我在 1998 年进入大学，就读采矿工程专业。那时，微软的 Windows 95 操作系统才刚刚出现在学校的机房中，而大一学习编程时，我们面对的还是 DOS 操作系统下蓝底黄字的 Borland Turbo Pascal 开发环境。尽管条件简陋，但无论是什么系统或软件，都对当时的我们散发着致命的吸引力。老师和学长们常常向我们耳提面命计算机应用能力的重要性，在这样的氛围下，许多同学都会在课余时间如饥似渴地额外学习操作系统、CAD 绘图、网页甚至 C/C++ 编程。然而，那时我们的学习往往是漫无目的的——我们痴迷于敲击键盘，却并未确切地知道，该如何将这些前沿的计算机知识真正应用于提高煤矿的生产效率，或是增强复杂矿井的安全性。
一晃二十多年过去了，世界正处在新一轮科技革命和产业变革的浪潮中。以人工智能、物联网、大数据、云计算为代表的新一代信息技术加速突破，我们早已被无处不在的信息、程序与算法所包围。
时至今日，无论是深部矿井还是高层建筑，数字化系统已然成为基础设施。我国正在全力推进煤矿的智能化建设，不仅建成了覆盖开采设计、环境监测、自动化控制与监管监察的各类数字化系统，更在灾害预测预警方面演化出了强大的智能功能。然而，随着应用的步步深入，行业痛点也日益凸显。目前的软件系统多数是基于其他领域已有的 GIS（地理信息系统）或通用地质建模软件进行二次开发。许多学者和工程师逐渐意识到，完全依赖通用底层技术来强行表述复杂的煤矿或建筑安全问题，存在着极大的局限性——几何表示能力不足、数据冗余庞大、时空动态更新滞后，更致命的是，各系统底层标准的不统一造就了一个个难以跨越的“信息孤岛”。
因此，行业迫切需要懂安全、懂现场的工程师，去开发和应用专门契合安全工程物理机理的数字化模型。对于今天的非计算机专业学生而言，掌握基础的计算机建模与编程技术已不再是“锦上添花”的业余爱好，而是关乎职业生涯存亡的“核心壁垒”。这不仅会极大提升你们的就业竞争力，更为你们打开了一个维度更高、潜力更大的发展空间。面对轰轰烈烈的数字化转型，我们要成为这轮科技浪潮的参与者与驾驭者，绝不能仅仅是旁观者！
为了适应当前安全工程领域信息化、智能化的发展趋势，西安科技大学安全工程专业开设了这门全新的课程——《安全仿真与模拟基础》。本课程的初衷，是在传统安全科学理论的基础之上，教导大家如何建立现实世界中工程系统（或过程）的计算机模型；如何通过数值模拟，重现灾害演化过程中可能发生的结构失效与流体蔓延；如何将复杂的物理现象予以系统化与公式化。
通俗来讲，本教材旨在讲授如何利用计算机技术来解决安全工程领域的痛点问题。根据实际教学逻辑，全书将首先引入 Python 编程与科学计算的必备知识；随后，紧密结合安全工程领域（重点聚焦煤矿安全与建筑安全）的典型工程案例，给出从“物理问题分析”、“数学方程建立”、“计算机编程求解”到“工程结果可视化”的完整数字闭环。
最后，我想对翻开这本讲义的同学们提一点要求：本课程跨越了安全工程、应用数学与计算机科学，内容繁多且硬核。请千万不要期待仅仅依靠课堂上的几十分钟就能掌握所有知识。你们必须在课后投入大量的精力进行代码实操与自学。在不断试错与排除 Bug 的痛苦中，你们终将体会到算力赋予安全工程的磅礴力量。