,并可用参数化的方法增添和修改所需建模图形,这是虚拟现实技术发展中的一个重要基础工程的建设。
2、大体积混凝土浇筑的温度控制平台系统
    紧密结合承担的实际工程锦屏水电站一级工程的大坝浇筑温度控制技术,可以通过远程的3G网络控制来改变混凝土浇筑速度、控制管内水流量大小等各种参数,实现对仿真实验模型的实际控制,学生在实验时自己去探索各种参数之间的关系;了解和掌握大体积混凝土温控措施。
3、水电工程施工过程的模拟仿真
    结合落脚河水电站施工的全过程的跟踪模拟,把落脚河水利枢纽作为整体系统,综合考虑施工过程中各个单项工程之间的相互影响、相互制约及整体的施工进度、施工强度、流畅程度等关键问题,进行仿真模拟,人机互动将获得更为真实的施工情况,使学生身临其境更加直观地了解水利工程施工技术、施工工艺、施工措施,从而达到形象直观的教学效果,提高学生的学习兴趣。同时,学生进行实验时可以针对不同的结构部位,在确保工程建设如期完成并降低工程造价的前提下,选择不同的施工方案、选择不同型号的施工机械及配套计算、进行施工方案的优化比选,可以制订切合实际工程的施工方案、施工进度计划等。学生的模拟实训内容在实验平台上直观形象再现,可以实时验证各施工方案的合理性和高效性,为解决施工中的关键技术问题开辟了新的途径。
4、地质灾变的仿真模拟平台
    目前,已完成国家973项目“大渡河梯级水库群溃决模拟系统测试”和怒江联合调度项目开发。通过模拟不同地质状态下的挡水建筑物、泄水建筑物、堤防工程、隧道工程、渠道、倒虹吸、渡槽等建筑物的模型进行各力学参数的设定,如地质模型的岩体物理特性、岩体风化程度、断层破碎带分布宽度等参数进行调整设置,即首先实现所选地质模型的参数化,当所选模型确定后,对春夏秋冬季节更替进行更替变换,将风、雨(雪)、雷、电等自然影响因素加入到模型中,其中风、雨(雪)的方向、大小、持续时间等都可以进行人为的调整和控制,通过变换这些因素来观察模型在什么状态下发生地质灾变,从而对地质灾变的预警预测进行预报。
5、水工建筑物的数值仿真实验平台(边坡失稳、坝肩稳定、基岩抗滑)
    研究工程岩体在复杂结构形态下的CAD图形建模方法和技术问题,充分利用CAD、3dmax、Maya等图形环境和强大的功能集合,将CAD二次开发的优势和已有的数值方法中的有效计算方法相结合,能迅速将岩体切割、裂隙、节理等各种特征利用CAD的实体图形直观地表达,搭建在CAD环境下的大型岩土力学通过用程序包及虚拟现实转换器,为三维岩体分析中的复杂几何问题提出有效的解决方法。对块体图形在模拟塌落、失稳滑动、爆破过程等大变形中数值方法和模拟堆石塌落过程试验结果。
6、世界古代及近现代水利发展演变
    灌溉工程:非洲美利斯水库(公元前2300年前后)、阿斯旺坝(1902年)、幼发拉底河和底格里斯河流域的灌溉(公元前4000年左右)。排水工程:尼罗河谷的排水工程(公元前5世纪中叶)、英国从开始排水(13世纪),把大量低洼地改变成农田、英国首先使用鼠道式暗渠(1724年) 法律:美国国会通过了第一个防洪法案(1917年)、英国制定法律,国家直接干预排水事业(1531年),并两次颁布国土排水法案(1918和1930)。堤防:尼罗河左岸大堤(公元前3400年左右)、美索不达米亚地区堤防(公元前2000年左右)。波兰的系统堤防(公元12世纪)。防洪工程:密西西比河堤防(1717年)、莱茵河防洪堤(1919年)。
7、水系水环境水资源
    黄河流域、长江流域、海河流域、淮河流域、珠江流域、松辽流域等水环境水资源演变过程。以黄河浓厚的历史人文和秀丽的自然风光为创作源泉,深入挖掘有关黄河的文史资料和古老民间传说、神话,将黄河人文历史的代表性元素得以重现。在时机成熟的时候考虑借助虚拟仿真手法再造“黄河魂”,从不同的侧面反映黄河的人文和自然神韵。通过动态演绎、实景再现,将黄河的文化内涵和自然山水浓缩成以一场高水准的文化艺术盛宴,向学生和世人推出。
8、古代水利工程保护与利用
    以具有标志性和代表性的工程为研究对象,深入挖掘有关水文化的文史资料和古老民间传说、神话,将厚重水文化的代表性元素得以重现,从不同的角度反映我国博大精深的水文化元典。像郑国渠、都江堰、坎儿井、通惠河、南北运河工程等的保护与利用。
9、治水与人类文明
    水是人类生活的重要资源,人类文明大多起源在大河流域,水文化是人类创造的与水有关的科学、人文等方面的精神与物质的文化财产。水利发展随着历史王朝的兴衰而起伏,我国积淀了厚重的水文化遗产,从某种意义上说,水文化遗产的出现是文明社会的一种表现和重要特征。为了传承创新水文化遗产,及时的挖掘整理和研究文化遗产。
    通过对实验课程内容的调整与整合,将所有实验项目划分为演示型实验、 综合型实验及设计创新型实验三类,中心共开设实验项目 94 个。其中演示、验证性实验项目37个,综合性实验项目8个,设计、创新性实验项目49个,分别占实验项目总数的39.5%、8.5%、52%,综合性、设计创新性实验项目占实验项目总数 60.5%以上。
 
实验室 实验平台 实验类型
水文化记忆虚拟实验室 中国及世界古代及近现代水利史 演示型
水系水环境水资源演变 演示型
古代水利工程保护与利用 演示型
治水与人类文明的关系 演示型
三峡工程记忆 演示型
鲍家屯河移马拦河坝工程记忆 演示型
武都水库记忆 演示型
古运河(都江堰)的治水思想记忆 演示型
大禹治水思想记忆 演示型
专业基础技能虚拟实验室 土颗分实验 演示型
土液塑限实验 演示型
土渗透实验 演示型
土压缩实验 演示型
土直剪实验 演示型
相对密实度试验 综合性
击实试验 综合性
三轴剪切试验 综合性
高压固结试验 综合性
振筛试验 综合性
土的三轴试验 综合性
渗透破坏发生发展的室内模拟试验 综合性
低碳钢拉伸实验 演示型
金属材料硬度测实验 演示型
水泥特性实验 演示型
细骨料实验 演示型
混凝土拌和物实验 演示型
建筑砂浆实验 演示型
水泥胶砂强度实验 演示型
沥青实验 演示型
混凝土强度实验 演示型
混凝土性能实验 演示型
混凝土耐久性实验 演示型
土工织物抗拉强度试验 演示型
金属材料实验 演示型
混凝土拌和物实验 演示型
混凝土强度及变形实验(1) 演示型
冲击试验 演示型
磁滞回线测试 演示型
超声波探伤实验 演示型
混凝土强度及变形试验(2) 设计、创新性
混凝土非破损试验 设计、创新性
施工方法演示 演示型
土工合成材料试验 设计、创新性
重力坝断面应力模型试验 演示型
土坝渗流实验 演示型
水闸渗流实验 演示型
水工水力学实验 演示型
调压室水力试验 设计、创新性
水锤试验 设计、创新性
水工结构模型设计制作及试验 设计、创新性
翻板门模型试验 设计、创新性
管涌模型试验 设计、创新性
大坝安全监测试验 设计、创新性
水工结构动力试验 设计、创新性
河道实体模型试验 设计、创新性
大跨度新型闸门水力学试验 设计、创新性
平原闸站合建枢纽整流措施水力学试验 设计、创新性
泥沙起动试验 综合性
弯道水流试验 设计、创新性
丁坝水流条件试验 设计、创新性
高桩码头上部结构受力特性试验 设计、创新性
板桩码头受力特性试验 设计、创新性
水工程建设全过程实训虚拟实验室 三维拱坝设计实验 设计、创新性
平板钢闸门三维设计实验 设计、创新性
怒江调度预演实验 设计、创新性
大渡河地质情况仿真实验 设计、创新性
水能规划 设计、创新性
地质 设计、创新性
水文科学 设计、创新性
水工主体建筑物选型及方案比较 设计、创新性
地质条件实训 设计、创新性
不同频率洪水的实时再现 设计、创新性
边坡失稳 设计、创新性
坝肩稳定 设计、创新性
基岩抗滑 设计、创新性
土石方工程 设计、创新性
混凝土工程 设计、创新性
地下建筑工程 设计、创新性
交叉建筑物 设计、创新性
大体积混凝土施工温度控制 设计、创新性
水利枢纽在汛期运行管理虚拟实训 设计、创新性
水利枢纽正常运行期的运行管理虚拟实训 设计、创新性
堤坝的抢护技术虚拟实训 设计、创新性
河流的生态修复虚拟实训 设计、创新性
水利工程水灾害应急预案虚拟实训 设计、创新性
极端天气事件虚拟实训 设计、创新性
防洪工程调度虚拟实训 设计、创新性
 
研究型虚拟实验室
水工结构模型试验研究 设计、创新性
新型筑坝材料及水工材料耐久性研究 设计、创新性
水工建筑物健康诊断及除险加固技术 设计、创新性
水工结构可靠度研究 设计、创新性
洪水预报研究 设计、创新性
流域性大洪水联合运用与统一调度研究 设计、创新性
重大工程消除险情隐患与抗洪抢险的预案研究 设计、创新性
漫溢性洪水灾害仿真 设计、创新性
洪水期防洪工程的安全稳定性 设计、创新性
水电开发对河流系统影响及河床反馈调整机理 设计、创新性
泄流消能建筑物的布置及体型优化 设计、创新性

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