基于拼接沙盘的地铁电话闭塞综合环境设计与教学组织

[摘           要]  地铁电话闭塞是一种人工保障列车运行的方法，由于设备等原因限制，其训练难度较高。从传统地铁实训设备的教学适应性和性价比等方面进行分析，介绍了一种创新的电话闭塞教学沙盘以及根据该设备延伸的列车模型设计，从而给出地铁电话闭塞综合环境设计方案，在此方案的基础上实现了高效率、高质量的教学组织过程。

[关    鍵   词]  地铁;电话闭塞;设计;教学

[中图分类号]  U231+.7                   [文献标志码]  A                      [文章编号]  2096-0603（2019）20-0094-02

闭塞是指铁路和地铁等轨道运输中使相互追踪的前后列车保持安全间隔的方法。正常情况下由信号设备保障闭塞功能，信号严重故障的情况下，可以采用人工打电话联系，做记录的方式控制列车运行间隔，称为电话闭塞。电话闭塞在地铁企业中非常受重视，但电话闭塞的教学在地铁企业或学校始终成为难点，其中最重要的原因就是实训条件不适合。本文以一种创新的拼接沙盘为基础，建立综合教学环境，开展合理的地铁电话闭塞教学组织。

一、传统地铁运营教学沙盘存在的主要问题

传统地铁实训环境采用模型轨道和建筑装饰材料建立的实物地铁仿真沙盘（图1），包括沙盘台面木工建设、轨道及模拟列车、控制软件。实体沙盘视觉拟真性好，学生能轻易理解列车运行、线路走行的全部过程。但在电话闭塞教学中，传统实体沙盘的实用性较低，体现在以下几点。

（一）费用高而训练工位少

地铁沙盘从30万至数百万不等，最小规模仅能提供6～10个训练工位，大规模沙盘最多提供30余个训练工位，难以安排一个班的学生共同练习。

（二）占地大而教学组织困难

传统沙盘方案占地面积大且工位分散。教师在教学中实在难以兼顾。

（三）固定设计的沙盘教学开发量少

教学沙盘建设前已经固定设计完毕，教学过程中无法改变站型，能够模拟的电话闭塞教学项目较为有限。

二、地铁电话闭塞教学的主要需求

地铁电话闭塞教学的基本需求是提高作业拟真度。另一需求是费效比，要求多工位、低成本。具体如下：

（一）要求车控室作业和站台作业相互分离

为节省空间，车控室和沙盘一般设置于同一间房间，导致室内作业人员可以看到列车在轨运行，与现场作业难度相比有较大幅度降低，不利于教学组织。

（二）多工位低空间需求

电话闭塞需要大量人员反复训练，因此较小空间内容纳多工位需求格外重要。

（三）线路站型可变

由于电话闭塞教学针对不同车站，客观上要求站型能够进行改变。

（四）成本控制需要

由于工位需求多，单工位成本控制格外重要，利用有限的资金完成更多工位是电话闭塞教学的基本出发点。

（五）合乎现实的通讯手段

电话闭塞法组织行车需要车站与车站之间相互联系，也需要车控室和站台相互联系。因此，要有合理的通讯手段实现多点联系。可行的通讯手段包括电话、拨号电话和对讲机。

（六）合乎现实的室内监控

电话闭塞条件下，信号系统虽然故障，但车站本身的闭路电视监控系统CCTV（Closed Circuit Television）监控尚属完好。训练中车控室值班员应能通过CCTV加强监控。

以上需求客观上存在矛盾，例如车控室与站台作业分离要求、多工位要求等需要更大场地、更大规模，但在经济约束下，很难为一项实训占用更多教学资源。我们提出了一种拼接沙盘设计及相应的综合环境布置，全面满足以上需求。

三、拼接式地铁沙盘设计

本沙盘方案采用定制尺寸的可移动折叠桌作为沙盘基础，在桌上用铝合金轨条拼接车站和线路，多张折叠桌拼成一条线路。

（一）使用折叠桌作为基础进行拼接

为了解决场地占用问题，采取了一种可移动折叠桌作为沙盘基础，使多块折叠桌相互拼接形成一整条沙盘。为了拼接成不同的典型站场，容纳车站和线路的长度，经反复试验比较，折叠桌的宽度和长度按800 mm×2000 mm定制。折叠桌使用一种具备滑轮的可折叠会议桌。拼接时产生的高度差使用亚克力薄片垫接。

使用时将折叠桌移至空旷场地，如走廊或操场（见图2），将多个折叠桌相互拼接即形成一条线路。不使用时将折叠桌回收到库房，以此节约宝贵的实训场所面积。可根据需要在折叠桌上设置不同站型，以此满足多种站型的教学需求。

（二）外侧约束的轨道方案

使用定制的铝合金轨条，以外侧约束作为轨道，拼接成不同种类的车站。该方案与实际轨道模型在教学体验上存在差距。但外侧约束轨条也有好处，既可以为普通电动小车导向，又不需要特定的模型列车。这种沙盘可以由教师和学生自行安装拼接，施工成本低，车站形式变动灵活。图3为一个典型车站的轨条设计图和用来对比的单线图。

（三）沙盘上使用定位标志

为了监测列车运行位置，模仿地铁应答器，使用IFID射频卡作为定位标志。在预定位置贴上射频卡，射频卡编号和射频卡位置相互对应。

四、模型列车设计

（一）列车的基本外形设计

列车的宽度根据轨道尺寸确定，长度根据站台长度和存车线长度确定。高度设计以能够容纳相应的电子元器件为宜。其外形根据地铁列车的涂装，使用AI软件设计相关的矢量图，使用贴纸打印后裁剪贴齐。（图4为列车外形及功能）

（二）列车的基本功能

列车的基本功能包括速度控制、方向控制、鸣笛、充电功能。每项功能對应有相应的按钮和接口。

速度控制包括一个三位开关，可以实现高速、中速、低速三种速度调速，与沙盘距离走行相互对应，分别模拟列车以RM模式、URM模式、ATO模式的走行时间。其中高速模式可以作为自动控制模式拓展使用。

方向控制包括一个两位开关，能够更换运行方向，与此同时，列车头部指示灯根据方向变化确定向前为白色，向后为红色灯光。

鸣笛功能按压鸣笛，松开停止鸣笛，使用一个简单的蜂鸣器完成。

充电功能使用micro-usb端口，能实现边充电边工作。

（三）列车无线通信

列车通过无线数字模块与室内模块相互通信，通信距离设计不低于5 km（空旷距离），在天线设置合理的情况下，可满足楼下列车在沙盘上运行，与4～5层楼上室内模块的可靠通信。

五、综合电话闭塞教学环境设计

（一）电话闭塞模拟监控设计

为了实现室内能够监控站台的模拟，单独开发了地铁站台闭路电视监控（CCTV）模拟软件，列车触发进出站射频卡后，列车控制终端给闭路电视监控软件发送指令，闭路监控系统播放列车进入车站的具体场景。

（二）列车控制软件设计

具体列车控制原理：列车在沙盘上运行时，列车底部读卡器读取列车在沙盘上的射频卡编号并发送到室内模块，室内模块将编号发送给控制终端，控制终端根据列控需要发送列车控制信息给沙盘列车，同时发送列车进出站信息给CCTV系统。

（三）电话布置

为了贴合地铁工作的需要，使用具有群呼电话功能的交换机，使用具有快捷按钮的电话，使学生能够快速拨打对应岗位电话，实现电话闭塞训练时的正常联系。

（四）教学辅助簿册

为了实现电话闭塞综合教学，还布置了应急图版、地铁《行车日志》《调度命令登记簿》《手摇把领取登记簿》等簿册，准备了若干路票卡片。

（五）无线电台

两端站包括全线无线电台。其他车站包括室内和室外联系用电台。行车调度员岗位包括全线无线电台。为列车司机配置全线无线电台。

频率方面，每个车站的电台频率均不相同，但全线无线电台频率一致。

（六）站台备品

为站台准备了手信号旗和手信号灯。

六、电话闭塞沙盘的教学组织

（一）电话闭塞的教学岗位设置

包括多个车站控制室岗位、一个车辆段岗位、一个行车调度员岗位等，共十个岗位。

（二）解决教学组织难，实行多阶段分层次参与型教学方案

多阶段指将教学过程分为相互独立的若干阶段，分层次指每个阶段教学的学生属于不同层次水平，参与型指教学过程也是教师自我训练、自我提升的过程。

第一次分层教学，先从该班级学生中遴选出一批成绩较好的学生提前指导。如先选取9人作为第一层级，花一至两天时间集中辅导（一般选双休日）。

第二次分层教学指全班统一教学，将前期学生分别列入不同分组成为临时“助教”，由他们对学生进行细节指导和错误纠正。为了避免临时“助教”存在的问题，教师不断进行抽检和具体指导。按教学经验，一般一条线路按8个车站组织教学，约需16人一组教学，一个班级（40余人）分为3组开展教学。教学完毕后应进行一次考试。

第三次分层教学指第一次考核后遴选优秀的学生组成一组进行二次培训，结合前期存在的问题进行具体纠正。

第四次分层教学是全班统一教学，由二次培训小组对本班其余学生进行的再次纠正。教师纠错和示范。教学完毕后应进行统一考试。

总体而言，就是少数学生强化指导—多数学生统一指导—抽样检查统一教学—再对少数学生强化指导—再对所有学生统一指导的过程。

（三）优化考核方法

为避免电话闭塞考核不利，采取“岗位抽签+综合评分+录像个人评分”的方法。

岗位抽签指学生考核时所在岗位抽签决定，避免只练习单一岗位的情况出现。

综合评分，指教师在考核训练中根据整体流畅度、安全性、规范度给出小组综合评分，该分平均后作为个人分值的一部分。

录像个人评分指一组考核时，安排其他学生利用手机进行录像，教师考试后通过逐一观看录像，给每个岗位得出一个基本分数。

如果时间允许，还应该采取岗位互换的方式，使考核更具合理性。

随着考核的不断优化，使每位学生能够得到较好的学习反馈，使其能够实现PDCA循环教学。

总之，地铁电话闭塞教学既困难，又重要，可采取本文提出的综合方案加以解决。只有从硬件到软件多种方案措施多管齐下，方能快速有效地解决地铁电话闭塞教学中存在的种种难点。

参考文献：

[1]李宇辉.电话闭塞法在地铁行车组织中的应用[J].现代城市轨道交通，2010（2）.

[2]叶伟勇.地铁信号故障时三种电话闭塞间隔模式的适用性分析[J].城市轨道交通研究，2016，19（11）：99-102.