地下空間開發交叉學科人才培養策略探討

王振 顧琳琳 高飛 姚箭

[摘 要] 改革開放以來，我國社會主義現代化建設成就舉世矚目，國家基礎建設也進入了高速發展階段，地下空間開發建設日趨復雜，并逐漸走向數字化、信息化，急需機械、材料、計算機等學科的支撐和融合。國家建設對于地下空間開發相關人才需求的高層次化，給土木工程人才培養提出了新的挑戰。通過分析目前地下空間開發和相關基礎設施建設難題，列舉人才培養模式中存在的問題，探討土木工程交叉學科人才培養策略，為新形勢下地下空間開發建設人才培養新模式，提出了科學可行的建議與措施。

[關鍵詞] 土木工程;地下空間開發;交叉學科;人才培養

[基金項目] 2020年度國家自然科學基金青年項目“沖擊擾動下深部巖體結構面剪切蠕變特性及時滯失穩滑移判據研究”（42002266）

[作者簡介] 王 振（1987—），男，河南商丘人，工學博士，南京理工大學講師，主要從事防護工程研究。

[中圖分類號] C229.29 ? ? [文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2021）41-0165-04 ? ?[收稿日期] 2021-06-10

一、問題研究背景

伴隨著我國城鎮人口的急劇增加，國家建設和人民生活對于地下空間的需求越來越大。地下空間涉及人防、建設、市政、環保、電力、交通、水利、國防等諸多方面[1，2]。地下空間承載著地下公用設施、交通基礎設施、服務和工業設施甚至國防工程設施，科學綜合地規劃開發地下空間是未來發展的關鍵。地鐵建設既是城市交通建設的需要，也是人防工程的重要組成部分，截至2020年12月31日，上海已建成軌道交通總里程729km，在建里程217.5km[3]。目前建設地下隧道的主要方式盾構法本身就是土木工程、機械工程及其自動化、計算機科學與技術等多個學科集成的產物。近年來，由于盾構施工中物聯網技術與BIM、GIS等多數據融合，海量的數據來源和高速的數據更新頻率引起了研究者的興趣，利用數據挖掘等技術預測盾構掘進過程中的地表沉降、突涌水等風險已經成為研究的熱點。盾構挖掘建設中產生的工程渣土方量巨大，僅南京擬建的線路的渣土出土量可達千萬方，而目前用于堆放渣土的渣土場幾近飽和，工程渣土已成為影響軌道交通建設進度以及城市環境的重要因素，急需向材料科學、化學工程、建筑科學等學科求助尋找工程渣土資源化利用的新途徑。此外，目前的特殊國際形勢和世界范圍內的反恐怖主義浪潮，城市人防、電力、交通的人防設施在極端荷載作用下的安全和防災減災，也成為城市建設者急需關注的熱點，而這些設計或科研任務的完成需要擁有爆炸力學、材料力學、結構動力學以及人防或者國防相關學科學習背景的專業技術人員。

隨著國家基礎建設大力開展，深長隧道在水利工程、高速鐵路等工程中層出不窮，地下儲氣工程、地下核廢料處置工程正在不斷的研究和進行方案論證。高原地區的深長隧道建設是川藏鐵路建設的重要組成部分[4]，面對高原、高寒、高海拔、板塊運動強烈以及高地溫的建設條件[5]，很多傳統的建設設備和建設方法無法直接應用，如傳統的TBM需考慮高海拔對設備降效的影響，應搭載地質預報設備，配備適用性強的超前加固系統和及時支護系統，這種改變需要地質工程、機械設備、材料科學、計算機科學等多個學科的配合才能完成。隨著國際環境的變化，我國邊境沖突不斷加劇，邊境地區的基礎設施建設也成為建設的重點，地下空間的利用和相關建設是該類基礎設施建設的重要組成部分。例如中印邊境地區，研發輕質、高強、易拼裝的建筑材料，提升建設裝配的環境適應能力，發展裝配式快速建造技術可快速形成基本保障設施和防護屏障。這些建筑材料和建設技術的突破少不了材料科學、土木工程技術以及機械自動化等多學科的融合。目前，關于地下儲氣庫以及地下核廢料處置庫已經開展了多項研究，并且研究人員已經得到了一大批研究成果[6，7]。在已有的文獻中發現核廢料處置庫和地下儲氣庫的建設和相關科研活動與新材料、特種機械和設備以及特種施工方法密切相關，必定需要大量的復合型人才貢獻自己的智慧和成果。目前地下空間開發問題逐漸從以前的粗放型活動轉變為集約型、精細型的活動，所需知識不僅涵蓋傳統的土木、機械、化工等學科，計算機、人工智能也逐漸成為解決地下空間問題的有力手段。因此，培養交叉學科的人才對于加快地下空間開發建設，提升地下空間開發水平具有重要的意義。

二、目前地下空間相關人才培養存在的問題

隨著地下空間的開發和利用逐漸成為基礎建設和城市建設的熱點，具有土木工程教學和科研能力的高校在巖土工程及其相關專業的基礎上相繼建立了針對地下空間工程的本科專業，并設立地下建筑課程組，主要課程以理論力學、材料力學、土力學、工程地質學、地下空間規劃設計、地下建筑結構結構、巖土地下工程施工等專業課為主。課程所學知識主要服務于隧道工程、地下管線、地下儲庫、地下商業與工業空間等工程的設計、施工、建立研究等技術或管理工作。然而，雖然許多學校已經開設了上述課程培養地下空間建設和開發相關的人才，但傳統地下空間建設基礎上，兼備計算機、機械工程以及管理、爆炸力學等扎實基礎的人才仍然很少。目前，部分高校已經開始交叉學科人才培養方面的探索，如同濟大學土木工程學科實行的土木工程+個性化人才培養模式，湖北工業大學王傳輝等[8]也進行了校企協同創新體系下交叉學科人才培養模式方面的探索。但是，由于近年來所需地下空間建設相關人才的復合性越來越高，地下空間相關交叉學科的人才缺口仍然較大，需要大力探索地下空間開發所需的交叉學科的培養模式和培養方法，為地下空間開發建設培養更多交叉學科人才。就筆者對上述問題的認識，目前存在的問題主要有以下幾點。

1.培養課程應適應社會的發展。隨著我國人防工作的改革和不斷地推進，人防工程的設計和施工不斷的社會化，人防設計、施工和管理等專業人才缺口逐漸擴大。人防工程大部分涉及地下工程建設和地下空間的利用，與地下空間開發和相關專業關系密切。然而，由于人防專業的特殊性，以前地方的人防相關業務相對較少，人防工程相關人才的需求量較小，開設人防專業的地方高校較少，而普通的地下空間相關專業極少涉及爆炸力學、結構動力學、目標易損性以及人防建筑及結構和設計的相關課程，導致人防建設和設計單位以及一些地方建設單位的涉軍項目難以招聘到合適的人才，必須招聘相關專業。然而，這些人才對于人防專業基礎知識的缺乏，需要花費大量的時間和經濟成本對其進行培訓。因此，對于與人防工程緊密相關的地下空間工程專業，應開設少量的基礎通識課程和基礎力學課程，介紹我國人防事業和人防工程建設的情況，使學生在本科學習時期就對人防工程就有一定的認知，降低就業后對人防工程相關項目的從業門檻和培訓難度。同時，逐漸衍生與人防工程專業相近的專業培養體系，以期土木工程教育更適應社會的變革和發展。