“人工智能+”融入城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)課程體系研究

劉海靜 郭一江

關(guān)鍵詞：人工智能；城鄉(xiāng)規(guī)劃；課程體系

0 引言

2018年，教育部出臺《關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》，指出“構(gòu)建全方位全過程深融合的協(xié)同育人新機制”，提出“推進校企深度融合，加快發(fā)展‘新工科，探索以推動創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展為導(dǎo)向的工程教育新模式”，切實做好高水平本科教育建設(shè)工作的要求，圍繞高水平本科教育建設(shè)，加大政策支持力度，制定“六卓越一拔尖”計劃2.0[1]。通過計劃2.0的實施，將引導(dǎo)高校全面優(yōu)化專業(yè)結(jié)構(gòu)，深化專業(yè)綜合改革，激發(fā)學生學習興趣和潛能，讓學生忙起來、讓教學活起來、讓管理嚴起來，全面振興本科教育，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

當前第四次科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在席卷全球，人工智能技術(shù)的迅猛發(fā)展，社會企業(yè)對于人才素質(zhì)能力、技術(shù)能力的需求日趨旺盛，這為高校專業(yè)人才的培養(yǎng)提出的新的要求和考驗?！靶鹿た啤苯ㄔO(shè)目標任務(wù)的適時提出，為城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)未來培養(yǎng)什么樣的人才，怎么培養(yǎng)人才等核心問題提供了思路，明確了方向，也為下一階段我國人才戰(zhàn)略的實施奠定了扎實的基礎(chǔ)。與此同時，受限于專業(yè)傳統(tǒng)培養(yǎng)模式的限制，城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)課程體系仍然參照《普通高等學校本科專業(yè)類教學質(zhì)量國家標準》中相關(guān)要求設(shè)置，未對當前“人工智能”進行積極響應(yīng)，大部分課程中沒有將人工智能與專業(yè)知識進行有效結(jié)合并在課堂教育中予以展示，同時，還存在教材更新較慢、理論知識與社會實踐脫節(jié)嚴重、教學方式落后等問題，因此，在人工智能背景下，如何提升城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)“抗風險”能力，培養(yǎng)適合社會經(jīng)濟發(fā)展需求的高素質(zhì)人才已經(jīng)成為當前城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)課程體系改革的迫切問題。

1 人工智能背景下課程體系改革的必要性

1.1 新興技術(shù)的出現(xiàn)

2017年，國務(wù)院印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提出了以人工智能“推進城市規(guī)劃、建設(shè)、管理、運營全生命周期智能化”的要求。發(fā)展至今，以國土空間規(guī)劃為核心內(nèi)容的城鄉(xiāng)規(guī)劃已提出如“智慧城市”“數(shù)字鄉(xiāng)村”等充分融合了大數(shù)據(jù)、BIM、物聯(lián)網(wǎng)等人工智能技術(shù)，同時也在深度學習領(lǐng)域不斷探索，拓寬了城鄉(xiāng)規(guī)劃的廣度和深度，并為未來城鄉(xiāng)規(guī)劃的“人工智能+”奠定了扎實的基礎(chǔ)[2]。

1.2 城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)的轉(zhuǎn)型升級

人工智能與數(shù)據(jù)時代的大背景要求從事城鄉(xiāng)規(guī)劃相關(guān)業(yè)務(wù)的設(shè)計師除了掌握城鄉(xiāng)規(guī)劃基礎(chǔ)軟件之外還應(yīng)了解甚至掌握數(shù)據(jù)扒取、數(shù)據(jù)分析以及相關(guān)編程的新知識。同時為應(yīng)對人工智能對行業(yè)的新要求，在人工智能開始廣泛應(yīng)用于城市生活生產(chǎn)和城市管理時，行政主管部門和城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計單位也在積極響應(yīng)社會發(fā)生的變化，相繼成立了以大數(shù)據(jù)分析處理和服務(wù)城鄉(xiāng)的智慧化信息中心。同時國土規(guī)劃強調(diào)“多規(guī)合一”地對空間數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，通過數(shù)字化、圖形化、結(jié)構(gòu)化和集成化的技術(shù)手段，將規(guī)劃相關(guān)地理信息數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)和規(guī)劃空間數(shù)據(jù)統(tǒng)一納入公共信息平臺，使各相關(guān)規(guī)劃統(tǒng)一數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，統(tǒng)一繪制底圖，實現(xiàn)“多規(guī)合一”的技術(shù)破冰。

1.3 跨學科融合發(fā)展

城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)知識體系本就融合了建筑學、地理學、社會學、環(huán)境科學、經(jīng)濟學等內(nèi)容，在當前人工智能發(fā)展日新月異的社會，規(guī)劃技術(shù)也在迭代更新，Py?thon、BIM、AIGC等其他領(lǐng)域軟件已經(jīng)開始應(yīng)用在規(guī)劃設(shè)計過程中，伴隨著人工智能快速發(fā)展，高校眾多工科專業(yè)提出以數(shù)字化設(shè)計為突破方向，這類以人機交互使用的數(shù)字技術(shù)工具成為高校專業(yè)融合發(fā)展的橋梁，同時也為通過對相對完整、系統(tǒng)可靠的多源信息集取、分析、綜合和集成，采用數(shù)字化的設(shè)計方法，實現(xiàn)城鄉(xiāng)空間的智能化，也為科學地管控城鄉(xiāng)發(fā)展提供了可能。

2 人工智能背景下的課程體系研究

2.1 新工科背景下城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)發(fā)展目標和定位

在當前科技革命和產(chǎn)業(yè)革命變革的時代，為支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，培養(yǎng)高素質(zhì)人才隊伍，教育部制定了“新工科”建設(shè)行動方案，要求將新型科學技術(shù)與產(chǎn)業(yè)需求相銜接，與教育教學深度融合，推動傳統(tǒng)工科專業(yè)教學改革，而在傳統(tǒng)工科專業(yè)教育中，實踐教學占據(jù)了十分重要的地位，尤其是城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)中，實踐課程直接關(guān)系學生后續(xù)的發(fā)展狀態(tài)，因此更應(yīng)該注重學生的動手能力培養(yǎng)。與此同時，城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)繪圖屬實決定了人才培養(yǎng)體系中實踐能力的重要性，著力培養(yǎng)“應(yīng)用型”人才的迫切需求。

全國城鎮(zhèn)化發(fā)展逐步進入下半場，城鄉(xiāng)規(guī)劃發(fā)展由強調(diào)“量”的粗放式發(fā)展，轉(zhuǎn)變?yōu)椤百|(zhì)”“量”并重的內(nèi)涵式提升，即只關(guān)注開發(fā)建設(shè)向開發(fā)建設(shè)兼顧生態(tài)本底控制的環(huán)境資源規(guī)劃轉(zhuǎn)變。國土空間治理、生態(tài)與環(huán)境保護、歷史文化保護等注重內(nèi)涵式的發(fā)展成為城鄉(xiāng)綠色發(fā)展的核心訴求。由此帶來機構(gòu)改革、自然資源部的成立。城鄉(xiāng)規(guī)劃的管理由住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部調(diào)整到自然資源部，傳統(tǒng)空間規(guī)劃轉(zhuǎn)變?yōu)榭臻g治理，城鄉(xiāng)規(guī)劃的作用上升到國家高度，規(guī)劃工作由傳統(tǒng)技術(shù)型工作轉(zhuǎn)向技術(shù)與治理政策研究制定的結(jié)合。

2.2 人工智能課程的設(shè)置

隨著創(chuàng)新規(guī)劃類型的不斷出現(xiàn)，未來的規(guī)劃設(shè)計將會尤其注重規(guī)劃的結(jié)果到注重方法、研究、科學合理性的轉(zhuǎn)變，規(guī)劃方案設(shè)計已不再是唯一核心的環(huán)節(jié)，與以往接到任務(wù)就開展方案設(shè)計不同，在此之前需要開展一系列信息采集、數(shù)據(jù)分析及研究、策劃等，需要運用更多現(xiàn)代方法技術(shù)。工作方法已經(jīng)從傳統(tǒng)的描述性規(guī)劃轉(zhuǎn)向借助大數(shù)據(jù)信息平臺、環(huán)境分析、虛擬現(xiàn)實、云計算技術(shù)及類似GIS、BIM等一系列的量化分析軟件進行規(guī)劃設(shè)計，為規(guī)劃研究提供了足夠的依據(jù)，極大地提升了規(guī)劃合理性和科學性。為更好融入人工智能這一發(fā)展趨勢，在2023版人才培養(yǎng)方案中。增加了人工智能相關(guān)的課程以配合專業(yè)課程學習的延伸和應(yīng)用，同時也為學生跨專業(yè)學習奠定了基礎(chǔ)。在培養(yǎng)方案中涉及的基礎(chǔ)類人工智能的課程有模式識別與機器學習、BIM技術(shù)原理及Revit建模、GIS 原理與應(yīng)用。其中模式識別與機器學習的學習為學生在下一階段深入了解人工智能奠定了理論基礎(chǔ)；BIM技術(shù)原理及Revit建模則是為城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)與其他專業(yè)的集群提供了可能和通道；GIS原理與應(yīng)用的內(nèi)容滿足了當前國土空間規(guī)劃建設(shè)國土空間基礎(chǔ)信息平臺和國土空間規(guī)劃“一張圖”實施監(jiān)督信息系統(tǒng)的技術(shù)需求。人工智能相關(guān)課程的開設(shè)為下一階段學生學習專業(yè)知識，實現(xiàn)人工智能與專業(yè)知識的融合提供了可能[3]。

2.3 傳統(tǒng)課程融合人工智能技術(shù)

除在修訂的人才培養(yǎng)方案中加入人工智能相關(guān)課程外，針對城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)傳統(tǒng)課程與人工智能的結(jié)合也在同步推進，將傳統(tǒng)的城鄉(xiāng)規(guī)劃課程與人工智能相結(jié)合，可以有助于推動城鄉(xiāng)規(guī)劃的創(chuàng)新與發(fā)展，按照《普通高等學校本科專業(yè)類教學質(zhì)量國家標準》要求，結(jié)合學校發(fā)展定位和人才培養(yǎng)目標，城鄉(xiāng)專業(yè)開設(shè)的核心課程有中外城市規(guī)劃史與建設(shè)史、城市總體規(guī)劃與鄉(xiāng)鎮(zhèn)規(guī)劃和城鄉(xiāng)規(guī)劃原理等課程，結(jié)合課程內(nèi)容，主要從以下幾個人工智能方向進行融合。

2.3.1 數(shù)據(jù)分析與預(yù)測

在城鄉(xiāng)規(guī)劃領(lǐng)域中，通過將城鄉(xiāng)規(guī)劃相關(guān)數(shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)分析，可以發(fā)現(xiàn)城市發(fā)展的規(guī)劃和城市各要素的關(guān)聯(lián)性，為城市規(guī)劃的實施提供科學支持。在城鄉(xiāng)道路與交通設(shè)施規(guī)劃、城鄉(xiāng)基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃和城鄉(xiāng)控制性詳細規(guī)劃課程中可用的數(shù)據(jù)通常包括人口分布、建筑物質(zhì)量、道路和交通狀況、環(huán)境質(zhì)量、能源利用、土地用途等各個方面。在傳統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計中，需要設(shè)計者通過數(shù)據(jù)采集并將數(shù)據(jù)輸入至電腦中進行分析，受限于設(shè)計師的知識水平分析的結(jié)果往往帶有主觀性和片面性，而通過人工智能技術(shù)，我們可以快速地處理和分析這些大量的數(shù)據(jù)，從而得出更加準確的結(jié)果，大大節(jié)約了人工成本和時間成本。例如，使用機器學習算法對城市交通流量進行預(yù)測，可以幫助規(guī)劃師更好地理解交通擁堵、道路通行能力等問題，從而制定更合理的長期交通規(guī)劃；運用深度學習技術(shù)對城市空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)進行分析，可以預(yù)測空氣污染的程度，從而幫助政府和企業(yè)制定相應(yīng)的環(huán)保策略。此外，通過多源數(shù)據(jù)的融合和交叉驗證，我們也可以提高數(shù)據(jù)分析和預(yù)測的精度和可靠性。例如，運用城市地圖數(shù)據(jù)、輿情數(shù)據(jù)、傳感器數(shù)據(jù)、人口數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)源進行交叉分析和挖掘，可以更加全面地了解城市各方面的情況，制定更合理的規(guī)劃和決策[4]。

隨著數(shù)據(jù)量不斷增加，人工智能技術(shù)應(yīng)用在城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計中的優(yōu)勢將日漸明顯，課程中對于人工智能技術(shù)的依賴程度也將越來越高，融入人工智能技術(shù)，改變授課方式及學生實踐方式將勢在必行。

2.3.2 智能模型與仿真

傳統(tǒng)控制性詳細規(guī)劃和城市總體規(guī)劃方案以二維的形態(tài)展現(xiàn)在公眾面前，判斷其是否符合預(yù)期需要城市較長時間的建設(shè)實踐，可逆性較差；智能模型是利用人工智能技術(shù)構(gòu)建的城市規(guī)劃模型，這些模型可以模擬城市的各種要素，例如人口分布、交通流動、建筑物分布等，以及相關(guān)的空間、經(jīng)濟、社會等條件。通過模型的建立和參數(shù)調(diào)整，可以根據(jù)不同的規(guī)劃要求和目標，生成不同的城市規(guī)劃方案。

仿真是利用智能模型和計算機技術(shù)進行的虛擬實驗，用于模擬各種城市規(guī)劃方案在不同條件下的效果和影響。通過仿真，規(guī)劃師和決策者可以觀察城市規(guī)劃方案的潛在結(jié)果，包括交通流量、能源利用、環(huán)境影響等方面。通過不斷調(diào)整和優(yōu)化方案，可以找到最佳的解決方案，減少規(guī)劃決策的盲目性和不確定性。

通過規(guī)劃方案在不同條件下的效果，可以更好地評估和優(yōu)化城市規(guī)劃方案，減少規(guī)劃決策的風險和成本，可以幫助規(guī)劃師和決策者做出更準確的決策，智能模型與仿真技術(shù)的應(yīng)用可以幫助規(guī)劃師和決策者更好地理解和評估不同的城市規(guī)劃方案，從而確保規(guī)劃的合理性和可行性。同時，通過虛擬實驗，可以減少對實際城市進行試驗的成本和風險，提高規(guī)劃效率和效果，也為學生課程設(shè)計的改進提供了數(shù)據(jù)支撐。

2.3.3 可視化與交互設(shè)計

在傳統(tǒng)課程教學過程中，學生在進行課程作業(yè)設(shè)計時，設(shè)計方案均較為理想化，方案的可實施性和落地性往往較差。通過虛擬現(xiàn)實（VR） 和增強現(xiàn)實（AR） 技術(shù)，可以讓人身臨其境地體驗城市規(guī)劃方案落地后產(chǎn)生的各種影響，為教師在評價學生成果優(yōu)缺點提供數(shù)據(jù)支撐?？梢暬峭ㄟ^計算機圖像技術(shù)構(gòu)建城市模型、場景和效果的過程，目的是更好地展示、交流和理解城市規(guī)劃方案?？梢暬ぞ呖梢詫⒊鞘幸?guī)劃方案以空間三維模型、虛擬現(xiàn)實或漫游的方式展示出來，使規(guī)劃師和決策者能夠直觀地感受方案的效果和影響。交互設(shè)計則是針對城市規(guī)劃軟件系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)，著眼于用戶體驗和操作便利性。交互設(shè)計可以通過設(shè)計簡潔、直觀的用戶界面、制定良好的交互邏輯和流程，幫助師生更好地使用城市規(guī)劃軟件系統(tǒng)，完成課程規(guī)劃過程中的各種交互操作和分析。例如，可以利用虛擬實境技術(shù)模擬不同規(guī)劃方案的效果，如建筑物高度、交通流量、太陽投影等，以及模擬特定時間段內(nèi)人口和人流變化等情況。這些可視化和交互信息能夠更直觀地為規(guī)劃決策提供支持與幫助[5]。

3 結(jié)論

通過將人工智能與城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)課程進行融合，在城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)下一階段人才培養(yǎng)中解決了傳統(tǒng)城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)課程教學方式單一的弊端，對城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)新課程體系的建立有著積極的促進作用，形成了全新的“人工智能+”的教學模式，通過加強人工智能在課程教學中的比重，可以適時地對學生設(shè)計方案進行反饋，有效增強了學生作品的交互性和可視性，有利于學生培養(yǎng)成為具有較強設(shè)計能力和創(chuàng)新型思維的“新工科”應(yīng)用型人才，本次探索也將為其他學校城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)與人工智能結(jié)合提供實踐案例和參考。