随着信息化时代的发展，智慧化教育的浪潮正在席卷高等教育，虚拟仿真技术在促进教学理念变革和教育信息化方面的作用日益凸显。

环境工程类专业的教学离不开实践操作和实验实践，虚拟仿真技术在环境工程类专业实训教学中的应用具有重要意义，虚拟仿真技术可以提供安全、可控、可复现的实训环境，丰富实训内容和资源，支持个性化学习，帮助学生获得更全面、深入和高效的实践培训。

虚拟仿真技术在环境类专业教学中的应用优势：

1. 提供安全的实践环境：环境工程类专业通常涉及到一些复杂、危险、昂贵或无法实际操作的实践任务，如处理有毒物质、气象灾害模拟等。虚拟仿真技术可以提供一个安全的环境，在虚拟的场景中进行实际操作的模拟，避免了潜在的风险和危险，保护学生的安全。

2. 提供高度可控的实训环境：虚拟仿真技术允许教师根据教学目标和学生需求来设计和控制实训环境。教师可以根据学生的实际水平和需要，调整虚拟环境的参数和场景，让学生在不同的情境中进行实践操作，提高学习的针对性和效果。

3. 提供场景复现和时间回溯能力：虚拟仿真技术可以记录和回放学生的实训过程，实现场景的复现和时间的回溯。教师可以随时回顾学生的操作过程，分析学生的行为和决策，并给予针对性的指导和评估。这种能力可以帮助学生理解实际操作与结果之间的关系，并提高他们的问题解决能力和反思能力。

4. 提供多样化的实训内容和资源：虚拟仿真技术可以模拟多种环境问题和情景，提供多样化的实训内容和资源。学生可以在虚拟环境中接触到各种复杂的环境问题，并学习不同的解决方法和策略。这样可以扩大学生的视野，在实践中培养他们的创新能力和综合素质。

5. 提供个性化学习支持：虚拟仿真技术可以根据学生的不同需求和水平，提供个性化的学习支持。通过学习数据的分析和学习过程的跟踪，虚拟仿真系统可以为学生提供个性化的学习路径和智能辅导，满足学生的不同学习需求，并提高学习的效果。

环境工程类专业教学中虚拟仿真技术的应用正朝着跨学科融合、多模态交互体验、个性化学习、远程协作与交互和可视化的方向发展，北京象新力科技有限公司自主研发的环境工程类专业虚拟仿真教学系统不仅能为学生提供更丰富的学习资源和实践机会，还能提高他们的实验操作能力、理论理解能力和问题解决能力。同时，虚拟仿真技术的应用也有助于减少实验资源的消耗和安全风险的发生。

象新力环境工程类虚拟仿真项目案例

◎污水处理工艺操作学习虚拟仿真软件

◆应用客户

中国矿业大学、浙江工商大学、湖北理工学院

◆产品介绍

本虚拟仿真软件以国内先进的污水处理厂为仿真原型，基于数学模型计算，实现污水处理全流程的工艺模拟。工艺流程为粗格栅、细格栅、膜格栅、AA0、MBR、NF/RO、UASB等自由组合的工艺形式。软件包括三维设备操控、二维工艺搭建、工艺参数调试、数据监控以及底层机理算法模型等内容。

◆产品特色

(1)污水处理工艺可自由组建，并根据组建的工艺模拟运行，学生可根据工艺参数的设置直观的感受污水处理的效果，更加明确污水处理设备设施的具体功能；

(2)软件设置了污水处理异常情况模拟，由学生对异常情况进行处置，加深学生对污水处理工艺知识的学习和理解。

◆实验内容

场景漫游、工艺可自由搭建、工艺原理动画、数据监控、任务领取、参数调试、污泥膨胀异常模拟

◆支撑课程

水污染控制工程、水污染控制技术、环境工程原理、环境化学、环境与市政工程、环境工程学

◎餐厨垃圾厌氧发酵虚拟仿真软件

◆应用客户

浙江工商大学、武汉科技大学、广州大学、长沙环境保护职业技术学院

◆产品介绍

以全国先进的餐厨垃圾生物质处理中心为原型进行三维建模，并构建了垃圾分选、厌氧发酵、好氧堆肥、油脂回收、沼气资源化、污水处理、生物除臭等工艺过程中包含的设备，实验过程中，用户可自行选择调节构筑物的参数，底层模型根据用户的交互操作实施后台的算法，出现相应的联动反应和现象原理，实现在接近真实的场景中，操作并学习系统设备的运行原理。

◆产品特色

(1)仿真系统真实完整还原了餐厨垃圾生物处理中心的布局及全部设备，并设计“平面布局及工艺设计"模块，使用户了解和学习餐厨垃圾处理的整个过程及各功能区的分布，各工艺之间的相关关系等；

(2)全软件以任务系统的方式，根据实际工艺层层闯关，层层解锁。在帮助用户引导工艺流程的同时，实现实验操作的趣味化和挑战性。对于每个区域模块的操作情况，给出相应区域的星级评价。

(3)设备运行原理以三维动画的形式展示，并与底层数据实现三维联动，学生通过反复的虚拟操作和浸入式的联动体验，可全面深刻地认识和理解垃圾厌氧发酵的全流程操作过程。

(4)整个实验任务完成，流程图上星级代表任务完成情况，同时，系统会对实验操作进行评分，包括综合能力评分、实验总分和实验操作评分等三个部分。

◆实验内容

平面布局级工艺搭建：本软件的核心功能之一，包括空间布局、三维位置以及设备工艺搭建。用户需要在设置合理空间布局的情况下选择合理的设备进行工艺搭建，分布连接混合物料线、干基线、湿基线、气体线，实现四种不同的工艺搭建流程。

工艺系统运行：包括预处理系统、厌氧发酵系统、油脂回收系统和沼气净化系统等，其中每个工艺过程采用大量底层算法模型，算法模型采用机理模型设计，如对发酵系统的沼气产率考虑的进料C/N比，进料pH值、发酵温度和停留时间等的影响，使每个工艺系统运行过程数据真实可靠。

二次污染控制系统：包括生物除臭系统、好氧堆肥车间、废水处理系统和火炬系统等，对厌氧发酵系统运行后所产生的沼渣、沼气以及沼液进行处理，防止造成二次污染。

◆支撑课程

环境工程学、餐厨垃圾处理与资源化、固体废物处理与处置

◎烧结烟气多污染物超低排放净化工艺虚拟仿真设计

◆应用客户

中国矿业大学、浙江工商大学、河南工业大学

◆产品介绍

本虚拟仿真实验通过对多种污染物设定超低排放浓度限值，学生基于设计目标，在单污染物控制设计基础上，开展多污染物协同治理设计和自由式搭建。本实验包含工艺原理学习、净化设备认知、原料配比设计、初始烟气指标设计、处理工艺设计、脱硫脱硝除尘除汞参数设计、工艺DCS认知、工艺运行调试、烟囱高度计算等内容。软件实现了工艺自由搭建、参数设计及曲线自动生成，满足综合设计型和研究探索型实验的需求。

◆产品特色

工艺自由设计

通过虚拟仿真实验，能够实现基于底层运算的净化工艺无限种可能的自由搭建和无限次运行调试，在培养全流程碳减排意识的同时提高学生工程实践能力。

多参数机理仿真

通过烟气除尘、脱硫、脱硝和除汞参数设计，软件能够通过仿真算法实时模拟污染物去除曲线，使学生能够根据污染物协同去除规律，探索得到最佳工艺参数组合。

◆实验内容

知识预习：通过烧结工序、高炉炼铁工序和转炉炼钢工序原理的学习，了解生产过程原辅料的组成和污染物产生的特性；通过净化设备的学习巩固大气污染物治理基础理论知识、典型超低排放工艺和除尘、脱硫、脱硝和除汞净化设备设计典型参数选取依据。

原料配比设计：通过改变烧结工序原辅料配比和原辅料组分，获得不同烟气污染物初始浓度，学生可以选择烧结机面积、烧结原料及成分配比来设计烟气流量、污染物组分及污染物的含量。

净化工艺设计：学生可在模块库中选择合适的工艺模块，开展基于底层运算的净化工艺无限种可能的自由搭建设计，并可进行沉浸式三维漫游学习。基于多种不同烟气成分，搭建出最合适且具有最大烟气处理效率的工艺流程。

参数调节：学生针对所确定的最终超低排放净化工艺，对涉及的每个净化设备进行参数设计和DCS界面学习，污染物去除效果以动态曲线的形式呈现出来。

烟囱高度计算：烟囱设计模块包括烟流抬升高度和实际高度的理论知识学习，基于烧结烟气量、背景浓度、污染物排放浓度、所在地风速等参数进行抬升高度和实际高度设计计算，最终得出烟囱的有效高度(He)。

◆支撑课程

环境工程原理、大气污染控制工程、环境化学、环境工程设计基础

综上所述，将虚拟仿真技术应用于环境工程类专业的实训教学中具有十分重要的现实意义，为环境工程专业数智化教学模式开展提供良好的技术环境和路径选择。虚拟仿真教学不仅能实现高自由度拓展教学功能，而且还具有交互性强和成本低廉的优点，其高性能和创新性对高素质复合型人才的培养具有积极的推动作用。既能有效增强学生对环境工程类课程学习兴趣，更有助于提高学生实验能力和创新思维的培养。

北京象新力科技有限公司是一家以数值仿真为基础、计算机辅助工程仿真算法技术研发和应用为核心的国家级高新技术企业。主要产品覆盖能源动力、电气工程、自动控制、环境工程、建筑环境、机械工程、化学化工、材料工程等多个专业。

北京象新力坚持“搭载灵活数值计算的虚拟仿真”设计理念，自主研发了多学科交叉领域的云仿真计算平台(包含电气、能源、控制、流体、机械、电力电子、化学化工、环境仿真算法库等)、数字孪生平台、云仿真实验系统、虚实结合系统、智慧物联等产品。

象新力科技作为企业与院校、人才的桥梁与纽带，为院校赋能提供专业实践教学解决方案，为企业赋能提供符合岗位需求的优质人才，从专业建设、课程开发、技能培训、产教融合等维度助力高校教学和数智化人才培训，积极推动教育信息化，实现教育现代化。