摘"要：隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星影像資源以其豐富的地理信息、直觀的地物表現(xiàn)，已成為數(shù)字教學(xué)不可或缺的重要資源。將衛(wèi)星影像資源應(yīng)用于無(wú)機(jī)非金屬材料工程專業(yè)教學(xué)實(shí)踐中，不僅可以真實(shí)反映地球表面的地形地貌、建筑位置及布局特征，還可以極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。本文以“水泥廠工廠設(shè)計(jì)概論”課程為例，分析課程教學(xué)內(nèi)容，總結(jié)利用衛(wèi)星影像資源輔助理論教學(xué)環(huán)節(jié)的有益效果。衛(wèi)星影像資源的合理利用，有助于學(xué)生更清晰、更具象地理解和掌握水泥廠工藝設(shè)計(jì)現(xiàn)狀、水泥工廠的選址特點(diǎn)、生產(chǎn)單元布局、大型主機(jī)設(shè)備認(rèn)識(shí)等各個(gè)環(huán)節(jié)，做到“理論聯(lián)系實(shí)際”，為專業(yè)課程數(shù)字化教學(xué)模式的建立、智慧教學(xué)的開(kāi)展提供了可行性方案設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星影像；水泥廠工藝設(shè)計(jì)；工廠選址；總平面布置

中圖分類(lèi)號(hào)：TU278.9""文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

水泥與混凝土是我校無(wú)機(jī)非金屬材料工程專業(yè)的一個(gè)特色培養(yǎng)方向，主要以材料的制備工藝和生產(chǎn)需求為指導(dǎo)，對(duì)相關(guān)材料的生產(chǎn)工藝原理、工藝流程、單元裝備進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇［1］。本專業(yè)方向開(kāi)設(shè)了“水泥工藝學(xué)”“水泥生產(chǎn)技術(shù)與設(shè)備”“水泥廠工藝設(shè)計(jì)概論”等與水泥工藝設(shè)計(jì)相關(guān)的專業(yè)特色課程。通過(guò)對(duì)以上課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠具備水泥廠總平面設(shè)計(jì)能力，對(duì)水泥廠平面布置特點(diǎn)、現(xiàn)有工廠現(xiàn)狀、周邊地理環(huán)境有一個(gè)清晰的把握［24］。

相較于其他行業(yè)，水泥工廠的布局具有生產(chǎn)規(guī)模大、生產(chǎn)工藝一致性高、各生產(chǎn)單元區(qū)分特征明顯、對(duì)周邊資源和環(huán)境依賴性高等特點(diǎn)。將現(xiàn)有典型水泥工廠的衛(wèi)星影像資源應(yīng)用到課程教學(xué)中，很好切合了水泥工藝設(shè)計(jì)相關(guān)課程的教學(xué)目標(biāo)，有助于學(xué)生對(duì)水泥廠工藝設(shè)計(jì)現(xiàn)狀、水泥工業(yè)的選址特點(diǎn)、生產(chǎn)單元布局以及大型主機(jī)設(shè)備的認(rèn)識(shí)和生產(chǎn)工藝流程等相關(guān)內(nèi)容理解得更加充分和具體［5］。提高學(xué)生對(duì)專業(yè)理論和工程實(shí)際相統(tǒng)一、相關(guān)知識(shí)統(tǒng)籌應(yīng)用的綜合能力，使學(xué)生具備解決水泥廠工藝設(shè)計(jì)中涉及工廠選址、工藝總平面布置等方面相關(guān)基本問(wèn)題的能力。

1"衛(wèi)星影像資源

衛(wèi)星影像資源是一種可真實(shí)準(zhǔn)確地反映地球表面地理位置、地形地貌特征的衛(wèi)星遙感圖像，具有精確度高、立體性強(qiáng)，同時(shí)可以反映地面建筑物的外形和布局特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用在軍事、交通導(dǎo)航、自然災(zāi)害預(yù)報(bào)、城鄉(xiāng)規(guī)劃等領(lǐng)域［67］。目前，在互聯(lián)網(wǎng)上可以公開(kāi)免費(fèi)使用的衛(wèi)星影像資源較為豐富，除了一些專業(yè)平臺(tái)之外，國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心建立的國(guó)家地理信息公共服務(wù)平臺(tái)也提供了完整的衛(wèi)星影像資源（本文影像資源來(lái)自國(guó)家地理信息公共服務(wù)平臺(tái)）。其分辨率可以達(dá)到分米級(jí)，能夠非常清晰地呈現(xiàn)地面局部環(huán)境組成、建筑物和大型設(shè)施的外形結(jié)構(gòu)，同時(shí)可以對(duì)目標(biāo)周邊環(huán)境的地理特點(diǎn)有一個(gè)清晰的宏觀展現(xiàn)［810］。

同時(shí)，衛(wèi)星影像資源具備歷史圖像查看、視角轉(zhuǎn)換、尺寸和面積精確測(cè)量等功能。從水泥工廠設(shè)計(jì)專業(yè)課程教學(xué)角度看，衛(wèi)星影像資源對(duì)水泥廠的選址特點(diǎn)、周邊環(huán)境布局以及生產(chǎn)單元布置、大型主機(jī)的認(rèn)識(shí)等教學(xué)內(nèi)容提供了大量真實(shí)教學(xué)案例，案例豐富多樣，對(duì)比特征直觀且明顯。通過(guò)周邊環(huán)境的查看，可以從三維空間角度真實(shí)看到水泥工廠周邊的礦山資源、交通條件、物料運(yùn)輸通道等布局特點(diǎn)。通過(guò)查看不同時(shí)期的相關(guān)影像資源，可以讓學(xué)生從時(shí)間發(fā)展的角度認(rèn)識(shí)不同時(shí)期工廠的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，同一工廠從選址到投產(chǎn)的整個(gè)實(shí)施流程，以及礦山資源的開(kāi)采布局特點(diǎn)。衛(wèi)星影像資源能加深學(xué)生對(duì)水泥工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀的認(rèn)識(shí)和理解。

2"水泥廠工藝設(shè)計(jì)概論課程內(nèi)容

2.1"課程任務(wù)與目標(biāo)

“水泥廠工藝設(shè)計(jì)概論”是洛陽(yáng)理工學(xué)院無(wú)機(jī)非金屬材料工程專業(yè)水泥專業(yè)方向的一門(mén)專業(yè)特色課程。課程總學(xué)時(shí)為24學(xué)時(shí)，課程結(jié)合目前水泥廠工藝設(shè)計(jì)的最新政策、法規(guī)和生產(chǎn)工藝，介紹水泥廠基本建設(shè)程序、總平面布置等知識(shí)；重點(diǎn)講授水泥廠工藝設(shè)計(jì)的基本原則、工藝平衡計(jì)算的基本方法、車(chē)間工藝布置要求等內(nèi)容。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠深入了解新型干法水泥廠工藝設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和基本方法，發(fā)現(xiàn)和解決新型干法水泥工廠設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題，為從事新型干法水泥工廠設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

2.2"課程內(nèi)容重構(gòu)

課程內(nèi)容主要分為六部分，分別為基本建設(shè)前期工作，總平面布置，工藝設(shè)計(jì)的原則、程序和工藝平衡計(jì)算，生產(chǎn)車(chē)間工藝流程選擇、工藝設(shè)備選型及工藝布置，生產(chǎn)車(chē)間工藝設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)所需的其他專業(yè)知識(shí)。在課程講授過(guò)程中，借助現(xiàn)代化、高科技的衛(wèi)星影像輔助教學(xué)資源，將水泥廠工藝設(shè)計(jì)從整體工藝流程到局部設(shè)備構(gòu)造清晰直觀地展現(xiàn)給學(xué)生，從而極大地豐富教學(xué)內(nèi)容，提升學(xué)生的實(shí)踐能力和空間感知能力。經(jīng)過(guò)前期對(duì)國(guó)家地理信息公共服務(wù)平臺(tái)的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，將課程內(nèi)容與高清衛(wèi)星影像資源有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，對(duì)授課環(huán)節(jié)重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的高度統(tǒng)一。結(jié)合衛(wèi)星影像資源，學(xué)生可以直觀地看到水泥廠所在地的地理位置、交通條件以及資源分布等，幫助學(xué)生了解水泥廠的選址依據(jù)和原則。此外，通過(guò)衛(wèi)星影像的縮放、旋轉(zhuǎn)等功能，學(xué)生可以清晰地看到水泥廠的各個(gè)生產(chǎn)區(qū)域、設(shè)備分布及物料流動(dòng)情況，掌握水泥生產(chǎn)工藝的基本流程、設(shè)備布局及工藝參數(shù)調(diào)整等內(nèi)容，從而更好地理解生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性和系統(tǒng)性。

3"衛(wèi)星影像資源在課程教學(xué)中的具體應(yīng)用

3.1"工廠選址

廠址選擇是水泥廠工藝設(shè)計(jì)前期的一項(xiàng)基本內(nèi)容，廠址選擇要結(jié)合原料、交通、水電、地質(zhì)、環(huán)保、市場(chǎng)等多因素，進(jìn)行一個(gè)綜合考量和決策。石灰石是水泥廠用量最大的原材料，廠址宜選擇在石灰石礦山附近，同時(shí)要考慮到周邊硅鋁質(zhì)礦物的分布資源、電力和水源的情況。周邊的交通狀況和市場(chǎng)條件也尤為重要，由于水泥屬于大宗物料的生產(chǎn)，周邊交通運(yùn)輸條件直接關(guān)系到生產(chǎn)成本。此外，由于生產(chǎn)過(guò)程會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成一定影響，廠址選擇應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離居民區(qū)，并應(yīng)有相應(yīng)的環(huán)境凈化措施，減少生產(chǎn)過(guò)程中的環(huán)境負(fù)荷［11］。

通過(guò)選取一些典型水泥工廠的衛(wèi)星影像資源，可以對(duì)廠址周邊地理環(huán)境、水泥工廠的選址特點(diǎn)進(jìn)行分析，通過(guò)真實(shí)案例幫助學(xué)生理解和掌握相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。如圖1中，多數(shù)工廠（圖1a、圖1b）會(huì)選擇在石灰石礦山和交通干道之間進(jìn)行選址。同時(shí)，可將熟料生產(chǎn)線選址在礦山邊緣，減少原材料的運(yùn)距，而將水泥粉磨車(chē)間選址在碼頭附近，方便產(chǎn)品的發(fā)送。

另外，為了節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境，近年來(lái)國(guó)家大力提倡并開(kāi)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)。水泥行業(yè)具有消納固體廢棄物的天然優(yōu)勢(shì)，可將一些生活或工業(yè)垃圾變廢為寶，作為原料或燃料的一部分，在生產(chǎn)過(guò)程中給予消納。對(duì)于垃圾的處理同樣需要專業(yè)的設(shè)備和場(chǎng)地，因此在進(jìn)行廠址選擇和生產(chǎn)布局時(shí)，應(yīng)綜合考慮固廢利用的設(shè)計(jì)和運(yùn)輸。如圖1d所示，該廠址直接選擇在大型熱電廠附近，充分利用了熱電廠排放的固廢作為原材料，用于水泥的生產(chǎn)。

3.2"總平面布局

水泥廠總平面布局要滿足生產(chǎn)工藝的需求，要考慮到大宗物料的運(yùn)輸及儲(chǔ)存方案。另外，需要按照集約土地的原則，要考慮到生產(chǎn)區(qū)、管理區(qū)以及生活區(qū)的布局，盡可能減少相互的干擾和影響。

圖2為某工廠的生產(chǎn)布局，通過(guò)圖片可以清晰地看出生產(chǎn)區(qū)（A），生活區(qū)（B）、辦公區(qū)（C）之間的位置關(guān)系，三者區(qū)域之間均有一定的自然隔離，避免了生產(chǎn)噪聲對(duì)于生活和辦公環(huán)境的影響，并且將循環(huán)水池布局在生產(chǎn)區(qū)和生活區(qū)之間，提升了生活區(qū)的自然景觀和人居環(huán)境。并且通過(guò)衛(wèi)星影像，可以看出生產(chǎn)線和物料儲(chǔ)存堆場(chǎng)、輸送通道的布局和設(shè)置特點(diǎn)，使學(xué)生能夠全面、完整地掌握工廠實(shí)際的生產(chǎn)布局，加深學(xué)生對(duì)于相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解，完成教學(xué)目標(biāo)。

3.3"工藝設(shè)計(jì)及主機(jī)認(rèn)識(shí)

水泥生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)和設(shè)備選型主要針對(duì)生產(chǎn)線的工藝設(shè)計(jì)及設(shè)備選擇，設(shè)備的原理、組成和使用等相關(guān)事項(xiàng)進(jìn)行講解。由于水泥生產(chǎn)線規(guī)模相對(duì)較大，難以做到整體展現(xiàn)，傳統(tǒng)示意圖和沙盤(pán)等教學(xué)教具又難以細(xì)致入微地展現(xiàn)真實(shí)的生產(chǎn)場(chǎng)景。通過(guò)衛(wèi)星影像，學(xué)生可以從宏觀到微觀地看到工廠的生產(chǎn)全景、生產(chǎn)各個(gè)流程的工藝特點(diǎn)，有助于學(xué)生對(duì)于大型主機(jī)的認(rèn)識(shí)和理解。

圖3為某水泥廠2×5000t/d的新型干法水泥熟料生產(chǎn)線實(shí)際場(chǎng)景，從左至右依次為配料站、尾部收塵及煙囪、生料粉磨、預(yù)熱器、回轉(zhuǎn)窯、窯頭熟料冷卻、窯頭收塵及煙囪、熟料運(yùn)輸及儲(chǔ)存等生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)際影像。一方面，結(jié)合物料和氣體的相關(guān)輸送通道，并對(duì)照生產(chǎn)工藝流程圖，有助于提升學(xué)生對(duì)各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)、相關(guān)生產(chǎn)車(chē)間、設(shè)備外形的認(rèn)識(shí)。另一方面，通過(guò)衛(wèi)星地圖自帶的測(cè)量工具，對(duì)重點(diǎn)車(chē)間、主機(jī)設(shè)備以及生產(chǎn)區(qū)域面積等數(shù)據(jù)進(jìn)行量化測(cè)量，加深學(xué)生對(duì)于相關(guān)生產(chǎn)設(shè)施的認(rèn)識(shí)和理解，并能參考實(shí)際生產(chǎn)情況，完成課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中的工廠總平面布置圖設(shè)計(jì)［12］。

圖3"某水泥廠2×5000t/d熟料生產(chǎn)線

3.4"其他信息

利用衛(wèi)星地圖的歷史影像查看功能，可以對(duì)比一些水泥廠從選址到基建、投產(chǎn)整個(gè)建設(shè)過(guò)程的影像，幫助學(xué)生理解水泥工廠從選址、基礎(chǔ)建設(shè)施工，到投入生產(chǎn)的整個(gè)建設(shè)流程。通過(guò)石灰石礦山區(qū)域的衛(wèi)星影像，可以看出石灰石礦山的開(kāi)采次序、物料運(yùn)輸組織、破碎站布局設(shè)計(jì)等相關(guān)基本信息。另外，通過(guò)對(duì)不同時(shí)間、不同區(qū)域水泥工廠周邊運(yùn)輸和環(huán)境的對(duì)比，可以看出不同時(shí)期生產(chǎn)組織、生產(chǎn)環(huán)境的區(qū)別，讓學(xué)生從時(shí)空角度更加真實(shí)地理解水泥工業(yè)不同時(shí)間段的生產(chǎn)特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。

結(jié)語(yǔ)

利用衛(wèi)星影像資源真實(shí)性好、分辨率高、圖像易于查看和處理等特點(diǎn)，可作為水泥工藝設(shè)計(jì)相關(guān)課程教學(xué)資源的有效補(bǔ)充。通過(guò)衛(wèi)星影像資源，可以對(duì)現(xiàn)有水泥工廠的周邊環(huán)境、選址特點(diǎn)、生產(chǎn)布局、大型主機(jī)設(shè)備進(jìn)行查看和對(duì)比，幫助學(xué)生掌握水泥廠總平面布置的能力，解決水泥廠總平面設(shè)計(jì)中涉及工藝方面的基本問(wèn)題，以及認(rèn)識(shí)和了解大型主機(jī)設(shè)備的布局和特點(diǎn)，有助于相關(guān)教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)創(chuàng)造了一種虛實(shí)翻轉(zhuǎn)、輕松自由的學(xué)習(xí)形式，并可將相關(guān)方法應(yīng)用到專業(yè)課程的課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)及今后的工作中，讓學(xué)生領(lǐng)悟當(dāng)今各類(lèi)信息化資源對(duì)于專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)的幫助，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和持續(xù)學(xué)習(xí)的能力。

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*通信作者：郭炎飛（1988—"），男，漢族，河南洛陽(yáng)人，博士研究生，講師，研究方向：高性能混凝土的研發(fā)與應(yīng)用。