基于拼接沙盤的地鐵電話閉塞綜合環(huán)境設(shè)計與教學(xué)組織

[摘? ? ? ? ? ?要]? 地鐵電話閉塞是一種人工保障列車運行的方法，由于設(shè)備等原因限制，其訓(xùn)練難度較高。從傳統(tǒng)地鐵實訓(xùn)設(shè)備的教學(xué)適應(yīng)性和性價比等方面進(jìn)行分析，介紹了一種創(chuàng)新的電話閉塞教學(xué)沙盤以及根據(jù)該設(shè)備延伸的列車模型設(shè)計，從而給出地鐵電話閉塞綜合環(huán)境設(shè)計方案，在此方案的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了高效率、高質(zhì)量的教學(xué)組織過程。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 地鐵;電話閉塞;設(shè)計;教學(xué)

[中圖分類號]? U231+.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）20-0094-02

閉塞是指鐵路和地鐵等軌道運輸中使相互追蹤的前后列車保持安全間隔的方法。正常情況下由信號設(shè)備保障閉塞功能，信號嚴(yán)重故障的情況下，可以采用人工打電話聯(lián)系，做記錄的方式控制列車運行間隔，稱為電話閉塞。電話閉塞在地鐵企業(yè)中非常受重視，但電話閉塞的教學(xué)在地鐵企業(yè)或?qū)W校始終成為難點，其中最重要的原因就是實訓(xùn)條件不適合。本文以一種創(chuàng)新的拼接沙盤為基礎(chǔ)，建立綜合教學(xué)環(huán)境，開展合理的地鐵電話閉塞教學(xué)組織。

一、傳統(tǒng)地鐵運營教學(xué)沙盤存在的主要問題

傳統(tǒng)地鐵實訓(xùn)環(huán)境采用模型軌道和建筑裝飾材料建立的實物地鐵仿真沙盤（圖1），包括沙盤臺面木工建設(shè)、軌道及模擬列車、控制軟件。實體沙盤視覺擬真性好，學(xué)生能輕易理解列車運行、線路走行的全部過程。但在電話閉塞教學(xué)中，傳統(tǒng)實體沙盤的實用性較低，體現(xiàn)在以下幾點。

（一）費用高而訓(xùn)練工位少

地鐵沙盤從30萬至數(shù)百萬不等，最小規(guī)模僅能提供6～10個訓(xùn)練工位，大規(guī)模沙盤最多提供30余個訓(xùn)練工位，難以安排一個班的學(xué)生共同練習(xí)。

（二）占地大而教學(xué)組織困難

傳統(tǒng)沙盤方案占地面積大且工位分散。教師在教學(xué)中實在難以兼顧。

（三）固定設(shè)計的沙盤教學(xué)開發(fā)量少

教學(xué)沙盤建設(shè)前已經(jīng)固定設(shè)計完畢，教學(xué)過程中無法改變站型，能夠模擬的電話閉塞教學(xué)項目較為有限。

二、地鐵電話閉塞教學(xué)的主要需求

地鐵電話閉塞教學(xué)的基本需求是提高作業(yè)擬真度。另一需求是費效比，要求多工位、低成本。具體如下：

（一）要求車控室作業(yè)和站臺作業(yè)相互分離

為節(jié)省空間，車控室和沙盤一般設(shè)置于同一間房間，導(dǎo)致室內(nèi)作業(yè)人員可以看到列車在軌運行，與現(xiàn)場作業(yè)難度相比有較大幅度降低，不利于教學(xué)組織。

（二）多工位低空間需求

電話閉塞需要大量人員反復(fù)訓(xùn)練，因此較小空間內(nèi)容納多工位需求格外重要。

（三）線路站型可變

由于電話閉塞教學(xué)針對不同車站，客觀上要求站型能夠進(jìn)行改變。

（四）成本控制需要

由于工位需求多，單工位成本控制格外重要，利用有限的資金完成更多工位是電話閉塞教學(xué)的基本出發(fā)點。

（五）合乎現(xiàn)實的通訊手段

電話閉塞法組織行車需要車站與車站之間相互聯(lián)系，也需要車控室和站臺相互聯(lián)系。因此，要有合理的通訊手段實現(xiàn)多點聯(lián)系。可行的通訊手段包括電話、撥號電話和對講機。

（六）合乎現(xiàn)實的室內(nèi)監(jiān)控

電話閉塞條件下，信號系統(tǒng)雖然故障，但車站本身的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)CCTV（Closed Circuit Television）監(jiān)控尚屬完好。訓(xùn)練中車控室值班員應(yīng)能通過CCTV加強監(jiān)控。

以上需求客觀上存在矛盾，例如車控室與站臺作業(yè)分離要求、多工位要求等需要更大場地、更大規(guī)模，但在經(jīng)濟約束下，很難為一項實訓(xùn)占用更多教學(xué)資源。我們提出了一種拼接沙盤設(shè)計及相應(yīng)的綜合環(huán)境布置，全面滿足以上需求。

三、拼接式地鐵沙盤設(shè)計

本沙盤方案采用定制尺寸的可移動折疊桌作為沙盤基礎(chǔ)，在桌上用鋁合金軌條拼接車站和線路，多張折疊桌拼成一條線路。

（一）使用折疊桌作為基礎(chǔ)進(jìn)行拼接

為了解決場地占用問題，采取了一種可移動折疊桌作為沙盤基礎(chǔ)，使多塊折疊桌相互拼接形成一整條沙盤。為了拼接成不同的典型站場，容納車站和線路的長度，經(jīng)反復(fù)試驗比較，折疊桌的寬度和長度按800 mm×2000 mm定制。折疊桌使用一種具備滑輪的可折疊會議桌。拼接時產(chǎn)生的高度差使用亞克力薄片墊接。

使用時將折疊桌移至空曠場地，如走廊或操場（見圖2），將多個折疊桌相互拼接即形成一條線路。不使用時將折疊桌回收到庫房，以此節(jié)約寶貴的實訓(xùn)場所面積。可根據(jù)需要在折疊桌上設(shè)置不同站型，以此滿足多種站型的教學(xué)需求。

（二）外側(cè)約束的軌道方案

使用定制的鋁合金軌條，以外側(cè)約束作為軌道，拼接成不同種類的車站。該方案與實際軌道模型在教學(xué)體驗上存在差距。但外側(cè)約束軌條也有好處，既可以為普通電動小車導(dǎo)向，又不需要特定的模型列車。這種沙盤可以由教師和學(xué)生自行安裝拼接，施工成本低，車站形式變動靈活。圖3為一個典型車站的軌條設(shè)計圖和用來對比的單線圖。

（三）沙盤上使用定位標(biāo)志

為了監(jiān)測列車運行位置，模仿地鐵應(yīng)答器，使用IFID射頻卡作為定位標(biāo)志。在預(yù)定位置貼上射頻卡，射頻卡編號和射頻卡位置相互對應(yīng)。

四、模型列車設(shè)計

（一）列車的基本外形設(shè)計

列車的寬度根據(jù)軌道尺寸確定，長度根據(jù)站臺長度和存車線長度確定。高度設(shè)計以能夠容納相應(yīng)的電子元器件為宜。其外形根據(jù)地鐵列車的涂裝，使用AI軟件設(shè)計相關(guān)的矢量圖，使用貼紙打印后裁剪貼齊。（圖4為列車外形及功能）

（二）列車的基本功能

列車的基本功能包括速度控制、方向控制、鳴笛、充電功能。每項功能對應(yīng)有相應(yīng)的按鈕和接口。

速度控制包括一個三位開關(guān)，可以實現(xiàn)高速、中速、低速三種速度調(diào)速，與沙盤距離走行相互對應(yīng)，分別模擬列車以RM模式、URM模式、ATO模式的走行時間。其中高速模式可以作為自動控制模式拓展使用。

方向控制包括一個兩位開關(guān)，能夠更換運行方向，與此同時，列車頭部指示燈根據(jù)方向變化確定向前為白色，向后為紅色燈光。

鳴笛功能按壓鳴笛，松開停止鳴笛，使用一個簡單的蜂鳴器完成。

充電功能使用micro-usb端口，能實現(xiàn)邊充電邊工作。

（三）列車無線通信

列車通過無線數(shù)字模塊與室內(nèi)模塊相互通信，通信距離設(shè)計不低于5 km（空曠距離），在天線設(shè)置合理的情況下，可滿足樓下列車在沙盤上運行，與4～5層樓上室內(nèi)模塊的可靠通信。

五、綜合電話閉塞教學(xué)環(huán)境設(shè)計

（一）電話閉塞模擬監(jiān)控設(shè)計

為了實現(xiàn)室內(nèi)能夠監(jiān)控站臺的模擬，單獨開發(fā)了地鐵站臺閉路電視監(jiān)控（CCTV）模擬軟件，列車觸發(fā)進(jìn)出站射頻卡后，列車控制終端給閉路電視監(jiān)控軟件發(fā)送指令，閉路監(jiān)控系統(tǒng)播放列車進(jìn)入車站的具體場景。

（二）列車控制軟件設(shè)計

具體列車控制原理：列車在沙盤上運行時，列車底部讀卡器讀取列車在沙盤上的射頻卡編號并發(fā)送到室內(nèi)模塊，室內(nèi)模塊將編號發(fā)送給控制終端，控制終端根據(jù)列控需要發(fā)送列車控制信息給沙盤列車，同時發(fā)送列車進(jìn)出站信息給CCTV系統(tǒng)。

（三）電話布置

為了貼合地鐵工作的需要，使用具有群呼電話功能的交換機，使用具有快捷按鈕的電話，使學(xué)生能夠快速撥打?qū)?yīng)崗位電話，實現(xiàn)電話閉塞訓(xùn)練時的正常聯(lián)系。

（四）教學(xué)輔助簿冊

為了實現(xiàn)電話閉塞綜合教學(xué)，還布置了應(yīng)急圖版、地鐵《行車日志》《調(diào)度命令登記簿》《手搖把領(lǐng)取登記簿》等簿冊，準(zhǔn)備了若干路票卡片。

（五）無線電臺

兩端站包括全線無線電臺。其他車站包括室內(nèi)和室外聯(lián)系用電臺。行車調(diào)度員崗位包括全線無線電臺。為列車司機配置全線無線電臺。

頻率方面，每個車站的電臺頻率均不相同，但全線無線電臺頻率一致。

（六）站臺備品

為站臺準(zhǔn)備了手信號旗和手信號燈。

六、電話閉塞沙盤的教學(xué)組織

（一）電話閉塞的教學(xué)崗位設(shè)置

包括多個車站控制室崗位、一個車輛段崗位、一個行車調(diào)度員崗位等，共十個崗位。

（二）解決教學(xué)組織難，實行多階段分層次參與型教學(xué)方案

多階段指將教學(xué)過程分為相互獨立的若干階段，分層次指每個階段教學(xué)的學(xué)生屬于不同層次水平，參與型指教學(xué)過程也是教師自我訓(xùn)練、自我提升的過程。

第一次分層教學(xué)，先從該班級學(xué)生中遴選出一批成績較好的學(xué)生提前指導(dǎo)。如先選取9人作為第一層級，花一至兩天時間集中輔導(dǎo)（一般選雙休日）。

第二次分層教學(xué)指全班統(tǒng)一教學(xué)，將前期學(xué)生分別列入不同分組成為臨時“助教”，由他們對學(xué)生進(jìn)行細(xì)節(jié)指導(dǎo)和錯誤糾正。為了避免臨時“助教”存在的問題，教師不斷進(jìn)行抽檢和具體指導(dǎo)。按教學(xué)經(jīng)驗，一般一條線路按8個車站組織教學(xué)，約需16人一組教學(xué)，一個班級（40余人）分為3組開展教學(xué)。教學(xué)完畢后應(yīng)進(jìn)行一次考試。

第三次分層教學(xué)指第一次考核后遴選優(yōu)秀的學(xué)生組成一組進(jìn)行二次培訓(xùn)，結(jié)合前期存在的問題進(jìn)行具體糾正。

第四次分層教學(xué)是全班統(tǒng)一教學(xué)，由二次培訓(xùn)小組對本班其余學(xué)生進(jìn)行的再次糾正。教師糾錯和示范。教學(xué)完畢后應(yīng)進(jìn)行統(tǒng)一考試。

總體而言，就是少數(shù)學(xué)生強化指導(dǎo)—多數(shù)學(xué)生統(tǒng)一指導(dǎo)—抽樣檢查統(tǒng)一教學(xué)—再對少數(shù)學(xué)生強化指導(dǎo)—再對所有學(xué)生統(tǒng)一指導(dǎo)的過程。

（三）優(yōu)化考核方法

為避免電話閉塞考核不利，采取“崗位抽簽+綜合評分+錄像個人評分”的方法。

崗位抽簽指學(xué)生考核時所在崗位抽簽決定，避免只練習(xí)單一崗位的情況出現(xiàn)。

綜合評分，指教師在考核訓(xùn)練中根據(jù)整體流暢度、安全性、規(guī)范度給出小組綜合評分，該分平均后作為個人分值的一部分。

錄像個人評分指一組考核時，安排其他學(xué)生利用手機進(jìn)行錄像，教師考試后通過逐一觀看錄像，給每個崗位得出一個基本分?jǐn)?shù)。

如果時間允許，還應(yīng)該采取崗位互換的方式，使考核更具合理性。

隨著考核的不斷優(yōu)化，使每位學(xué)生能夠得到較好的學(xué)習(xí)反饋，使其能夠?qū)崿F(xiàn)PDCA循環(huán)教學(xué)。

總之，地鐵電話閉塞教學(xué)既困難，又重要，可采取本文提出的綜合方案加以解決。只有從硬件到軟件多種方案措施多管齊下，方能快速有效地解決地鐵電話閉塞教學(xué)中存在的種種難點。

參考文獻(xiàn)：

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