人工智能發(fā)展下建環(huán)專業(yè)人才能力需求調(diào)查研究

盛穎 吳亞琦 何舒婷

[摘 要]針對全國建筑類設(shè)計院制作并發(fā)放調(diào)查問卷，綜合考察了當(dāng)前人工智能在建筑設(shè)計領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀，得到了設(shè)計院對建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程（建環(huán)）畢業(yè)生的能力需求?？偨Y(jié)分析了我國建環(huán)專業(yè)排名前十高校的培養(yǎng)方案，明確了當(dāng)前建環(huán)人才培養(yǎng)體系與行業(yè)發(fā)展對人才能力需求之間的差異，提出人才輸出側(cè)的教學(xué)改革建議，以適應(yīng)新工科建設(shè)的要求，促進人工智能在建筑環(huán)境領(lǐng)域的發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]人工智能;建環(huán)專業(yè);設(shè)計院;調(diào)研

[中圖分類號] G642 ? ? ? ? ? [文獻標志碼] A [文章編號] 1008-2549（2022） 01-0062-03

世界正處于新一輪技術(shù)創(chuàng)新浪潮引發(fā)的工業(yè)革命的開端，移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、量子通信等為代表的新一代信息通信技術(shù)不斷推動人工智能在建筑中的應(yīng)用，使建筑功能向系統(tǒng)交互、智能控制、多能互補、能源智能化管理、效率優(yōu)化等方面發(fā)展[1-4]。我國正處于“2030健康中國”的建設(shè)中，不僅要求建筑能效的控制，更需關(guān)注居住者的需求，因此，人工智能技術(shù)在建筑中的應(yīng)用對我國建筑行業(yè)的變革性發(fā)展至關(guān)重要。

建筑環(huán)境與能源應(yīng)用專業(yè)（簡稱“建環(huán)”）人才是推動我國健康建筑、智能建筑實現(xiàn)可實踐化的中堅力量。該專業(yè)是建筑領(lǐng)域的傳統(tǒng)學(xué)科，專業(yè)課程包括暖通空調(diào)、供熱工程、空調(diào)制冷技術(shù)、建筑環(huán)境學(xué)、流體輸配管網(wǎng)、自動控制與樓宇自動化等，雖然課程內(nèi)容豐富，但仍跟不上人工智能的發(fā)展速度，教學(xué)內(nèi)容與與時俱進的建筑領(lǐng)域發(fā)展之間存在著不協(xié)調(diào)、不配套的問題。因此，在人工智能蓬勃發(fā)展的新科技時代，需要積極思考如何培養(yǎng)和輸送具有創(chuàng)新意識、能夠適應(yīng)時代發(fā)展的建環(huán)人才。建筑類設(shè)計院是建環(huán)畢業(yè)生最主要的去向。本研究通過調(diào)查研究的方法，對比分析了建筑類設(shè)計院的人才需求與現(xiàn)行建環(huán)專業(yè)學(xué)科教學(xué)體系之間的差異，以期為建環(huán)的本科教育找到切實可行的改革舉措。

一、企業(yè)人才需求情況

（一）調(diào)查問卷的設(shè)計

調(diào)研采用隨機調(diào)查的方式，調(diào)查問卷通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。問卷內(nèi)容主要包括人工智能在建筑設(shè)計行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、建環(huán)畢業(yè)生的能力要求和建環(huán)專業(yè)的教學(xué)建議三大方面。本次調(diào)查剔除由于未按要求填寫或漏填等原因造成的無效問卷，獲得有效問卷112份。

（二）調(diào)查結(jié)果及分析

1.樣本分布構(gòu)成情況

如圖1所示，本次調(diào)查覆蓋全國東部、中部和西部23個省市地區(qū)，79家設(shè)計院，參與問卷調(diào)研的總?cè)藬?shù)為112人。44.3%來自國有企業(yè)，48.7%來自私營企業(yè)，3.5%來自國有控股企業(yè)，0.9%來自合資企業(yè)，2.7%來自外資企業(yè)。被調(diào)查者多為工作經(jīng)驗在十年以上的設(shè)計人員，其他被調(diào)查者也具有1～10年不等的工作經(jīng)驗。

2.設(shè)計院承接項目中對人工智能的設(shè)計要求

項目中人工智能的設(shè)計很大程度上取決于客戶的需求。調(diào)查結(jié)果顯示，超過30%的客戶提出過加入人工智能設(shè)計的要求，相應(yīng)地，超過30%的被調(diào)查者承接過人工智能方面的設(shè)計，內(nèi)容主要集中在樓宇自動化和空調(diào)系統(tǒng)兩個方面，在建筑耗能、通風(fēng)系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、鍋爐房工藝、室內(nèi)熱環(huán)境控制、給排水和流體輸配管網(wǎng)方面也有一定的設(shè)計需求。

3.人工智能設(shè)計的負責(zé)部門

除了14%的設(shè)計院選擇了企業(yè)外包的形式，5%的設(shè)計院無法實施以外，65%的設(shè)計院將人工智能方面的設(shè)計交由電氣自動化部門負責(zé)，但需要與建環(huán)專業(yè)人員對接。值得注意的是15%的設(shè)計院由建環(huán)專業(yè)人員獨立負責(zé)，這些設(shè)計院包括浙江大學(xué)設(shè)計院、悉地國際和甘肅正元建筑設(shè)計院?？梢姡糠衷O(shè)計院已經(jīng)意識到在建筑設(shè)計中人工智能的應(yīng)用需求。

4.項目中涉及的人工智能技術(shù)

調(diào)查表明，智能終端技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲技術(shù)、控制器技術(shù)、數(shù)據(jù)管理技術(shù)、傳感傳導(dǎo)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)在通風(fēng)系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、樓宇自動化等方面均有一定的應(yīng)用;在出現(xiàn)頻次上看，智能終端技術(shù)和數(shù)據(jù)存儲技術(shù)應(yīng)用最為廣泛。

5.設(shè)計院對建環(huán)專業(yè)人員在軟件應(yīng)用方面的要求

多數(shù)設(shè)計院都希望聘用具有軟件能力的建環(huán)專業(yè)人才。63.7%的設(shè)計院希望應(yīng)聘者掌握三維建模軟件應(yīng)用方法，如BIM、犀牛、grasshopper;24.5%的設(shè)計院希望應(yīng)聘者掌握仿真模擬軟件的應(yīng)用方法，如energyplus、eQuest、Fluent;11.8%的設(shè)計院希望應(yīng)聘者掌握大數(shù)據(jù)分析類軟件應(yīng)用方法，如Caffe、CNTK、DeepLearning，能夠熟練掌握這些軟件應(yīng)用方法的建環(huán)畢業(yè)生將會優(yōu)先錄用。

6.人工智能在設(shè)計制圖中的應(yīng)用情況

調(diào)查表明，目前11.7%的設(shè)計院已經(jīng)將一些人工智能技術(shù)應(yīng)用于設(shè)計制圖過程中，包括中國市政工程華北設(shè)計院、悉地國際、上海城西城建工程勘測設(shè)計院等。此外，13.7%的設(shè)計院也進行了初步嘗試，74.5%的設(shè)計院仍然采用常規(guī)的制圖方法。

7.設(shè)計院認為建環(huán)畢業(yè)生具備的專業(yè)知識重要性排序

專業(yè)課程的學(xué)習(xí)對畢業(yè)生日后的工作至關(guān)重要。被調(diào)查者根據(jù)日常的工作內(nèi)容，對建環(huán)專業(yè)本科生的各門專業(yè)課的重要性進行了排序：空調(diào)工程、供熱工程、通風(fēng)工程和空調(diào)制冷技術(shù)的選擇人數(shù)均超過了50人;之后是流體輸配管網(wǎng)、自控原理與建筑設(shè)備自動化、建筑環(huán)境學(xué)、鍋爐房工藝與設(shè)備以及熱質(zhì)交換原理與設(shè)備?？梢钥闯?，建環(huán)專業(yè)的傳統(tǒng)課程在工作中的應(yīng)用依然較多。但是，在統(tǒng)計建立人工智能類課程是否有必要性時，認為有必要的人數(shù)占到90%以上。這說明，雖然人工智能的需求已經(jīng)出現(xiàn)在空調(diào)、通風(fēng)等與建環(huán)專業(yè)相關(guān)的領(lǐng)域中，雖然大部分設(shè)計院目前的做法是安排給電氣專業(yè)或是外包，但是大多數(shù)建環(huán)專業(yè)設(shè)計人員已經(jīng)意識到人工智能未來在建筑中的發(fā)展趨勢，人工智能在建環(huán)專業(yè)的需求將不斷增多。

8.設(shè)計院希望建環(huán)畢業(yè)生具備的人工智能基礎(chǔ)知識

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，設(shè)計院希望建環(huán)人員掌握的人工智能類基礎(chǔ)知識中位列前三的是智能控制、數(shù)據(jù)庫知識和計算機編程語言。由于目前絕大部分設(shè)計院將人工智能的設(shè)計工作交由電氣自動化部門完成，但是必須由建環(huán)專業(yè)對接，如果建環(huán)人員具備這些智能類基礎(chǔ)知識，則能夠提高設(shè)計質(zhì)量和工作效率。

9.設(shè)計院在人工智能設(shè)計方面的展望

91%的設(shè)計院認為在未來項目中會涉及人工智能類的設(shè)計，且占承接項目的比例將不斷攀升;95%的設(shè)計院希望招收的建環(huán)專業(yè)畢業(yè)生學(xué)習(xí)過人工智能類的相關(guān)課程或至少應(yīng)掌握一門計算機語言;62%的設(shè)計院有對設(shè)計人員進行人工智能類培訓(xùn)的意愿。由此可見，人工智能技術(shù)在建筑中的應(yīng)用將持續(xù)發(fā)展，對建環(huán)專業(yè)畢業(yè)生掌握的人工智能技術(shù)要求也不斷提升。

10.設(shè)計院對建環(huán)專業(yè)的教學(xué)建議

基于目前設(shè)計人員能力的缺口，部分設(shè)計院提出了針對建環(huán)專業(yè)的教學(xué)建議，包括：①加強對空調(diào)系統(tǒng)運營的大數(shù)據(jù)分析，代替?zhèn)鹘y(tǒng)經(jīng)驗值的設(shè)計計算，增加大數(shù)據(jù)知識的教授;②在牢固掌握傳統(tǒng)專業(yè)知識和原理的基礎(chǔ)上，與人工智能技術(shù)相結(jié)合，加強實踐中的學(xué)習(xí)和鍛煉，探討人工智能在空調(diào)自控方面的應(yīng)用;③建議學(xué)生學(xué)習(xí)各類軟件，強化學(xué)習(xí)計算機語言課程，提前學(xué)習(xí)如BIM和AR等技術(shù)知識。

二、建環(huán)專業(yè)培養(yǎng)方案調(diào)研

（一）調(diào)查方法

依據(jù)2018年建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)教育評估情況，選擇國內(nèi)建環(huán)專業(yè)排名前十的高校，分別為清華大學(xué)、同濟大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、重慶大學(xué)、湖南大學(xué)、山東建筑大學(xué)、北京建筑大學(xué)、華中科技大學(xué)、中原工學(xué)院和北京工業(yè)大學(xué)，分析總結(jié)各大高校建環(huán)專業(yè)的培養(yǎng)方案。

（二）調(diào)研結(jié)果

經(jīng)過反復(fù)研讀各大高校建環(huán)專業(yè)培養(yǎng)方案，工程熱力學(xué)、流體力學(xué)、工程傳熱學(xué)、流體輸配管網(wǎng)在各校中是專業(yè)基礎(chǔ)課，建筑環(huán)境學(xué)、空調(diào)制冷技術(shù)、供熱工程、空調(diào)工程、通風(fēng)工程、鍋爐房工藝與設(shè)備、建筑環(huán)境監(jiān)測是專業(yè)課。與人工智能較為相關(guān)的課程主要集中在三大類：計算機語言、電氣電子和自動化。各大高?；旧鲜菍⒂嬎銠C語言作為通識必修課，除了同濟大學(xué)開設(shè)的Python語言是與人工智能直接對應(yīng)的，其他高校目前教授的計算機語言仍為傳統(tǒng)的C、C++、VB、Fortran語言。各大高校在專業(yè)基礎(chǔ)課程中都會有電子電工相關(guān)的課程。在自動化原理或建筑設(shè)備自動化方面，只有天津大學(xué)、北京建筑大學(xué)、華中科技大學(xué)、中原工學(xué)院將這門課程作為專業(yè)必修課，北京工業(yè)大學(xué)、同濟大學(xué)、重慶大學(xué)將其作為專業(yè)選修課，其他高校并無相關(guān)課程?？傮w來說，目前各大高校的培養(yǎng)方案未能緊跟時代的發(fā)展，培養(yǎng)方案未能有效的更新和修訂的情況十分普遍。

在調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)，同濟大學(xué)、重慶大學(xué)和山東建筑大學(xué)的建環(huán)專業(yè)的培養(yǎng)方案與眾不同。同濟大學(xué)注重學(xué)生在人工智能領(lǐng)域的學(xué)習(xí)，除了開設(shè)python程序設(shè)計作為通識基礎(chǔ)必修課，將建筑設(shè)施智能化作為專業(yè)選修課，同時開設(shè)8門與人工智能相關(guān)的個性課程，包括：機器人技術(shù)與人工智能關(guān)鍵基礎(chǔ)、三維數(shù)字化設(shè)計、微機接口技術(shù)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計、計算機通信技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計、人工智能基礎(chǔ)和Linux操作系統(tǒng)基礎(chǔ)等供學(xué)生選擇學(xué)習(xí)。同濟大學(xué)推出了廣泛而全面的人工智能類課程，專業(yè)選修課的設(shè)置重視計算機技術(shù)、人工智能與專業(yè)結(jié)合。在不過多加重學(xué)生負擔(dān)的同時與專業(yè)人工智能的發(fā)展背景結(jié)合設(shè)置課程，也兼顧了學(xué)生個性發(fā)展需求。

重慶大學(xué)的思路為分類培養(yǎng)學(xué)生，在建環(huán)專業(yè)單獨劃分出一個卓越燃氣工程師班，這與其他班在專業(yè)課設(shè)置上有所不同，更加注重計算機應(yīng)用方面的教學(xué)，開設(shè)C語言課程培養(yǎng)學(xué)生的計算機語言能力，開設(shè)計算機信息管理基礎(chǔ)（48學(xué)時）、專業(yè)計算機應(yīng)用（40學(xué)時）、建筑設(shè)備自動化（56學(xué)時）為專業(yè)課。但是，卓越班的人才培養(yǎng)更注意計算機相關(guān)技術(shù)在建筑環(huán)境方面的應(yīng)用，注重傳統(tǒng)的建筑電氣自動化教學(xué)，然而并未加入人工智能直接相關(guān)課程。

山東建筑大學(xué)與重慶大學(xué)相近，也采取分類培養(yǎng)的方案，分為暖通空調(diào)方向和自動控制方向。暖通方向課程較為傳統(tǒng)，除暖通計算機輔助設(shè)計一門16學(xué)時的課程，沒有其他自動化相關(guān)必修課程;自動控制方向加入多門專業(yè)相關(guān)的自動化智能化課程，如建筑環(huán)境現(xiàn)場總線技術(shù)、計算機控制與組態(tài)應(yīng)用以及建筑設(shè)備與能源系統(tǒng)自動化實驗?？傮w而言，山東建筑大學(xué)分類培養(yǎng)了自動化方向的建環(huán)人才，但仍然偏重建筑自動化方面，缺乏對建筑智能化發(fā)展方向的重視。

三、建環(huán)專業(yè)的教學(xué)改革建議

（一）增加人工智能教學(xué)勢在必行

建筑類設(shè)計院的調(diào)查覆蓋全國絕大多數(shù)省份，調(diào)查數(shù)據(jù)客觀，調(diào)查結(jié)果顯示，人工智能正在逐步滲透到建筑環(huán)境領(lǐng)域的設(shè)計中，部分經(jīng)濟發(fā)達城市的設(shè)計院已經(jīng)開始著重對設(shè)計人員進行相關(guān)培訓(xùn)，悉地國際等公司的建環(huán)專業(yè)部門已能獨立實施人工智能方面設(shè)計。其他能夠承接人工智能項目的設(shè)計院雖然目前主體設(shè)計由電氣部分完成，但是涉及范圍仍然是建筑環(huán)境范圍，與建環(huán)專業(yè)直接相關(guān)，仍需要建環(huán)專業(yè)與之溝通對接，因此需要建環(huán)專業(yè)設(shè)計人員理解相關(guān)人工智能知識才能與之配合。調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，部分設(shè)計院也已將人工智能技術(shù)應(yīng)用于設(shè)計制圖中，這就要求應(yīng)聘設(shè)計院的建環(huán)畢業(yè)生掌握人工智能有關(guān)的知識。由此可見，人工智能在建筑環(huán)境設(shè)計中的需求日益增長，建環(huán)專業(yè)增設(shè)人工智能方面的課程對于畢業(yè)生未來的職業(yè)發(fā)展非常重要。

（二）夯實傳統(tǒng)知識，滲透人工智能新知，增強設(shè)計實踐

隨著人工智能的發(fā)展，可使學(xué)生在掌握傳統(tǒng)專業(yè)知識的基礎(chǔ)上，將人工智能逐步滲透到本科教學(xué)當(dāng)中。例如，同濟大學(xué)建立了大量的有關(guān)人工智能的選修課供學(xué)生選擇學(xué)習(xí);目前天津大學(xué)也建立了相關(guān)專業(yè)選修課，如人工智能理論與應(yīng)用等。此外，可增加人工智能類軟件應(yīng)用方法的相關(guān)課程，如BIM、犀牛、grasshoper等三維建模軟件。例如，天津大學(xué)設(shè)立了專業(yè)選修課“專業(yè)常用軟件選講”，該課程直接面向設(shè)計院類單位的招聘需求，增強了建環(huán)畢業(yè)生的就業(yè)能力。

同時，要鍛煉學(xué)生對人工智能技術(shù)的應(yīng)用能力。例如，空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計是建環(huán)專業(yè)人員的基本工作，結(jié)合建筑設(shè)備自動化課程，明確人工智能的要求，納入空調(diào)的自動控制系統(tǒng)中，體現(xiàn)人工智能設(shè)計的訓(xùn)練，這些訓(xùn)練也可以在相關(guān)的人工智能類軟件中完成。這樣不僅鍛煉了學(xué)生對人工智能技術(shù)的應(yīng)用能力，還可以增強本科畢業(yè)生應(yīng)聘時的優(yōu)勢。

（三）建環(huán)專業(yè)中人工智能人才的分類培養(yǎng)

建環(huán)專業(yè)可以采用分類培養(yǎng)的模式，如重慶大學(xué)、山東建筑大學(xué)的培養(yǎng)方案，開設(shè)建環(huán)專業(yè)的人工智能方向，對該方向的學(xué)生進行專項培養(yǎng)。

目前，各大高校中建環(huán)專業(yè)計算機語言的教學(xué)內(nèi)容均偏老舊，如Fortran語言完全不能適應(yīng)人工智能的發(fā)展。那么，對于專項培養(yǎng)學(xué)生的教學(xué)就可緊跟人工智能設(shè)計的需要，選擇Python、Java等在人工智能技術(shù)的應(yīng)用上占優(yōu)的計算機編程語言進行深入學(xué)習(xí)。同時，在整體課程的設(shè)置和安排上偏重智能終端技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲技術(shù)等人工智能技術(shù)方向的教學(xué)。在課程設(shè)計中，可以輔以計算機編程的工程實例，使建環(huán)專業(yè)學(xué)生主導(dǎo)建筑環(huán)境中人工智能的設(shè)計。積極拓展企業(yè)實習(xí)基地，充分發(fā)揮合作企業(yè)的工程教育優(yōu)勢，使學(xué)生提前進入實際工程的鍛煉，與學(xué)校人才培養(yǎng)的優(yōu)勢互補，使建環(huán)畢業(yè)生更具實力，在未來的職業(yè)發(fā)展中更具有優(yōu)勢。

本研究立足人工智能的時代發(fā)展背景，面向行業(yè)發(fā)展需求，緊貼建環(huán)專業(yè)人才培養(yǎng)體系，探索人才供給側(cè)改革，力爭培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識，能適應(yīng)新時代發(fā)展的新一代大學(xué)生。通過調(diào)查研究，智能時代建環(huán)專業(yè)人才的需求已經(jīng)躍然紙上，提出了人工智能背景下建環(huán)專業(yè)人才培養(yǎng)改革建議，對于未來的專業(yè)教育發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。

參考文獻：

[1]王長濤，黃寬，李楠楠.基于人工智能的CPS系統(tǒng)架構(gòu)研究[J].科技廣場， 2012， 7： 61-64.

[2]于秋紅.云計算環(huán)境下大型公共建筑能耗監(jiān)測方法的研究與實現(xiàn)[J].無線互聯(lián)科技， 2016， 20：105-106.

[3]劉運城. 智能建筑室內(nèi)環(huán)境恒溫優(yōu)化控制仿真研究[J].計算機仿真， 2017， 34（1）： 318-321.

[4]秦育. 大型公共建筑能耗預(yù)測模型與監(jiān)管系統(tǒng)研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)， 2018.

（責(zé)任編輯： 劉潔）