虚拟仿真实验室

(唐晓伟)如何加强核安全，应对各种核安全挑战？荷兰海牙的核安全峰会议题引起了世界各国人民的关注。作为我国核能领域重要人才培养和科学研究的基地，哈尔滨工程大学“核科学与技术虚拟仿真实验教学中心”长期致力于核能研究，并用建模仿真和虚拟现实的科研成果，为“核世纪”构筑了一个虚拟仿真的“核世界”。日前，该中心入选教育部“首批国家级虚拟仿真实验教学中心”名单，是国内高校中首个建成、具有国际一流水平的核科学与技术虚拟仿真实验教学平台。

戴上3D眼镜，投影屏幕上显示的核电站厂房立刻以三维形式呈现在眼前，反应堆、蒸汽发生器、主泵等核设备清晰可见；轻点鼠标，可以对感兴趣的设备进行“拆解”，了解其内部结构，还可将其一一装配，了解设备的装配过程……作为核科学与技术虚拟仿真领域的“排头兵”，核科学与技术虚拟仿真实验教学中心依托先进的计算机技术、仿真建模技术和虚拟现实技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，让学生可以在虚拟环境中开展实验，进行传统实验室难以涉及的高危或极端环境实验，并能节约大量资源，避免实验台架规模有限、设备运行维护费用高、不能同时兼顾教学和科研，涉核系统和设备不宜参观等问题。学生通过仿真模拟的系统来了解整个系统的原理、组成、相互间关系、运行参数变化、设备间动态响应等，加深对所学知识的理解。

核学院副院长田瑞峰教授指着大屏幕上正在演示的核电站汽轮机虚拟装配模型说：“实体设备的投资巨大，高校实验室很难实现真实的系统实验，虚拟仿真的特点是建立一个设备的虚拟模型，实现设备结构的三维演示和虚拟装配。比如这个汽轮机，它的结构非常复杂，包含了很多部件，学生即使毕业后到电厂工作，如果不进行汽轮机检修，他们也看不到内部结构。现在，我们通过虚拟的方式把它展示出来，把各个部件做出来，学生通过虚拟的方式操作，把零部件‘亲手’组装起来。还可以利用它自由地搭建一些核动装置系统并运行。这样的学习过程对学生大有裨益。我们培养的学生对专业知识掌握得越透彻，他们对核安全的贡献就越大。”

该中心建成的“核科学与技术虚拟仿真实验教学平台”包括“核动力装置实时仿真系统”、“核动力装置虚拟教学系统”、“核动力装置辅助设计系统”三个虚拟仿真实验教学模块，构成教学平台的硬件系统和工具软件均使用现有的科研设备，实验教学内容全部由科研成果转化而来。

据中心副教授薛若军介绍：“中心的建设最重要的是建模仿真的技术和虚拟现实实现的技术。这些依靠学校自身的科研成果，同时发挥学生的能动性，很多本科生、研究生都参与了这项工作。系统设定、计算都是在实践的过程中掌握的，所以，它在硬件和软件的配置上与现有科研设施没有实质区别，能够兼顾教学和科研的需要，实现资源共享，形成了从实验平台到科研成果再到实验平台的良性循环。”

该教学平台已全面应用于本科生入学教育、通识教育、专业基础实验教学、专业实践环节教学，研究生的专业实验、课题研究，对国内相关技术领域和地区的人才培养产生了较大的带动和辐射作用。

2006年，哈尔滨工程大学成立了核科学与技术实验教学中心。2008年，核科学与技术实验教学中心依托“核电站全范围实时仿真教学科研平台”，利用学校拥有的科研设施和研究成果，开发了300MW压水堆核电站全范围仿真系统、核电站系统与设备虚拟现实教学软件等，并先后用于本科生和研究生的实验教学，取得了良好的教学效果。随即组建了核科学与技术虚拟仿真实验教学中心，系统建设核科学与技术虚拟仿真实验教学平台。

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