“城市軌道交通通信信號技術”專業課程體系構建

伍學珍，姚開武，陳光會

（廣西水利電力職業技術學院，廣西 南寧 530021）

0 引言

2021年頒布的《國家綜合立體交通網規劃綱要》指出，要實現“全國123出行交通圈”及城市內外交通有效銜接，推動干線鐵路、城際鐵路、市域（郊）鐵路融合建設。“十四五”城市軌道交通預計新增運營5000多km，相應的人才需求規模約19萬，城市軌道交通人才需量大，管理型、技術型、技能型人才比例10%、15%、75%的金字塔比例結構，其中技能型14萬。《南寧城市軌道交通線網規劃（2020-2035）》13條線路，規模約592.6 km，未建364.4 km，站點206座，全國及廣西城市軌道交通人才需要量大。

2016年學院擴大招生，基于廣西水利電力職業技術學院60年以水利、電力為主的工程教育的職教積淀，結合“十三五”十大產業之一“先進軌道交通裝備”，調研中國城市軌道交通協會公布行業17個技能崗位，選擇與自動化技術系統相關的“城市軌道交通通信信號技術”專業，為新建的自動化工程系開枝散葉。專業建設是復雜的系統工程，廣西高等教育滯后于發達地區，作為非鐵道類院校，在沒有上級主管行政資源的支持及校友的就業支撐情況下，自力更生地運用TRIZ創新方法解題第一步，系統組成的要件定義對專業面向的崗位和技術系統進行系統定義，以工程專業教育認證的工程師知識結構（圖1）為專業課程體系進行“架構重組”，運用工業工程方法對專業建設實施步驟進行“流程再造”設計，開展了“城市軌道交通通信信號技術”專業課程體系構建的探索與實踐。

圖1 工程師知識結構（金字塔型）

1 專業建設的“系統定義”

“城市軌道交通通信信號技術”專業的建設是面向企業技能型人才的培養，以深刻洞察企業對技能型人才的需求，解決企業對技能型人才的用人問題，幫助企業提升技能型人才的用人效率，為企業創造價值為目標的核心專業課程體系。表1為中國城市軌道交通協會列出17個技能工種。圖2為調研的城市軌道交通通信信號技術專業畢業生的職業通途。

表1 城市軌道交通技能工種表

圖2 城市軌道交通通信信號技術專業職業通途

TRIZ創新方法理論體系，從宏觀到微觀，形成系統性、完整性、嚴謹性、可行性的解題流程，通過對復雜問題分析，總結出綜合性人文、科技的系統解決方案，解題流程：

（1）將涉及復雜問題所相關要件用結構圖方式列出，并對需解決問題進行功能的系統定義。

（2）對要件之間的相互作用關系用帶箭頭線相連，用波浪箭頭線或帶柵欄的箭頭線，標注作用不足或有害關系。

（3）運用“連問五個為什么”的方式，對要件間標注為作用不足或有害的關系；基于專業理論，經驗知識、邏輯判斷進行因果鏈分析；而每一個為什么是一個解決問題的切入節點。

（4）對有資源解決問題的因果鏈切入節點，定義問題模型，如“物--場模型、技術矛盾模型、物理矛盾、技術進化法則等”。

（5）通過查找TRIZ解決各種“問題模型”對應的工具“40個創新原理、HOW TO模型、金魚法、小人法等”列出不同行業解決相同的“問題模型”的類比解決方案。

運用TRIZ解題流程第一步，對“城市軌道交通通信信號技術”專業建設面向崗位群“信號樓值班員、信號檢修工、通信檢修工、自動售檢票檢修工、車站機電設備檢修工”5個工種的匹配崗位進行“系統定義”，其次，地鐵運營幾十個技術系統相互關聯，互聯協同，技術系統復雜。對“城市軌道交通通信信號技術”專業面向的主要技術系統進行“系統定義”（圖3）。城市軌道交通車地通信信號系統包括基于通信的列車運行控制（Communication Based Train Control，CBTC）（列車自動監督（ATS）、列車控制系統（列車自動防護（ATP）和列車自動駕駛（ATO）），以及地面車站設備系統。

圖3 軌道交通車地通信信號系統框圖

2 專業課程體系的“架構重組”

“城市軌道交通通信信號技術”專業面向信號檢修工、通信檢修工、機電檢修工及（自動售檢票系統）AFC檢修工崗位，從事與軌道交通通信信號技術系統更為寬泛相關的與車站屏蔽門、車載列控相關技術工作。運用TRIZ創新方法重構與真實技術系統邏輯一致的架構，解決目前“學時少、知識多、技術難”，但原理簡扼、通用易學，理實相融”的教學訴求，圖4為軌道交通地面信號通信系統構架，圖5為軌道交通車地列控通信系統架構。源于真實復雜的CBTC系統技術的原理抽取，遵循職業教育的規律的“架構重組”一個與真實技術原理邏輯性一致的系統架構。

3 專業課程體系實施的“流程再造”

3.1 理論課程

基于工業工程以效率和效益為目標的特點，對“城市軌道交通通信信號技術”專業崗位面向主要的車地協同通信信號技術的系統架構，通過“流程再造”梳理的課程體系（表2、表3），構建樹型“城市軌道交通通信信號技術”課程體系的五層設計，由根到葉的知識結構穩定，銜接緊湊，實現通識課作為專業基礎課的工具，專業基礎理論課對專業基礎技術的理論支持和引導，而專業基礎技術課對專業綜合技術課的支撐的目標。具體為：（1）樹根為通識課程；（2）樹主干為專業基礎理論課：電路分析基礎；（3）樹副主干為支持硬件和軟件技術專業理論課程；（4）樹枝為專業基礎技術課程；（5）樹葉為專業綜合技術系統課程。如圖6所示。

圖4 軌道交通地面信號通信系統架構

表2 軌道地面信號、通信系統架構分層及功能

表3 軌道交通車地列控通信系統架構

3.2 實訓課程

高職院校肩負著培養高技術、高技能應用型人才重任。“城市軌道交通通信信號技術”專業技能訓練由點、連線、成面、立體的城市軌道專業技能訓練體系架構，有的放矢對應就業崗位面向技術系統的技能訓練。如圖7所示。

圖5 軌道交通車地列控通信系統架構

圖6 樹形“城軌通號”課程體系及教學實施流程

圖7 軌道交通通信信號技術實訓課程體系

3.3 實訓室建設

“城市軌道交通通信信號技術”專業對應的主要技術系統，基于通信的列車運行控制CBTC系統通過在車-地間進行連續、雙向、大容量的數據傳輸的，完成列車自動監督（ATS）、列車自動防護（ATP）和列車自動駕駛（ATO）等功能[3]。CBTC系統技術原理先進，主要設備可靠性、安全性要求苛刻，系統復雜，技術掌握不易。基于企業對技能需求調研“今天畢業明天能上崗”，結合實際地鐵線路中CBTC系統的具體配置方式，搭建一個和地鐵系統相一致的訓練環境，將CBTC系統的先進技術原理、系統構建方式和維護操作方法的培訓等融入到學生實際技能操作訓練中。基于CBTC城市軌道交通通信信號仿真實訓系統如圖8，與中國鐵路通信信號股份有限公司合作共同開發一套虛-實一體的整合ATO/ATP/ATS，模擬駕駛、ZC/CI/繼電器、主要軌旁設備，模擬仿真完整南寧地鐵1號地鐵線路的信號系統，其中一個車站的軌道旁信號設備真實，當車輛運行到有真實軌旁設備的車站時，給軌道旁設備設置故障時，ATOATP能迅速響應，降速，或停止的功能；軌道交通信號系統建設的二期，增加三臺模擬車輛駕駛器，可仿真列車無人駕駛自動運行，正線行駛的先后三輛列車，實現移動閉塞的運行功能，滿足全自動無人駕駛技術發展對學生知識技能的培訓需求。此外與清華同方共建《軌道交通綜合監控》實訓室，亦教亦訓亦培的真實設備的生產性實訓基地。

圖8 軌道交通通信信號仿真實訓系統

4 結束語

隨著工業4.0加速技術系統復雜化、多樣化及交叉化，對于學時少，又要求高技能的高職專業課程體系構建帶來前所未有的挑戰。文本運用TRIZ創新方法對“軌道交通通信信號技術”專業面向工作崗位及技術系統的范圍進行“系統定義”；基于工程專業教育認證的工程師知識結構，對專業所面向工業4.0的技術系統進行研究、整理、歸納，抽取關鍵技術主線，重構五層“執行機構、驅動系統、程控系統、現場人機交互、通信系統、遠程人機交互”的技術系統邏輯架構。通過對系統各層的知識、技能梳理并設計的“軌道交通通信信號技術”專業課程體系，分為“樹根為通識課程、主樹干為專業基礎理論課程、分副主干為支持硬件和軟件技術專業理論課程、樹枝為專業基礎技術課程、樹葉為專業綜合技術系統課程”的樹型理論課程體系，和由點、連線、成面、立體的技能訓練課程體系，通過“注程再造”優化實施教學流程、降低教學成本，配合“2+0.5+0.5”高職教學模式，適應城市軌道交通企業“一人擔多崗”和“一崗承多能”的新業態的需求。“系統定義”“架構重組”和“流程再造”的高職工程專業課程體系的構建模式，承待不斷地完善與實踐。