水电建设规模持续扩大。根据国家能源局《2025年可再生能源并网运行情况》，截至2025年底，全国水电累计装机容量达4.5亿千瓦，其中常规水电3.8亿千瓦、抽水蓄能6594万千瓦。2025年新增水电装机1215万千瓦，全年水电发电量为1.46万亿千瓦时。

水电工程建设与运行需要掌握设备安装、调试和检修工艺的技术人员。相关岗位技能的培养需要院校教育与现场实践接续完成。受设备运行状态和作业条件限制，院校在组织实训时，往往难以让学生完整观察并练习关键工序。

受安全规程约束，现场实习中的观摩和操作机会有限。机组运行时，学生通常在规定区域观摩，难以直接查看顶盖以下的内部结构。检修作业需要结合计划停机窗口安排，实习周期又难以与之匹配。导叶间隙的合格范围、上下机架的吊装顺序等工艺要点，往往需要结合实际检修才能完整接触。

2021年9月，教育部科技发展中心印发《职业教育示范性虚拟仿真实训基地建设指南》，针对实训教学普遍存在的高投入、高损耗、高风险以及难实施、难观摩、难再现的“三高三难”问题，明确了“以实带虚、以虚助实、虚实结合”的建设原则，同时要求数字孪生类实训资源做到虚拟模型与实际设施设备一一对应。依托该建设思路，水电站实训可实现三维模型与工程资料对照，清晰展示设备位置、部件装配关系及施工步骤；中禹维公司研发的水电站虚拟仿真系统，正是契合这一建设要求打造的实训软件，面向高职及本科院校水利水电类专业，覆盖电站与机组结构认知、机组安装与拆卸演练和试运行学习。系统按实物1:1比例搭建主副厂房、水工建筑物和主要设备，包含9个子系统、45个实训项目。

系统支持电站三维场景漫游，直观呈现主要建筑与设备的布局，并通过部件介绍、爆炸图和水轮机运行视图展示机组结构与运行状态。安装与拆卸项目支持分步操作，并提供配套测验。试运行项目结合操作讲解、操作票和问答，帮助学生熟悉开机、关机的检查内容与操作顺序。

图1机组部件三维模型显示效果

01系统构成与实训项目

系统包括标准及规范、水工建筑物、水轮发电机组、调速器及辅助系统、电气设备、检修常用工器具、机组安装、机组拆卸和水电站试运行9个子系统。标准及规范、设备和工器具等子系统提供规程学习、设备结构认知和工器具使用等基础教学内容。安装与拆卸子系统对应机组施工工序，试运行子系统对应运行流程。

教师可根据教学任务选用相应项目。结构教学可通过模型逐层观察设备，工序教学则结合安装、拆卸项目，引导学生按任务提示操作。操作中出现失误时，学生可重新练习，并通过项目配套测验检验对关键步骤的掌握情况。

02电站场景与设备布局

在虚拟电站中，学生可先辨认主副厂房、主变压器、开关站以及主要取水、引水建筑物，再观察它们在厂区中的相对位置。在主厂房教学中，教师可结合桥式起重机的吊装场景，说明机组安装位置与上方吊装空间的关系。

图2主厂房内的桥式起重机吊装场景

水工建筑物模块涵盖坝式、河床式和引水式三种电站型式，设置大坝、冲砂闸、渡槽段、拦污栅、前池等8个实训项目。系统参照实际工程的尺寸与布置构建场景，便于教师结合水流路径，讲解不同站型的布置差异。

以冲砂闸场景为例，学生可观察闸体与进水建筑物的相对位置，并结合工程资料了解闸门在该工程中的作用。相关内容也可用于现场参观前的预习。

图3水工建筑物模块中的冲砂闸场景

03机组结构与三维视图

通过机组剖面图，学生可以辨认单个部件的形状，还需了解其在整机中的位置及与其他部件的配合关系。借助三维模型，教师可先在整机中定位部件，再通过分解视图讲解装配关系。

在部件介绍视图中，学生可点选零部件，查看其功能、位置及与相邻部件的关系。爆炸图沿轴线展开整台机组，展示各部件的装配层次。水轮机运行视图模拟常规运行状态，动态呈现导水机构、转轮和主轴的动作关系。教师可根据讲授内容切换视图，先观察整机结构，再了解各部件在装配和运行中的作用。

图4水轮发电机组爆炸图及部件说明

以导水机构为例，教师可借助透明模型展示导叶的位置，并结合机组视图说明其与相邻部件的装配关系。学生进入导叶预装或间隙调整项目后，可对照模型结构，明确操作部件及位置。

调速器及辅助系统、电气设备模块也可用于设备认知。以调速器及辅助系统为例，学生可在设备间漫游，查看设备参数与功能，了解各设备在系统中的位置及作用。

04机组拆装与试运行

安装项目从尾水轴管安装开始，经过蜗壳安装、导水机构预装检查、转子吊装等环节，最后进行上下机架附件安装。拆卸项目从发电机罩、滑环和上导油盆盖的拆卸开始，还包括机架、转子、主轴转轮等部件的吊出。

以底环预装为例，学生可参照右侧任务面板中的步骤提示，在三维场景中确认部件及安装位置并完成操作。吊装、对位、落位和间隙测量等操作安排在对应工序中，学生可通过反复练习，熟悉各步骤的操作对象与检查要点。

图5底环预装演练

检修常用工器具模块涵盖锉刀、砂纸、塞尺、手拉葫芦、磁力钻等11类器具，逐项说明使用方法与安全注意事项。以手拉葫芦为例，除基本操作外，课程还讲解严禁超载、严禁以人力以外的动力操作，以及起吊前检查上下吊钩等规程要求，帮助学生提前熟悉工器具的使用规范。

图6检修工器具教学界面使用说明示例

试运行模块包括开机试运行和关机试运行两个项目，在同一场景中呈现保护测控柜、操作票和讲解界面。学生可先观看操作讲解，再对照操作票逐项了解检查内容，了解各步骤需要确认的设备状态，最后通过问答核对要点。现场跟岗时，学生可结合实际设备对照所学检查内容。

图7开机试运行教学界面

05实训项目的学习与考核

系统根据项目内容设置相应的教学环节。标准及规范、水工建筑物、机组结构和试运行等项目设有学习和问答。机组安装与拆卸项目还设有练习和测验，学生在理解工序要求后，可开展操作练习并完成配套测验。

以导叶间隙调整项目为例，课前可通过学习和问答，帮助学生认清测量部位、理解工序要求。课中由学生按任务提示逐步练习，教师结合关键步骤进行讲解。课后通过同一项目的配套测验，检验学生对操作顺序和检查要点的掌握情况。

06三类实习的课程安排

认识实习着重了解设备布置和功能，检修和运行实习则涉及作业工序与规程。对需要等待停机窗口的内容，可先在校内安排结构讲解与典型工序演练，再利用现场实习机会对照实物。

认识实习前。教师可布置设备辨识任务，引导学生通过厂区漫游辨识主副厂房、主要水工建筑物和机组的位置。进站参观时，学生可依据设备清单对照实物，了解现场厂房与设备的布置。

检修实习前。可先通过爆炸图了解机架、转子等部件的装配关系，再借助转子吊装项目熟悉相应工序。当实习日期与停机窗口无法重合时，校内仍可按课表开展工序练习，进入现场后，可结合实物对照设备布局与作业空间。

运行实习前。教师可选用开机试运行项目，对照场景中的测控柜讲解操作票上的检查项。学生了解检查顺序及各项需确认的设备状态后，可在运行人员指导下结合现场设备观察。

课时与现场安排。教师可将需要反复观察的结构和操作练习安排在常规课时内，再结合出行、接待和现场安全要求安排进站任务。各项目配有随系统一并整理的学习资料和问答，安装与拆卸项目另设测验，可减少教师单独搜集素材和编写题目的工作。

07适用专业与场景

本系统同时适配院校实践教学及行业在岗培训场景，可服务高职、本科水利水电相关专业实训，覆盖水电站运行与智能管理、水电站设备安装与管理、水电站与电力网技术、水利水电建筑工程、水电站机电设备与自动化、水利水电工程智能管理等方向；中禹维公司可结合单位培养目标，定制适配的实训项目与考核方案，也可满足水利管理单位、发电企业运维人员岗前培训、技能复训、应急处置演练、技能竞赛及职业技能考核需求。系统模块支持按需选配组合，助力参训人员构建完整的工程认知体系。