流體輸配管網(wǎng)虛實互動教學(xué)方式設(shè)計

中圖分類號：G482;G642；TU995.3 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1005-2909（2025）04-0120-11

復(fù)雜流體網(wǎng)絡(luò)分析是流體輸配系統(tǒng)分析的重點和難點，傳統(tǒng)教學(xué)方式以建模推導(dǎo)為主，比較抽象，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和潛能。國外高校沒有對應(yīng)的課程，但在講授該部分內(nèi)容時，較多采用軟件進行模擬仿真。近年來，國內(nèi)部分高校相繼開展仿真教學(xué)工作，如北京工業(yè)大學(xué)建設(shè)的虛擬仿真一流課程\"空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)管網(wǎng)設(shè)計與調(diào)試虛擬仿真互動式實驗項目\"，天津商業(yè)大學(xué)成立了“制冷技術(shù)與裝備虛擬仿真實驗教學(xué)中心\"2]，揚州大學(xué)構(gòu)建了“基于Dymola軟件建立中央空調(diào)系統(tǒng)仿真模型”3]，蘇州科技大學(xué)開發(fā)了“空調(diào)實驗教學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)平臺\"4]等。由于復(fù)雜流體輸配管網(wǎng)如集中供熱、供燃?xì)夤芫W(wǎng)規(guī)模大，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，很難構(gòu)建完備的虛實結(jié)合教學(xué)平臺，學(xué)生學(xué)習(xí)該部分內(nèi)容時普遍感覺難、公式推導(dǎo)比較枯燥、看不到計算結(jié)果的具體應(yīng)用、學(xué)習(xí)積極性不高，因此將虛擬仿真教學(xué)與現(xiàn)場實踐教學(xué)有機結(jié)合，是現(xiàn)階段高校教學(xué)的主要發(fā)展方向和建設(shè)重點[5]。

綜合課程教學(xué)情況的問卷調(diào)查分析結(jié)果，總結(jié)課程建設(shè)和教學(xué)方法的成效與不足[6-11]，，前期已增加了線上課程預(yù)習(xí)、互動和工程案例展示環(huán)節(jié)[12]，已經(jīng)構(gòu)建了國家級金課平臺，建立了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析程序和實驗平臺，亟需整合三方面的教學(xué)資源，將課內(nèi)學(xué)習(xí)和課外實驗融合，引導(dǎo)學(xué)生理論與實際相結(jié)合，增加學(xué)生對實物的感知，實現(xiàn)教學(xué)與實踐的深度融合[13]。

一、管網(wǎng)系統(tǒng)虛實仿真模型建立的必要性

國家虛擬仿真實驗教學(xué)項目遵循“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度\"標(biāo)準(zhǔn)，是教育部推出的國家“金課\"之—[14-16]。虛擬仿真實驗教學(xué)以教材基礎(chǔ)知識為起點，可結(jié)合前沿知識和相關(guān)領(lǐng)域的新知識和新方法，充分拓展學(xué)生的創(chuàng)新思維和能力。

管網(wǎng)虛實仿真平臺的建設(shè)與流體輸配管網(wǎng)課程知識單元緊密結(jié)合（圖1），以流體輸配管網(wǎng)課程的核心內(nèi)容流體網(wǎng)絡(luò)水力計算分析為中心，從簡單網(wǎng)到復(fù)雜的大規(guī)模環(huán)狀管網(wǎng)，建立覆蓋所有建筑設(shè)備系統(tǒng)流體網(wǎng)絡(luò)的仿真模擬實驗臺，學(xué)生可以參與設(shè)計、選型、搭建、測試、數(shù)據(jù)分析、軟件應(yīng)用等各個環(huán)節(jié)。為此，從三個方面進行課程改革：（1）結(jié)合工程實例和建模軟件Revit完成實驗平臺設(shè)計，并參與設(shè)備選型與購買，完成搭建和調(diào)試;（2）結(jié)合工程實例和實驗?zāi)Ｐ停⒒贔lowmaster平臺的仿真模型，模擬實驗工況，完成模擬參數(shù)設(shè)置，對比實驗測試數(shù)據(jù)與仿真模擬數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)處理與分析。最后，針對實際管網(wǎng)運行問題，開發(fā)仿真軟件，完善數(shù)據(jù)庫，為實際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

二、復(fù)雜管網(wǎng)實驗系統(tǒng)

轉(zhuǎn)變\"灌輸式\"理論教學(xué)，采用實驗教學(xué)和理論教學(xué)相結(jié)合的方式，引導(dǎo)學(xué)生將理論知識應(yīng)用到專業(yè)實驗中，幫助學(xué)生形成創(chuàng)新意識，提高實踐能力[17-19]。復(fù)雜管網(wǎng)實驗系統(tǒng)的初期模型設(shè)計基于BIM軟件Autodesk Revit，可以快速創(chuàng)建三維形狀模型，設(shè)計復(fù)雜的建筑系統(tǒng)。指導(dǎo)學(xué)生通過Revit進行三維復(fù)雜管網(wǎng)建模，直觀清晰地展示管網(wǎng)系統(tǒng)。利用Revit初步建立復(fù)雜管網(wǎng)系統(tǒng)，可參考的綜合管網(wǎng)系統(tǒng)如圖2（a）所示。

管網(wǎng)課程大作業(yè)已經(jīng)初步培養(yǎng)了學(xué)生的設(shè)計及計算能力，在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合工程實例、書籍案例和規(guī)范手冊，完成設(shè)計系統(tǒng)的水力計算，根據(jù)確定的管道參數(shù)和設(shè)備參數(shù)進行設(shè)備選型。綜合供熱管網(wǎng)物理實驗的實驗裝置主要包括電鍋爐、膨脹水箱、水泵（循環(huán)水泵、補水泵）、管網(wǎng)、測量儀表等。測量設(shè)備及控制儀表包括壓力傳感器、溫度傳感器、電磁流量計、超聲波熱量表、變頻控制柜等，如表1所示。根據(jù)現(xiàn)場測量工況和實驗需要，采用分體式電磁流量計和分體式電磁熱量表，方便精確讀數(shù)。高位膨脹水箱為方形不銹鋼水箱，尺寸為 500mm×500mm×500mm ，安裝在循環(huán)水泵入口處，實現(xiàn)實驗系統(tǒng)的定壓與補水。

綜合學(xué)生的探討方案和教學(xué)需求，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力，實驗系統(tǒng)設(shè)備前后均設(shè)置閥門和可拆卸部件，可根據(jù)實驗需要改變泵的臺數(shù)及電鍋爐數(shù)量等，實現(xiàn)多種供熱模式。前期實驗主要關(guān)注壓力和流量，后期可加裝負(fù)荷模擬器和空調(diào)設(shè)備，全面監(jiān)測負(fù)荷和參數(shù)。在完成設(shè)備及材料準(zhǔn)備工作的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生了解實際工程的施工方式，完成實驗臺的搭建。

綜合供熱管網(wǎng)驗臺是多熱源環(huán)狀三維立體管網(wǎng)（圖2（b）），實驗系統(tǒng)由供熱熱源、實驗管網(wǎng)和在線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)三部分組成。熱源采用電鍋爐，兩臺電鍋爐可作為單熱源或雙熱源控制三個環(huán)路，同時在回水管道設(shè)置了可啟閉的管道泵，可近似為第三熱源，也可用于管網(wǎng)水力平衡調(diào)節(jié)。實驗環(huán)狀管網(wǎng)選用鍍鋅鋼管，管道及局部構(gòu)件之間采用螺紋連接。管段多處配備活接等可拆卸部件，以便于改造。供回水管道分別設(shè)置了控制球閥，可根據(jù)實際需求靈活調(diào)整管網(wǎng)布置方式（如對稱或非對稱）以及管路的流向等。管道的阻力通過球閥模擬，各用戶的阻力則采用截止閥來模擬。此外，安裝了一對平衡閥（包括靜態(tài)和動態(tài)）以實現(xiàn)用戶流量和壓力的調(diào)節(jié)。為方便模擬用戶測工況，供回水干管之間依次安裝進口壓力傳感器、截止閥、平衡閥、電磁流量計、出口壓力傳感器?；厮茉O(shè)置了故障單元，該故障單元可拆卸、可更換、可旋轉(zhuǎn)，故障點采用多種設(shè)置形式（圓形、不規(guī)則形狀等）。在供回水管道的不同位置對稱安裝了12個可調(diào)節(jié)直徑的泄漏點，可模擬單點及多點泄漏等異常工況。在線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由監(jiān)測點、NI數(shù)據(jù)采集模塊、變頻控制柜等實時進行數(shù)據(jù)采集，并監(jiān)測信號趨勢，構(gòu)建運行及故障數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)驗證分析奠定基礎(chǔ)。

綜合供熱管網(wǎng)實驗臺能夠通過改變熱源的投人數(shù)量，進行單熱源和多熱源管網(wǎng)實驗。實驗管網(wǎng)由三個主環(huán)路組成，每個環(huán)路均配備特定的閥門開關(guān)。通過調(diào)節(jié)各環(huán)路閥門的開閉狀態(tài)，可實現(xiàn)枝狀、單環(huán)、多環(huán)管路的控制。學(xué)生可根據(jù)對課堂工程案例的理解程度，自由組合熱源數(shù)量與管路類型，從單熱源枝狀管路逐步進階到多熱源多環(huán)管網(wǎng)，并對不同類型的管網(wǎng)進行水力和熱力工況的模擬操作與調(diào)節(jié)。

（一）基于壓力、流量和瞬變流方法的管網(wǎng)故障診斷實驗臺

（1）在管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計時，預(yù)留多個臨時壓力測點;在故障工況時，可通過計算與實驗測試結(jié)果，得到最優(yōu)化測點布置方案，為管網(wǎng)設(shè)計提供普適性策略，并根據(jù)選定的壓力測點數(shù)據(jù)，解決故障工況下的實際問題。

（2）在管網(wǎng)系統(tǒng)不同環(huán)路的不同位置（供回水干管、支管、節(jié)點等）設(shè)置可調(diào)節(jié)泄漏孔直徑的泄漏管段，并在前方安裝閥門控制泄漏量，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實現(xiàn)泄漏數(shù)據(jù)的實時測量，得到泄漏發(fā)生時的水力特性參數(shù)（流量，壓力等）的變化規(guī)律，并根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果判斷泄漏源位置。

（3）采用低強度瞬變流動激發(fā)器，可產(chǎn)生類似閥門關(guān)閉引起的瞬變水擊波的效果，從而避免使用傳統(tǒng)的方法（閥門快速關(guān)閉等）產(chǎn)生的不易控制等問題。用于管網(wǎng)系統(tǒng)泄漏瞬變檢測，通過水擊波變化的特征可對管網(wǎng)系統(tǒng)診斷，確定故障的產(chǎn)生與位置；管道因彎曲或機械壓力會變形致使管道堵塞，通過管道堵塞后水力瞬態(tài)流動的變化與特性，分析并判斷管道堵塞的位置;管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及規(guī)模對瞬變水擊波有一定的影響，可研究實際水擊壓力波的波形畸變和衰減過程。

（二）基于水力、熱力平衡調(diào)節(jié)管網(wǎng)實驗臺

（1）研究不同工況下（單、雙熱源單環(huán)和雙環(huán)等）多熱源綜合環(huán)狀管網(wǎng)的水力和熱力特性，分析熱網(wǎng)運行過程中，調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速以及各處（熱力站、用戶、供回水干管）閥門開度時熱網(wǎng)的非穩(wěn)態(tài)水力響應(yīng)特性。供水干管和回水干管調(diào)節(jié)不一致時（只改變一側(cè)干管上的閥門），研究整個管網(wǎng)供熱用戶的負(fù)荷變化。

（2）針對熱網(wǎng)的水力失調(diào)問題，實驗熱力系統(tǒng)一次熱網(wǎng)采用分布式供熱（一次側(cè)：變頻水泵 + 水力平衡管組合），二次熱網(wǎng)采用可調(diào)節(jié)混水供熱（二次側(cè)：引射閥 + 變頻水泵），達到水力平衡和節(jié)能的目的。

（3）針對熱網(wǎng)系統(tǒng)的熱力平衡問題，在管道多處設(shè)置了溫度傳感器，可根據(jù)在線采集系統(tǒng)采集的溫度、壓力和流量等數(shù)據(jù)，分析管道散熱損失對熱力失調(diào)問題和節(jié)能降耗的影響。

綜合供熱管網(wǎng)實驗臺具備多種功能模式，能夠促進學(xué)生思維的發(fā)展。每種模式都與課程的核心知識點緊密對應(yīng)，學(xué)生可以根據(jù)自己的能力水平選擇感興趣的實驗?zāi)Ｊ?，并以小組合作的方式參與實驗。通過親身參與整個測試和調(diào)試過程，加深對課程知識點和課堂大作業(yè)工程案例的理解。

三、復(fù)雜管網(wǎng)系統(tǒng)虛擬仿真模型的建立

帶領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識和學(xué)習(xí)Flowmaster軟件，根據(jù)復(fù)雜管網(wǎng)實驗系統(tǒng)，建立基于Flowmaster軟件平臺的1：1虛擬復(fù)雜管網(wǎng)仿真模型（圖3）;鼓勵學(xué)生根據(jù)模擬需求對Flowmaster軟件進行二次開發(fā)，快捷實現(xiàn)系統(tǒng)Flowmaster模型及工況數(shù)據(jù)的更改和計算求解。鼓勵學(xué)生不拘于實驗采集系統(tǒng)和模擬軟件數(shù)據(jù)結(jié)果，使用Origin、Matlab等繪圖及數(shù)據(jù)分析軟件對同工況的實驗數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)進行對比分析，更準(zhǔn)確地完成信號的統(tǒng)計、處理，曲線擬合以及峰值分析等工作。設(shè)置討論和總結(jié)環(huán)節(jié)，針對實際管網(wǎng)運行問題，開發(fā)仿真軟件，完善數(shù)據(jù)庫，為實際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。此部分內(nèi)容也可培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣。

（一）復(fù)雜管網(wǎng)系統(tǒng)虛擬仿真軟件介紹

Flowmaster軟件可用于建立管網(wǎng)系統(tǒng)的仿真模型，它是一維流體系統(tǒng)仿真計算工具，可以快速有效地建立精確系統(tǒng)模型，完成管網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)分析。Flowmaster對各種管網(wǎng)系統(tǒng)均可以進行精確的壓力、流量、溫度、流速分析，幫助用戶快速評估并優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計。該軟件支持與多種仿真平臺的聯(lián)合仿真，已與Matlab、Star-CD、AnsysFluent和Excel等主流軟件實現(xiàn)了完備接口集成，支持COM、MpCCI、NET、XML等多種通訊協(xié)議接口，并可開拓展至PDM、SDM、TDM等平臺。Flowmas-ter軟件可以對求解器（穩(wěn)態(tài)，瞬態(tài)等）和計算模型進行封裝，可根據(jù)實驗和模擬需求對管網(wǎng)系統(tǒng)工況、參數(shù)和模型進行快速更改，實現(xiàn)多種工況的自動求解;自動檢查計算結(jié)果，使整個仿真模擬自動化，從而提高工作效率。此外，還方便對流體輸配管網(wǎng)進行運行、故障工況模擬和水錘計算分析。總體而言，F(xiàn)lowmaster的功能完全滿足流體輸配管網(wǎng)教學(xué)中各種任務(wù)的定制需求，以及工程系統(tǒng)仿真模擬和數(shù)據(jù)分析需求。

（二）復(fù)雜管網(wǎng)系統(tǒng)虛擬仿真建模過程

1.仿真模型的搭建

仿真軟件內(nèi)含有許多種類組件，如管段類、閥門類、泵類、邊界源類等。根據(jù)設(shè)計方案選擇適合的類元件，通過節(jié)點和連接線連接，F(xiàn)lowmaster內(nèi)置各種監(jiān)測和自動控制器，可控制泵的轉(zhuǎn)速、閥門開度等，監(jiān)測元件代替?zhèn)鞲衅鞅O(jiān)測溫度、流量、壓力等變量。對模型管網(wǎng)系統(tǒng)進行仿真模擬時，用邏輯節(jié)點連接各個組件，用流量和壓力組成的線性方程組來表征流體的流動特性。

2.仿真模型參數(shù)設(shè)定

Flowmaster軟件通過對多各種元件進行線性化處理，將仿真管網(wǎng)系統(tǒng)的復(fù)雜問題轉(zhuǎn)變?yōu)楣?jié)點的壓力流量設(shè)置等問題，克服了傳統(tǒng)方法的繁瑣計算，使流體輸配管網(wǎng)中的瞬變問題更容易求解和分析。針對復(fù)雜流體仿真系統(tǒng)中的節(jié)點、管段和元件，仿真軟件均配備了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)模型視圖。在視圖中，用戶可以直接設(shè)置組件數(shù)據(jù)、變量參數(shù)及求解方法。為確保參數(shù)的精確性，軟件還設(shè)有可編輯模塊，便于錄入組件的曲線和方程。此外，用戶亦可自行編寫腳本，構(gòu)建與流體系統(tǒng)相匹配的模型。該編輯模塊兼容多種編程語言，包括C#、VB.NET、J#、VBScript和JavaScript等。

3.仿真模型的計算和運行

選擇適當(dāng)?shù)哪M類型（如可壓縮、不可壓縮穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)等），設(shè)定時間步長等運行參數(shù)。在仿真系統(tǒng)模型檢測和編譯成功后，啟動計算。若運行結(jié)果不收斂，可根據(jù)錯誤報告調(diào)整輸入數(shù)據(jù)參數(shù)和日志文件，直至成功運行。通過計算結(jié)果監(jiān)視窗口，可實時觀測變工況下管路各處的參數(shù)變化，并根據(jù)提示信息持續(xù)優(yōu)化模型，確保其合理性和可靠性。

4.仿真模型的計算結(jié)果查看和導(dǎo)出

計算結(jié)果存儲于軟件的數(shù)據(jù)庫中，用戶可通過選擇所需繪制的組件及其結(jié)果類型，以表格或圖像形式進行呈現(xiàn)。此外，仿真軟件配備了報告生成功能，能夠生成包括錯誤報告、警告報告、用戶結(jié)果報告以及輸入數(shù)據(jù)核對報告在內(nèi)的多種報告，以便于用戶分析仿真計算的準(zhǔn)確性。

（三）管網(wǎng)系統(tǒng)虛擬仿真軟件的基本計算原理

管網(wǎng)系統(tǒng)的各個元件通過邏輯節(jié)點相互連接。為了降低分析難度，將各元件進行線性化處理，進而求解出各節(jié)點及支路的壓力和流量。利用流量和壓力這兩個關(guān)鍵因素，構(gòu)建線性方程組，通過求解該方程組來實現(xiàn)管網(wǎng)系統(tǒng)的仿真模擬。在仿真系統(tǒng)中，阻力元件需分為正阻力元件（如管道及各類管件的流體阻力）和負(fù)阻力元件（如水泵的流體阻力）。整個系統(tǒng)的求解過程基于矩陣方法，在元件的使用和開發(fā)過程中，需滿足以下幾項方程條件。

1.流動阻力方程

有進出口的元件，進口和出口的壓力差等于介質(zhì)的流動損失系數(shù)與密度和速度平方乘積的一半：

式中： p₁?p₂ 分別為元件的進、出口壓力，單位 bar;ρ 為介質(zhì)的密度，單位 kg/m³;v 為流體的流速，單位m/s 5 為元件中的介質(zhì)在液體流動方向上的損失系數(shù)。

2.質(zhì)量守恒方程

流經(jīng)元件兩個出口的流量相等，等于出口截面積與當(dāng)前截面介質(zhì)流速的乘積：

Q=A₁ν₁=A₂ν₂，

式中： v₁?v₂ 分別為截面1、截面2介質(zhì)流速，單位 m/s;A₁，A₂ 分別為截面1、截面2的面積，單位 m² 。

3.壓力損失方程

介質(zhì)流經(jīng)組件兩點間的壓力損失等于進、出口的總壓差與高差水壓頭之和：

式中： p₁?p₂ 分別為位置1、位置2的靜壓力，單位Pa; s₁，s₂ 分別為位置1、位置2的中心處標(biāo)高，單位 m 為位置1和位置2的動壓力，單位 Pa 。

4.換熱方程

元件的進出口溫度差等于介質(zhì)在此處的熱交換值與質(zhì)量流量和定壓比熱的商，即能量守恒定律：

式中： T₁，T₂ 分別為元件的進、出口溫度，單位 ^°C;Q 為元件處介質(zhì)的吸熱或放熱功率，單位 kW;m 為介質(zhì)的質(zhì)量流量，單位 kg/s;C_p 為介質(zhì)的定壓比熱，單位 kJ/kg 。

為模擬系統(tǒng)的求解過程，建立由三個兩端口元件組成的模型，共含3個節(jié)點，如圖4所示，計算過程如下：

在三個兩端口的元件組成管網(wǎng)仿真系統(tǒng)模型中，每個元件都可以建立線性方程組，如式（5）式（6）式（7）所示。

元件1：

元件2：

元件3：

利用三個元件的流量公式，對每個節(jié)點構(gòu)建質(zhì)量守恒方程式（8）式（9）式（10）式（11）。節(jié)點1：

節(jié)點2：

節(jié)點3：

節(jié)點4：

各個節(jié)點的質(zhì)量方程，可以用矩陣進行統(tǒng)一表示，如公式（12）：

其分析矩陣為：

以上矩陣中包含的系數(shù)均可由相應(yīng)的元件參數(shù)確定。在管網(wǎng)整體系統(tǒng)模型計算過程中，首先根據(jù)設(shè)定的初始流量進行首次求解，從而獲得各個節(jié)點和元件的壓力值。隨后，依據(jù)這些壓力值構(gòu)建方程，推導(dǎo)出新的流量方程，原矩陣中對應(yīng)的系數(shù)將自動更新。系統(tǒng)通過不斷求解新方程，實現(xiàn)反復(fù)迭代。當(dāng)最終結(jié)果滿足預(yù)設(shè)的殘差值時，迭代過程終止，從而獲得模擬計算結(jié)果。

（四）開發(fā)Flowmaster仿真軟件并完善數(shù)據(jù)庫

Flowmaster采用專業(yè)的數(shù)據(jù)庫管理工具SQL Server來存儲和讀寫各類數(shù)據(jù)，包括組件數(shù)據(jù)、系統(tǒng)參數(shù)、模型數(shù)據(jù)、性能數(shù)據(jù)、模塊及腳本數(shù)據(jù)等。SQL Server憑借其強大的搜索和管理功能，確保了數(shù)據(jù)的開放性和共享性。多個用戶終端能夠安全地共享數(shù)據(jù)資源，并持續(xù)地整合多種工況數(shù)據(jù)信息，同時根據(jù)具體需求進行編輯和定義。然而，F(xiàn)lowmaster軟件對計算結(jié)果中的mdf文件大小設(shè)定了10G的上限（適用于SQL2010及以上版本），這在流體管網(wǎng)的瞬態(tài)分析計算過程中，經(jīng)常導(dǎo)致內(nèi)部存儲不足，進而使迫使計算過程被迫終止。因此，對數(shù)據(jù)庫進行完善和擴充顯得尤為重要。

四、結(jié)語

復(fù)雜流體管網(wǎng)系統(tǒng)是流體輸配管網(wǎng)課程的重點和難點，學(xué)生普遍對環(huán)狀管網(wǎng)的水力計算及水力工況分析感到陌生和枯燥，導(dǎo)致課堂參與度低，課后自學(xué)和完成大作業(yè)的積極性不高?；诙嗄甑慕虒W(xué)經(jīng)驗和相關(guān)科研項目的研究，我們構(gòu)建了一個集復(fù)雜流體管網(wǎng)水力算法、軟件仿真、工程實驗平臺于一體的教學(xué)平臺和教學(xué)模式。目前，教學(xué)方式的設(shè)計已順利完成，并嘗試進人教學(xué)實踐階段。該平臺旨在引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實際工程問題和流體網(wǎng)絡(luò)分析的基本原理，從設(shè)計、仿真軟件系統(tǒng)搭建、實例實驗臺測試、數(shù)據(jù)分析等多個環(huán)節(jié)入手，全面了解管網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計、故障處理、計算應(yīng)用等方面。

通過小組討論、質(zhì)疑、師生互動等方式，鼓勵學(xué)生深入分析問題，設(shè)計多種方案并從中判定正確結(jié)果。倡導(dǎo)學(xué)生不拘泥于課本知識，激發(fā)其興趣和創(chuàng)新意識，使教學(xué)過程既直觀又可操作，從而培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和自主創(chuàng)新能力。以任務(wù)為導(dǎo)向，學(xué)生可以結(jié)合課程所學(xué)，切實參與課程實踐，利用已有知識和經(jīng)驗，自主嘗試解決新問題，探求新知識。力求做到凡是學(xué)生能夠自己解決的問題，鼓勵主動參與。同時，這一過程將加深學(xué)生對流體輸配管網(wǎng)課程基礎(chǔ)知識的理解，發(fā)展創(chuàng)新思維，最終達到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新與實踐能力的目標(biāo)。

虛實結(jié)合的教學(xué)設(shè)計方式旨在推動教學(xué)發(fā)展，提升教學(xué)能力和手段，提高教學(xué)質(zhì)量。復(fù)雜管網(wǎng)系統(tǒng)虛實仿真教學(xué)涵蓋了實驗系統(tǒng)的設(shè)計、搭建和仿真計算模型的創(chuàng)建。這種教學(xué)方式打破了傳統(tǒng)教學(xué)模式的束縛，深化了學(xué)生對流體輸配管網(wǎng)課程基礎(chǔ)知識的理解，推動了創(chuàng)新思維的發(fā)展，提升了學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，并引導(dǎo)學(xué)生掌握分析與解決問題的方法，培養(yǎng)了運用專業(yè)原理思考問題的良好習(xí)慣。遵從本專業(yè)提出的\"轉(zhuǎn)教為啟，變教為導(dǎo);促學(xué)強思，兼學(xué)重悟\"專業(yè)教育核心理念，進一步鞏固和提升了“做中學(xué)與學(xué)中做”[20]的教學(xué)效果。

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Design of a virtual-actual interactive teaching method in the course of fluid network for transportation and distribution

LIXiangli，CHANGChang，DUANMU Lin，WANG Zongshan （School ofCivil Engineering，Dalian UniversityofTechnology，Dalian116O24，P.R.Chinc

Abstract：Fluid network for transportation and distribution is a core course of building environment and facilitiesenginering.It isa technical basic course for engineering students to learnand master the basic knowledge and design methods in the processof various fluid transmissonand distribution.Taking the opportunity to further deepen the undergraduate teaching reform and connotation construction of Dalian Universityof Technology，and comprehensively improving thequality of talent training，the courseresource platform is reformed in viewof thedeficiencies in thefluid network for transportation anddistribution course.In combination with the construction experience of the first batch of national first-class courses，taking students as thecenter，advocating learning by doing through task-oriented approaches，learning by discussing basic knowledge，and learning by analyzing engineering cases，a virtual-actual interactive teaching method is proposed，and an entity platform of complex fluid network is constructed.At the same time，the corresponding simulation platform is customized，anda virtual-actual interactive platform of simulation，regulationand data collction is established.Online teaching completes the customization of data model and some simulation modules.Ofline，combinedwith the engineering test-bed，the virtual-real process of self-built platformand regulation isactually completed，anda teaching platform integrating algorithms，softwaresimulation and engineering test is built.Students’interest in active learning is stimulated，their subjective initiative in learning ismobilized，their innovative thinking is developed，and their innovationand practicalabilitiesare cultivated.We practice scientific research to feed teaching，transform scientific research results into teaching content，and refine the main points of the course from actual engineering and scientific research problems， which strengthens the breadth and depth of the course content.It help students establish the concept of pipe network system with acertain degree of complexity， which is challenging and exercises students’self-learning and cooperation abilities.The teaching design promotes the deep integration of modern information technology with education and teaching，continuously improves the reform of teaching quality monitoring and guarantee system，and improves the construction of practical teaching system.

Key words： complex fluid network;virtual-actual integration; interactive teaching; innovation and practical ability; self-learning and cooperation ability

（責(zé)任編輯 梁遠(yuǎn)華）