新工科背景下智能建造專業(yè)集群建設(shè)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(jié)合建設(shè)工程對(duì)大數(shù)據(jù)、智能化、物聯(lián)網(wǎng)、BIM等信息技術(shù)的綜合集成應(yīng)用能力人才的迫切需求，針對(duì)智能建造技術(shù)集成多學(xué)科交叉跨界人才、具備“產(chǎn)學(xué)研用”的特征，依托學(xué)校在土木、建筑學(xué)、機(jī)械電子、物聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域的綜合優(yōu)勢(shì)及產(chǎn)學(xué)研合作優(yōu)勢(shì)，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(xué)為核心，融合機(jī)械電子工程、物聯(lián)網(wǎng)工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)，構(gòu)建智能建造專業(yè)集群框架，實(shí)施以BIM技術(shù)為主線的課程體系建設(shè)，打破原有專業(yè)界限，突出以學(xué)生為中心、創(chuàng)新為導(dǎo)向，以智能建造項(xiàng)目為主線，搭建智能建造專業(yè)集群平臺(tái)，探討新工科背景下學(xué)科交叉融合的人才培養(yǎng)新模式。

關(guān)鍵詞：新工科;智能建造;融合;課程體系

中圖分類號(hào)：G640 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號(hào)：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(shù)的轉(zhuǎn)型升級(jí)是全世界關(guān)注的熱點(diǎn)，各國(guó)都提出了相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展遠(yuǎn)景，如建筑工業(yè)化、中國(guó)制造2025、德國(guó)的“工業(yè)4.0”、美國(guó)的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”等。《2016-2020年建設(shè)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(shè)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(jì)算、BIM信息技術(shù)的綜合集成應(yīng)用能力;面對(duì)建筑業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，對(duì)于我們高校的人才培養(yǎng)目標(biāo)如何適應(yīng)未來(lái)建筑領(lǐng)域新發(fā)展，如何將傳統(tǒng)的學(xué)科知識(shí)體系與最新的智能建造新元素融為一體，搭建以學(xué)生為本、全面而個(gè)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(guān)系到學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵性問題。

根據(jù)教育部和住建部組織的行業(yè)資源調(diào)查報(bào)告，智能建造技術(shù)人才短缺突出表現(xiàn)在智能設(shè)計(jì)、智能裝備與施工等專業(yè)領(lǐng)域，今后10年高等教育每年至少需培養(yǎng) 30萬(wàn)人，相對(duì)于我國(guó)目前高等教育人才培養(yǎng)來(lái)看，該行業(yè)人才的需求量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人才供給量。而在當(dāng)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(shí)結(jié)構(gòu)較為單一，專業(yè)設(shè)置、調(diào)整的靈活性不夠，跨專業(yè)交叉融合的教學(xué)內(nèi)容缺乏，無(wú)法滿足當(dāng)前建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展人才培養(yǎng)需求。毫無(wú)疑問智能建造專業(yè)集群的建設(shè)是實(shí)現(xiàn)新工科建設(shè)交叉人才培養(yǎng)的有利手段。

二、專業(yè)發(fā)展?fàn)顩r

北京城市學(xué)院“十三五”時(shí)期，從注重知識(shí)傳授向更加注重能力素質(zhì)培養(yǎng)的方式轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步更新理念，以學(xué)生發(fā)展為中心，實(shí)施各專業(yè)“學(xué)習(xí)路線圖計(jì)劃”，達(dá)到各專業(yè)間課程開放，逐步實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)以“教”為中心向以“學(xué)”為中心的教育理念轉(zhuǎn)變。城市建設(shè)學(xué)部通過行業(yè)調(diào)研及崗位分析，以全生命期理念開展專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系改革實(shí)踐，圍繞“兩個(gè)尺度、兩條主線、三個(gè)層面”注重工程協(xié)同能力培養(yǎng)，為后期的學(xué)科交叉融合奠定了基礎(chǔ)。

三、智能建造專業(yè)集群建造框架

如何把握好新工科建設(shè)的內(nèi)涵[2]，統(tǒng)籌考慮“新的工科專業(yè)、工科的新要求”，逐步落實(shí)“工科的新要求”，升級(jí)改造傳統(tǒng)學(xué)科，主動(dòng)統(tǒng)籌規(guī)劃未來(lái)戰(zhàn)略領(lǐng)域創(chuàng)新人才培養(yǎng)，是我們每一所高校均需認(rèn)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(lái)建設(shè)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必然趨勢(shì)。故智能建造專業(yè)集群[3]的建設(shè)，應(yīng)在基于通識(shí)教育理念前提下，逐步加強(qiáng)數(shù)理基礎(chǔ)能力的培養(yǎng)，打造交叉學(xué)科科技新元素模塊化課程，并將其有效融入傳統(tǒng)學(xué)科知識(shí)體系;逐步建立“人工智能+”人才培養(yǎng)模式，開發(fā)“數(shù)字+設(shè)計(jì)”、“BIM+建造”、“綠色+建筑”等適應(yīng)行業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型發(fā)展的特色課程;不斷推進(jìn)教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新，落實(shí)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(shí)，為進(jìn)一步搭建學(xué)生個(gè)性化發(fā)展的校外實(shí)踐平臺(tái)，需聯(lián)合國(guó)內(nèi)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(xué)實(shí)踐環(huán)境，以有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)高素質(zhì)、應(yīng)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(diǎn)。智能建造技術(shù)是在土木工程基礎(chǔ)上融合大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)形成的綜合多學(xué)科技術(shù)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(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新，必須統(tǒng)籌考慮多學(xué)科交叉融合的特點(diǎn)，結(jié)合自身優(yōu)勢(shì)，以原來(lái)的土木、建筑學(xué)專業(yè)為核心，滲透機(jī)械電子、物聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、智能建造新技術(shù)等各交叉學(xué)科領(lǐng)域技術(shù)。

四、智能建造專業(yè)集群課程體系搭建

為將各交叉學(xué)科教學(xué)內(nèi)容有效融合在一起，首先我們需以未來(lái)建筑行業(yè)發(fā)展人才需求為出發(fā)點(diǎn)，明確其應(yīng)具備的各種素質(zhì)，在工程技術(shù)、信息技術(shù)、經(jīng)濟(jì)管理、法律、文化等領(lǐng)域應(yīng)具備的能力體系，由此搭建目標(biāo)導(dǎo)向的課程模塊體系，一一對(duì)應(yīng)能力達(dá)成與課程體系之間的映射關(guān)系，如圖2所示，擬建立智能建造專業(yè)集群課程體系建設(shè)框架，具體思路如下：

（一）全面開展通識(shí)通能教育，強(qiáng)化思維方式重要性，建立對(duì)交叉學(xué)科領(lǐng)域的認(rèn)知及創(chuàng)新思維

智能建造技術(shù)創(chuàng)新人才需要寬廣的人文素質(zhì)及科學(xué)素養(yǎng)。學(xué)生通過大學(xué)一年級(jí)通識(shí)通能教育的學(xué)習(xí)，選修經(jīng)濟(jì)、法律、社會(huì)類課程，使學(xué)生具備健全的心理和健康的體魄，樹立正確的人生觀和價(jià)值觀，具有高尚的道德品質(zhì)，能體現(xiàn)人文和藝術(shù)方面的較高素質(zhì)，以及科學(xué)的思維方式。同時(shí)幫助學(xué)生發(fā)展遠(yuǎn)大理想和抱負(fù)，培養(yǎng)他們的公民意識(shí)、社會(huì)責(zé)任感以及職業(yè)道德等。

（二）有針對(duì)性地加強(qiáng)專業(yè)基礎(chǔ)課程群的建設(shè)，為創(chuàng)新能力的培養(yǎng)打下基礎(chǔ)

創(chuàng)新能力的培養(yǎng)需要具備較寬的自然科學(xué)基礎(chǔ)，掌握數(shù)學(xué)、物理、計(jì)算機(jī)等基本理論和基本方法，為讓學(xué)生能夠?qū)⒆匀豢茖W(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)用于解決復(fù)雜工程問題，有較強(qiáng)的自學(xué)能力，需針對(duì)性地加強(qiáng)專業(yè)基礎(chǔ)課程群建設(shè)，并加強(qiáng)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)，如Python語(yǔ)言的學(xué)習(xí)，為后期專業(yè)課編程奠定基礎(chǔ)。

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

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

（四）建立校企合作協(xié)同育人的實(shí)踐教學(xué)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(shè)與發(fā)展的內(nèi)涵特征[2]，學(xué)校應(yīng)結(jié)合自身特點(diǎn)，在現(xiàn)有專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中，強(qiáng)化并開放工程實(shí)踐的教學(xué)內(nèi)容，突出強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)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(shí)踐基地和校內(nèi)實(shí)踐基地的資源優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、校企互益的立體、持續(xù)性實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)[6]。進(jìn)一步深化產(chǎn)教融合、校企合作的體制和人才培養(yǎng)模式。以項(xiàng)目為導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐、校內(nèi)與校外培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建建設(shè)工程全周期工程教育的新思路。

（五）實(shí)施以BIM技術(shù)為載體的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)模式創(chuàng)新

整個(gè)課程體系通過智能建造典型載體-BIM技術(shù)緊密聯(lián)系起來(lái)，以 BIM技術(shù)為載體，融合大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)等信息化技術(shù)構(gòu)建全生命周期的智能建造應(yīng)用場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)、工程技術(shù)和項(xiàng)目管理的數(shù)據(jù)交互。BIM的重要價(jià)值體現(xiàn)在通過構(gòu)建建筑信息模型，實(shí)現(xiàn)建設(shè)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(shù)的BIM協(xié)同管控平臺(tái)，并將其作為重要載體，將機(jī)械臂、虛擬現(xiàn)實(shí)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及人工智能等新興技術(shù)統(tǒng)一集成到BIM平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工程建造各階段智能管控體系的搭建，最終達(dá)成建設(shè)工程項(xiàng)目中各種信息數(shù)據(jù)的交互和集成，實(shí)現(xiàn)真正意義上建設(shè)全過程的信息共享。以BIM技術(shù)為載體，創(chuàng)新智能建造專業(yè)人才培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，不僅激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力，同時(shí)也利于掌握智能建造涉及的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)械電子、智能建造新技術(shù)等科學(xué)技術(shù)問題，寓教于實(shí)踐。

結(jié)合上述五個(gè)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(shè)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)模式創(chuàng)新。

五、要解決的問題

（一）如何進(jìn)行專業(yè)學(xué)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(shù)是土木工程、建筑學(xué)、機(jī)械電子工程、物聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等多技術(shù)交叉融合形成的技術(shù)體系，如何在原有土木建筑類專業(yè)課程的設(shè)置上進(jìn)行融合，加入體現(xiàn)數(shù)字化的建筑設(shè)計(jì)、智能化的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)械電子、信息化新技術(shù)等相關(guān)課程，使學(xué)生的能力得以螺旋式提升是首先面臨要解決的問題。

同時(shí)，結(jié)合當(dāng)前以及未來(lái)新技術(shù)發(fā)展的方向，開發(fā)土木工程、建筑學(xué)專業(yè)領(lǐng)域新興專業(yè)課程，例如將機(jī)械臂引入數(shù)字化設(shè)計(jì)，將人工智能、信息化技術(shù)注入工業(yè)建筑化體系，智能建造導(dǎo)論引領(lǐng)學(xué)生對(duì)專業(yè)的整體認(rèn)識(shí)等等。

（二）如何設(shè)置智能化為方向的專業(yè)選修課

智能建造技術(shù)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)“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(jìn)教學(xué)方法改革，將互聯(lián)網(wǎng)、人工智能時(shí)代新技術(shù)特色課程落實(shí)到專業(yè)選修課環(huán)節(jié)，使得課程內(nèi)容緊隨當(dāng)今最新科技技術(shù)的發(fā)展，與時(shí)俱進(jìn)，最終形成數(shù)字化土木建筑設(shè)計(jì)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(yīng)未來(lái)建筑業(yè)領(lǐng)域智能建造新發(fā)展的工程創(chuàng)新人才。

六、結(jié)束語(yǔ)

“實(shí)行多學(xué)科融合交叉”，培養(yǎng)新興產(chǎn)業(yè)急需的復(fù)合型新工科人才，是新工科最基本的內(nèi)涵之一[2]，智能建造專業(yè)集群的建設(shè)是實(shí)現(xiàn)新工科建設(shè)交叉人才培養(yǎng)的有利途徑。智能建造專業(yè)集群平臺(tái)，需在傳統(tǒng)土木工程學(xué)科原有的培養(yǎng)體系上，依托我校在土木、建筑、機(jī)械、電子、信息、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域的綜合優(yōu)勢(shì)及產(chǎn)學(xué)研合作優(yōu)勢(shì)，以土木工程、建筑學(xué)專業(yè)為核心，圍繞數(shù)字化設(shè)計(jì)、智能化建造的培養(yǎng)核心，融合機(jī)械電子、物聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等交叉學(xué)科科技新元素的課程，推進(jìn)教學(xué)方法改革，落實(shí)智能建造新工科專業(yè)領(lǐng)域要求的工程人才需要具備的解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)，以滿足社會(huì)、企業(yè)需要的智能建造領(lǐng)域高端復(fù)合人才的需求。

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