［摘 要］ 現(xiàn)階段鐵道工程建設(shè)面臨各種復(fù)雜環(huán)境，其引發(fā)的工程問題是領(lǐng)域內(nèi)研究重難點(diǎn)所在，而當(dāng)前研究生教學(xué)方式較為落后，不利于創(chuàng)新型專業(yè)人才的培養(yǎng)。為解決上述問題，將鐵道工程和案例庫(kù)聯(lián)系起來，明確了案例庫(kù)教學(xué)的重要意義，分析了現(xiàn)存案例庫(kù)的問題；針對(duì)這些問題，提出了復(fù)雜環(huán)境下鐵道工程案例庫(kù)的建設(shè)思路，以中南大學(xué)鐵道工程專業(yè)為例進(jìn)行案例庫(kù)建設(shè)并分析了其中的案例內(nèi)容，所建庫(kù)中內(nèi)容彌補(bǔ)了早期案例庫(kù)的短板，具有高度綜合性；最后給出了后續(xù)教學(xué)設(shè)計(jì)流程，為全國(guó)鐵道工程專業(yè)教學(xué)提供教學(xué)參考。

［關(guān)鍵詞］ 鐵道工程；復(fù)雜環(huán)境；案例庫(kù)；創(chuàng)新

［基金項(xiàng)目］ 2017年度國(guó)家自然科學(xué)基金“往復(fù)荷載下考慮樁-土界面損傷特性的樁基累積沉降變形研究”（51778633）；2013年度國(guó)家自然科學(xué)基金“循環(huán)動(dòng)載下軟土地區(qū)高速鐵路橋梁樁基承載機(jī)理及承載力研究”（51308552）；2021年度中南大學(xué)研究生教學(xué)案例庫(kù)建設(shè)項(xiàng)目“復(fù)雜環(huán)境鐵道工程建設(shè)與評(píng)估案例庫(kù)”；2023年度中南大學(xué)研究生課程思政建設(shè)（綜合研究類）項(xiàng)目“前沿類課程學(xué)科交叉與思政元素融合研究與實(shí)踐——以‘軌道交通線路工程’為例”

［作者簡(jiǎn)介］ 汪 優(yōu)（1978—），女，湖南湘潭人，博士，中南大學(xué)土木工程學(xué)院副教授，主要從事道路與鐵道工程研究。

［中圖分類號(hào)］ U415.13 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1674-9324（2024）23-0013-04 ［收稿日期］ 2023-07-19

一、建設(shè)背景

21世紀(jì)鐵道工程持續(xù)向前發(fā)展，鐵路運(yùn)營(yíng)里程日益新增，逐步打通了與國(guó)內(nèi)外一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的聯(lián)系［1］。但隨之而來的是工程環(huán)境的復(fù)雜化，險(xiǎn)惡的地質(zhì)條件、極端的自然條件等使得工程相關(guān)問題的研究必須邁上新臺(tái)階［2-3］。因此，在培養(yǎng)鐵道工程專業(yè)碩士研究生過程中，學(xué)校要致力于采用新型的教學(xué)方式，培養(yǎng)新時(shí)代下鐵道工程專業(yè)緊缺的創(chuàng)新型人才［4］。

二、案例庫(kù)教學(xué)

案例庫(kù)作為一種特別的教學(xué)方式，因?yàn)榫哂心康拿鞔_、綜合性強(qiáng)以及實(shí)踐性突出等特點(diǎn)被國(guó)內(nèi)外高校廣泛采用［5-7］。通過對(duì)庫(kù)中案例的多方位學(xué)習(xí)和研究，學(xué)生對(duì)于實(shí)際問題有更清楚的認(rèn)知，有利于后續(xù)專業(yè)問題的解決。

當(dāng)前關(guān)于鐵道工程專業(yè)的教學(xué)大多是基于理論層面的［8-9］，特別是針對(duì)復(fù)雜環(huán)境引發(fā)的工程問題研究，必須結(jié)合真實(shí)復(fù)雜環(huán)境鐵道工程案例進(jìn)行分析講解。因此，針對(duì)現(xiàn)階段相關(guān)復(fù)雜環(huán)境鐵道工程案例庫(kù)的評(píng)估建設(shè)對(duì)于研究生教學(xué)具有重要意義。

三、存在不足與發(fā)展要求

（一）缺乏時(shí)效性

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的提升，鐵路選線和軌道設(shè)計(jì)的理念已經(jīng)轉(zhuǎn)變，這使得工程環(huán)境更加復(fù)雜，而當(dāng)前一些案例庫(kù)采用的案例對(duì)于了解并解決諸多復(fù)雜環(huán)境引發(fā)的工程問題無較多參考價(jià)值［10-11］。

（二）實(shí)用性不高

當(dāng)下教學(xué)培養(yǎng)過程中，針對(duì)復(fù)雜環(huán)境下的相關(guān)問題，既有的教學(xué)案例沒有具體的實(shí)例分析和相關(guān)細(xì)節(jié)、方案的討論安排，造成鐵道工程專業(yè)研究生理論知識(shí)較深，但實(shí)踐能力不足。

（三）表現(xiàn)形式單一

傳統(tǒng)教學(xué)通常采用文字和圖片來進(jìn)行講解，難以表達(dá)鐵路線路結(jié)構(gòu)與復(fù)雜環(huán)境之間的相互作用關(guān)系。案例庫(kù)的建設(shè)能夠有效幫助學(xué)生理解專業(yè)知識(shí)、激發(fā)創(chuàng)新思維進(jìn)而有助于解決復(fù)雜問題。

四、案例庫(kù)建設(shè)——以中南大學(xué)鐵道工程專業(yè)為例

（一）建設(shè)背景與條件保障

鐵道工程專業(yè)一直以來都是中南大學(xué)土木工程學(xué)院研究生培養(yǎng)的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)方向［12］。自1956年開始，中南大學(xué)在鐵路專業(yè)領(lǐng)域取得了令人矚目的成績(jī)，研發(fā)技術(shù)也在各鐵路項(xiàng)目得到了推廣應(yīng)用，為復(fù)雜環(huán)境鐵道工程案例庫(kù)的建設(shè)奠定了良好的基礎(chǔ)。

（二）復(fù)雜環(huán)境鐵道工程案例庫(kù)建設(shè)思路與目標(biāo)

為彌補(bǔ)現(xiàn)有鐵道工程專業(yè)短板，提高專業(yè)教育效率，最大限度調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維，提出如圖1所示的復(fù)雜環(huán)境案例庫(kù)建設(shè)思路。

1.確定案例內(nèi)容。通過閱讀文獻(xiàn)、與行業(yè)內(nèi)專家溝通交流等了解研究重難點(diǎn)，和相關(guān)企業(yè)交流溝通，對(duì)推薦的經(jīng)典案例實(shí)地查看，多方聯(lián)合確定可以納入案例庫(kù)的工程實(shí)例。

2.案例分解。教學(xué)老師根據(jù)各自研究領(lǐng)域確定案例重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容，編制相應(yīng)的案例正文和使用說明書。為確保教學(xué)效果，根據(jù)案例內(nèi)容分解設(shè)計(jì)案例教學(xué)目標(biāo)和進(jìn)度，明確每一階段要掌握的知識(shí)和要實(shí)現(xiàn)的教學(xué)目標(biāo)。

3.投入使用。組織教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的教師團(tuán)隊(duì)審查每個(gè)案例教學(xué)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)針對(duì)工程資料的利用率、教學(xué)設(shè)計(jì)可操作性和教學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)程度展開審查，通過后方可投入使用。

（三）案例庫(kù)內(nèi)容

通過專家建議和校企溝通等方式最終確定復(fù)雜環(huán)境鐵道工程專業(yè)案例庫(kù)中主要包含十個(gè)研究方向的典型案例。

1.采取多元化的表現(xiàn)形式。城市軌道交通樞紐智能化建設(shè)理念及應(yīng)用案例，以長(zhǎng)沙南站智能化應(yīng)用為例，提出將基于信息服務(wù)平臺(tái)的智能化手段應(yīng)用于城市軌道交通樞紐（見圖2），引導(dǎo)學(xué)生理解互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)支撐的新型交通規(guī)劃建設(shè)問題。

山區(qū)鐵路數(shù)字智能選線技術(shù)案例（見圖2），依托川藏鐵路選線設(shè)計(jì)及方案比選，引出山區(qū)鐵路選線的難點(diǎn)和對(duì)策解析，結(jié)合三維可視化的形式讓學(xué)生形象直觀地認(rèn)知鐵路選線設(shè)計(jì)的地理環(huán)境、空間線位、結(jié)構(gòu)物布設(shè)及線路方案等。

上述兩個(gè)案例可以采用視頻操作及三維可視化等多種學(xué)習(xí)形式進(jìn)行教學(xué)，通過多元化的表現(xiàn)方式加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于智能化樞紐與數(shù)字選線的認(rèn)識(shí)，大大豐富了案例庫(kù)教學(xué)的表現(xiàn)形式。

2.普及實(shí)用性。如圖3所示，綠色選線與減振降噪控制案例依托贛深高速鐵路項(xiàng)目，結(jié)合聲屏障等實(shí)際噪聲處理手段讓學(xué)生直觀地認(rèn)知綠色鐵路設(shè)計(jì)的線路選擇、噪聲預(yù)測(cè)及噪聲處理等內(nèi)容；軌道不平順特征、評(píng)估及控制案例依托京滬高速鐵路，利用時(shí)域統(tǒng)計(jì)、頻域功率譜和時(shí)頻分析等方法對(duì)高速鐵路無砟軌道平順性狀態(tài)進(jìn)行分析，評(píng)判不良區(qū)段，識(shí)別超限病害；高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施智能監(jiān)測(cè)案例，依托多條已運(yùn)營(yíng)高速鐵路項(xiàng)目，提出圖像識(shí)別和機(jī)器學(xué)習(xí)算法應(yīng)用于軌道結(jié)構(gòu)檢測(cè)，引導(dǎo)學(xué)生深入理解高速鐵路智能監(jiān)測(cè)和信息提取的關(guān)鍵問題。上述三個(gè)案例主要針對(duì)現(xiàn)有案例庫(kù)實(shí)用性不強(qiáng)的特點(diǎn)，通過對(duì)當(dāng)前鐵道工程面臨的實(shí)際問題，可以鼓勵(lì)學(xué)生采用簡(jiǎn)單的算法編程等手段進(jìn)行實(shí)際學(xué)習(xí)，并與實(shí)際工程做對(duì)比，引導(dǎo)學(xué)生深入了解原理和分析原因。

3.貼合熱點(diǎn)問題。車線橋耦合動(dòng)力分析案例，依托川藏鐵路軌道橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題，針對(duì)山區(qū)鐵路車輛—軌道—橋梁動(dòng)力相互作用問題，應(yīng)用數(shù)值模擬的方法來研究山區(qū)鐵路行車條件下軌道及橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，引導(dǎo)學(xué)生理解車線橋耦合動(dòng)力學(xué)的基本理論和研究方法。

極端條件軌道結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)案例，依托贛州贛江特大橋，針對(duì)大跨度橋上鋪設(shè)無砟軌道可能出現(xiàn)的曲率過大、軌道維修困難等問題，開展無砟軌道耐久性分析。引導(dǎo)學(xué)生理解無砟軌道結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)、運(yùn)維方法，結(jié)合工程實(shí)例，鍛煉學(xué)生的實(shí)踐與數(shù)值分析能力。

寒區(qū)無砟軌道結(jié)構(gòu)典型病害及其影響評(píng)價(jià)案例，依托哈大鐵路，通過介紹寒區(qū)運(yùn)營(yíng)鐵路出現(xiàn)的病害問題，引出寒區(qū)鐵路運(yùn)營(yíng)的難點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果、試驗(yàn)測(cè)試與數(shù)值分析，引導(dǎo)學(xué)生理解軌道結(jié)構(gòu)耐久性的基礎(chǔ)理論，掌握影響寒區(qū)軌道結(jié)構(gòu)耐久性的關(guān)鍵問題。

路基變形條件下軌道結(jié)構(gòu)安全性評(píng)估案例，依托武廣、京滬等高速鐵路路基段，研究路基任意變形條件下，高速板式無砟軌道結(jié)構(gòu)的靜態(tài)協(xié)同幾何映射問題?；谲囕v—軌道—路基耦合技術(shù)，開展軌道結(jié)構(gòu)變形分析，引導(dǎo)學(xué)生深入理解軌道幾何形位等基本概念。

高速鐵路無砟軌道形變及穩(wěn)定性評(píng)估案例，依托京滬高鐵高溫季節(jié)發(fā)生大范圍軌道板上拱病害，采用撓曲變形方程，建立長(zhǎng)鋼軌失穩(wěn)分析模型和軌道板上拱變形力學(xué)模型，使學(xué)生明晰軌道板上拱和鋼軌碎彎形成與發(fā)展機(jī)理，從而掌握相關(guān)參數(shù)的合理取值及影響規(guī)律。

上述案例庫(kù)包含的十個(gè)案例并非僅針對(duì)一個(gè)薄弱點(diǎn)進(jìn)行提高，以山區(qū)鐵路數(shù)字智能選線為例，其明顯的特征是學(xué)生可以利用三維可視化的手段充分感受選線所經(jīng)過的復(fù)雜地段特征，同時(shí)聚焦于當(dāng)前選線設(shè)計(jì)技術(shù)智能化水平不高的特點(diǎn)，旨在推動(dòng)復(fù)雜山區(qū)智能化選線，最后，學(xué)生在老師引導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)部分地段選線設(shè)計(jì)，提高了案例的可操作性。因此，案例內(nèi)容綜合性強(qiáng)，對(duì)比之前案例庫(kù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了綜合性設(shè)計(jì)。

綜上，所設(shè)計(jì)的案例內(nèi)容依托工程實(shí)例，針對(duì)復(fù)雜環(huán)境下鐵道工程專業(yè)細(xì)分方向的重難點(diǎn)問題開展教學(xué)，通過由淺入深的設(shè)計(jì)讓學(xué)生對(duì)相應(yīng)的概念有基本的了解，對(duì)相應(yīng)的機(jī)理有更加專業(yè)的認(rèn)識(shí)，對(duì)于培養(yǎng)新時(shí)代鐵道工程研究生具有指導(dǎo)意義。

（四）案例庫(kù)教學(xué)設(shè)計(jì)

針對(duì)上述案例庫(kù)建設(shè)，進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué)設(shè)計(jì)。教學(xué)過程中秉持基本宗旨，注重學(xué)生創(chuàng)新能力的提升。前期階段按照碩士研究生階段適用的學(xué)習(xí)方式進(jìn)行引入，啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考，并鼓勵(lì)有能力、有興趣的同學(xué)進(jìn)一步針對(duì)案例內(nèi)容進(jìn)行更深層次的學(xué)習(xí)研究，培養(yǎng)有創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力的新時(shí)代鐵道工程建設(shè)人才。

后續(xù)通過教學(xué)反饋及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并修正，并確保案例庫(kù)時(shí)效性，做到定時(shí)更新。其次針對(duì)案例庫(kù)適用對(duì)象，要拓寬案例適用范圍，可考慮納入本科生教學(xué)。最后針對(duì)案例庫(kù)推廣，與國(guó)內(nèi)外相關(guān)專業(yè)學(xué)校進(jìn)行交流，打造可供相關(guān)領(lǐng)域?qū)W生學(xué)習(xí)的重要基礎(chǔ)素材庫(kù)。

結(jié)語

本文依據(jù)鐵道工程專業(yè)性質(zhì)，分析當(dāng)前階段實(shí)際工程中面臨的復(fù)雜環(huán)境下的各種工程問題與教學(xué)存在脫鉤問題，亟須開展復(fù)雜環(huán)境鐵道工程案例庫(kù)建設(shè)。以中南大學(xué)鐵道工程碩士研究生案例庫(kù)建設(shè)為例，提出了復(fù)雜環(huán)境鐵道工程專業(yè)案例庫(kù)建設(shè)思路，展示了庫(kù)中10個(gè)案例內(nèi)容，彌補(bǔ)了之前案例庫(kù)的不足，最后進(jìn)行了相應(yīng)案例的教學(xué)設(shè)計(jì)流程分析，以期為全國(guó)鐵道工程專業(yè)乃至土木工程、交通運(yùn)輸工程學(xué)生提供學(xué)習(xí)素材。

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Construction and Practice of Railway Engineering Case Base in Complex Environment： Case Library Construction for Master’s Degree in Railway Engineering

WANG You， MA Yue

（School of Civil Engineering， Central South University， Changsha， Hunan 410075， China）

Abstract： At the present stage， railway engineering construction is facing various complex environments， and the engineering problems caused by them are the major research difficulties in the field， while the current teaching methods of graduate students are relatively backward， which is not conducive to the cultivation of innovative professionals. In order to solve the above problems， the railway engineering and the case library are linked， the importance of case library teaching is clarified， and the problems of the existing case library are analyzed; in view of these problems， the construction idea of the railway engineering case library under the complex environment is put forward， and the construction of the case library is carried out with the railway engineering specialty of Central South University as an example， and the case content is analyzed， and the content of the library built makes up for the shortcomings of the early case library， and has a high degree of comprehensiveness; finally， the follow-up teaching design is given; in the end， the follow-up teaching design is given. Finally， a follow-up teaching design process is given to provide teaching reference for the teaching of railway engineering majors in China.

Key words： railway engineering; complex environment; case library; innovation