新工科背景下地方應用型本科智能建造專業實踐課程體系的構建與思考

涂勁松，覃愛民，戈海玉，孔 敏

(皖西學院，安徽 六安 237012)

以物聯網、大數據、云計算、人工智能為代表的新一代信息技術，正在催生新一輪的產業革命，經濟也由高速發展向高質量發展階段轉型[1]。建筑行業在信息技術和智能技術的驅動下，傳統建造人才不濟，建造技術人員和工人奇缺，智能建造成為行業發展的大趨勢。

1 建筑產業和人才面臨的主要問題

建筑業是我國傳統的優勢產業，但幾十年發展過程中與制造業相比，信息化水平和工業化水平較低[2]，其主要表現在：

首先，建筑工程總量已經達到全球第一、但在建造技術上并非建造強國。

其次，建筑各專業內部矛盾沒有解決：碎片化、粗放式的建造方式問題突出；產品性能欠佳、勞動強度大、勞動力密集、資源浪費大、安全問題突出、環境污染嚴重、生產效率較低等。

最后，建筑業整體外部環境急劇變化：社會老齡化、人工成本增加、綠色可持續發展需求。

從這幾個方面可以看出，建筑業亟待解決的是整個產業發展的問題。推行建筑工業化和智能建造也是政府迫切要推進的問題。自十三五以來，國家密集出臺了一系列推行BIM技術、建筑工業化產業政策和智慧城市等發展文件(見表1)，這些文件的出臺大力推進了BIM技術、裝配式建筑等智能建造方式，促進了建造方式改革。

表1 國家推進建筑信息化和工業化文件一覽表

2 新工科背景下智能建造專業知識特征探析

2.1 智能建造的含義

隨著新一輪產業革命和技術變革的發展，世界形勢正在發生深刻變革，新形勢下，迫切需要大批新型工程技術人才來支持“中國制造2025”以及創新驅動發展等國家戰略[3]。國家教育部自2017年2月以來積極推進新工科建設，先后達成“復旦共識”“天大行動”以及“北京指南”，并發布《關于開展新工科研究與實踐的通知》和《關于推進新工科研究與實踐項目的通知》兩個文件。安徽省教育廳聯合安徽省經濟與信息化廳發布《關于加快專業結構優化支撐服務制造強省建設的指導意見》，文件提出要主動優化學科專業布局，促進現有工科的交叉復合、工科與其他學科的交叉融合，積極發展新興工科，拓展工科專業的內涵和建設重點。

基于以上基礎，智能建造作為新工科專業應運而生。智能建造專業以土木工程專業基礎為“本”，以面向國家戰略需求和促進建筑業轉型升級為“質”，以融合電子信息及其自動化、機械設計制造及其自動化、工程管理等專業發展為“要求”[4]。

“十三五”期間，國家著力于“互聯網+”、大數據、云計算、人工智能、區塊鏈等新一代信息技術與現代教育的融合創新，推進專業交叉融合，加速改造傳統工科專業，培育新工科專業集群化發展。相信“十四五”在上一輪建筑產業培育的基礎上，會進一步把信息技術融合在智能建造活動中，驅動信息技術與全過程工程項目管理的深入融合，“推進建筑產業現代化，推廣智能和裝配式建筑……”，“力爭用10年左右的時間，使裝配式建筑占新建建筑面積的比例達到30%”等[5]。

2.2 智能建造的人才培養需求

教育部和住建部組織的行業資源調查報告顯示(2019年)，今后10年，我國建造行業從業人員中技術與管理人員占比要達到20%，而目前該比例僅為9%，智能建造技術人員缺口將大于100萬人/年。智能建造技術人才短缺突出表現在智能設計、智能裝備與施工、智能運維與管理等專業領域。而安徽處于長三角地區，2020年8月24日習近平在扎實推進長三角一體化發展座談會上強調“緊扣一體化和高質量抓好重點工作推動長三角一體化發展不斷取得成效”[6]，明確了安徽的發展要更快更高質量地融入長三角。

近三年，長三角建筑業總產值占全國的比重超過了30%，江蘇、浙江、安徽、上海的全國排名分別為1、2、11、14位，其中安徽年增長率最高，達到了15.5%，長三角為我國智能建造重點推進區域。預測長三角區域智能建造技術人員缺口將大于30萬人/年。全國成功申報智能建造專業的高校僅有24所，其中二本院校14所。長三角僅3所，安徽僅1所。長三角暫無地方應用型本科院校。立足安徽，面向長三角，輻射全國，服務于區域經濟建設，培養新型特色人才，符合國家和安徽省經濟社會發展需要，契合學校辦學定位和發展規劃。

3 智能建造的知識體系

智能建造屬于交叉新工科專業，實踐性課程較多，主要包括學科基礎性實踐教學環節、專業核心實踐教學環節、學科方向實踐教學環節和綜合創新實踐。

基礎性實踐教學環節從內容上又可分為原土木工程、機械工程和信息工程等實踐教學內容。但這些實踐環節不是簡單的重復疊加，圍繞的“中心”是建造，手段是智能。比如基礎實踐環節的智能測繪實習，是在原有低效的測繪基礎上的智能化，手段和方法都發生了重大變化，之前可能需要人工的反復復測，現在可能是放樣機器人學習圖紙后的自動放樣，極大減少了人工和誤差。因此在基礎實踐教學環節上特別對于地方應用型本科高校需要梳理出與智能建造有關的知識點，是對知識的重新構造。再比如“工程制圖”“工程力學”“工程化學”等課程，這里主要考慮屬于智能制造和土木工程專業的實踐性教學環節的設計。

圖1 智能建造實踐課程體系流程圖

針對智能建造專業的專業核心課，結合地方應用型本科院校實際，對課程設計進行了重構，在專業核心課程中，原有的土木工程核心課程的課程設計仍然設立，保證學生對土木工程總體知識的把握，同時增設建筑信息化類課程設計，以信息技術支撐解決工程問題。

在專業方向階段，總體設立兩個大方向，一是結合智慧工地的管理，把全過程項目管理融入信息技術，提升工程建造的智能水平。

另一個方向是智能結構設計，基于人才培養的落地目標，把裝配式工程作為智能建造培養的一個重要方向，同時輔以智慧管理和智慧運維。

鑒于智能建造專業學科的特殊性，在正式開始畢業設計之前，安排生產實習4周。主要采用分組形式(嚴格控制每個小組的人數)，前往省內外先進的建造企業和建造現場，跟從一線工程師，學習智能建造新知識，在工程師指導下，應用所學知識，解決實際問題。

綜合畢業設計的創新安排在最后一學年，總計不少于12周的終結性實踐訓練環節，畢業設計的目標是解決智慧建造問題，手段則增加人工智能、物聯網、大數據、云計算、移動互聯網、BIM、虛擬現實、3D打印、機器視覺、機器人等高新技術在建筑領域應用的選題。

圖2 智能建造實踐平臺規劃示意圖

4 智能建造綜合實踐平臺建設

4.1 以智能裝配式建筑構建智能建造產學研實踐平臺

以“教學理論為指導、專業技術實踐為內容”的多學科綜合性實訓中心。依據土木建筑智能建造技術內涵和工程實訓實踐研究的需要，智能設計中心分為數字化設計、數字制造、數字建造、智慧運維等模塊，智能建造實訓平臺如圖2所示。

4.2 智能建造產學研用綜合實踐平臺建設目標

按照“加強基礎、提高能力、綜合培養”的原則，智能建造產學研用綜合實踐平臺面向土木建筑科學領域的土木工程、建筑學、給排水科學與工程和建筑電氣與智能化等專業，從培養學生實踐能力和創新意識出發，開設個性化、創新性的虛擬仿真實驗項目，智能測繪、基于BIM裝配式智能規劃與設計、智能施工、智能監測和智能運維等，發揮學校學科專業優勢，充分整合學校信息化實驗教學資源，創造性地建設與應用高水平實踐中心。最終培養能夠熟練運用智能建造平臺相關技術的具有新知識、新理念、創新實踐能力和職業素養工程建設行業的高端技術人才，適應行業及社會人才需求，推動裝配式建筑向工業化、智能化發展，具體平臺培養能力目標如圖3所示。

圖3 實踐綜合創新平臺全過程訓練目標

表2 面向智能建造的實踐創新平臺服務綜合實踐課程群

續表

5 智能建造實踐性教學環節師資建設

智能建造除了實踐教學條件保障外，還與學科的師資有很大關系，重要的是應用智能手段解決傳統土木工程面臨的問題，一個好的師資團隊，能極大提升人才的培養質量。因智能建造專業是全新的“新工科”專業，不同的學校師資差異很大，比如同濟大學的人才培養方案更多地傾向于智能建造研究，而類似地方應用型本科要走出自己的專業特色，必須與具體的工程實踐需要相結合，實踐課程體系需要在后面的實踐中不斷完善。在策略方面應與相關企業建立聯盟，堅持產學研相結合的方式提升師資和實踐教學水平。主要方式有以下幾種。

5.1 師資互動共享

智能建造實踐課程體系離不開企業的技術支持，否則在現有階段人才培養的落腳點沒有。因此在制定智能建造實踐課程體系時要有企業技術人員參與編寫實踐教學大綱，按照企業需求來制定內容，根據企業和學生走上工作崗位后的反饋，持續改進實踐課程體系方案。

5.2 籌建產業學院

把企業的實驗室生產線建在學校里，把老師的知識寫在實踐里。主動對接智能建造一流企業，形成師資良性互動，在生產過程中不斷提升教師的教學能力水平。同時也把企業先進的技術和工藝流程引進課堂中。

5.3 以工程應用深入推動理論創新

在以往的課程教學和實驗分工中，教師負責理論，實驗老師負責實踐教學，導致“兩張皮”的現象時有發生，教學中都講自己擅長的，缺少理論和實踐的深度統一。地方應用型本科教育中，老師首先應掌握一線工程應用，然后與實踐課老師共同設計實踐課程目標，讓學生以應用知其然，推動理論深入知其所以然。同時也應該積極推動教師多方發展，形成教師、工程師和技師三位一體的復合型教師。

5.4 建立產教聯盟

智能建造專業因為是多學科交叉的新工科專業，要求老師掌握其他學科的知識，這就需要對教師進行二次回爐再造，把智能建造專業教師派遣到生產一線，讓他們了解物聯網、裝配式建筑、自動化生產線等智能建造的強大需求。加強新技術、新理論的培訓，特別是人工智能(機器人)等方面的培訓。通過產教聯盟的方式，課程互相融入，互相提高，從工程應用的角度提升教師本身的工程素質和工程實踐能力。

5.5 完善第二課堂育人體系

以BIM技術和裝配式技能大賽推動教師和學生不斷提升，以大學生創新創業項目鼓勵學生以解決“智能”建造問題的深度思考。競賽本身就是一種問題導向，精益求精的過程，通過各類專業競賽、創新創業活動將極大促進教師和學生發現新的問題，把這些問題的解決過程作為質量提升的重要途徑。

6 結語

智能建造專業自2017年同濟大學申報開設以來，目前全國范圍內還沒有畢業生，但不同的學校結合自己的校情和學科專業情況進行了有益探索和實踐。

總的來說，作為地方應用型本科高校，智能建造專業的實踐課程體系應緊緊圍繞“建造”二字而展開，從人才培養方案的頂層設計到課程體系的凝練；從師資培養到教材編寫，從實踐課程要求到實驗室建設等都需要大量的“新建造”知識再生。本文構建的以工程項目管理全過程咨詢和裝配式建筑工業化的應用型實踐課程體系，為地方經濟社會發展的人才之需提供了參考。