近年来，土壤污染场地问题持续得到关注，我国《十三五规划纲要》中明确提出要加快改善生态环境，深入实施土壤污染防治行动计划。自2019年1月1日起，《中华人民共和国土壤污染防治法》的正式实施为我国土壤污染防治提供了坚实的法律保障，将推动土壤修复行业步入快速发展的阶段。以城市土地安全开发利用为目的的风险控制集成技术、以原位修复为主的土壤和地下水的一体化修复技术是我国污染场地修复技术研发和应用的重点。原位热脱附处理技术是我国有机污染地块土壤修复工程中应用最广的原位修复技术之一，因此开展原位热脱附相关理论教学和实验教学对培养场地修复专业人才具有重要意义。

（1）实验所属课程所占课时：

《土壤环境与污染修复》，2学分，32课时

（2）该实验项目所占课时：

结合污染场地管理流程实际，遵循大工程理念，通过热脱附技术方案设计，修复工程实施，修复效果评估等各环节的虚拟仿真模拟，使学生系统性地掌握土壤原位热脱附这一综合实验中涉及的知识点，进而锻炼动手能力，训练科学素养，激发创新意识。

（1）土壤原位热脱附技术方案组成：通过止水帷幕建设和井点降水控制地下水位在土壤修复深度以下，通过燃气或通电将污染土壤加热至目标污染物的沸点以上，控制系统温度有选择地促使污染物气化挥发，使目标污染物与土壤颗粒分离，去除。热脱附系统主要包括供能系统、加热系统、抽提系统、废水废气处理系统和监控系统。通过该环境的模拟仿真实验，深刻理解污染地块、环境调查、包气带、饱和带、挥发性有机物、半挥发性有机物、非水相液体等概念的内涵，

（2）原位热脱附修复工程实施：包括是否需要井点降水、设置阻隔墙，钻孔、外管安装、内管安装、铺设保温层、浇筑混凝土、燃烧器安装、配套建设废水废气处理系统和远程监测系统，升温阶段、实施阶段、降温阶段的各项工作等。

（3）修复效果评估：包括修复效果评估采样时段选择、修复效果评估点位布设、土壤纵向布点、检测指标选择、现场定位设备、样品保存要求、评估标准设定等。

本实验充分利用虚实结合特点，在项目、工程实施现场视频基础上，结合虚拟仿真软件，构成完整的实验教学体系，具体涉及实验材料与设备包括为热脱附设备及废水废气处理设施、场地调查点位放样设备，采样设备、样品保存流转材料等。

（1）原位热脱附组装设备：包括加热管、抽提管、温度测线、保温层、燃烧器、冷却水管、压力表、排水阀、止逆阀、靶式流量控制器等。

（2）废水废气处理设施：包括液体吸收塔、吸附剂、等离子净化装置、调节池、芬顿反应槽、活性炭等，用于处理热脱附后产生的废水和废气。

（3）效果评估土壤采样点位放样设备：包括RTK仪或GPS仪，无人机等，RTK仪记录调查点位的大地坐标和黄海高程，GPS仪用于记录调查点位的经纬度。

（4）效果评估土壤采样设备：包括土壤机械钻探设备、土壤手工钻探设备和原状取土器。其中土壤机械钻探设备包括冲击式钻机、直压式钻机和复合式钻机；土壤手工钻探设备包括管钻或管式采样器；
原状取土器包括薄壁取土器、对开式取土器或直压式取土器等。根据场地实际情况和土层条件选择不同的采样设备。

（5）样品保存流转材料：包括非扰动采样器、自封袋、土壤样品瓶等。其中非扰动采样器包括普通非扰动采样器、一次性塑料注射器和不锈钢专用采样器；土壤样品瓶包括具聚四氟乙烯-硅胶衬垫螺旋盖的40 ml棕色玻璃瓶、60 ml棕色广口玻璃瓶、吹扫捕集瓶等。根据检测指标选择不同的保存容器。

本实验教学过程中融合实体与仿真软件，虚拟仿真实验开始之前，学生先学习完《污染场地调查评估与修复技术》理论部分，完成有机污染土壤原位热修复可行性实验，可结合2-3所述知识点理解本虚拟仿真实验设计思路，了解各仪器设备的用途及实验材料。实验过程中，要求学生通过预设参数能完整地针对原位热脱附可操作内容进行反复操作，最终使每位学生系统性掌握原位热脱附修复工程流程、各环境操作要点。

近年来，污染地块土壤修复需求日益突出，原位热脱附作为有机污染土壤和地下水应用最广泛的修复技术之一，是环境工程专业人才培养中的重要内容，在“污染场地调查评估与修复技术”专业实验课程中占重要地位。实验操作是加强课堂讲授内容理解的辅助，更是培养学生工程设计和创新能力的手段。由于污染场地修复工程具有时间长、体量大、系统复杂、高温高危特性，无法在实验室条件下开展周期实验，而传统参观实习亦无法满足现代信息社会对工程型人才综合能力的要求。项目实现以下教学使用目的：

(1) 利用现代虚拟仿真技术，以VR、3D效果展示污染场地调查和修复现场，构建完整的原位热脱附工艺模型，为学生认知真实原位热脱附运行环境和过程开辟新途径。

(2) 通过关键设备拆解/组装训练，强化学生对设备结构和运行原理的认知；通过加热单位，抽提单位和废水废气处理单位的设计安装，锻炼学生实际操作能力；通过出错警示、异常情况紧急处理等模式，训练学生应急处理能力，有效弥补理论教学和可行性实验的不足。

（1）目标污染物沸点调查：
具体操作：进行场景漫游，了解地块车间分布和功能区布局；学习地块背景信息和水文地质资料，了解地块行业类型、主要产品、规划用地情况、目标污染物及修复面积、土方量、修复目标值等。通过水文地质条件的学习，了解地块土层分布，各土层土质情况和地下水埋深。
实验方法：互动式。学生根据资料查阅，获得目标污染物的沸点，为后续热脱附温度的选择提供参考和依据。
（2）止水帷幕施工
具体操作：根据水文地质条件和污染范围分布，明确止水帷幕建设的位置和深度，结合课堂上的案例学习及热脱附修复原理，在虚拟仿真系统中选择合适的止水帷幕类型。基于止水帷幕类型，根据效果评估技术规范要求，在后续步骤中需选择评估时间节点。止水帷幕建设位置有3种情景，止水帷幕类型有2种情景。实验方法：设计式、互动式。学生根据止水帷幕建设的目的，设计各工艺参数的最佳选择。根据所选的止水帷幕类型，后续热脱附效果评估的采样时间节点有不同的选择。
（3）区域降水井施工
具体操作：根据地下水埋深和修复区域面积，在修复区域内完成降水井设置，实现修复区域内井点降水，抽出的水到地面一体化废水处理设备。此步骤操作考察学生对修复区域内井点降水意义的理解。

实验方法：设计式。根据地块目标污染物特性，选择合适的采样设备和样品保存容器。

本虚拟仿真实验每一步骤均有预设情景及实验交互，完成提交后均进行自动评分，最终完成全部实验后，形成总体实验结果与对应分值，学生可根据具体失分点多次重复实验，最终达到强化训练的要求。

在有机污染土壤原位热脱附修复仿真实验中，主要考核污染场地调查及修复技术方案设计能力，具体包括：

（1） 根据企业生产特点、总平分布及水文地质情况，结合污染物迁移特性，设计污染场地环境详细调查方案；

（2）根据目标污染物特点、水文情况、土壤性质等，设计原位热脱附修复技术参数；

（3）根据修复工程施工实际情况，能完成施工细节关键部件的组装；

（4）根据原位热脱附加热系统、抽提系统的设置情况，结合地方相关技术规范要求，能准确完成修复效果评估采样点位的选择，并对结果进行正确的评价。

上述能力的考核主要通过实验报告体现。

（1

（1）      专业与年级要求

本虚拟仿真实验面向的专业可包括与环境工程紧密关联的专业，如环境工程、环境科学、市政工程、环境生态工程、土壤化学、水文学等，以及相关涉及到环境类通识教学内容需求的所有其他专业。此外，本虚拟仿真实验还可面向其他各级非专业学生。

（2）     基本知识和能力要求

（1） 本校上线时间：2022年5月

（2） 已服务过的本校学生人数：30

（3） 是否纳入到教学计划： ■是  £

（4） 是否面向社会提供服务：■是  £否

（5） 社会开放时间 ：2022年5月

（1）说明客户端到服务器的带宽要求（需提供测试带宽服务）

上下行带宽20M以上

（2） 说明能够提供的并发响应数量（需提供在线排队提示服务）

非在线仿真并发响应数量 单台服务器支持1000用户

在线仿真并发数量200用户-300用户（受仿真模型规模影响）

（1） 计算机操作系统和版本要求

    Windows server 2008 R2 以上

（2） 其他计算终端操作系统和版本要求

    Windows7，Windows10

（3）支持移动端：否

(1) 需要特定插件  否

（2）其他计算终端非操作系统软件配置要求（需说明是否可提供相关软件下载服务）

（1）计算机硬件配置要求

    CPU：酷睿i5以上 主频：2.4GHz及以上 内存：8G 以上，推荐16G

    网卡：千兆网卡

    显卡:要求使用英伟达系列显卡，GTX1050（GTX960）以上

（2） 其他计算终端硬件配置要求

      无

离心泵串并联特性虚拟仿真实验教学平台的开放运行依托于开放式虚拟仿真实验教学管理平台的支撑。开放式虚拟仿真实验教学管理平台以计算机仿真技术、多媒体技术和网络技术为依托，采用面向服务的软件架构开发，集实物仿真、创新设计、智能指导、虚拟实验结果自动批改和教学管理于一体，是具有良好自主性、交互性和可扩展性的虚拟实验教学平台。总体架构图如下：

本虚拟仿真实验特色具体体现在以下几个方面：

（1）培养CDOA（构思：Conceive；设计：Design；运作：Operate；评估：Assessment）的工程理念。从工程的构思出发，通过模拟前期环境调查，到修复方案设计，再进行仿真分析，根据仿真分析结果对场地概念模型进行优化调整，将确定的修复设计方案进行实施，最后到修复效果评估的全过程虚拟仿真实验，贯彻学生“主动、实践、学践融合培养工程思维”的理念，实现虚实结合的实践教学。

（2）锻炼动手能力和团队协作精神。实验室试验具有真实可靠、直观性强的特点，能够提高学生的动手能力和观察能力；仿真实验具有参数可调、方案可扩展等特点，可大大缩短实体实验的操作实践，加深学生对实验的理解。采用计算机仿真试验与实验室试验相结合的手段，可以有效提高学生提高综合应用能力。本实验通过对子结构进行实验室试验，提高了学生的动手能力，将理论与实践相结合，使学生的综合素质得到提升。学生在上机操作和实际试验过程中，需要有相当熟练的协调才能完成任务，同时一个修复工程的成功实施需要多方合作，包括调查评估方、修复方案制定方、修复工程实施方、修复效果评估方等，在本虚拟仿真实验的操作过程中，学生可以通过角色扮演提高团队协作和沟通能力。

（1）持续建设与更新：

由于我国正处于污染场地修复治理行业初期，相关技术规范推陈出新速度快，在该虚拟仿真实验项目实施过程中，将紧密结合国家和地方生态环境部门出台的法律法规和技术规范及行业技术发展，及时更新工艺库。

（2）面向高校的教学推广应用计划：

将进一步依托“数字化网络教学平台”，将虚拟仿真实验从校内共享拓展至省内乃至全国，为兄弟院校（本、专、职）提供教学资源。

（3）面向社会的推广与持续服务计划：

1.政治审查意见（必须提供）

2.校外评价意见（可选提供）

本学校已按照申报要求对申报的虚拟仿真实验教学项目在校内进行公示，并审核实验教学项目的内容符合申报要求和注意事项、符合相关法律法规和教学纪律要求等。经评审评价，现择优申报。

本虚拟仿真实验教学项目如果被认定为“浙江省虚拟仿真实验教学项目”，学校将严格贯彻省教育厅的要求，承诺将监督和保障该实验教学项目面向高校和社会开放，并提供教学服务不少于5年，支持和监督教学服务团队对实验教学项目进行持续改进完善和服务。