城市轨道交通虚拟仿真实训中心建设研究与实践
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[摘 要] 城市轨道交通相关专业在实训教学中普遍存在实训设备不足、利用率不高、缺乏系统联动等问题，由于真实城市轨道交通设备造价昂贵，很多城市轨道交通专业无力建设相关实训室，虚拟仿真技术的出现可以很好地解决这些问题。通过分析建设城市轨道交通虚拟仿真实训中心的意义，提出了城市轨道交通虚拟仿真实训中心应建设的主要内容，探索虚拟仿真实践教学模式和虚拟仿真实训中心的运行保障机制，为相关院校建设虚拟仿真实训中心提供参考。
[关 键 词] 城市轨道交通;虚拟仿真;实训中心
[中图分类号] G717 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2019）20-0090-02
一、城市轨道交通虚拟仿真实训中心建设的意义
近年来，为满足全国轨道交通快速发展对轨道交通人才的需求，开设城市轨道交通专业的学校不断增加。而各校现有的城市轨道交通相关专业实训教学存在诸多问题，普遍存在设备容易老化、日常实训教学组织困难、技术更新慢等问题;有些学校实训室建设缺乏系统，存在重复建设;实训项目设计缺乏企业岗位工作流程的深度融合，校内实训基地的规划和建设无法与现场有效对接。
近年来，由于信息技术的快速发展与国家教育部门的大力提倡，虚拟仿真实训在高职教育中开始得到广泛的应用，成为实训教学重要的组成部分。虚拟仿真教学技术以提高学生的技能水平为核心，具有多感知性、沉浸性、交互性、构想性等特点[1]。这些特点有益于教师的实训教学和学生专业核心技能的训练，为解决职业教育面临的实训难、实习难和就业难等问题开辟了一条新思路。由于城市轨道交通专业群实训所需要的真实设备造价昂贵、实物设备不适合多人次、高频率的反复操作，无法体现岗位工作流程和具体工艺。因此，引入虚拟仿真技术可以很好地解决上述问题。
二、城市轨道交通虚拟仿真实训中心建设的主要内容
虚拟仿真实训中心应面向城市轨道交通专业群，结合实训项目开展需求，有步骤、有计划地进行实训软件的购置和集成，实现虚实结合，以广东交通职业技术学院虚拟仿真实训中心为例，目前主要设备和软件有广州地铁5号线信号虚拟仿真实训系统、3D虚拟仿真多角色演练系统、行车流程仿真系统、AFC虚拟仿真实训系统、三维车辆结构可拆解仿真系统及模拟驾驶等常用的实训软件设备。
实训中心还建设了虚实结合的行车值班员实训系统，该实训系统能够模拟现场设备，由车站控制室、道岔和屏蔽门实训设备构成，把地铁车站控制室、室外轨道等现场实操的场景搬到实训室中，再现地铁工作场景，使教学贴近现场实际。该实训系统把行车调度员、值班站长、行车值班员、站务员融合到一起，实现任务启动、系统联动，达到模拟现场实操联动的教学效果。
三、虚拟仿真实践教学模式研究
（一）建立以学生为中心的建设理念
实训系统和仿真软件的建设应从城市轨道交通专业群的角度出发，兼顾不同专业和不同课程之间的实训需求。兼顾设备硬件的可扩展性，防止设备性能限制实训设备的应用，在软件更新方面预留空间，特别是新的实训项目开发，可以实现实时更新[2-3]。
以行车调度实训系统为例，该软件仿真了地铁主流使用的真实信号系统，西门子、卡斯科的信号系统，该虚拟实训系统兼容了广州地铁5号线、南京地铁2号线、宁波地铁1号线的地铁运行线路图，其中广州地铁5号线线路制作了3D场景的电子沙盘，可以实现模拟实景的操作、监控。以三维电子沙盘作为行车组织的整体展示，OCC仿真实训系统则根据电子沙盘上列车行进的动态，在ATS与LOW相应系统中进行实时显示。电子沙盘系统采用三维建模与计算机仿真技术，为城轨运营专业的实训构建出列车运行的虚拟环境，高度仿真行车组织相关的场景，电子沙盘三维场景通过LED大屏幕设备的显示，具有强烈的视觉冲击和逼真的展示效果，能有效提升行车组织实训课程的真实感和沉浸性。
（二）依托虚拟仿真设备开发实训专题
城市轨道交通类专业无法购买地铁大型设备，更无法复制地铁实际场景，相比而言城市轨道交通发展时间相对较短，通过虚拟仿真设备可以实现跨越式发展，解决高成本、高消耗、危险环境及大型综合演练等问题。
以地铁车辆3D拆解为例，由于地铁列车价格昂贵（整列车高达5000万），且需要配合的供电、线路等条件复杂且高危，高校根本无法购买列车投入实训。然而，车辆构造是车辆检修、车辆驾驶岗位所必需的实训设备，通过虚拟仿真实训设备可以解决以上问题。车辆构造3D拆装，学生自主操作，实现车辆各部件的拆解和安装，也可以组织测试，根据操作的准确性和快速性得到测试的分数。除了日常教学、整周实训外，教师已经组织第二课堂竞赛活动两项。
四、城市轨道交通虚拟仿真实训中心的运行保障措施
（一）积极创新，推进校企协同，稳定开放运行
以我校虚拟仿真实训中心为例，在建设中一直秉承“联系企业、跟隨发展”的办学理念，也即依托地铁订单班的培养模式，结合广州地铁、深圳地铁、佛山地铁、东莞地铁、深港地铁等珠三角地区多家轨道交通集团的招聘选拔、人才培养等各方面的要求进行积极的探索，推动实训中心建设体制创新并将校企协同真正落到实处。
在实训资源建设方面，本实训中心一直紧跟行业、企业发展趋势，开发和引进各类型虚拟仿真实训资源。同时，在实训内容的设置上，贴近企业现场应用实际，尽可能还原实践场景。在部分电子资源的建设中，依托各轨道交通公司线路、车辆段等为背景进行微缩资源的建设和应用，从而实现实训中心教学过程的企业场景真实化、实训项目常态化、模式化。 我校虚拟仿真实训中心面向本专业学生和教师开放，按照课程教学安排，可实现小班精细化教学，可以提供多主体共同参与的教育途径，通过构建“线上—线下”的师生互动模式，丰富实践教学的形式，深化理论及实践教学内容，增强学生对实践环节的获得感[4]。
（二）资源建设针对性强，自主研发力度大
针对城市轨道交通运营管理生产系统的复杂性，作业过程多环节、跨区域、不可逆等特点，本校专业课程老师结合现场岗位作业标准、从能学辅教的角度出发，提出相关虚拟仿真资源和系统的开发需求，通过与企业合作，共同开发实训系统和虚拟仿真资源，增强了资源建设的针对性，大幅提高了利用率。
（三）建立健全管理机制，岗位职责明晰
作为城市轨道交通专业群的重要实训基地，我校虚拟仿真实训中心建立健全了一整套实训室管理办法和机制。出台了校内实训中心负责人工作职责、学生行为规范等一系列制度，在健全制度的基础上，同时也明确了师资团队的工作职责[5]。为了有效监控学生的实践效果，实践结束后由各班教师对所在班级实践的学生进行文字评语或分数评价。
在实训中心的使用上也需提前做好使用计划。按照每学期理论课程和实训课程安排，明确实践教学的内容、时间、人数等，提前进行计划的制订，保证各项规章制度的建立并有效保障实践的规范性和实效性。同时，校内实践基地负责人也会不定期对实践学生的使用情况和实训情况进行访谈，获取实训中心使用的评价和改进措施，通过及时收集反馈信息，不断完善和提升实践效果。
参考文献：
[1]戴晓燕，刘超.基于BIM技术的建筑工程虚拟仿真实训中心的建设研究[J].实验技术与管理，2018，35（12）：237-241.
[2]陳兆玮，邓涛，梁栋.虚拟仿真技术在城市轨道交通车辆专业教学中的应用[J].科技创新导报，2018，15（13）：224，226.
[3]鲍敏，鲍婕，乔阳.工业机器人虚拟仿真实训中心建设研究[J].职业技术，2017，16（8）：121-122.
[4]何世伟，周磊山.交通运输虚拟仿真实验教学中心软件技术[J].系统仿真学报，2016，28（2）：322-328.
[5]黄雄辉.虚拟仿真技术在城市轨道交通工程实训中的应用[J].交通标准化，2014，42（14）：14-16.
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