高速铁路安全工作信息化、数字化、智能化是现代铁路安全的重点研究方向。传统的动车组故障应急处置方案从设计到演练与验证主要存在三个方面的不足:一是缺乏方案演练与验证环境;二是方案演练与验证成本较高;三是方案演练与验证中反复操作设备,减少设备使用寿命,存在安全隐患。虚拟仿真技术凭借经济性和安全性的特点在现代铁路安全运维领域信息化、数字化、智能化中有着广泛应用场景。由于动车组故障应急处置方案流程间存在操作顺序的强耦合关系,常用的虚拟仿真技术难以快速构建复杂操作流程,稳定性和可维护性不足,难以适应不断变更的方案迭代需求。本文基于“方案设计—仿真演练—验证评价—方案优化”思路,提出一套具备一定灵活性和扩展性的动车组故障应急处置方案虚拟演练与验证系统,既能满足现有的方案设计流程需求,又能在虚拟演练验证过程中较为完整的表现方案细节且做到一定程度的功能解耦,适应动态更新的修改需求,实现方案设计优化迭代。本文详细调研了随车机械师对动车组故障应急处置方案演练与验证需求,针对其需求进行了系统功能与用例设计,从网络架构、分层架构、软件架构、整体框架四个角度详细讨论了虚拟演练与验证系统的实现方式,将系统划分了方案生成、方案演练、方案验证三个模块,基于系统功能与架构设计提出了方案设计演练与验证的技术路线并对系统所需的开发工具进行了对比与选择。为了较好的搭建虚拟仿真系统,本文主要采用了两大核心技术:1)较高精度的三维模型构建与渲染方法。通过分析动车组设备结构,利用Polygon建模方法对所需的模型进行了三维构建,引入UV纹理坐标系建立了模型与纹理的映射关系,基于物理的PBR实时渲染技术对所构建的三维模型进行贴图渲染,实现了较高精度的虚拟仿真模拟;2)交互友好的人机交互设计。通过界面编辑器与平面设计软件设计了画面简洁的系统交互界面,根据交互需求基于PC端设计了一套手势语言,采用手势追踪技术对交互功能进行了实现。最后,本文结合所构建的三维模型库与人机交互界面,利用Unity3D对系统功能进行了整体实现。方案生成模块提出了微元事件划分机制,将动车组故障应急处置方案进行拆解、归纳、分类,对所划分的微元事件进行自由重组实现方案生成功能。方案演练模块通过构建交互操作的编码逻辑,将用户演练的操作信息利用事件分发机制传输到系统后台进行判定。方案验证模块对用户所演练的方案从演练结果、演练时长、错误频次、演练评分四个属性进行方案有效性与合理性的评估,将客观的演练数据结合验证人员的主观反馈意见,根据不定期更新的应急处置手册对初步设计的方案进行迭代优化。本系统在成都铁路局动车段三轮虚拟仿真实训中对系统的易用性与可用性做出了验证,有效实现了“方案设计—仿真演练—验证评价—方案优化”的方案设计优化流程,让随车机械师熟悉并掌握动车组故障应急处置方案内容,提升了培训效率和技术水平。