城市軌道交通虛擬仿真實訓中心建設研究與實踐

李俊輝

[摘? ? ? ? ? ?要]? 城市軌道交通相關專業在實訓教學中普遍存在實訓設備不足、利用率不高、缺乏系統聯動等問題，由于真實城市軌道交通設備造價昂貴，很多城市軌道交通專業無力建設相關實訓室，虛擬仿真技術的出現可以很好地解決這些問題。通過分析建設城市軌道交通虛擬仿真實訓中心的意義，提出了城市軌道交通虛擬仿真實訓中心應建設的主要內容，探索虛擬仿真實踐教學模式和虛擬仿真實訓中心的運行保障機制，為相關院校建設虛擬仿真實訓中心提供參考。

[關? ? 鍵? ?詞]? 城市軌道交通;虛擬仿真;實訓中心

[中圖分類號]? G717? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）20-0090-02

一、城市軌道交通虛擬仿真實訓中心建設的意義

近年來，為滿足全國軌道交通快速發展對軌道交通人才的需求，開設城市軌道交通專業的學校不斷增加。而各校現有的城市軌道交通相關專業實訓教學存在諸多問題，普遍存在設備容易老化、日常實訓教學組織困難、技術更新慢等問題;有些學校實訓室建設缺乏系統，存在重復建設;實訓項目設計缺乏企業崗位工作流程的深度融合，校內實訓基地的規劃和建設無法與現場有效對接。

近年來，由于信息技術的快速發展與國家教育部門的大力提倡，虛擬仿真實訓在高職教育中開始得到廣泛的應用，成為實訓教學重要的組成部分。虛擬仿真教學技術以提高學生的技能水平為核心，具有多感知性、沉浸性、交互性、構想性等特點[1]。這些特點有益于教師的實訓教學和學生專業核心技能的訓練，為解決職業教育面臨的實訓難、實習難和就業難等問題開辟了一條新思路。由于城市軌道交通專業群實訓所需要的真實設備造價昂貴、實物設備不適合多人次、高頻率的反復操作，無法體現崗位工作流程和具體工藝。因此，引入虛擬仿真技術可以很好地解決上述問題。

二、城市軌道交通虛擬仿真實訓中心建設的主要內容

虛擬仿真實訓中心應面向城市軌道交通專業群，結合實訓項目開展需求，有步驟、有計劃地進行實訓軟件的購置和集成，實現虛實結合，以廣東交通職業技術學院虛擬仿真實訓中心為例，目前主要設備和軟件有廣州地鐵5號線信號虛擬仿真實訓系統、3D虛擬仿真多角色演練系統、行車流程仿真系統、AFC虛擬仿真實訓系統、三維車輛結構可拆解仿真系統及模擬駕駛等常用的實訓軟件設備。

實訓中心還建設了虛實結合的行車值班員實訓系統，該實訓系統能夠模擬現場設備，由車站控制室、道岔和屏蔽門實訓設備構成，把地鐵車站控制室、室外軌道等現場實操的場景搬到實訓室中，再現地鐵工作場景，使教學貼近現場實際。該實訓系統把行車調度員、值班站長、行車值班員、站務員融合到一起，實現任務啟動、系統聯動，達到模擬現場實操聯動的教學效果。

三、虛擬仿真實踐教學模式研究

（一）建立以學生為中心的建設理念

實訓系統和仿真軟件的建設應從城市軌道交通專業群的角度出發，兼顧不同專業和不同課程之間的實訓需求。兼顧設備硬件的可擴展性，防止設備性能限制實訓設備的應用，在軟件更新方面預留空間，特別是新的實訓項目開發，可以實現實時更新[2-3]。

以行車調度實訓系統為例，該軟件仿真了地鐵主流使用的真實信號系統，西門子、卡斯科的信號系統，該虛擬實訓系統兼容了廣州地鐵5號線、南京地鐵2號線、寧波地鐵1號線的地鐵運行線路圖，其中廣州地鐵5號線線路制作了3D場景的電子沙盤，可以實現模擬實景的操作、監控。以三維電子沙盤作為行車組織的整體展示，OCC仿真實訓系統則根據電子沙盤上列車行進的動態，在ATS與LOW相應系統中進行實時顯示。電子沙盤系統采用三維建模與計算機仿真技術，為城軌運營專業的實訓構建出列車運行的虛擬環境，高度仿真行車組織相關的場景，電子沙盤三維場景通過LED大屏幕設備的顯示，具有強烈的視覺沖擊和逼真的展示效果，能有效提升行車組織實訓課程的真實感和沉浸性。

（二）依托虛擬仿真設備開發實訓專題

城市軌道交通類專業無法購買地鐵大型設備，更無法復制地鐵實際場景，相比而言城市軌道交通發展時間相對較短，通過虛擬仿真設備可以實現跨越式發展，解決高成本、高消耗、危險環境及大型綜合演練等問題。

以地鐵車輛3D拆解為例，由于地鐵列車價格昂貴（整列車高達5000萬），且需要配合的供電、線路等條件復雜且高危，高校根本無法購買列車投入實訓。然而，車輛構造是車輛檢修、車輛駕駛崗位所必需的實訓設備，通過虛擬仿真實訓設備可以解決以上問題。車輛構造3D拆裝，學生自主操作，實現車輛各部件的拆解和安裝，也可以組織測試，根據操作的準確性和快速性得到測試的分數。除了日常教學、整周實訓外，教師已經組織第二課堂競賽活動兩項。

四、城市軌道交通虛擬仿真實訓中心的運行保障措施

（一）積極創新，推進校企協同，穩定開放運行

以我校虛擬仿真實訓中心為例，在建設中一直秉承“聯系企業、跟隨發展”的辦學理念，也即依托地鐵訂單班的培養模式，結合廣州地鐵、深圳地鐵、佛山地鐵、東莞地鐵、深港地鐵等珠三角地區多家軌道交通集團的招聘選拔、人才培養等各方面的要求進行積極的探索，推動實訓中心建設體制創新并將校企協同真正落到實處。

在實訓資源建設方面，本實訓中心一直緊跟行業、企業發展趨勢，開發和引進各類型虛擬仿真實訓資源。同時，在實訓內容的設置上，貼近企業現場應用實際，盡可能還原實踐場景。在部分電子資源的建設中，依托各軌道交通公司線路、車輛段等為背景進行微縮資源的建設和應用，從而實現實訓中心教學過程的企業場景真實化、實訓項目常態化、模式化。

我校虛擬仿真實訓中心面向本專業學生和教師開放，按照課程教學安排，可實現小班精細化教學，可以提供多主體共同參與的教育途徑，通過構建“線上—線下”的師生互動模式，豐富實踐教學的形式，深化理論及實踐教學內容，增強學生對實踐環節的獲得感[4]。

（二）資源建設針對性強，自主研發力度大

針對城市軌道交通運營管理生產系統的復雜性，作業過程多環節、跨區域、不可逆等特點，本校專業課程老師結合現場崗位作業標準、從能學輔教的角度出發，提出相關虛擬仿真資源和系統的開發需求，通過與企業合作，共同開發實訓系統和虛擬仿真資源，增強了資源建設的針對性，大幅提高了利用率。

（三）建立健全管理機制，崗位職責明晰

作為城市軌道交通專業群的重要實訓基地，我校虛擬仿真實訓中心建立健全了一整套實訓室管理辦法和機制。出臺了校內實訓中心負責人工作職責、學生行為規范等一系列制度，在健全制度的基礎上，同時也明確了師資團隊的工作職責[5]。為了有效監控學生的實踐效果，實踐結束后由各班教師對所在班級實踐的學生進行文字評語或分數評價。

在實訓中心的使用上也需提前做好使用計劃。按照每學期理論課程和實訓課程安排，明確實踐教學的內容、時間、人數等，提前進行計劃的制訂，保證各項規章制度的建立并有效保障實踐的規范性和實效性。同時，校內實踐基地負責人也會不定期對實踐學生的使用情況和實訓情況進行訪談，獲取實訓中心使用的評價和改進措施，通過及時收集反饋信息，不斷完善和提升實踐效果。

參考文獻：

[1]戴曉燕，劉超.基于BIM技術的建筑工程虛擬仿真實訓中心的建設研究[J].實驗技術與管理，2018，35（12）：237-241.

[2]陳兆瑋，鄧濤，梁棟.虛擬仿真技術在城市軌道交通車輛專業教學中的應用[J].科技創新導報，2018，15（13）：224，226.

[3]鮑敏，鮑婕，喬陽.工業機器人虛擬仿真實訓中心建設研究[J].職業技術，2017，16（8）：121-122.

[4]何世偉，周磊山.交通運輸虛擬仿真實驗教學中心軟件技術[J].系統仿真學報，2016，28（2）：322-328.

[5]黃雄輝.虛擬仿真技術在城市軌道交通工程實訓中的應用[J].交通標準化，2014，42（14）：14-16.