契合“新工科”跨專業協同畢業設計的改革與實踐

朱永甫　黃杰超　劉衍香　王鳳華

摘 ?要：隨著“新工科”國家戰略的實施和建筑業向新型工業化、信息化、綠色化轉型升級，一批以新技術、新業態、新模式為特點的新興建筑產業迅速崛起，對“土木類”專業人才的知識結構、能力素質提出了更廣、更高、更新要求。閩南理工學院于2020屆畢業生根據“新工科”對人才知識要求“扁平化”的特征和建筑業轉型升級的重大需求，及時實施跨專業協同畢業設計，取得了良好的教學改革效果。此成果獲得福建省教學成果二等獎，在土木工程專業面向“新工科”改造，具有引領推廣價值。

關鍵詞：新工科;跨專業;協同;畢業設計

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）10-0119-04

Abstract： Because of the implementation of the national strategy of "new engineering" and the transformation and upgrading of the construction industry to the new industrialization， informatization and greening， a number of emerging construction industries characterized by new technologies， new business forms and new models are rising rapidly. These puts forward broader， higher and newer requirements for the knowledge structure， ability and quality of "civil engineering" professionals.According to the characteristics of "new engineering" requiring "flattening" in talent knowledge and the great demand for the transformation and upgrading of the construction industry， the graduates of Minnan University of Science and Technology in 2020 have implemented the cross-major collaborative graduation design and achieved good teaching reform effect. This achievement won the second prize of Teaching Achievement of Fujian Province， and has the leading and promoting value in the transformation of Civil Engineering major toward "new engineering".

Keywords： new engineering; interdisciplinary; collaboration; graduation project

一、概述

隨著“新工科”“創新驅動發展”等國家重大戰略的快速實施以及建筑業逐步轉型升級的需要，一批以新業態、新技術、新模式為特征的建筑新興產業如綠色建筑、建筑節能、裝配置建筑等迅速發展起來，契合“新工科”，對傳統的土木工程教育提出了新理念、新結構、新模式、新質量、新體系等“五個新”要求[3]。工程教育改革發展方向具有學科交叉性、技術發展性和能力創新性等基本特征，促使土木工程建設領域向新型工業化、信息化、綠色化、國家化轉變，對“土木類”專業人才的知識、能力、素質結構提出了更高、更新的要求[1]。閩南理工學院于2020屆畢業生根據“新工科”對人才知識要求“扁平化”的特征和建筑業轉型升級的重大需求，把土木工程、工程管理、工程造價、建筑環境與能源應用工程4個專業有機融合、協同作業，及時實施了基于BIM技術的跨專業協同畢業設計，通過利用BIM建模技術對綠色施工過程、施工技術特點、施工操作規則等進行了4D虛擬建造、4D虛擬施工組織和5D智能計量與計價。

二、“新工科”要求與畢業設計教學環節存在的主要問題

住房和城鄉建設部《2016-2020年建筑業信息化發展綱要》提出：“十三五”期間，著力增強智能化、BIM、大數據等信息技術集成應用能力，建筑業的智能化、數字化、網絡化要取得突破性進展。中國建筑業全面進入智能建造的時代，智能制造是我國“制造強國戰略”的核心單元，是“中國制造2025”的主攻方向[3]，也是國家“新工科”建設的重要抓手。

“新工科”要求傳統建筑行業必須將新一代信息技術和新一代人工智能與制造業深度交叉融合。建筑行業正催生勞動密集型向技術密集型轉變，基于傳統的設計規程、建造流程、生產方式必須與“新工科”新技術緊密融合，逐步構成由制造業、建筑業、信息產業深入融合的契合“新工科”的智能建造專業[1，4]。它要求專業人才知識寬度足夠、專業能力較強，具有專業型、復合型、領軍型人才的特點。從知識和能力構成分析，“新工科”要求的土木類人才應具備如圖1所示的知識體系。

圖1 “新工科”對土木類專業人才知識體系的要求

對照“新工科”，傳統土木類專業，亟需解決相對滯后的課程體系與固化的教學模式，人才培養嚴重滯后于產業結構調整，不符合社會需求問題;實踐教學環節薄弱、模式單一，未能把跨學科的新知識新技能充實到專業培養中，缺少與理論教學環節之間系統化銜接;學科間互動機會較少，僅僅只能做到“一專”，而不能達到“多專多能”的問題。

而大學期間最后的實踐教學環節畢業設計，更是與“新工科”要求相悖，我校往屆的畢業設計，慣性地依據傳統教學理念，專業壁壘設置嚴重、設計內容單一重復、指導教師封閉自鎖，具體體現如下：

1. 與“新工科”所呈現的實際工程設計與施工技術存在“時差”。土木工程是一個各種系統既有互相獨立又交叉融合的“閉環”系統，它需要工程設計、工程施工、工程造價、工程管理等綜合知識和能力，來實現工程管理目標最優、工程造價目標最優，過去傳統獨立專業壁壘設置嚴重，其畢業設計（論文）難以滿足“新工科”要求，達到人才培養目標[2]。

2. 與“新工科”所要求的跨專業團隊職業素質“脫臼”。傳統畢業設計（論文）著眼于在本專業知識，很少顧及其他專業內容，缺乏“大土木”團隊職業素質，這與在實際工程設計、施工、管理、運維中多專業協同作業所要求的職業素養“脫臼”[5]。

3. 與“新工科”所創導的知識集成創新模式“脫節”。現代建筑企業與產品創新，不僅僅是單一專業知識領域的“獨創”，而是融合、繼承和集成了不同專業知識領域基礎上的“綜創”[7]。傳統的畢業設計不能滿足“新工科”對新知識、新能力提出的更高要求，明顯存在“脫節”現象。

4. 與“新工科”所推崇的培養多維度思維能力“脫鉤”。基于單一專業的畢業設計通常是以是否具備本專業的知識和能力的角度去衡量，而“新工科”要求訓練大學生工程專業、經濟法律、道德素養、環境社會、法律法規等綜合能力，傳統畢業設計（論文）只“圈”于本專業，知識衍生性差，與“新工科”推崇的培養多維度思維能力明顯“脫鉤”[8]。

三、跨專業協同畢業設計改革路徑

圍繞一個建筑物為設計對象，整合并優化教學資源，邀請企業專家全過程參與，結合1+X職業技能證書試點建設契機，基于BIM技術平臺組建跨專業協同畢業設計團隊。為了更好地解決學校畢業設計實踐教學環節過去存在的“空洞化”現象，充分發揮我們學校應用型人才培養特點和“產教融合、協同育人”項目和基地優勢，通過跨專業協同畢業設計，實現了“真題真做”“一組一教授”“全過程監控”。

（一）跨專業協同畢業設計框架設計

為了契合“新工科”一專多能之特點，梳理現代土木工程對“大土木”的知識和技能要求，學院聯合土木工程、工程造價、工程管理、建筑環境與能源應用工程等4個專業，覆蓋結構設計、土木工程設計、給水排水工程、暖通空調工程、工程環境檢測、工程造價管理、施工組織管理等相關專業領域，以“學生為中心，教師為指導”為總體設計方針，以“跨專業、數字化、云數據、全壽命”為工程設計理念，組建了教授引領的10組的指導教師團隊（5人/組）和畢業設計小組（4人/組），如圖2所示。

（二）主要舉措

土木工程學院在獲批國家級1+X（BIM）土木工程試點專業上，調整培養思路，于2015年進行了圍繞BIM技術的試點班，有系統地融入了“新工科”要求的BIM內容;健全需求導向的人才培養結構動態調整機制，建立緊密對接產業鏈、服務創新鏈的學科專業體系依據工程一線和畢業生就業崗位群技術需要，優化畢業設計選題，拓展畢業設計類型;組建“跨專業、多交叉、復合化”的指導教師團隊和畢業設計小組;構建了專業相互融合的教學協作平臺，形成線上線下資源共享，支持課程異地同步教學;面向現代土木工程技術發展，綜合考慮工程環境、工程經濟等因素，以合作與協調方式開展畢業設計，學生工程實踐能力、溝通協作能力得到提高。

1. 指導教師團隊組建。我院具有指導畢業設計的專業教師共有63名，經過教師推薦、學生評價、學院決定，層層把關，以“一個項目一個小組”、“一個小組一個教授”為原則，高中青搭配合理、專業分工明確、責任心強的指導教師隊伍。參與跨專業協同畢業設計的一線指導教師必須既具有多年課堂教學和指導畢業設計經驗的老教授，又聘請了在建筑企業長期從事土木工程設計與施工、造價與管理的校企合作企業的資深工程師[3]。

2. 學生團隊層層遴選。我院跨專業協同畢業設計內容主要覆蓋土木工程、建筑環境與能源應用工程、工程造價、工程管理和給排水科學與工程（未有畢業生，但要求具備設計內容）等5個專業，建筑專業我院尚未開設。學院基于2015年已經開設《BIM建模》《BIM技術應用》等課程的基礎上，于2019年暑假開設“跨專業協同畢業設計”為期1個月的培訓班，從86學生中根據專業和培訓班成績，遴選39名組建了10個項目組。

3. 交叉融合科學選題。課題來源于學校重大教改課題——“閩南理工學院智慧校園”，屬“真題真做”（我校麗景樓、數字圖書館、體育館、學生宿舍、E與F幢教師公寓等10幢），要求項目組根據學校環境和建筑物特征，建立基于BIM技術的能實現“虛擬漫游”的“數字沙盤”，畢業設計團隊設計目標明確、技術路線清晰、交割流程清楚。同時也考慮到我院未設置建筑專業及設計進度安排上的困難，故由有關校企合作單位提供或完成建筑設計方案，并由項目組學生根據建筑方案完成建筑施工圖設計等后續設計工作[3]。

4. 協作平臺優化設計。跨專業協同畢業設計的每個項目組是由“4個專業、4個教師”臨時組建，若沒有一個數字化水平高的溝通交互平臺，無從談起協作設計。為此，學院為跨專業協同畢業設計項目組專門設置教室（BIM工程中心），依據項目組集中一起學習工作，模擬營造了一個與實際建筑工程設計院相似的硬件和軟件環境，要求學生每天到BIM工程中心簽到并記錄當天的設計進度，存在問題及時在服務器上記錄并相互討論、互相溝通、協同商議[3]，達成共識。

5. 嚴格指導每日化。要求參與協同畢業設計的所有專業指導教師必須深入每個設計進程的每個環節，每天必須與學生見面，現場解決學生通過協同作業尚未解決的問題。遇到“專業交叉”、“云平臺協作”等問題時，指導教師及時組織相關專業與學生根據“專業協同單”，召開專項協調會議，明確提出解決問題、解決方法、承擔專業、解決時間、成果形式、交割方式等，使專業之間協商通道暢通，確保設計進程按計劃進行[3]。

6. 圖紙流轉云臺化。在跨專業協同畢業設計過程中，不同專業之間中間成果交互巨量頻繁，如建筑結構設計圖是建筑電氣設備設計的前提，建筑施工圖是工程計量與計價的基礎，因此圖紙之間不僅存有上下流關系，而且交叉融合，一個專業的圖紙微小變動會導致整個項目組的圖紙“牽一發而全動”。因此我們設置了阿里云，要求學生把各專業圖紙按時間流、工作流、功能流建立了圖紙數據庫，保證整個項目的圖紙和數據自動隨某個專業局部圖紙或數據的調整變化而變化，隨時保證圖紙的一致性和有效性[3]。

7. 考核評價標準化。畢業設計的綜合成績由小組成績和個人成績組成，其構成比例為2：8。小組成績主要考核總體設計目標是否達到、專業間協調作業是否流暢等，個人成績主要考核設計工具使用是否熟練、單項設計目標是否達到、工作態度和專業水平等。對跨專業協同畢業設計，我們邀請外校專家作為評閱教師和答辯組成員，并重點關注專業間如何協同，考查學生的合作意識和團隊協作精神。整個項目組進行中期檢查評估、協作問題解決機制、圖紙數據流轉情況、聯合答辯等專項考核[8]。

8. 畢業設計扁平化。跨專業協同畢業設計（論文），因為針對的是一個“大土木”設計工程對象，底層BIM“大數據”支撐，由多個專業、多個分項工程，涵蓋土木工程結構設計、建筑設備設計與安裝、工程計量與計價、施工組織設計等組成，絕無可能一人完成或一個專業完成，因此畢業設計成果由小組總設計和個人單項畢業設計2部分構成。專業單項或分項工程具體分解，根據項目難度、專業細分等由指導教師與學生協商科學拆分。

9. 答辯成績綜合化。跨專業協同畢業設計采用聯合答辯形式，答辯組成員全部由外校專家和企業高級工程師組成。先由項目組長介紹課題總體成果并主要回答協同過程中產生和解決的問題，其次再由項目組成員介紹本專業的設計情況，主要內容包括專業設計的概況、設計依據理論、設計操作軟件、設計成果以及進一步改進措施和體會。對于一些牽涉跨專業交叉的技術問題，允許團隊成員討論并派代表回答[5]。通過聯合答辯，充分考察了項目組成員對課題所涉及的理論知識和工程技能的掌握程度，同時也對整組的團隊協作、集體精神、思維創新等作出了客觀評價。

四、成果與推廣價值

通過這次跨專業協同畢業設計實踐教學改革，嘗試了基于BIM數字化技術，把我校9個典型建筑形成了可視化三維模型，納入云數據平臺，做到了工程設計、建筑施工、工程造價、工程管理的全壽命信息共享，初步達到了“大數據”框架下，體現了“新工科”背景下建筑工程的數字化、精細化、全壽命之特點[1]，示例成果如圖3所示。通過跨專業協同畢業設計，使我校土木類學生充分意識到了畢業后未來職業崗位中自己所扮演的角色以及如何協同、如何把BIM技術嵌入工程設計中取得了明顯教學效果[2]。實現了基于BIM技術的專業協同，探究了跨專業協同畢業設計綜合實訓新模式，提高了綜合畢業實訓的教學效果，真實地實踐了教育部“三全育人”，提高了師資隊伍的時間指導水平。此成果獲得福建省教學成果二等獎，在土木工程專業面向“新工科”改造，具有引領推廣價值。

參考文獻：

[1]李德海，孟琳，包怡紅.本科畢業設計團隊模式的構建[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2014（12）：57-58.

[2]王世剛，姜淑鳳，周成.地方高校本科畢業設計（論文）模式的改革與實踐[J].中國校外教育，2012（6）：31-32.

[3]陳積光，李斌，童小龍，等.地方高校土建類應用型人才多維培養平臺研究[J].當代教育理論與實踐，2016（2）：151-154.

[4]紀松波.地方院校本科畢業設計指導模式的改革與實踐[J].實訓與實踐探索，2013（4）：41-42.

[5]武鶴，張莉娟，馬桂軍，等.多學科團隊式土建類專業畢業設計改革與實踐[J].高等建筑教育，2014（1）：123-126.

[6]佘艷華，曾磊，黃文雄，等.工程教育認證標準下土建類專業畢業設計改革與實踐[J].教育教學論壇，2018（5）：153-154.

[7]趙慶華，余璠璟，殷為民.基于BIM技術的跨專業綜合畢業設計團隊集成研究[J].中國建設教育，2017（6）：87-90.

[8]閆文賞，曹業啟，張馨圓，等.普通本科院校土建類“多專業團隊式”畢業設計模式的探索與實踐[J].教育教學論壇，2018（32）：171-172.

基金項目：福建省教育廳新工科項目“基于智能建造土木工程專業人才培養模式創新改革”（閩教高〔2020〕4號）;福建省教育廳“綠色建筑施工與管理福建省高校工程研究中心”（閩教科[2017]13號）;福建省教育廳“基于智能建造土木工程專業人才培養模式創新改革”（教高廳函[2020]2號）

作者簡介：朱永甫（1964-），男，漢族，浙江紹興人，碩士研究生，副教授，副院長，研究方向：綠色建筑材料研究、教學改革與管理。