《安全模拟与仿真》课程教学大纲

1、安全模拟与仿真课程教学大纲课程英文名称：Safety modeling and simulation课程编号：HZ190240课程类别：专业类课程课程性质：必修学 分：2学 时：32（其中：讲课学时：32 实验学时：0 上机学时: 0）适用专业：安全工程开课部门：环境与资源学院先修课程：安全系统工程A、流体力学A等后续课程：建筑防火设计、安全工程毕业设计等一、课程目标通过本课程的学习，使学生具备下列能力：1. 了解安全仿真软件的类别、适用范围和具体的应用情况，在处理具体安全工程问题时能选择恰当的模拟软件。2. 学习安全模拟与仿真软件的一般步骤及代码语句的含义，能进行数学和几何建模、网格剖分、初

2、始条件和边界条件的设置、材料的属性设置、求解和后处理等基本操作，并且能完成实际安全问题的仿真模拟。二、课程目标与毕业要求的对应关系课程目标指标点毕业要求课程目标15.1能够针对复杂安全工程问题，选择恰当的数学和物理模型、工程工具和模拟软件等。5、使用现代工具：能够基于科学原理和方法，利用现代技术手段进行实验研究，预测、模拟及优化系统结构和技术，解决生产实践中的复杂工程问题。课程目标25.2能够使用现代工程工具和信息技术工具对复杂安全工程问题进行辅助设计、预测和模拟，并理解所使用现代工具和信息技术工具的局限性。三、课程目标与教学内容和教学方法的对应关系安全模拟与仿真教学内容教学方法课程目标教学环

3、节训练环节1绪论授课5学时文献调研报告12计算机辅助安全分析授课4学时作业、软件操作1、23计算流体动力学基础知识授课4学时思考题讨论14建筑火灾烟气流动及数值模拟授课8学时作业、案例分析、软件操作1、25人员疏散仿真分析授课5学时作业、案例分析、软件操作1、26建筑防火性能化设计方法及工程应用授课2学时课题训练、案例分析、软件操作1、27地铁施工过程数值仿真及安全性分析授课4学时案例分析1四、课程的主要内容及基本要求（一）理论学时部分第1单元 绪论（支撑课程目标1）知 识 点模拟、仿真的概念；计算机仿真的优缺点；仿真的作用与目的；仿真的步骤及应用领域；现代安全仿真技术的介绍；虚拟现实技术定义

4、及基本特征。重 点模拟与仿真的概念；仿真的作用、步骤。难 点模拟与仿真的区别；模拟现实与模拟仿真的区别。基本要求识 记：模拟、仿真、虚拟现实技术、仿真的步骤。领 会：仿真的作用及软件的应用过程。简单应用：查阅资料分析模拟仿真技术在安全领域的应用现状。第2单元 计算机辅助安全分析（支撑课程目标1、2）知 识 点常用数据处理算法；计算机辅助安全检查表法分析；计算机辅助故障树分析；计算机辅助道化学分析；计算机辅助HAZOP分析等方法及应用。重 点异常检测模型；模糊数学；回归分析预测法；灰色理论。难 点常用数据处理算法。基本要求1. 识 记：灰色理论；回归分析预测法。2. 领 会：灰色理论及其作用。3

5、. 简单应用：会运用计算机辅助软件进行安全分析。第3单元 计算流体动力学基础知识（支撑课程目标1）知 识 点计算流体动力学的定义、工作步骤、特点等基本介绍；理想流体、粘性流体、牛顿流体、非牛顿流体等流体与流动的基本特性；质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程等流体动力学控制方程；CFD的求解过程、软件结构以及常用的CFD商用软件。重 点计算流体动力学的工作步骤、特点。难 点流体动力学控制方程。基本要求1. 识 记：计算流体动力学的概念、工作步骤；CFD的求解过程。2. 领 会：流体与流动的基本特性。3. 简单应用：查阅资料分析CFD软件在安全领域的应用现状。第4单元 建筑火灾烟气流动及数值模

6、拟（支撑课程目标1、2）知 识 点建筑火灾烟气的成分、特性；火灾烟气的流动规律与控制原则；安全模拟与仿真技术在建筑火灾方面的应用与发展；火灾模拟软件的使用方法与应用现状。重 点火灾烟气的流动规律；火灾模拟软件的使用方法。难 点火灾模拟软件程序代码。基本要求1. 识 记：火灾烟气的流动规律与控制原则；命令参数及含义。2. 领 会：火灾烟气的流动规律、火灾模拟软件的使用方法。3. 简单应用：运用火灾模拟软件对一个具体的建筑火灾进行模拟仿真。第5单元 人员疏散仿真分析（支撑课程目标1、2）知 识 点人员疏散的概念；人员安全疏散的影响因素；疏散前后人的心理和行为变化；人员疏散设计的重要参数及计算；人员

7、疏散时间的构成及其计算；常用的人员疏散模拟软件介绍；疏散软件的使用方法。重 点人员疏散设计的重要参数；人员疏散时间的构成及其计算；疏散软件的使用。难 点人员疏散设计参数计算。基本要求1. 识 记：人员疏散的概念；人员疏散设计参数的含义；人员疏散时间的构成；常用的人员疏散模拟软件；疏散软件中各参数的含义。2. 领 会：人员安全疏散的影响因素；人员疏散设计中相关参数的计算方法；疏散软件的使用方法。3. 简单应用：能对一具体的建筑物内人员疏散逃生进行仿真模拟。第6单元 建筑防火性能化设计方法及工程应用（支撑课程目标1、2）知 识 点建筑防火目的；“处方式”防火设计的基本思想、特点；性能化防火设计的基

8、本思想、基本概念、主要优点；性能化防火设计方法与步骤；性能化防火设计的科学与技术基础；典型工程应用。重 点建筑防火目的；性能化防火设计的基本思想、基本概念、方法与步骤。难 点性能化防火设计的科学与技术基础。基本要求1. 识 记：建筑防火目的；“处方式”防火设计的基本思想；性能化防火设计的基本思想、基本概念、主要优点；性能化防火设计的步骤。2. 领 会：“处方式”防火设计与性能化防火设计的基本思想。3. 简单应用：能依据相关规范对具体工程项目的消防现状进行分析。4. 综合运用：能对具体工程项目进行消防性能化评估。第7单元 地铁施工过程数值仿真及安全性分析（支撑课程目标1）知 识 点地铁工程事故类

9、型、事故原因；地铁工程施工全过程安全影响因素；地铁工程问题安全等级划分；深基坑安全性分析；深基坑变形分析；深基坑工程安全性判别；地表沉降效应仿真研究；盾构施工过程中的安全问题；地表沉降的安全性判断；盾构隧道施工仿真；地铁施工过程火灾的特点；均匀温度场条件下盾构隧道管片热辐射性能仿真分析；非均匀温度场盾构隧道衬砌热传导性能仿真分析；地铁隧道爆破对建筑物微振动影响仿真分析。重 点深基坑工程安全性判别；地表沉降的安全性判断及沉降效应仿真研究；地铁施工过程火灾仿真研究。难 点地铁隧道爆破对建筑物微振动影响仿真分析。基本要求1. 识 记：地铁工程事故类型、事故原因；地铁工程施工全过程安全影响因素；深基坑

10、变形分析及安全性判别；常用地铁施工过程数值仿真软件。2. 领 会：地铁工程事故的原因分析；地铁工程施工全过程安全影响因素。3. 简单应用：根据地铁施工项目具体的安全要求能选用合适的模拟仿真软件。【学时分配】知识单元理论学时第1单元 绪论5第2单元 计算机辅助安全分析4第3单元 计算流体动力学基础知识4第4单元 建筑火灾烟气流动及数值模拟8第5单元 人员疏散仿真分析5第6单元 建筑防火性能化设计方法及工程应用2第7单元 地铁施工过程数值仿真及安全性分析4合计32五、教学方法与手段本课程教学过程中使用的教学方法有：讲授法、直观演示法、案例教学法等，采用多媒体的教学手段。讲授法：本课程实践性较强，在

11、教学过程中应注重理论联系实际，讲授一些生产实际过程中的仿真实例，使学生易理解接受有关理论知识。直观演示法：在授课过程中，充分利用教具、实物、文字、图片等多种形式进行讲解、分析，特别是现场电脑软件操作环节，有助于提高学生的学习积极性和学习兴趣，更好地掌握仿真软件的使用。案例教学法：教师讲解具有工程领域典型的安全模拟仿真案例，帮助学生进一步了解不同仿真软件的应用范围及具体应用过程。六、考核要求、方式与成绩评定 期末考试统一命题，统一评分标准，统一考试时间。考试范围不超过大纲的内容。笔试考试，考试时间为100分钟。成绩定为百分制。实行结构评分，平时成绩占60%，期末考试成绩占40%。评价环节评估课程

12、目标对应毕业要求平时成绩（60分）作业（权重0.15）课程目标25.2文献调研（权重0.2）课程目标15.1课题训练（权重0.25）课程目标25.2期末考试（40分）论述题课程目标15.1代码分析题课程目标25.2应用编程题课程目标25.2平时成绩各组成部分评分标准【作业评分标准】考核内容占比100分80分60分60分软件参数计算50%参数计算正确80%参数计算正确60%参数计算正确60%以下参数计算正确代码语句（参数名、格式）50%代码语句正确80%代码语句正确60%代码语句正确60%以下代码语句正确【文献调研报告评分标准】考核内容占比100分80分60分60分资料查阅20%参考文献5篇以上

13、，相关度高。参考文献3篇以上，相关度较高。参考文献2篇，相关度一般。参考文献2篇以下，相关度一般。书写格式30%语句通顺、格式规范。80%语句、格式达到要求。60%语句、格式达到要求。60%以下语句、格式达到要求。报告内容50%内容完整；对文献进行深入分析提炼、总结恰当。80%内容基本完整；对文献进行简单地归纳总结。60%内容完整且未对文献进行归纳总结。60%以下内容完整且未对文献进行归纳总结。【课题训练评分标准】考核内容占比100分80分60分60分参数计算40%参数计算正确80%参数计算正确60%参数计算正确60%以下参数计算正确报告内容40%内容完整，格式规范。80%语句、格式达到要求。60%语句、格式达到要求。60%以下语句、格式达到要求。提问交流20%讲解清楚，回答问题正确。讲解基本清楚，80%问题回答正确。讲解基本清楚，60%问题回答正确。讲解含糊不清，60%以下问题回答正确。七、选用教材、讲义和主要参考书选用教材1 邵辉，毕海普，邵小晗.安全风险分析与模拟仿真技术M.北京：科学出版社，2018.推荐参考书1王洪德.地铁施工过程数值仿真及安全性分析M.北京：清华大学出版社，2013.2涂振飞