新工科背景下智能建造專業(yè)集群建設探析

張衛(wèi)華 李照廣 隋智力 徐振華 唐海玥 張印平

摘 ?要：基于“新工科”的大背景下，結合建設工程對大數(shù)據(jù)、智能化、物聯(lián)網(wǎng)、BIM等信息技術的綜合集成應用能力人才的迫切需求，針對智能建造技術集成多學科交叉跨界人才、具備“產學研用”的特征，依托學校在土木、建筑學、機械電子、物聯(lián)網(wǎng)、計算機等領域的綜合優(yōu)勢及產學研合作優(yōu)勢，從智能建造創(chuàng)新人才培養(yǎng)需求出發(fā)展開探討，以土木工程、建筑學為核心，融合機械電子工程、物聯(lián)網(wǎng)工程、計算機科學與技術等專業(yè)，構建智能建造專業(yè)集群框架，實施以BIM技術為主線的課程體系建設，打破原有專業(yè)界限，突出以學生為中心、創(chuàng)新為導向，以智能建造項目為主線，搭建智能建造專業(yè)集群平臺，探討新工科背景下學科交叉融合的人才培養(yǎng)新模式。

關鍵詞：新工科;智能建造;融合;課程體系

中圖分類號：G640 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）21-0096-03

Abstract： Based on the "new engineering" background， combined with the urgent needs of construction projects for talents with comprehensive integration and application skills in information technology such as big data， intelligence， Internet of Things， BIM， etc. The characteristics of "industry-university-research" are based on the school's comprehensive advantages in the fields of civil engineering， architecture， mechatronics， Internet of Things， and computers， as well as the advantages of industry-university-research cooperation， starting from the needs of intelligent construction innovation talent training. Learning as the core， integrating mechanical and electronic engineering， Internet of Things engineering， computer science and technology and other majors， constructing an intelligent construction professional cluster framework， implementing a curriculum system with BIM technology as the main line， breaking the original professional boundaries， highlighting student-centered， Innovation-oriented， with intelligent construction projects as the main line， build a professional construction cluster platform for intelligent construction， and explore a new mode of talent training with cross-disciplinary integration under the background of new engineering.

Keywords： new engineering; intelligent building; fusion; curriculum system

一、概述

傳統(tǒng)建造技術的轉型升級是全世界關注的熱點，各國都提出了相應的產業(yè)長期發(fā)展遠景，如建筑工業(yè)化、中國制造2025、德國的“工業(yè)4.0”、美國的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”等。《2016-2020年建設工程行業(yè)信息化發(fā)展綱要》[1]中提出，在“十三五”期間，將全面提高建設工程行業(yè)的信息化水平，著手提高大數(shù)據(jù)、智能化、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、BIM信息技術的綜合集成應用能力;面對建筑業(yè)的轉型升級，對于我們高校的人才培養(yǎng)目標如何適應未來建筑領域新發(fā)展，如何將傳統(tǒng)的學科知識體系與最新的智能建造新元素融為一體，搭建以學生為本、全面而個性化發(fā)展的多維立體化培養(yǎng)體系，這些都是我們土木建筑類專業(yè)教育必須回答、關系到學生培養(yǎng)質量的關鍵性問題。

根據(jù)教育部和住建部組織的行業(yè)資源調查報告，智能建造技術人才短缺突出表現(xiàn)在智能設計、智能裝備與施工等專業(yè)領域，今后10年高等教育每年至少需培養(yǎng) 30萬人，相對于我國目前高等教育人才培養(yǎng)來看，該行業(yè)人才的需求量遠遠大于人才供給量。而在當前高校，尤其在傳統(tǒng)高校，專業(yè)間的整合協(xié)同缺乏一定力度，專業(yè)知識結構較為單一，專業(yè)設置、調整的靈活性不夠，跨專業(yè)交叉融合的教學內容缺乏，無法滿足當前建筑業(yè)轉型升級的產業(yè)發(fā)展人才培養(yǎng)需求。毫無疑問智能建造專業(yè)集群的建設是實現(xiàn)新工科建設交叉人才培養(yǎng)的有利手段。

二、專業(yè)發(fā)展狀況

北京城市學院“十三五”時期，從注重知識傳授向更加注重能力素質培養(yǎng)的方式轉變，進一步更新理念，以學生發(fā)展為中心，實施各專業(yè)“學習路線圖計劃”，達到各專業(yè)間課程開放，逐步實現(xiàn)從傳統(tǒng)以“教”為中心向以“學”為中心的教育理念轉變。城市建設學部通過行業(yè)調研及崗位分析，以全生命期理念開展專業(yè)應用型人才培養(yǎng)體系改革實踐，圍繞“兩個尺度、兩條主線、三個層面”注重工程協(xié)同能力培養(yǎng)，為后期的學科交叉融合奠定了基礎。

三、智能建造專業(yè)集群建造框架

如何把握好新工科建設的內涵[2]，統(tǒng)籌考慮“新的工科專業(yè)、工科的新要求”，逐步落實“工科的新要求”，升級改造傳統(tǒng)學科，主動統(tǒng)籌規(guī)劃未來戰(zhàn)略領域創(chuàng)新人才培養(yǎng)，是我們每一所高校均需認真思考斟酌的問題，因此培育智能建造工程交叉跨界人才是未來建設行業(yè)轉型升級的必然趨勢。故智能建造專業(yè)集群[3]的建設，應在基于通識教育理念前提下，逐步加強數(shù)理基礎能力的培養(yǎng)，打造交叉學科科技新元素模塊化課程，并將其有效融入傳統(tǒng)學科知識體系;逐步建立“人工智能+”人才培養(yǎng)模式，開發(fā)“數(shù)字+設計”、“BIM+建造”、“綠色+建筑”等適應行業(yè)升級轉型發(fā)展的特色課程;不斷推進教學內容創(chuàng)新，落實滿足智能建造行業(yè)人才需要具備的解決問題能力的培養(yǎng);同時，為進一步搭建學生個性化發(fā)展的校外實踐平臺，需聯(lián)合國內外知名建筑企業(yè)，建立校企合作、協(xié)同育人的一體化教學實踐環(huán)境，以有利于培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和實踐能力，滿足經(jīng)濟社會發(fā)展對高素質、應用型人才的需求。

交叉與融合是工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)的著力點。智能建造技術是在土木工程基礎上融合大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新技術形成的綜合多學科技術體系，因此，如圖1所示，建立智能建造專業(yè)集群必須重新組合并優(yōu)化原有各專業(yè)課程模塊[4]，實現(xiàn)教學內容的創(chuàng)新，必須統(tǒng)籌考慮多學科交叉融合的特點，結合自身優(yōu)勢，以原來的土木、建筑學專業(yè)為核心，滲透機械電子、物聯(lián)網(wǎng)、計算機科學與技術、智能建造新技術等各交叉學科領域技術。

四、智能建造專業(yè)集群課程體系搭建

為將各交叉學科教學內容有效融合在一起，首先我們需以未來建筑行業(yè)發(fā)展人才需求為出發(fā)點，明確其應具備的各種素質，在工程技術、信息技術、經(jīng)濟管理、法律、文化等領域應具備的能力體系，由此搭建目標導向的課程模塊體系，一一對應能力達成與課程體系之間的映射關系，如圖2所示，擬建立智能建造專業(yè)集群課程體系建設框架，具體思路如下：

（一）全面開展通識通能教育，強化思維方式重要性，建立對交叉學科領域的認知及創(chuàng)新思維

智能建造技術創(chuàng)新人才需要寬廣的人文素質及科學素養(yǎng)。學生通過大學一年級通識通能教育的學習，選修經(jīng)濟、法律、社會類課程，使學生具備健全的心理和健康的體魄，樹立正確的人生觀和價值觀，具有高尚的道德品質，能體現(xiàn)人文和藝術方面的較高素質，以及科學的思維方式。同時幫助學生發(fā)展遠大理想和抱負，培養(yǎng)他們的公民意識、社會責任感以及職業(yè)道德等。

（二）有針對性地加強專業(yè)基礎課程群的建設，為創(chuàng)新能力的培養(yǎng)打下基礎

創(chuàng)新能力的培養(yǎng)需要具備較寬的自然科學基礎，掌握數(shù)學、物理、計算機等基本理論和基本方法，為讓學生能夠將自然科學、工程基礎和專業(yè)知識用于解決復雜工程問題，有較強的自學能力，需針對性地加強專業(yè)基礎課程群建設，并加強計算機語言的基礎學習，如Python語言的學習，為后期專業(yè)課編程奠定基礎。

（三）有效整合、創(chuàng)新模塊課程，形成數(shù)字化設計類課程群以及智能化建造類課程群

智能建造技術是土木工程、建筑學、機械電子、物聯(lián)網(wǎng)、計算機科學與技術等多技術交叉融合形成的技術體系，所以在工程教育人才創(chuàng)新能力的培養(yǎng)上，應在原有土木建筑類專業(yè)課程的設置上，融入突出智能建造新技術的課程，比如智能機械臂控制技術、新型材料、3D打印等，支持學生的個性化發(fā)展[5]。

（四）建立校企合作協(xié)同育人的實踐教學基地，打造“開放、合作、協(xié)同、融合、創(chuàng)新”的工程教育模式

根據(jù)新工科建設與發(fā)展的內涵特征[2]，學校應結合自身特點，在現(xiàn)有專業(yè)培養(yǎng)計劃中，強化并開放工程實踐的教學內容，突出強化實踐教學地位。搭建校企協(xié)同“一體化”培養(yǎng)體系，充分融合企業(yè)工程實踐基地和校內實踐基地的資源優(yōu)勢，構建優(yōu)勢互補、校企互益的立體、持續(xù)性實踐教學平臺[6]。進一步深化產教融合、校企合作的體制和人才培養(yǎng)模式。以項目為導向，實現(xiàn)理論與實踐、校內與校外培養(yǎng)有機結合，構建建設工程全周期工程教育的新思路。

（五）實施以BIM技術為載體的教學內容及教學模式創(chuàng)新

整個課程體系通過智能建造典型載體-BIM技術緊密聯(lián)系起來，以 BIM技術為載體，融合大數(shù)據(jù)、云計算、虛擬現(xiàn)實等信息化技術構建全生命周期的智能建造應用場景，實現(xiàn)信息技術、工程技術和項目管理的數(shù)據(jù)交互。BIM的重要價值體現(xiàn)在通過構建建筑信息模型，實現(xiàn)建設期生命期各階段以及各參與方之間的信息交換和共享。建立集成技術的BIM協(xié)同管控平臺，并將其作為重要載體，將機械臂、虛擬現(xiàn)實、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及人工智能等新興技術統(tǒng)一集成到BIM平臺，實現(xiàn)工程建造各階段智能管控體系的搭建，最終達成建設工程項目中各種信息數(shù)據(jù)的交互和集成，實現(xiàn)真正意義上建設全過程的信息共享。以BIM技術為載體，創(chuàng)新智能建造專業(yè)人才培養(yǎng)的實踐教學內容，不僅激發(fā)學生學習熱情，提高學生的設計能力，同時也利于掌握智能建造涉及的計算機科學與技術、物聯(lián)網(wǎng)、機械電子、智能建造新技術等科學技術問題，寓教于實踐。

結合上述五個方面，我們將逐步搭建并完成智能建造專業(yè)集群特色課程體系建設，實現(xiàn)教學內容及教學模式創(chuàng)新。

五、要解決的問題

（一）如何進行專業(yè)學科群的融合，融合、開發(fā)創(chuàng)新的專業(yè)模塊課程，突出創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

智能建造技術是土木工程、建筑學、機械電子工程、物聯(lián)網(wǎng)、計算機科學與技術等多技術交叉融合形成的技術體系，如何在原有土木建筑類專業(yè)課程的設置上進行融合，加入體現(xiàn)數(shù)字化的建筑設計、智能化的計算機科學與技術、物聯(lián)網(wǎng)、機械電子、信息化新技術等相關課程，使學生的能力得以螺旋式提升是首先面臨要解決的問題。

同時，結合當前以及未來新技術發(fā)展的方向，開發(fā)土木工程、建筑學專業(yè)領域新興專業(yè)課程，例如將機械臂引入數(shù)字化設計，將人工智能、信息化技術注入工業(yè)建筑化體系，智能建造導論引領學生對專業(yè)的整體認識等等。

（二）如何設置智能化為方向的專業(yè)選修課

智能建造技術重點強調“BIM數(shù)字化為載體”、“智能化為方向”兩方面，因此需要不斷推進教學方法改革，將互聯(lián)網(wǎng)、人工智能時代新技術特色課程落實到專業(yè)選修課環(huán)節(jié)，使得課程內容緊隨當今最新科技技術的發(fā)展，與時俱進，最終形成數(shù)字化土木建筑設計類課程群、人工智能類課程群，建立智能化的特色課程群，培養(yǎng)適應未來建筑業(yè)領域智能建造新發(fā)展的工程創(chuàng)新人才。

六、結束語

“實行多學科融合交叉”，培養(yǎng)新興產業(yè)急需的復合型新工科人才，是新工科最基本的內涵之一[2]，智能建造專業(yè)集群的建設是實現(xiàn)新工科建設交叉人才培養(yǎng)的有利途徑。智能建造專業(yè)集群平臺，需在傳統(tǒng)土木工程學科原有的培養(yǎng)體系上，依托我校在土木、建筑、機械、電子、信息、計算機等領域的綜合優(yōu)勢及產學研合作優(yōu)勢，以土木工程、建筑學專業(yè)為核心，圍繞數(shù)字化設計、智能化建造的培養(yǎng)核心，融合機械電子、物聯(lián)網(wǎng)、計算機科學與技術等交叉學科科技新元素的課程，推進教學方法改革，落實智能建造新工科專業(yè)領域要求的工程人才需要具備的解決復雜工程問題能力的培養(yǎng)，以滿足社會、企業(yè)需要的智能建造領域高端復合人才的需求。

參考文獻：

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.2016-2020年建設工程行業(yè)信息化發(fā)展綱要[J].建筑安全，2017（1）：4-7.

[2]鐘登華.新工科建設的內涵與行動[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[3]吳仁華.應用型本科高校專業(yè)集群建設探究[J].高等工程教育研究，2016，6（12）：98-100.

[4]周開發(fā).新工科的核心能力與教學模式探索[J].重慶高教研究，2017（5）：22-35.

[5]林健.多學科交叉融合的新生工科專業(yè)建設[J].高等工程教育研究，2018（1）：32-45.

[6]張波，梁梅英.地方院校校企合作新工科專業(yè)建設的思考[J].高教論壇，2018（5）：63-66.