李立明＊ 鄭凌鶯

（1．上海工程技術(shù)大學(xué)城市軌道交通學(xué)院，上海201620；2．上海工程技術(shù)大學(xué)科研處，上海201620）

0 引言

截至2020年年底，全球已開通運(yùn)營城市軌道交通系統(tǒng)共計(jì)有77個(gè)國家和地區(qū)，總里程超過33 346 km，其中我國內(nèi)地已有上海、北京、廣州等45座城市開通城市軌道交通系統(tǒng)運(yùn)營總程達(dá)7 978.19 km，其中上海以834.20 km運(yùn)營里程居世界第一[1，2]?！笆奈濉逼陂g，軌道交通將繼續(xù)在全國多個(gè)城市迎來發(fā)展機(jī)遇，軌道交通將由出行的公共交通工具，轉(zhuǎn)變成匯聚生活要素、傳播城市文化品牌的服務(wù)載體平臺(tái)。對(duì)軌道交通相關(guān)技術(shù)的掌握與應(yīng)用，將成為引領(lǐng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的新動(dòng)能。而公民的良好科學(xué)素質(zhì)養(yǎng)成與推動(dòng)科技創(chuàng)新與進(jìn)步相輔相成，同時(shí)科學(xué)素質(zhì)也是廣大公民應(yīng)具備的最基本的對(duì)科學(xué)技術(shù)的一種理解能力，公民的科學(xué)素質(zhì)是國際科技進(jìn)步、提高創(chuàng)新能力和國際競(jìng)爭(zhēng)力的重要基石[3-5]。城市軌道交通科普是推動(dòng)城市軌道交通事業(yè)發(fā)展、提高公民良好科學(xué)素質(zhì)的重要手段，是傳播軌道交通科技的重要載體，對(duì)提高公民科學(xué)素質(zhì)、認(rèn)識(shí)城市軌道交通科學(xué)技術(shù)，推進(jìn)經(jīng)濟(jì)、科技與社會(huì)的和諧發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

軌道交通類的科普資源，如圖像掛冊(cè)、動(dòng)畫/漫畫作品、鐵路博物館、科普知識(shí)講座等，雖然類型較多，但數(shù)量少，而其中多數(shù)資源主要是描述鐵路/高鐵的發(fā)展進(jìn)程及相關(guān)安全知識(shí)；綜合類的鐵路博物館有北京鐵道博物館、上海鐵路博物館、沈陽鐵路博物館等，且數(shù)量較少；而城市軌道交通（地鐵）的博物館只有上海地鐵博物館1家，難以滿足社會(huì)公眾對(duì)城市軌道交通科普知識(shí)的需求[6，7]。目前分布于一些高等院校的城市軌道科普基地主要采用基于沙盤模擬展示軌道交通運(yùn)行場(chǎng)景，而軌道交通沙盤存在投入大、占地面積大、維護(hù)工作量大、不易移動(dòng)等缺點(diǎn)，由于價(jià)格高導(dǎo)致參觀者只能觀看“多車行車表演”，注重場(chǎng)景的再現(xiàn)而忽略了軌道交通各子系統(tǒng)的科普功能展示，同時(shí)在科普過程中缺少一種寓教于樂的互動(dòng)式體驗(yàn)。因此亟須開發(fā)一種并有別于傳統(tǒng)固定式軌道交通模擬沙盤，融合了趣味性與功能性的可移動(dòng)式微型軌道交通科普系統(tǒng)?；谠撓到y(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)式軌道交通科普展示，從而突破傳統(tǒng)軌道交通模擬沙盤空間的局限性，實(shí)現(xiàn)科學(xué)性與教育性、綜合性和趣味性的結(jié)合，引導(dǎo)大眾對(duì)軌道交通技術(shù)的理解。

1 城市軌道交通系統(tǒng)簡(jiǎn)介

與傳統(tǒng)鐵路不同，城市軌道交通系統(tǒng)是指服務(wù)于城市客運(yùn)，以軌道運(yùn)輸為主要技術(shù)特征的交通方式，具有運(yùn)量大、速度快、安全準(zhǔn)時(shí)、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)[8]，常被稱為“綠色交通”。城市軌道交通制式結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)多樣性，常見的有地鐵、輕軌、中低速磁浮交通等系統(tǒng)。同時(shí)城市軌道交通又是涉及多專業(yè)、多工種的復(fù)雜系統(tǒng)。為保證安全行車，在集中調(diào)度、統(tǒng)一指揮原則下，土建、車輛、通信、信號(hào)、綜合監(jiān)控、機(jī)電設(shè)備及消防系統(tǒng)多專業(yè)、多工種密切配合工作，進(jìn)行時(shí)效性極強(qiáng)的有序聯(lián)動(dòng)[9]。

在所有系統(tǒng)中信號(hào)系統(tǒng)是關(guān)系到整個(gè)軌道交通運(yùn)營安全的核心，也是與乘客安全關(guān)系最為密切的。本系統(tǒng)以科普軌道交通信號(hào)系統(tǒng)知識(shí)為核心，向公眾普及日常乘車可接觸到的一些比如信號(hào)機(jī)、站臺(tái)信標(biāo)、道岔等軌旁設(shè)備知識(shí)，同時(shí)輻射區(qū)間閉塞（區(qū)間停車）、站臺(tái)對(duì)位停車、折返作業(yè)、線路組成、軌道交通車輛等軌道交通基礎(chǔ)知識(shí)，使越來越多的人了解軌道交通，鼓勵(lì)越來越多的人綠色出行，為“一帶一路”建設(shè)培養(yǎng)人才。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

為實(shí)現(xiàn)科普講解的靈活性、便攜式要求，同時(shí)涵蓋到軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中軌旁關(guān)鍵設(shè)備如信號(hào)機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)、信標(biāo)等，該系統(tǒng)采用國際標(biāo)準(zhǔn)N比例（1:160）模型設(shè)計(jì)軌道交通線路結(jié)構(gòu)，使其具備基本的軌道交通運(yùn)營結(jié)構(gòu)要素，體現(xiàn)信號(hào)機(jī)狀態(tài)變化、道岔定位/反位操作、進(jìn)路排列、調(diào)車作業(yè)、列車折返作業(yè)等多種運(yùn)行工況，具體實(shí)施方案如下：

（1）具有基本的軌道交通運(yùn)行演示功能（可交互式操作），如車庫調(diào)車、正線行車、到站停車等，具有一定的ATC的功能，構(gòu)成軌道交通行車調(diào)度的科普知識(shí)點(diǎn)要素。

（2）線路形式可滿足不同形式的調(diào)車作業(yè)，需包含多種渡線結(jié)構(gòu)元素（如交叉渡線、單渡線等），可滿足站前折返、站后折返作業(yè)，構(gòu)成線路結(jié)構(gòu)的科普知識(shí)點(diǎn)要素。

（3）軌旁設(shè)備結(jié)合線路結(jié)構(gòu)設(shè)置信號(hào)機(jī)、道岔、信標(biāo)等，同時(shí)采用軌道供電，可模擬實(shí)現(xiàn)軌道電路區(qū)間占用、區(qū)間空閑狀態(tài)，信號(hào)機(jī)、道岔與進(jìn)路實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖關(guān)系，根據(jù)操作實(shí)現(xiàn)道岔定反位的操作以及信號(hào)機(jī)（紅燈、綠燈）狀態(tài)的顯示，構(gòu)成軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的科普知識(shí)點(diǎn)要素。

（4）車輛采用國際標(biāo)準(zhǔn)N比例進(jìn)行設(shè)計(jì)，含有車輛轉(zhuǎn)向機(jī)結(jié)構(gòu)、車底通信模擬天線、車頭信號(hào)機(jī)以及車地通信顯示屏等，構(gòu)成車輛系統(tǒng)的科普知識(shí)點(diǎn)要素。

整個(gè)微型軌道交通系統(tǒng)科普展示系統(tǒng)，如圖1所示，包括2個(gè)虛擬站、1條存車線（車庫）、1段轉(zhuǎn)換軌、3組道岔區(qū)域以及多段軌道電路區(qū)域，主要仿真軌旁設(shè)備包括軌道電路、轉(zhuǎn)轍機(jī)、信號(hào)機(jī)、道岔、有源/無源應(yīng)答器信號(hào)設(shè)備，同時(shí)包含一節(jié)含“車載控制器”的列車如圖2所示，整合系統(tǒng)構(gòu)成了一個(gè)微型的多要素的軌道交通系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)線路結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 微型軌道交通科普展示系統(tǒng)及知識(shí)點(diǎn)矩陣

3 軌道電路互動(dòng)式科普體驗(yàn)項(xiàng)目

軌道電路是軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)設(shè)備，其性能直接影響行車安全和運(yùn)輸效率。如圖3所示，軌道電路是以軌道的兩根鋼軌作為導(dǎo)線（導(dǎo)體），在其兩端設(shè)置絕緣節(jié)，同時(shí)各接入發(fā)送端設(shè)備和接收端設(shè)備構(gòu)成的電路。其中發(fā)送端設(shè)備由軌道電源、限流電阻和變壓器等組成；接收端設(shè)備由軌道繼電器、限流電阻和變壓器等組成[10，11]。當(dāng)軌道上無車駛?cè)霑r(shí)，軌道繼電器得電吸起，信號(hào)機(jī)顯示綠色，表示軌道空閑；當(dāng)軌道上有車占用時(shí)，軌道繼電器失電落下，信號(hào)機(jī)顯示紅色，表示軌道占用。

圖3 軌道電路科普知識(shí)點(diǎn)講解示意

利用該科普系統(tǒng)，結(jié)合萬用表，采用互動(dòng)式測(cè)量軌道繼電器的得電、失電電壓。如圖4所示，當(dāng)2BG軌道區(qū)段無車占用時(shí)萬用表顯示電壓為4.94 V，繼電器得電，信號(hào)機(jī)顯示綠色；當(dāng)2BG軌道區(qū)段有車占用時(shí)萬用表顯示電壓為0.086 V，繼電器失電，信號(hào)機(jī)顯示紅色。通過這種互動(dòng)式的科普講解，讓參與者自手動(dòng)手，身臨其境、寓教于樂中達(dá)到了傳播知識(shí)的效果。

圖4 軌道電路原理演示

4 總結(jié)與展望

微型軌道交通科普展示系統(tǒng)，集成了軌道交通技術(shù)的多種元素，集專業(yè)性與科普性為一體，既能體現(xiàn)專業(yè)知識(shí)又能在互動(dòng)式科普講解過程提高觀眾參與度，達(dá)到傳遞知識(shí)的目的。本系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：

（1）將龐大的軌道交通系統(tǒng)微型化（1:160）、可移動(dòng)化，打破了軌道交通系統(tǒng)科普傳播的空間限制，使軌道交通科普傳播變得更加靈活，更加貼近公眾。

（2）將軌道交通專業(yè)知識(shí)直觀化、具體化、形象化、娛樂化，便于公眾接受與理解。

（3）擺脫了以往科普設(shè)備功能演示的定式化，本系統(tǒng)可針對(duì)不同的受眾對(duì)象設(shè)計(jì)不同的科普內(nèi)容，開放出不同的參與度權(quán)限，靈活性更強(qiáng)，觀眾的參與度也更高。