城市軌道交通虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)研究與實(shí)踐

李俊輝

[摘? ? ? ? ? ?要]? 城市軌道交通相關(guān)專業(yè)在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中普遍存在實(shí)訓(xùn)設(shè)備不足、利用率不高、缺乏系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)等問題，由于真實(shí)城市軌道交通設(shè)備造價(jià)昂貴，很多城市軌道交通專業(yè)無力建設(shè)相關(guān)實(shí)訓(xùn)室，虛擬仿真技術(shù)的出現(xiàn)可以很好地解決這些問題。通過分析建設(shè)城市軌道交通虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心的意義，提出了城市軌道交通虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心應(yīng)建設(shè)的主要內(nèi)容，探索虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)模式和虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心的運(yùn)行保障機(jī)制，為相關(guān)院校建設(shè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心提供參考。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 城市軌道交通;虛擬仿真;實(shí)訓(xùn)中心

[中圖分類號(hào)]? G717? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號(hào)]? 2096-0603（2019）20-0090-02

一、城市軌道交通虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)的意義

近年來，為滿足全國軌道交通快速發(fā)展對軌道交通人才的需求，開設(shè)城市軌道交通專業(yè)的學(xué)校不斷增加。而各?，F(xiàn)有的城市軌道交通相關(guān)專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)存在諸多問題，普遍存在設(shè)備容易老化、日常實(shí)訓(xùn)教學(xué)組織困難、技術(shù)更新慢等問題;有些學(xué)校實(shí)訓(xùn)室建設(shè)缺乏系統(tǒng)，存在重復(fù)建設(shè);實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)缺乏企業(yè)崗位工作流程的深度融合，校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地的規(guī)劃和建設(shè)無法與現(xiàn)場有效對接。

近年來，由于信息技術(shù)的快速發(fā)展與國家教育部門的大力提倡，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)在高職教育中開始得到廣泛的應(yīng)用，成為實(shí)訓(xùn)教學(xué)重要的組成部分。虛擬仿真教學(xué)技術(shù)以提高學(xué)生的技能水平為核心，具有多感知性、沉浸性、交互性、構(gòu)想性等特點(diǎn)[1]。這些特點(diǎn)有益于教師的實(shí)訓(xùn)教學(xué)和學(xué)生專業(yè)核心技能的訓(xùn)練，為解決職業(yè)教育面臨的實(shí)訓(xùn)難、實(shí)習(xí)難和就業(yè)難等問題開辟了一條新思路。由于城市軌道交通專業(yè)群實(shí)訓(xùn)所需要的真實(shí)設(shè)備造價(jià)昂貴、實(shí)物設(shè)備不適合多人次、高頻率的反復(fù)操作，無法體現(xiàn)崗位工作流程和具體工藝。因此，引入虛擬仿真技術(shù)可以很好地解決上述問題。

二、城市軌道交通虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)的主要內(nèi)容

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心應(yīng)面向城市軌道交通專業(yè)群，結(jié)合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目開展需求，有步驟、有計(jì)劃地進(jìn)行實(shí)訓(xùn)軟件的購置和集成，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合，以廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心為例，目前主要設(shè)備和軟件有廣州地鐵5號(hào)線信號(hào)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)、3D虛擬仿真多角色演練系統(tǒng)、行車流程仿真系統(tǒng)、AFC虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)、三維車輛結(jié)構(gòu)可拆解仿真系統(tǒng)及模擬駕駛等常用的實(shí)訓(xùn)軟件設(shè)備。

實(shí)訓(xùn)中心還建設(shè)了虛實(shí)結(jié)合的行車值班員實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)能夠模擬現(xiàn)場設(shè)備，由車站控制室、道岔和屏蔽門實(shí)訓(xùn)設(shè)備構(gòu)成，把地鐵車站控制室、室外軌道等現(xiàn)場實(shí)操的場景搬到實(shí)訓(xùn)室中，再現(xiàn)地鐵工作場景，使教學(xué)貼近現(xiàn)場實(shí)際。該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)把行車調(diào)度員、值班站長、行車值班員、站務(wù)員融合到一起，實(shí)現(xiàn)任務(wù)啟動(dòng)、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，達(dá)到模擬現(xiàn)場實(shí)操聯(lián)動(dòng)的教學(xué)效果。

三、虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)模式研究

（一）建立以學(xué)生為中心的建設(shè)理念

實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)和仿真軟件的建設(shè)應(yīng)從城市軌道交通專業(yè)群的角度出發(fā)，兼顧不同專業(yè)和不同課程之間的實(shí)訓(xùn)需求。兼顧設(shè)備硬件的可擴(kuò)展性，防止設(shè)備性能限制實(shí)訓(xùn)設(shè)備的應(yīng)用，在軟件更新方面預(yù)留空間，特別是新的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目開發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)更新[2-3]。

以行車調(diào)度實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)為例，該軟件仿真了地鐵主流使用的真實(shí)信號(hào)系統(tǒng)，西門子、卡斯科的信號(hào)系統(tǒng)，該虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)兼容了廣州地鐵5號(hào)線、南京地鐵2號(hào)線、寧波地鐵1號(hào)線的地鐵運(yùn)行線路圖，其中廣州地鐵5號(hào)線線路制作了3D場景的電子沙盤，可以實(shí)現(xiàn)模擬實(shí)景的操作、監(jiān)控。以三維電子沙盤作為行車組織的整體展示，OCC仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)則根據(jù)電子沙盤上列車行進(jìn)的動(dòng)態(tài)，在ATS與LOW相應(yīng)系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。電子沙盤系統(tǒng)采用三維建模與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，為城軌運(yùn)營專業(yè)的實(shí)訓(xùn)構(gòu)建出列車運(yùn)行的虛擬環(huán)境，高度仿真行車組織相關(guān)的場景，電子沙盤三維場景通過LED大屏幕設(shè)備的顯示，具有強(qiáng)烈的視覺沖擊和逼真的展示效果，能有效提升行車組織實(shí)訓(xùn)課程的真實(shí)感和沉浸性。

（二）依托虛擬仿真設(shè)備開發(fā)實(shí)訓(xùn)專題

城市軌道交通類專業(yè)無法購買地鐵大型設(shè)備，更無法復(fù)制地鐵實(shí)際場景，相比而言城市軌道交通發(fā)展時(shí)間相對較短，通過虛擬仿真設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，解決高成本、高消耗、危險(xiǎn)環(huán)境及大型綜合演練等問題。

以地鐵車輛3D拆解為例，由于地鐵列車價(jià)格昂貴（整列車高達(dá)5000萬），且需要配合的供電、線路等條件復(fù)雜且高危，高校根本無法購買列車投入實(shí)訓(xùn)。然而，車輛構(gòu)造是車輛檢修、車輛駕駛崗位所必需的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，通過虛擬仿真實(shí)訓(xùn)設(shè)備可以解決以上問題。車輛構(gòu)造3D拆裝，學(xué)生自主操作，實(shí)現(xiàn)車輛各部件的拆解和安裝，也可以組織測試，根據(jù)操作的準(zhǔn)確性和快速性得到測試的分?jǐn)?shù)。除了日常教學(xué)、整周實(shí)訓(xùn)外，教師已經(jīng)組織第二課堂競賽活動(dòng)兩項(xiàng)。

四、城市軌道交通虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心的運(yùn)行保障措施

（一）積極創(chuàng)新，推進(jìn)校企協(xié)同，穩(wěn)定開放運(yùn)行

以我校虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心為例，在建設(shè)中一直秉承“聯(lián)系企業(yè)、跟隨發(fā)展”的辦學(xué)理念，也即依托地鐵訂單班的培養(yǎng)模式，結(jié)合廣州地鐵、深圳地鐵、佛山地鐵、東莞地鐵、深港地鐵等珠三角地區(qū)多家軌道交通集團(tuán)的招聘選拔、人才培養(yǎng)等各方面的要求進(jìn)行積極的探索，推動(dòng)實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)體制創(chuàng)新并將校企協(xié)同真正落到實(shí)處。

在實(shí)訓(xùn)資源建設(shè)方面，本實(shí)訓(xùn)中心一直緊跟行業(yè)、企業(yè)發(fā)展趨勢，開發(fā)和引進(jìn)各類型虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源。同時(shí)，在實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的設(shè)置上，貼近企業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)際，盡可能還原實(shí)踐場景。在部分電子資源的建設(shè)中，依托各軌道交通公司線路、車輛段等為背景進(jìn)行微縮資源的建設(shè)和應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)中心教學(xué)過程的企業(yè)場景真實(shí)化、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目常態(tài)化、模式化。

我校虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心面向本專業(yè)學(xué)生和教師開放，按照課程教學(xué)安排，可實(shí)現(xiàn)小班精細(xì)化教學(xué)，可以提供多主體共同參與的教育途徑，通過構(gòu)建“線上—線下”的師生互動(dòng)模式，豐富實(shí)踐教學(xué)的形式，深化理論及實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)生對實(shí)踐環(huán)節(jié)的獲得感[4]。

（二）資源建設(shè)針對性強(qiáng)，自主研發(fā)力度大

針對城市軌道交通運(yùn)營管理生產(chǎn)系統(tǒng)的復(fù)雜性，作業(yè)過程多環(huán)節(jié)、跨區(qū)域、不可逆等特點(diǎn)，本校專業(yè)課程老師結(jié)合現(xiàn)場崗位作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、從能學(xué)輔教的角度出發(fā)，提出相關(guān)虛擬仿真資源和系統(tǒng)的開發(fā)需求，通過與企業(yè)合作，共同開發(fā)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)和虛擬仿真資源，增強(qiáng)了資源建設(shè)的針對性，大幅提高了利用率。

（三）建立健全管理機(jī)制，崗位職責(zé)明晰

作為城市軌道交通專業(yè)群的重要實(shí)訓(xùn)基地，我校虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心建立健全了一整套實(shí)訓(xùn)室管理辦法和機(jī)制。出臺(tái)了校內(nèi)實(shí)訓(xùn)中心負(fù)責(zé)人工作職責(zé)、學(xué)生行為規(guī)范等一系列制度，在健全制度的基礎(chǔ)上，同時(shí)也明確了師資團(tuán)隊(duì)的工作職責(zé)[5]。為了有效監(jiān)控學(xué)生的實(shí)踐效果，實(shí)踐結(jié)束后由各班教師對所在班級實(shí)踐的學(xué)生進(jìn)行文字評語或分?jǐn)?shù)評價(jià)。

在實(shí)訓(xùn)中心的使用上也需提前做好使用計(jì)劃。按照每學(xué)期理論課程和實(shí)訓(xùn)課程安排，明確實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容、時(shí)間、人數(shù)等，提前進(jìn)行計(jì)劃的制訂，保證各項(xiàng)規(guī)章制度的建立并有效保障實(shí)踐的規(guī)范性和實(shí)效性。同時(shí)，校內(nèi)實(shí)踐基地負(fù)責(zé)人也會(huì)不定期對實(shí)踐學(xué)生的使用情況和實(shí)訓(xùn)情況進(jìn)行訪談，獲取實(shí)訓(xùn)中心使用的評價(jià)和改進(jìn)措施，通過及時(shí)收集反饋信息，不斷完善和提升實(shí)踐效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]戴曉燕，劉超.基于BIM技術(shù)的建筑工程虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心的建設(shè)研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2018，35（12）：237-241.

[2]陳兆瑋，鄧濤，梁棟.虛擬仿真技術(shù)在城市軌道交通車輛專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2018，15（13）：224，226.

[3]鮑敏，鮑婕，喬陽.工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)研究[J].職業(yè)技術(shù)，2017，16（8）：121-122.

[4]何世偉，周磊山.交通運(yùn)輸虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心軟件技術(shù)[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2016，28（2）：322-328.

[5]黃雄輝.虛擬仿真技術(shù)在城市軌道交通工程實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2014，42（14）：14-16.