科学实验的道理范文第1篇

【关键词】:设计性实验　创新能力　科学道德

物理实验是高等理工科院校对大学生进行科学实验基本训练的第一门必修基础课，是对学生进行科学训练的开端。为了适应培养面向21世纪高素质人才的需要，培养学生学习的主动性、创造性、信息获取的能力、实验动手能力、以及综合运用所学知识的科学素养，近几年我们对物理实验课程的教学进行了一系列的改革，其中之一就是在物理实验教学中开设了设计性实验。教学实践证明，设计性实验是培养学生创新意识和创新能力的有效模式。不过在培养创新能力的同时，也应重视对学生进行科学道德教育。

一、设计性实验的实施

对设计性实验，我们采用的教学方式有两种:

(1)由教师提供实验题目，提出实验内容和要求，提供可选择的仪器，给出实验提示和参考书，给出问题讨论。学生则根据实验题目的任务和要求，利用课余时间，查找和阅读有关参考资料，研究和推论有关物理过程和实验原理，设计实验方案，拟定实验步骤，然后在规定的时间内，独立进行实验，测量并获取实验数据，得出实验结果，写出实验报力匕

(2)由教师提供较多的实验选题，学生可任选一个或学生自选题目，利用课余时间以小论文形式完成设计性报告交给任课教师，由教师进行评判，不要求实验过程。

教学实践证明，设计性实验是培养学生创新意识和创新能力的有效模式。设计性实验给学生提供了发挥自己创造能力的机会，大部分同学热情很高，兴趣浓厚。通过查找资料，设计实验参数，选定实验仪器，调试实验装置，测量实验数据，进行数据处理，分析实验结果等一系列的工作，使他们学到了良好的工作方法及严谨的工作态度，为今后进行毕业设计和将来从事实际工作打下良好的基础。设计性实验也培养了学生信息获取的能力，学生为了完成设计论文，纷纷利用电脑上网，查阅与课题有关的科技发展动态和信息，论文的完成也使他们感受到成功的喜悦和自我价值的实现，树立了科技创新的信心。

二、设计性实验教学过程中要重视科学道德的教育

科学实验的道理范文第2篇

论文摘要:介绍了物理实验教学过程中设计性实验的实施，指出在培养创新能力的同时，也应重视对学生的科学道德教育。

    物理实验是高等理工科院校对大学生进行科学实验基本训练的第一门必修基础课，是对学生进行科学训练的开端。为了适应培养面向21世纪高素质人才的需要，培养学生学习的主动性、创造性、信息获取的能力、实验动手能力、以及综合运用所学知识的科学素养，近几年我们对物理实验课程的教学进行了一系列的改革，其中之一就是在物理实验教学中开设了设计性实验。教学实践证明，设计性实验是培养学生创新意识和创新能力的有效模式。不过在培养创新能力的同时，也应重视对学生进行科学道德教育。

一、设计性实验的实施

    对设计性实验，我们采用的教学方式有两种:

    (1)由教师提供实验题目，提出实验内容和要求，提供可选择的仪器，给出实验提示和参考书，给出问题讨论。学生则根据实验题目的任务和要求，利用课余时间，查找和阅读有关参考资料，研究和推论有关物理过程和实验原理，设计实验方案，拟定实验步骤，然后在规定的时间内，独立进行实验，测量并获取实验数据，得出实验结果，写出实验报力匕

    (2)由教师提供较多的实验选题，学生可任选一个或学生自选题目，利用课余时间以小论文形式完成设计性报告交给任课教师，由教师进行评判，不要求实验过程。

    教学实践证明，设计性实验是培养学生创新意识和创新能力的有效模式。设计性实验给学生提供了发挥自己创造能力的机会，大部分同学热情很高，兴趣浓厚。通过查找资料，设计实验参数，选定实验仪器，调试实验装置，测量实验数据，进行数据处理，分析实验结果等一系列的工作，使他们学到了良好的工作方法及严谨的工作态度，为今后进行毕业设计和将来从事实际工作打下良好的基础。设计性实验也培养了学生信息获取的能力，学生为了完成设计论文，纷纷利用电脑上网，查阅与课题有关的科技发展动态和信息，论文的完成也使他们感受到成功的喜悦和自我价值的实现，树立了科技创新的信心。

二、设计性实验教学过程中要重视科学道德的教育

科学实验的道理范文第3篇

关键词：道路工程；应用型人才；课堂教学；实践教学

中图分类号：G6420 文献标志码：A 文章编号：1005-2909（2013）02-0032-04

所谓工程能力，其内涵包括创新能力、实践能力、研究能力、自学能力、管理能力、沟通能力、团队能力、经济能力和道德能力[1]。

中国高等工程教育的规模目前位居世界第一。截至2010年，开设工科专业的本科高校有1 003所，占本科高校总数的90%。高等工程教育本科在校生约371万人，研究生约47万人[2]。培养的大批工程技术人才在一大批举世瞩目的重大工程中发挥了核心作用。但是，作为全球制造业大国，中国很多企业却经常面临工程师短缺的窘境。道路工程领域更是如此。由于公路路网的大规模建设，截至2010年，中国公路总里程已达370万公里，其中高速公路总里程6.5万公里，居世界第二位[3]。在“十二五”末，中国高速公路通车总里程预计将达到10.8万公里，通车总里程将超过500万公里。大规模的公路建设与养护，亟需一大批可以胜任的现代工程师。可见，建立道路工程应用型人才工程能力培养体系，是交通行业对高等院校输送道路工程应用型人才的必然要求。

纵观国际工程教育现状与发展趋势，结合长沙理工大学道路工程“铺路石”精神的特色，道路工程综合应用型人才培养目标定位为适应新世纪经济建设和社会发展需要，培养具有良好自然科学素养，掌握道路工程专业基本理论、专业知识和实践技能，主要从事道路等相关专业领域的规划、设计、施工、管理等工作，具有创新精神和实践能力的应用型高级工程技术人才和管理人才。

一、工程能力培养体系构建

课题组经过长期研究与实践，在道路工程专业构建了以课堂教学为基石、实践教学环节和第二课堂为双翼的综合应用型人才工程能力培养体系（图1）。

贯彻工程教育先进理念，在课堂教学中，通过优化课程设置、采用工程案例教学、重视科研促进教学全面培养学生的工程能力。

“实验、实习、设计”是提高学生工程实践能力的“三驾马车”，在项目研究与实践过程中，将实验分为课堂实验、独立开课实验和研究探索实验，实习分为认识实习、

课程实习和专业实习，设计分为课程设计、毕业设计和专题设计。

在实验实践教学环节，选择与道路工程领域联系密切的项目进行课堂实验，学生通过在实验室勤学苦练，提高其分析和解决工程实际问题的能力。在此基础上，通过增加实验仪器、实验用房面积、运行经费等，为独立开设实验课程创造条件。目前，道路专业独立开设实验课程的主要有土木工程材料实验（16学时）、测量学实验（16学时）、路基路面实验检测技术（32学时）。在课堂实验和独立开设实验课程的基础上，针对工程实际问题，开展探索、研究性实验，进一步提高学生对工程技术的理解和运用能力。

实习环节共计15.5周，其中认识实习1周，课程实习包括工程地质实习（1周）、测量实习（2周）、桥涵水文实习（0.5周）、道路勘测设计实习（2周）共计5.5周，道路工程专业实习为9周。通过“三阶段”实习教学，学生工程实践能力逐步提高。

课程设计共9周，包括道路勘测设计课程设计（1周）、公路工程经济评价与决策分析课程设计（1周）、基础工程课程设计（1周）、路基路面工程课程设计（1周）、边坡工程课程设计（1周）、民用建筑课程设计（1周）、桥梁工程课程设计（1周）、隧道工程课程设计（1周）、施工组织与概预算课程设计（1周）。道路工程毕业设计共14周，全面训练学生综合运用专业知识分析、解决工程实际问题的能力。围绕某一道路工程具体科学问题开展专题设计和研究（1周），进一步提高学生的工程应用能力。

开设了丰富多彩的第二课堂，以训练其工程能力，共160学时。通过举办专业培训（如测量工培训、建材试验工培训、计算机等级证培训、英语等级证培训等）、技能竞赛（测绘技能大赛、建材试验技能大赛、地质知识竞赛、读图制图竞赛、结构模型竞赛等），深化学生对工程问题的理解，促使学生掌握现代道路工程相关技术和理论。在此基础上，通过大学生创新实训基地开展科技立项、创新实验活动，进一步巩固、提升学生对工程技术问题的理解和认识。不仅如此，鼓励学生参与教师科研项目，参与“长沙理工大公路工程试验检测中心”“华罡设计研究院”等校办企业和部门的社会服务活动，促使学生在实践中

检验将所掌握的工程技术知识和技能，提升工程能力。

二、聚焦工程能力培养

重新修订道路工程方向本科生培养计划，针对理论教学、实验教学、实习、课程设计、毕业设计、第二课堂等环节，强化对工程能力的培养。

多年来，长沙理工大学道路工程专业聚焦工程能力培养，在师资队伍建设、工程能力平台建设等方面均取得了快速发展。2007年，一般本科院校土木大类高素质应用型人才培养模式创新实验区获得

“教育部、财政部部级人才培养模式创新实验区”称号，并在道路工程等专业率先启动。2011年，道路工程专业成为长沙理工大学首批获得教育部“卓越工程师培养计划”资格的专业之一，为培养卓越工程师创造了良好条件。

三、打造工程能力基石

根据麻省理工大学（MIT）的研究，高等工程教育发展经历了工程经验、工程科学、工程实践三个螺旋式上升阶段[4]。最初的工程教育主要以机械还原论为指导思想，主要凭借经验；第2个阶段是引导工程向科学发展，促使工程科学化；目前高等工程教育正处于第3个发展阶段，这个阶段认为除了科学之外，工程实践与实验是发展新技术的温床，是培育合格工程师的摇篮。根据国际高等工程教育的发展趋势，针对中国道路工程毕业生工程能力训练不足的弊端，结合长沙理工大学道路工程的优势与特色，对道路工程教学体系从课程设置、工程案例教学、科研辅助教学等方面进行了调整和优化。

（一）优化课程设置

课题组通过问卷调查、座谈会、走访用人单位等方式，发现以往课程设置过于强调基础课的作用，专业基础课、专业课学时明显不足，导致学生工程意识薄弱。课题组向学院和学校相关部门提交了研究成果和建议，对课程设置进行了调整，强调了专业基础课、基础课在课程体系中的作用，调整后的专业基础课、专业课所占学时约为87.8%，

避免了以往“专业训练不足”造成的尴尬。2006年，道路专业开设的重要专业基础课程测量学获得“省级精品课程”建设资格；2009年，重要专业基础课程土木工程材料获得“校级精品课程”建设资格；2009年，核心专业课程路基路面工程获得“部级精品课程”建设资格；2010年核心专业基础课程工程经济与管理获得“省级精品课程”建设资格。

（二）密切联系工程实际进行教学

对传统理论课程的教学模式进行深入研究和探索，在理论教学中引入大量工程案例。如在讲授公路工程养护技术课时，大量引用主持和参与过的工程案例进行教学，将抽象的理论具体化、可视化，受到学生高度评价。在讲解建筑材料时，常常使用承担过的工程实际案例进行教学，取得了显著成效，受到学生好评。

（三）注重科研促进教学

将交通行业最新科研成果与先进技术及时引进课堂，及时更新教学内容，通过讲授新理论、新方法、新技术、新材料、新工艺和新设备，开阔学生视野。保留课程的知识结构与基本理论，删除陈旧过时和重复的教学内容，拓宽主干课程的专业知识面，突出应用、实践和创新，本着知识点集中、连贯的原则，有效整合关联课程内容。如：在建筑材料与路基路面工程知识模块教学中，通过模块化教学首先剔除两门课程之间的重复内容；然后，将建筑材料和路基路面工程的理论与实践教学相结合，运用案例教学使其融合成一个整体；最后，通过建筑材料实验，公路工程试验检测技术实习、路基路面实习、课程设计以及毕业设计等环节的训练，进一步巩固和深化所学理论知识，提高知识的运用能力和水平。

四、工程能力培养可持续发展的保障措施与条件

为保障道路工程专业综合应用型人才工程能力培养实现可持续发展，学校在师资队伍建设、平台与实验室建设、实习基地建设以及经费投入等方面制定了相应计划与政策。

（一）师资队伍

要培养学生的工程能力，教师自身的工程素质尤为重要。交通运输工程学院优先安排具有工程施工、工程监理、工程设计、工程管理、工程造价等经验的教师承担道路工程方向学生的教学工作。鼓励相关教师通过继续教育、学院内部培训等方式，取得试验检测工程师、结构工程师、岩土工程师、造价工程师等相关资格。为了培养工程型教师，对担任道路工程专业课、专业基础课理论教学和实践教学任务的教师，要求具有工程实践、科技服务、科学研究、实践教学方面的经验，上课前至少进行1年以上的相关技能培训。这些举措对建设一支工程素质过硬、掌握现代工程教育技术的教师队伍发挥了良好的带动作用。

（二）平台与实验室建设

经过多年研究与实践，打造了五大校内实践教学平台，建成了一个部级土木工程教学实验中心、两个基础课湖南省示范实验室，初步构建了以校内实践教学平台为基础，以校外实习基地为重要补充，以道路相关企业为终端的全过程、全方位实践教学体系。

实践教学平台是组织和实施全过程实践教学的关键。以实验课程、课程实习为内核，以课外科技活动、课外创新实验项目为载体，以学科竞赛为表达舞台，初步建成了基础类实践教学平台、专业基础类实践教学平台、专业类实践教学平台、网络虚拟类实践教学平台和创新型实践教学平台等五大实践教学平台。

基础类课程教学内容较为抽象，教学效果欠佳。通过建设基础类实践教学平台，如通过定期举办读图制图大赛、计算机技术大赛等学科竞赛，深化学生对

公共基础课的认识，也使得长沙理工大学道路工程专业保持了“强基础”这一优势。

专业基础类实践教学平台主要依托一个“土木工程部级实验教学中心”和两个“湖南省普通基础课示范实验室”（测量实验室、建材实验室）。通过举办测绘技能大赛（已连续举办9届）、建筑材料试验技能大赛（已连续举办6届）、工程地质大赛等省级、校级学科技能竞赛，使学生的动手能力得到大大增强。用人单位普遍反映长沙理工大学道路工程专业毕业生具有较好的测绘技能和试验技能，同时也表明专业基础类实践教学平台在培养人才专业基础方面已基本发挥了作用。

网络虚拟实践教学平台包括虚拟实验模块、虚拟实习模块、虚拟课程设计模块、虚拟毕业设计模块。虚拟实验模块涵盖力学实验、建筑材料实验、结构实验、岩土实验、路基路面实验。

创新型实践教学平台以交通运输工程学院“大学生创新实训基地”为依托，学校下拨专项建设经费5万元，购置了多媒体投影设备、电脑、办公座椅、会议桌等，学院下拨专项经费20余万元，购置了相关工程技能培训软件和系统（分为6大模块），基本实现了实验时间开放、内容开放、仪器设备开放。学生依托基础类、专业基础类、专业类实践教学平台的训练，其“工程硬能力”得到显著提升。在此基础上，通过网络虚拟类实践教学平台和创新型实践教学平台的培训，其“工程软能力”也得到了良好训练。

（三）校外实习基地建设

加强了对原有17个校外实习基地的建设力度，新增“湖南云中沥青有限责任公司”“常德海赛沥青经营有限公司”“湖南省湘潭公路桥梁建设有限责任公司”等14个校外实习基地。工程实践过程中利用校外实习基地，将社会实践活动与工程实践结合，学生通过到重大工程项目进行综合性专业实习（路基路面、桥梁工程、隧道工程、施工管理等）或见习，进一步加强实践锻炼。通过不同项目的工程技术特色训练实现了专业人才的特色培养和专长培养。

五、结语

第一，道路工程是长沙理工大学的优势学科，项目的研究与实践，旨在进一步强化学生的工程能力培养。团队在建设过程中与时俱进、不断探索，构建了以工程能力为灵魂的“课堂教学―实践教学―第二课堂”三位一体的道路工程综合应用型人才工程能力培养体系。

第二，通过优化培养计划，聚焦工程能力培养，打造道路工程应用型人才核心竞争力。优化课程设置，建立了“三层次”“四模块”道路工程课程群。

第三，注重教师队伍的工程素质锻炼与提高，要求青年教师上课之前先过工程实践关、实验技能关、技术服务关、科学研究关。道路工程教学团队90%以上具有工程设计、工程施工、工程监理、工程管理、工程造价等方面的实际经验，70%以上持有相应资格证书。

第四，建成了“土木工程部级教学实验中心”“测量实验室”和“建材实验室”省级基础课示范实验室，打造了校内5大实践教学平台与31个校外实习基地，道路工程专业学生的工程实践能力显著提升。

参考文献：

[1]吴鸣，熊光晶.基于工程能力培养的桥梁工程教学改革探索与实践[J].长沙铁道学院学报：社会科学版，2010，11（1）：109-113.

[2]宋佩维.卓越工程师创新能力培养的思路与途径[J].中国电力教育，2011（07）：25-27.

[3]李九苏，曹勇，唐勇斌.水泥混凝土路面多功能快速修补材料试验研究[J].混凝土，2012（08）：137-139.

[4]秦志强.论工程教育的科学主导与工程回归[J].高等工程教育研究，2005（05）：87-90.

Research and practice of engineering capability training system of road engineering specialty

LI Jiusu， DAI Lingchun

（School of Traffic and Transportation， Changsha University of Science & Technology， Changsha 410004， P. R. China）

Abstract：

科学实验的道理范文第4篇

【关键词】示范中心；道路建筑材料；实验教学

目前在高等学校课程教学中，实验教学是重要的组成部分。对工科专业而言，实验更是科学研究与探索的重要手段，也是学生掌握知识和基本技能的重要环节。实验教学模式在引导学生科学思维、培养综合分析问题和解决问题的能力、培养学生创新精神与实践能力方面有着重要的作用。

1 构建科学合理的实验教学体系

以培养复合型、研究型、创新型的人才为目标，增加提高型实验（综合性、设计性、应用性等）、研究创新型实验的比例。实验教学采取分层次、分阶段、循序渐进的模式，由浅入深、由简单到综合、课内外结合，并通过开放式实验教学，鼓励学生自主立项，充分调动学生学习的积极性和主动性，培养科学的方法和严谨的态度。在实验教学体系上，分成四个层次，基础理论实验、综合性实验、设计性实验和开放性实验，以道路建筑材料为例。

1.1 基础理论实验。

基础理论实验使学生对道路建筑材料的基础性质和理论有比较深入的理解，并使学生逐步了解道路建筑材料的实验技能。道路建筑材料的基础理论实验教学主要包括集料、水泥、水泥混凝土、沥青、沥青混合料等材料应知应会原理性实验。

1.2 综合性实验。

综合型实验以提升综合能力为目标，以课程设计和创新实验为主，根据不同的专业，通过课程设计或创新实践课程，对学生进行更加深入的培养和训练。采用老师命题，学生自由组合的小组选课模式，相互配合完成设计题目。

1.3 设计性实验。

设计性实验是与实际工程应用相结合、给定设计要求，主要由学生独立完成的设计课题，培养学生独立分析问题和解决问题的能力，培养学生创新精神与实践能力。

1.4 开放性实验。

开放性实验是教师及时将学科的最新科研成果经过浓缩提炼转化到实验教学中而开设的项目。这样不但使科研与教学密切结合，将前沿科学、新技术及时传授给学生。还使学生将他们学到的基础知识用于解决理论和实际问题的重要实践，这是对学生科研培训的一个重要环节。这类实验项目一般与毕业设计、学生科技活动、创新实践及科研相关。

2 实验教学方法与手段

2.1 分层次组织实验教学。

在实验教学改革中，以学生为主体，从广度、深度及实际解决问题的角度进行实验教学改革，加强多学科之间的交叉，突出改革的整体性、综合性和实践运用，完善整个实验课程教学体系，整合原来分散的、与理论课对应的实验课，分层次组织实验教学。依次划分为基础实验层次、系统实验层次和综合实验层次。通过不同层次上锻炼其理论和实践结合的能力，挖掘其创新潜能，达到知识积累和实践技能综合运用的升华，为学生独立开展科研立项和课外科技活动打好基础，体现实验教学内容的外延和社会价值。

2.2 以综合性、设计性实验为重点。

从课程实验教学的具体操作中，推进以综合性、设计性实验教学为重点的实验教学改革。综合性实验是指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程知识的实验。设计性实验是指给定实验目的要求和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现的实验。按照教育部“普通高等学校本科教学工作水平评估方案”中A级指标的标准，有综合性、设计性实验的课程应占有实验课程总数的80%以上，我们离这一要求还有一定距离。针对这一情况，我们要集思广益，明确综合性、设计性实验的内涵，开阔思路，启发思维，最大限度地利用实验室所具备的实验设备及技术条件，通过对实验课程内容的调整与整合，开发新的实验内容，提高综合性、设计性实验在实验教学中所占的比例，使有综合性、设计性实验的实验课程比例达到教育部本科教学水平评估优秀标准。

2.3 实验内容设计体现多学科优势。

在实验内容的设计上，要充分利用长安大学多学科优势，实现不同专业、不同学科间的交叉渗透和辐射作用，根据国家经济建设、社会发展对综合性人才的需要，跨学科、跨专业的交叉学科形成新的学科增长点。将实验室建设和实验内容改革纳入学科体系的建设中，打破原有专业界限，寻找不同学科实验室的融合点和生长点，促进教学、科研人员的强强联合或横向联合，重新整合实验教学内容，并注重教师科研成果向实验教学内容的转化。适应时展要求，体现实验教学内容的现代化、信息化、综合化，在教学上取得最佳的规模和效益。

3 大力加强实验教学队伍的培养

实验教学队伍是高等学校的一支重要力量，实验中心人员的思想素质、业务水平、工作效率等都直接影响着实验教学的质量、科学研究的进程、实验设备的使用效益以及实验室建设和管理的水平。建设一支结构、层次、数量合理、相对稳定的实验队伍是发挥实验室功能、提高实验室效益的关键。针对长安大学材料科学与工程学院成立时间短，道路建筑材料系人员少的特点，近年来引进具有博士学位的相关专业的博士毕业研究生、博士后出站人员若干名，组成一支学历结构、职称结构合理的实验教学队伍。建设实验教学与理论教学队伍互通，教学、科研、技术兼容，核心骨干相对稳定，结构合理的实验教学团队。建立实验教学队伍知识、技术不断更新的科学有效的培养培训制度。

4 完善实验教学管理体系，建立以人为本的服务理念

4.1 健全实验中心管理制度。

为保证实验中心正常运行，保障仪器设备高效运行，实验中心建立了完备的管理制度。包括：以会议、计划、登记统计、考核评定、档案整理和奖惩等实验教学管理制度；以聘用上岗、学习培训、工作量定量考评实验队伍建设制度；以岗位责任、请示报告、考勤管理、资源信息网络化、实验室开发运行和实验教学质量评估为主要内容的中心管理制度；以设备管理、安全卫生和革新开发为主要内容的仪器设备管理制度。

4.2 建立分室责任管理制度。

实验中心每个实验分室都配有一名专职实验技术人员负责，并制定有分室管理条例和实验人员岗位责任制，学生实验守则和实验教师守则。针对不同类型的实验室制定不同规章制度，保证教学规范进行。

4.3 仪器维护管理制度。

制定仪器维护管理量化指标，确保仪器设备完好率在九成以上。各实验室设备均执行编组定位管理，由分室负责仪器使用情况登记，做到每日检查、每周维护、每月校验、每学期大检修，发现问题及时予以修理，使之随时保持完好可用的技术状态。展望经过几年的建设，实验教学中心的建设取得了明显的效果。但中心的建设是一项长期的工作，实验教学的改革仍需不断完善，急需解决的问题很多。这就需要中心所有成员的长期努力，借鉴部级实验教学示范中心的先进经验，结合学校与学院实际，继续加强、落实综合性、设计性、开放性实验的教学内容和层次；加强实践教学环境建设与高效运行管理机制建设，改进教学手段和教学方法，实行切实有效的开放式实验教学；加强实验教学队伍建设和实验室管理，不断提高实验教学水平，培养学生的实践和创新能力，保证中心的可持续发展，培养复合型、研究型、创新型人才。

参考文献：

[1]田耀刚,王太山,郭万江,高莉宁,李炜光. 道路建筑材料实验教学示范中心建设的实践[J]. 民营科技,2010,(3).

科学实验的道理范文第5篇

铁道 科学 研究院环行铁道试验基地始建于1958年,试验线全长约15.6km,由1条环形线中间加2条弦构成。近半个世纪以来,环行铁道试验基地为 中国 铁路事业的发展做出了巨大的贡献。为适应我国铁路跨越式发展和满足城市轨道交通快速发展的要求,按照建设轨道交通综合试验系统的发展思路,积极引进、消化、吸收发达国家铁路及轨道交通系统的先进、成熟、 经济 、适用和可靠的技术和装备,改扩建现有的环行铁道试验线及其试验设施,使之成为面向全国铁路和城市轨道交通的公共试验平台和部级实验室的重要组成部分,已是当务之急。

1 发展目标

在铁道科学研究院环行铁道试验基地的基础上,建设具备综合试验能力的轨道交通综合试验系统,为轨道交通国家实验室提供高质量的试验平台,服务于铁路和城市轨道交通系统技术和装备的试验。新构建的轨道交通综合试验系统应具有模拟现场工况进行系统联调试验的功能;具备对复杂的列车性能进行系统性试验和对试验结果集中进行分析处理的能力。轨道交通综合试验系统构成如图1所示。

2 轨道交通综合试验系统的设计原则

为保证轨道交通试验的顺利进行,轨道交通综合试验系统的设计应该遵循以下3原则。

1)系统性:轨道交通是一个庞大的复杂系统,涉及多学科多领域。因此,从科学、环保、资源利用最大化等各方面综合考虑,在铁道科学研究院环行铁道试验基地的基础上构建的轨道交通综合试验系统必须能够基本满足开展线路、桥涵、机车车辆、通信信号、牵引供电、运输物流等各专业系统化科学试验的需要,使试验基地具备系统试验和综合分析的能力。

2)通用性:设计中要考虑大铁路与城轨的兼容,各种试验装备、设施应具有很强的通用性和共享性,争取以最少的投资实现尽可能多的试验功能。

3)可靠性:试验系统在规定的条件和时间内无功能故障运行的能力,称之为系统的可靠性。从广义上讲,系统发生故障后的复原能力也属于可靠性范畴。衡量系统可靠性的定量指标主要有平均无故障时间、可靠度(系统正常工作的概率)等。要保证轨道交通综合试验系统的安全可靠,还要加强试验基地的检测能力和维修手段,这样试验系统才能象生命机体那样自动监测故障,自动克服故障,自我修复故障。

3 轨道交通综合试验系统方案

3.1 试验线方案

目前 ,铁道科学研究院环行铁道试验基地试验线路的试验能力严重不足,试验计划已排至3年以后。因此,为适应铁路和城市轨道交通的快速发展,结合铁道科学研究院环行铁道试验基地的实际,研究提出以铁道科学研究院环行铁道试验基地为基础,建设内环试验线、高速试验线和外环试验线的轨道交通综合试验系统试验线方案[1],从而可以进行大铁路和城轨列车的型式试验、耐久性试验、现场适应性试验和高速试验,使铁道科学研究院环行铁道试验基地成为国际一流的铁路试验基地。

3.1.1 内环试验线方案

如图2所示,将内环试验线建于铁道科学研究院环行铁道试验基地既有大环试验线内侧,与大环试验线并行,线间距约5m。同时,南半环利用既有城轨试验线,与北半环封闭成环状,即在内环复线直线部分两端分别采用高架式立交和下沉式立交,跨越既有东西R-1000曲线段与北半环相连,试验线全长可达8.6km,主要用于城市轻轨试验。

内环试验线方案的主要优点是:①该方案使内环试验线与大环试验线分离,各成环路;城轨车辆试验与大铁路试验互不 影响 ,可以同时进行大铁路试验和城轨试验。②无需征地,该方案建设 内容 都在环行铁道地界范围内,项目实施不受外界影响。 如图3所示,以既有京承线通县西站为起点,经张辛、顺义、牛栏山、高各庄、庙城至怀柔终结,全长约50km。该高速综合试验线全部利用既有京承线,按试验最高速度350km·h-1改造。进行高速试验之前,先在铁道科学研究院环行铁道试验基地内完成对高速试验列车的调试和整备。

3.1.3 外环试验线方案

如图4所示,完全由运营中的铁路构成,利用环形铁道周围的3条铁路(京包线、沙通线、京承线),由环行铁道出来,经星火、昌平、怀柔、顺义、通州西、双桥,回到星火站,构成120km长的外环试验线。这条试验线利用了铁道 科学 研究 院环行铁道试验基地周围铁路线路的富余能力,组成具有反向曲线、桥梁等能体现实际运营线路状况的外环试验线,为在运营线路进行铁路设施常规运用考核提供试验条件。

3.2 数据通信 网络 及信息中心方案

建设轨道 交通 综合试验数据通信网和信息中心,可以提高试验系统的综合试验能力,为试验提供可靠的测试用电和通信信息传输通道,改变 目前 每次试验都要重复铺设缆线的现状,同时解决试验设施容易被盗和安全技防的 问题 ;将各试验子系统连接成一个整体,完成试验数据的采集、数据处理、信息存储、信息沟通的功能。

3.2.1 通信系统

采用无线通信和有线通信2种方式。有线通信采用在铁道科学研究院环行铁道试验线和环行铁道试验基地办公区铺设光缆的方式,通过光缆将信息中心与各试验子系统连接起来,完成试验数据的采集和信息交换。无线通信采用公共网GSM和铁路专用网GSM-R。公共网利用环行铁道试验基地既有的蜂窝通信系统,主要用于车载试验和远程地面试验的遥测遥控;铁路专用网GSM-R主要为列车的通信信号和列车控制(ATP,CTC)服务。在环行铁道试验基地设3个无线基站,覆盖全部试验线路,实现模拟现场的无线列控环境,使得试验列车的自动运行控制既可以通过轨道电路实现,也可通过无线列控实现。轨道交通综合试验系统的通信系统结构如图5所示。

3.2.2 信息中心

信息中心配设安全监控系统、数据 分析 系统和专家系统,并配置相应的数据库。根据采集到的试验数据,信息中心能够对试验列车的安全进行监督和控制,并对试验结果进行分析和评估;根据分析和评估结果,通过专家系统对厂家的产品设计提出修改意见和建议。

3.3 轨道交通国家实验室

轨道交通国家实验室包括机车车辆实验室、通信信号实验室、工务工程实验室和运输物流实验室,与环行铁道试验线共同构成轨道交通综合试验系统的试验平台,将产、学、研有机地结合起来,在 理论 研究、技术开发和运用之间架起桥梁。试验平台将仿真技术、铁路综合数字移动通信技术、射频技术、 计算 机网络技术、激光检测技术、轨旁检测装备等融入轨道交通综合试验系统中[2],为轨道交通装备 现代 化提供试验和研究条件。

3.3.1 机车车辆实验室

对标准规定的试验项目和研究性试验项目,完整、系统地开展机车车辆型式试验和耐久性试验。多年来在铁道科学研究院环行铁道试验基地进行的许多试验和检测工作都是围绕试验车展开的,利用试验车完成对机车车辆的测试和轨道状态的测试。由于受车载条件的限制,应加强地面检测能力,使车载设备与地面联网,形成车对地、地对车的综合检测系统。完善道旁检测设备[3],确保机车车辆试验的安全和试验数据的全面、有效;加强试验列车的网络通信功能,将采集到的车载试验数据传输到地面信息中心进行处理。

3.3.2 通信信号实验室

主要开展通信信号系统的验收试验、综合试验。通信信号系统的验收试验主要对通信信号系统的功能进行测试,包括各子系统接口功能测试、通信网络试验和信号地面设备试验。信号系统的综合试验主要对ATS,ATP,ATO,CTC系统进行综合试验,确定列车的运行安全防护和运行模式、车载列车控制装置的性能、列车停车精度和信号系统的可靠性,保证车辆与信号系统的接口功能完好和可靠。通信系统的综合试验主要包括列车传输网、专用电话、列车广播电视、数据无线传输等项目的试验,确保车辆与通信系统间接口功能的完好和可靠。

3.3.3 工务工程实验室

构建包括路基、桥梁、隧道、轨道以及轨道部件等工务设施的工程实验平台,依托轨道交通工务工程技术和综合检测设备,开展各类工务设施的特征及其破坏机理、基础设施的建设与养护等关键技术的研究和试验。

3.3.4 运输物流实验室[4]

物流学科是涉及系统论、运筹学、 经济 学、管 理学 、信息论、控制论的综合性学科[5]。铁道科学研究院环形铁道试验基地有与大铁路网连接的铁路专用线和集装箱办理站,具有建设物流系统试验室得天独厚的优势。利用物流系统实验室,与铁路运输生产紧密结合,开展物流模型、物资调运规划、 电子 商务与物流、物流自动化、 企业 物流管理及第3方物流等方面的研究。

充分利用铁道科学研究院环行铁道试验基地现有的振动试验台、冲击试验线、空旷的试验场地,开展运输包装、货物装载加固和危险品运输的研究和试验,并对从事特种货物运输的从业人员开展实车的现场模拟培训。另外,根据危险品运输包装检验标准以及对超限货物运输的要求,对各运输企业提出的铁路运输方案和专用设备开展实物检验和认证工作。

4 结束语

随着铁路和城市轨道交通的飞速 发展 ,迫切需要规划和建设轨道交通综合试验系统,创建国际一流的轨道交通综合试验系统,开展创新性、基础性、前瞻性的科学技术研究和试验。这是一项复杂的系统工程,概括起来须从线路建设、网络建设、基础设施建设和测试检验手段建设4个方面进行研究和规划,以满足今天铁路跨越式发展的需求。

参考 文献 (CARS.UrbanRailwayTransportationComprehensiveTestBaseProjectSuggestion[R].BEijing:CARS,2006.inChinese)[3]GarciaG.UpdateonLaser-BasedUltrasonicTechnologyforRail-FlawDetection[J].RailwayTrackandStruc-tures,2005(6):16-17.

[4]约翰逊.现代物流学[M].北京: 社会 科学文献出版社,2003.

(JohnsonCJ.ContemporaryLogistics[M].BEIjing:SSDPH,2003.inChinese)

[5]苗东升.系统科学原理[M].北京: 中国 人民大学出版社,1990. (MIAODongsheng.SystematicScientific The ory[M].Beijing:ChinaRenminUniversityPress,1990.inChi-nese)(DIAOBoren,ZHOUXingwu,ZHENGRuiwu,etal.TheFirstHighSpeedTestLoopTrackinChina[J].ChinaRailwayScience,2000,21(1):116-126.inChinese)