建筑建材行業轉型的本科人才培養方案研究

田 甜 吳 蓁 陳 錕 史繼超 徐小威

（上海應用技術大學材料科學與工程學院 上海 201418）

建筑行業是我國經濟發展的支柱產業，而建筑設計是建筑的靈魂，不僅提供建筑的外形和空間結構，更是塑造人類生存理念和生活方式的有效載體。因此，建筑設計和研發及其延伸行業的發展是推動我國建筑業轉型和升級的關鍵和核心，也是我國建筑業實現資源集約、環境友好的有力推手。近年來，包括裝配式建筑設計、BIM、工程總承包、全過程工程咨詢、綠色建筑等在內的新型理念和技術已逐漸成為我國建筑行業的發展方向，受到國家和社會大力鼓勵和支持，各級政府相繼出臺了一系列促進行業轉型、升級和發展的政策和措施。

在首屆中國建筑科學大會上，與會專家作出以下表述，“隨著日益增長的建筑需求及科學技術大變革的趨勢，建筑產業唯有順勢而為，主動擁抱變革，形成以綠色化為發展理念，以工業化為發展方式，以信息化為發展手段，以標準化為發展保障的核心發展路徑，才能實現建筑業的轉型升級與高質量發展”。[1]會議還討論了建筑節能、數字技術對工程建造的變革性影響。

針對建筑建材行業轉型的新方向和新理念，作為上海市應用型本科專業的改革試點，建筑材料專業方向的學生培養應適應行業轉型的崗位人才需求，需要形成具有應用型特色的人才培養模式和方案。這種模式和方案的核心在于專業理論課程及實踐課程的針對性設計：貫徹對于建筑設計的認識，將綠色化、工業化、信息化、標準化的具體理念及其內涵落實于教學設計中。[2-4]

1 建筑建材行業的轉型方向

歸納而言，建筑建材行業的轉型方向包含建筑節能、綠色建筑、裝配式建筑、BIM 技術、建筑部品化、新型建材等理念及技術，雖然這些概念中部分內容相互重疊，但每個概念各有其側重點。相關人才需求崗位涉及建筑及建材的設計、制造、標準、工程、管理、檢測等。在課程設計中搞清并理解這些概念涵蓋的內容十分重要。

建筑節能：建筑節能，在發達國家最初為減少建筑中能量的散失，普遍稱為“提高建筑中的能源利用率”，在保證提高建筑舒適性的條件下，科學合理使用建筑能源和可再生能源，不斷提高總能源利用效率。

建筑節能，具體來說是指在建筑物的規劃、設計、安裝、改造和使用過程中，按照有關建筑國家、行業以及地方的節能標準，選用節能型的技術、工藝、設備、材料和產品，合理設計建筑維護結構的熱工性能，提高保溫隔熱性能和采暖供熱、空調制冷制熱系統效率，加強建筑物用能系統的運行管理，在保證建筑使用功能和室內熱環境質量前提下，做到合理有效地利用建筑能源以及可再生能源。

綠色建筑：綠色建筑是生態建筑、可持續建筑，其本質是復合多功能的建筑，是將建筑居住功能、建筑美學功能、建筑生態功能高度協調統一的集合體。綠色建筑的內在要求——“五節一環保”節能、節地、節水、節材、節時、保護環境。

目前已形成國際上最為先進的綠色建筑認證評分系統——LEED。

LEED 是一個評價綠色建筑的工具，國內譯為“能源與環境設計先導”，由美國綠色建筑委員會U.S Green Building Council 制定并推廣。LEED 主要旨在設計中有效地減少對環境和住戶的不利的影響，其注重的是行動、利民、共生三者的平衡統一。

中國綠色建筑認證，在2006 年出臺綠色建筑評價標準，于2014 年改編，是一種確認綠色建筑等級并進行信息性標識的評價活動。按照《綠色建筑評價標準2014 版》（新版綠標），按滿足控制項和評分項的程度，綠色建筑認證劃分為三個等級。

中國綠色建筑認證與美國LEED有很多不同點，主要體現在結構體系、評價方式、評分方法和結果三個方面。結構體系包過評估對象與評價指標，新版綠標評估對象為公共建筑和居住建筑，而LEED評估對象為5 冊，分別是建筑設計與施工、建筑運營與維護、住宅設計與施工、室內裝修設計與施工和社區開發。國內新版綠標的評價方式為設計評價（在建筑工程施工圖設計文件審查通過后進行）和運行評價(在是在建筑通過竣工驗收并投入使用一年后進行)。國內新版綠標規定綠色建筑總分分別達到50 分、60 分、80 分時，綠色建筑等級分別為一星級、二星級、三星級。美國LEED 共有四個認證等級，分別是：40～49 分為認證級，50～59 分為銀級，60～80 分為金級，80 分以上為鉑金級。

BIM 技術：BIM（建筑信息模型）技術自2002 年左右誕生以來，經過十多年的發展，已在全球范圍內得到廣泛認可。2007年斯坦福大學，通過對32 個項目案例的調研總結指出使用BIM可以節省成本10%，節省工期7%。我國于2004 年開始引入BIM 概念，BIM 從2013 年開始，在我國進入了一個快速發展的時期。

BIM 基于建筑工程項目的各項信息數據，建立起三維的建筑模型，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。[5]這一模型包括建筑物的信息模型和建筑工程管理行為的模型，可以通過信息的共享和傳遞將兩者結合，能讓建筑、工程和施工（AEC）專業人員深入了解項目并使用相關實用工具，從而提高對項目的管控水平和建設工程的效率，降低過程中出現的風險，避免浪費資源，節約成本，有效實現建筑的全生命周期管理。

裝配式建筑：裝配式建筑區分于傳統的建筑方式，是將建筑的部分或全部構件在工廠按標準生產好后，直接運輸至現場進行施工裝配，實現了從“建造”到“制造”的轉變，成為具備使用功能的建筑物的建筑施工方式。與傳統建筑模式相比，裝配式建筑具有以下優勢：提高施工質量和效率、環境友好、縮短工期、提高施工安全等。

裝配式建筑和BIM 技術相輔相成。隨著裝配式建筑的推廣，信息化程度低，導致成本降不下來問題隨之而來。為了解決建造前統籌考慮各種要求，提前消除實際制造、安裝過程中可能產生的問題，實現項目信息在全生命周期的高效共享和流轉，可以采取在裝配式建筑設計中應用BIM 技術途徑，可將設計方案、制造需求、安裝需求集成在BIM 模型中。

裝配式未來發展趨勢：應用體系一體化生產（包括應用系統使用單點登錄，數據多應用共享以及多方協同參與），過程一體化（設計-生產施工一體化）；精細化，即管理對象細化到每一個部件和施工細化到工序；智能化，智能系統部分或者全部取代人以及輔助人；最優化，設計方案最優化，生產、運輸、施工等等最優化。

建筑部品化：建筑部品就是指預先制作好的構件，建材部品幾乎占據了建筑部品體系主體部分。

“部品化”就是將預制構件集成，形成范圍更廣、層次更高的大構件，如整體衛生間、整體廚房等等，施工時只需要組裝即可。

建筑部品體系框架按照建筑部分可分為結構部品、外圍護、內裝、廚衛、設備、智能化、小區配套等體系。建筑部品體系框架分類見表1。

建筑材料模塊化：住宅產業化從本義來講就是要實現住宅生產、供應等的工業化。住宅產業化將傳統的住宅建設過程轉變為住宅組裝過程，從而大大提高生產效率，節省資源和材料，降低生產成本，降低物耗，減小能耗。其建設理念在很大程度上依靠建筑材料來實現，而實現住宅產業化的首要前提是建筑材料的模塊化、標準化。

新型建筑材料：主要包括新型墻體材料，保溫隔熱材料，防水密封材料，陶瓷材料，新型化學材料，裝飾裝修材料以及各種工業廢渣的綜合利用等。

2 專業理論課程及實踐課程的設計

2.1 專業課程設計

將上述行業轉型發展的方向、技術內容進行合理協調及兼顧設計、材料、工程、檢測等各崗位需求，設計了“建筑節能工程材料及其檢測”“綠色建筑及其材料”“建筑工程模塊化及其設計”“裝配式建筑設計”“新型建材與部品”五門校企合作課程。其主要授課內容如下。

“建筑節能工程材料及其檢測”：該課程是專業核心課程，教學目的是使學生掌握建筑節能材料的基本知識、基本概念及選用、設計、應用（工程）的科學依據，為后續專業課及就業準備打下一定的專業基礎。課程的主要任務是介紹常用建筑節能材料，如建筑墻體節能材料、節能門窗和節能玻璃、無機絕熱節能材料、有機絕熱節能材料、建筑節能相變材料、再生骨料混凝土材料、節能化學建材等。并介紹將以上材料結合相關標準進行建筑節能工程中的選用、設計、檢測及熱工計算。

“綠色建筑及其材料”：學生通過該課程的學習，熟知綠色建筑概念；掌握綠色建筑所使用的新材料，新能源；掌握綠色材料概念、類別；了解中國綠色建筑評價標準、技術細則；深入認識綠色節能建筑的概念、評價等級劃分和認證方法；掌握在盡可能降低成本的基礎上實現最高的節能效果；深入了解行業節能產品的特性并靈活運用于項目。

“建筑工程模塊化及其設計”：該課程是建筑材料方向學生的一門專業必修課，具有較強的系統性、創新性、針對性和實用性。學生通過該課程的學習，了解BIM 技術的當前發展現狀及前景，BIM 技術在項目建設全程各階段中的應用理念及方法，基本建模軟件的功能和使用方法。會使用BIM 技術進行簡單建筑類型的平、立、剖設計的基本方法，并運用到實際設計中，進行基本的構造設計。掌握建筑工程及其模塊化技術；以建筑設計與通過數字信息仿真模擬建筑物的結合達到BIM 技術在模塊化建筑工程中應用的目的。

“裝配式建筑設計”：本課程主要介紹裝配式建筑以及其設計原理，通過本課程學習，學生能掌握以下七要點：技術策劃、方案設計、初步設計、施工圖設計、構件加工圖設計、預制構件設計和構造節點設計。技術策劃對于預制裝配式建筑有著不可替代的重要作用，相關設計單位要仔細了解建筑項目的外部條件、成本限額、產業化目標、建設規模以及項目定位等內容，提高預制構件的規范化、標準化程序，加強和建設單位的溝通交流，最終確定合適的技術實施方案；方案設計在建筑過程中起著重要的作用，在確保預制裝配式建筑正常使用性能的基礎上，堅持多組合、少規格的預制構件設計原則，從而達到理想結果。立面設計的效果將決定人們對建筑的第一印象，因此立面設計是建筑設計的關鍵。

“新型建材與部品”：本課程“新型建材與部品”是專業核心課程，教學目的是使學生掌握新型建材（綠色建材）及部品的品種、性能、特點，使學生掌握常用新型建材及部品的性能特點、選用和施工要點；了解新型建材及部品生產的主要原材料、生產工藝對性能的影響關系；了解同一類新型材料及部品不同品種性能異同點及選用應注意問題；了解新型建材發展動向。為后續專業課學習及就業準備打下一定的專業基礎。本課程的主要任務是介紹新型建材的品種、性能、特點；介紹建材部品的概念、品種、制作、性能等。

2.2 實踐課程設計

實踐課程實施是工科專業學生加強專業課程理解、強化技能訓練及創新創業孵化的重要教學環節。為加強與上述課程的配套，除基礎專業實驗及性能檢測分析實驗外，特開設三周專業綜合實驗，實驗任務及要求介紹如下。

2.2.1 實驗任務

專業綜合實驗是一個獨立專業實踐環節，綜合性強，涉及知識面廣。本實踐環節的任務是要求學生在掌握建筑材料、建筑節能材料、建筑材料檢測技術等原理的基礎上，學習和掌握建筑材料功能設計、制備、性能檢測的基本原理和技術，主要包括各種建筑節能保溫材料、防水保溫一體化墻體以及廚衛排氣管道材料的制備及性能特點。了解并掌握各種常規檢測設備的使用和保養；培養和訓練學生具有良好的科研素質、有較強的分析問題和解決問題的能力，為今后獨立從事建筑材料及相關研究奠定基礎。三周專業實驗分別為節能保溫墻體（1 周）的多種設計、熱工計算、實驗室制備、測試；節能玻璃（1 周）的多種設計、熱工計算、實驗室制備、測試；部品化-防水保溫一體化墻體、廚衛排氣管道的制作與性能測試（一周）。

2.2.2 實驗基本要求

（1）建筑保溫材料制備：要求學生按照分組情況，對本實驗中的每一步驟和過程進行操作、記錄和分析，注意各種保溫材料配方參數的合理設定，對不同設計參數下制備的建筑保溫材料進行性能檢測及比較，熟練掌握常規檢測設備的使用方法和測試原理。

（2）玻璃節能涂層的制備工藝：了解不同節能涂層的制備工藝、測試指標以及涂層對玻璃節能性能的影響。

（3）部品化建材設計與制作：掌握防水保溫一體化墻體的制備工藝，了解防水保溫墻體材料的測試指標及測試方法。

（4）掌握廚房衛生間排氣道材料的制備工藝及不同耐溫耐介質材料的性能特點，了解不同排氣道材料的測試指標及測試方法。

3 結語

建筑建材行業的轉型方向包含建筑節能、綠色建筑、裝配式建筑、BIM 技術、建筑部品化、新型建材等理念及技術，該行業轉型發展的方向、技術內容對建筑材料專業方向人才提出了更高的要求，因此，人才培養方案的制定，必須適應行業轉型的崗位人才需求，形成具有應用型特色的人才培養模式和方案。其中尤為重要的是專業課程設計。