实验要求
对学生要求的先修课程、要掌握的知识能力：
学习《港口水工建筑物》掌握不同的码头结构型式以及不同结构型式之间的区别和适用条件，理解船舶系缆力和撞击力计算方法与步骤。学习《港口规划与布置》掌握港口建设的一般程序和设计思路，了解港口总平面布置的要求，具备进行港口规划布置的设计能力。
实验对应课程：
《港口规划与布置》、《港口水工建筑物》、《港口装卸工艺》等
实验过程中的要求：
具备上网查阅并使用相关规范、书籍的能力。实验教学中遇到的问题可以查阅以下规范和参考文献。
参考规范：
[1] JTS 165-2013，海港总体设计规范[S]
[2] 郭子坚.港口规划与布置[M].第三版.北京:人民交通出版社,2015:47
[3] GB50160-2008,石油化工企业设计防火规范[S]
[4] GB/T20368-2012,液化天然气（LNG）生产、储存和装运 [S]
[5] JTS 165-8-2007,石油化工码头装卸工艺设计规范 [S]
参考文献
[1]涂吉兴,揭业香.LNG储罐组泄漏爆炸事故后果模拟[J].安防科技,2006(11):25-27.
[2]杨晓明,刘顺剑,杨颜璐,廖勇.液化天然气项目安全距离探讨[J].天然气与石油,2018,36(03):42-47.
[3]范文健.液化天然气储罐爆炸事故危险性分析及人员安全疏散距离探讨[J].消防技术与产品信息,2016(09):51-53.
[4]狄建华.LNG储罐蒸气云爆炸后果分析[J].广州化工,2013,41(09):271-272.
[5]柴田. 大鹏湾液化天然气码头风险评价的研究[D].大连海事大学,2006. 39-40
[6]王小尚,王萍,曹学文,王庆.大型LNG储罐安全存储影响因素分析[J].石油工程建设,2015,41(05):5-11.
[7]袁颖,李文静,林海峰,廖晖.NFPA 30-2012与我国储罐安全消防标准的对比分析[J].全面腐蚀控制,2018,32(10):8-12.
[8]魏彤彤.LNG储罐泄漏火灾爆炸事故后果定量分析[J].工业安全与环保,2013,39(08):56-59.
[9]黄有波. 天然气管道燃烧爆炸危害评价研究[D].首都经济贸易大学,2016.
[10]李丽霞. 储罐区池火灾状态下防火间距的理论基础研究[D].南京工业大学,2004.
教学成果
教学研究课题：
（1）教学内容和课程体现改革项目，“互联网+”教育背景下“海岸工程”课程体系教学改革与实践研究，教育部，2021年
（2）新工科研究与实践项目，面向“一带一路”的港口海岸及近海工程教育国际化研究与实践，教育部，2018年
（3）江苏省研究生教育教学改革研究与实践课题，以实践为导向，加强过程管理，提高水利工程专业学位研究生培养质量，江苏省学位委员会、江苏省教育厅，2015年
（4）江苏省高等教育教改立项研究课题，产学研一体化的卓越工程师培养体系研究与实践——以港口航道与海岸工程专业为例，江苏省教育厅，2013年
教学研究论文：
（1）基于翻转课堂的“港口规划与布置”课程互动教学模式探索. 教育教学论坛, 2020, 7(29): 148-150.
（2）“校企合作”模式下港口航道与海岸工程专业卓越工程师课程体系改革与实践. 教育教学论坛, 2015, 8(33): 281-282.
获得教学奖励的情况：
（1）指导学生获第八届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛（高教主赛道）全国金奖，探伤专家——水利工程智能缺陷检测设备领航者 ，2022年
（2）指导学生获第八届江苏省“互联网+”大学生创新创业大赛（高教主赛道）一等奖，探伤专家——水利工程智能缺陷检测设备领航者，2022年
（3）指导学生获第十七届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛二等奖，水利工程输水廊道缺陷检测系统，2022年
（4）江苏省教学成果奖特等奖，多主体协同，全过程融合，水利类专业人才培养体系“三维度一体化”改革实践，2021年
（5）江苏省教学成果奖二等奖，知行双融合、内外双循环、师生双促进—港航工程专业国际化建设的探索与实践，2021年
（6）河海大学教学成果特等奖，思政引领、需求导向、多方协同，港航专业创新型人才培养改革与实践，2021年
（7）指导学生获第十七届江苏省大学生课外学术科技作品竞赛暨“挑战杯”全国竞赛江苏省选拔赛决赛一等奖，水利工程输水廊道检测探伤仿生蜘蛛机器人，2021年
（8）指导学生获“智水杯”全国水工程BIM应用大赛 金奖，BIM技术在港航专业课程设计群中的应用与创新，2021年
（9）高等学校水利类专业教学成果奖特等奖，国家级水利实验教学示范中心的建设与改革实践，2020年
（10）指导学生获首届全国水利行业BIM应用大赛 金奖，基于BIM技术的港航专业毕业设计协同工作模式研究，2019年
（11）指导学生获第五届国际BIM大奖赛最佳BIM教育应用奖，BIM技术在港航专业互动教学中的应用，2019年
（12）全国高等学校水利类专业优秀研究生学位论文指导老师，中国水利教育协会，2019年
（13）江苏省优秀学术学位硕士学位论文指导老师，江苏省学位委员会，2018年
实验背景
港口是水陆交通和物流的枢纽，在国民经济中居于重要的特殊地位，历来有国家“门户”、“窗口”和交通“枢纽”之称，处在中国对外开放的最前沿地带。港口是“一带一路”中海上丝绸之路的起点，海洋经济和社会发展的重要基础设施，建设世界一流的现代化海洋港口是海洋强国战略的必然要求。近年来随着中国国际贸易不断发展且高度依赖海上运输，适应国家“走出去”战略的发展；“一带一路”战略的提出等背景因素都促进了中国不断地参与海外港口项目，港口合作正逐渐成为中国与港口所在国家交往的一种重要方式。
图1 我国港口与海上丝绸之路
全球80%的货物依靠海运完成，港口作为海运的终端，在资源配置、集疏运方面发挥着重要的枢纽作用。《2021中国海洋经济发展指数》报告指出，受新冠肺炎疫情影响，2020年全球海运贸易量整体下滑，我国经济和海运贸易在经历年初下降后迅速反弹，海运进口表现强劲。2021年吞吐量排名前10名的港口中有7个来自中国，主要港口吞吐量已经恢复至疫情前水平，我国完成港口货物吞吐量155.5亿吨，同比增长6.8%（图2）。
2022年交通运输部发布的《水运“十四五”发展规划》中对水运行业发展提出了更高要求，“十四五”时期，预计水运需求将在高基数上保持中低速增长，2025年水路货运量、港口吞吐量将分别达到85亿吨、164亿吨，年均增长2%-3%；明确提出推进沿海主要货类专业化码头和公共基础设施建设，建设一批港口大型铁矿石接卸码头。
我国铁矿石需求量庞大，80%以上依赖进口，其中澳大利亚为主要进口国。受国际形势影响，为对冲澳大利亚安全风险，实行铁矿石多元化战略的重要布局，中资企业于2020年6月取得几内亚西芒杜铁矿的开采权，铁矿相关港口和铁路的建设已提上日程。澳大利亚和几内亚的铁矿石，均需通过海运至国内沿海码头，铁矿石码头的建设、生产和运营已成为极为重要的环节（图3）。
港口既是铁矿石的接卸地，也是堆存地，更是混矿作业的前沿阵地。以“装卸船机-带式输送机-堆取料机”为代表的典型矿石码头装卸工艺在大型专业化码头中应用较广，机械技术参数设计时若产生偏差，一旦发生事故即关系到港口从业人员的生命财产安全，如装卸船机抗倾覆能力不足而直接倾覆、跳轨或坠海，带式输送机皮带撕裂导致托辊变形或损坏等（图4）。因此，根据实际工程的自然条件、船型尺度、年货运量等参数的变化，合理设计矿石码头的装卸工艺，是提高码头装卸效率、加快库场周转能力、保障码头安全营运的基础，也是建设现代化海洋港口的基本保障。
设计原则
借助虚拟实验技术，将晦涩的专业名词定义用学生更易接受的形式（图片、动画等）生动的展现给他们，通过虚拟世界对矿石码头和装卸工艺的介绍，形成自己对矿石装卸工艺的认知，弥补了实体实验无法开展的不足，加深了学生对课程相关知识的理解。
（1）坚持以学生为本、自主学习探究的教学理念
坚持以学生为中心，以任务驱动为导向，科学合理地设置实验教学环节。实验基于三维虚拟仿真技术，真实还原了矿石码头全方位、立体化、开放式、交互性的实验场景，并提供了内容详实的知识点和知识角，引导学生围绕任务开展自主式的学习和探究，身临其境地通过“沉浸式”交互式操作，高效有序地开展实验。
（2）设置科学合理、循序渐进的实验环节
实验依据《港口规划与布置》、《港口装卸工艺》、《港口水工建筑物》等课程大纲和关键知识点建立了多层次、多模块的实验教学体系，使学生逐步完成“基础认知、规律探究、自主设计”三个层面的实验，循序渐进地开展“基本原理知识学习、设计分析能力训练、创新工程思维培养”的实践学习过程，充分掌握矿石装卸工艺基本认知、装卸工艺设计原理以及装卸工艺综合设计，初步构建矿石装卸工艺知识体系。
（3）实现容错探究、修正优化的实践操作
实验结果错误或不理想时，学生可根据提示和评估结果进行多次尝试，实现实验结果的修正和优化，从而使学生充分感受到探索、解决问题的乐趣，提升求知欲和探索能力，培养学生建立理论设计、仿真验证、反复优化的工程设计思维，以及设计计算、实践操作和工程应用的能力。
（4）坚持科教融合、立德树人的教育理念
建设矿石码头装卸工艺优化设计虚拟仿真实验课程，将国家战略与工程实际紧密结合，旨在培养具有家国情怀的复合型水利专业人才，促进港口航道相关学科建设。不仅能增进社会各界对港口的认识，更是在高等教育层面对习近平总书记对海洋强国战略的重要落实。码头装卸工艺设计的传统实践认知环节具有高成本、难度大、高风险等难题，实体实验由于占地面积大、实验成本高、实验周期长、破坏性实验极具危险等一系列因素影响而无法开展，无法满足新时代水利专业人才的培养需求。本实验在传授矿石装卸工艺知识的同时，使其树立认真、严谨、负责的价值观，激发学生的专业认同感以及投身海洋强国建设的情怀和使命感。
实验目标
本实验结合港航专业培养方案和港口规划与布置的教学特点，实验模块体系化设计、层层深入，服务于《港口规划与布置》、《港口水工建筑物》、《港口装卸工艺》等专业核心课程的关键知识点， 设计出三个实验教学环节，开展探究性虚拟仿真教学实验，达到以下实验目的：
（1）通过基础知识学习模块，帮助学生熟悉LNG港口主要建筑物、设施以及码头装卸机械。
（2）通过港口规划布置模块，帮助学生掌握港口总平面布置的设计方法、步骤和基本要求，自主探索港口平面布置的合理方案。理解港口装卸机械的工作原理，掌握特定工况下船舶系缆力以及撞击力的计算。
（3）通过突发事故的模拟演练，帮助学生了解危化品码头突发事故的类型，认识火灾爆炸事故的相关影响参数及安全疏散距离，学习相应事故的处理方法，达到遇事不慌，冷静应对的效果。