智慧城市建設(shè)背景下土木工程專業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展探索

陳詩婳

(鹽城工學院 土木工程學院,江蘇 鹽城 224003)

土木工程是一個歷史悠久且不斷演化的領(lǐng)域,其影響力貫穿人類文明的各個時期。然而,隨著科技進步和社會環(huán)境變遷,土木工程領(lǐng)域也必須適應信息化革命帶來的挑戰(zhàn)與機遇。在城市智慧化更新背后,土木工程發(fā)揮著至關(guān)重要的作用——不僅負責城市基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計和建設(shè),還需要緊密關(guān)注和適應智慧城市的需求,確保城市的可持續(xù)發(fā)展和公眾福祉。為適應這一需求,培養(yǎng)胸懷智慧城市理念的工程師,土木工程專業(yè)高等教育的轉(zhuǎn)型迫在眉睫。本文旨在探討在智慧城市背景下土木工程專業(yè)教育的轉(zhuǎn)型與發(fā)展前景,希望通過此研究,為土木工程教育提供有關(guān)如何更好地滿足智慧城市的需求以及如何培養(yǎng)具備跨學科技能的工程師的有益見解。同時,我們也期望為土木工程專業(yè)教育實踐和實際工程培訓提供有關(guān)智慧城市課程建設(shè)的實用建議,以推動土木工程專業(yè)轉(zhuǎn)型的步伐,助力城市建設(shè)進入更加智能、可持續(xù)的未來。

一、把握機遇:土木工程專業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展趨勢

土木工程作為工程領(lǐng)域的重要分支,其高等教育一直注重培養(yǎng)學生的工程實踐能力和專業(yè)知識,以滿足建筑和基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的需求。然而,隨著時代的發(fā)展和社會的變革,土木工程領(lǐng)域也面臨著新的挑戰(zhàn)和機遇。目前的土木工程專業(yè)教育重點依然集中在傳統(tǒng)的工程科學、數(shù)學和工程設(shè)計原理,核心課程包括結(jié)構(gòu)設(shè)計、土力學、建筑材料等。這些是支撐土木工程設(shè)計不可撼動的基礎(chǔ)知識,但隨著智慧城市和可持續(xù)發(fā)展的興起,傳統(tǒng)培養(yǎng)方案的局限性愈加凸顯。

首先,現(xiàn)代工程實踐中,機器人技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析和智能系統(tǒng)的設(shè)計占比越來越高,倡導可持續(xù)設(shè)計,以建立高效的工程建設(shè)流程和管理機制,實現(xiàn)生態(tài)效益、經(jīng)濟效益最大化。然而,傳統(tǒng)工科專業(yè)的人才培養(yǎng)方案往往未能充分涵蓋這些領(lǐng)域,導致畢業(yè)生在數(shù)字化時代的就業(yè)市場上面臨不利的競爭局面。

其次,高速的城鎮(zhèn)化進程向城市基礎(chǔ)設(shè)施提出更高要求,土木工程師需要掌握環(huán)境巨變帶來的問題及智能化的解決方案,具備智慧城市設(shè)計和持續(xù)發(fā)展設(shè)計的知識。然而,傳統(tǒng)教育往往忽視了這些方面的重要性,導致了城市建設(shè)方案和實施的滯后和挑戰(zhàn)。[1]

此外,土木工程的就業(yè)形勢也面臨壓力。隨著城市擴張速度放緩,城市更新走向精細化、智能化,參數(shù)化設(shè)計和人工智能輔助設(shè)計技術(shù)逐漸普及,傳統(tǒng)建筑和基礎(chǔ)設(shè)施項目的設(shè)計需求減少,城市建設(shè)從“求速”轉(zhuǎn)變?yōu)椤扒笾恰薄鹘y(tǒng)培養(yǎng)方式所教授的技能已經(jīng)不能滿足變化中的市場需求,技術(shù)革命的浪潮不會停下,高校繼續(xù)抱殘守缺而放棄智能化轉(zhuǎn)型的機遇,不僅畢業(yè)生將失去就業(yè)競爭力,土木行業(yè)的未來也會成為技術(shù)浪潮中被沖潰的沙堤。

智慧城市的興起要求土木工程師具備更廣泛的技能和知識,通過強化數(shù)字技術(shù)、數(shù)據(jù)科學和可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域的訓練,尤其是關(guān)注智能建造、機器人自動化等跨學科聯(lián)動領(lǐng)域,土木工程師能夠在智慧工程建造、可持續(xù)性設(shè)計和城市規(guī)劃方面發(fā)揮積極作用,高校向市場輸入多領(lǐng)域的高層次人才,提高行業(yè)產(chǎn)出質(zhì)量,建立合理的行業(yè)規(guī)范和工作流程,助力土木工程學科重獲新生,成為未來城市建設(shè)的先鋒。

二、突破困境:智慧城市建設(shè)市場發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)筆者的從業(yè)經(jīng)驗與網(wǎng)絡在線調(diào)查,智慧城市目前還缺乏明確的行業(yè)規(guī)范,業(yè)務范圍不清晰,市場相對混亂,容易產(chǎn)生惡性競爭。由于業(yè)務內(nèi)容簡單、工作內(nèi)容煩瑣,同時缺乏專業(yè)技術(shù)研發(fā)投入,難以打造系統(tǒng)性的產(chǎn)出,導致市場上存在大量的重復勞動和模塊化產(chǎn)品;智慧城市項目的底層業(yè)務以底數(shù)據(jù)治理為主,然而原始數(shù)據(jù)來源龐雜,格式不一,這一過程變得異常煩瑣,消耗了大量時間和人力資源;另一個問題來自低盈利水平和定制化開發(fā)模式——這種模式在“to B”和“to G”業(yè)務中的表現(xiàn)為業(yè)主側(cè)相對強硬,智慧城市行業(yè)作為G端缺少創(chuàng)新和研發(fā)的自由度,大量時間和成本花在不斷針對甲方要求調(diào)整業(yè)務模塊上,再度陷入傳統(tǒng)設(shè)計院困境,這樣的開發(fā)模式和市場現(xiàn)狀對企業(yè)的盈利能力構(gòu)成了挑戰(zhàn)。盡管智慧城市領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展了近十年,但至今未涌現(xiàn)出獨角獸級別的行業(yè)巨頭。這從另一個側(cè)面反映該行業(yè)的盈利能力相對較低;低盈利導致從業(yè)人員低薪、裁員頻繁,企業(yè)人員流動率高,難以留住有經(jīng)驗的員工,加劇了人才短缺;優(yōu)質(zhì)人才和研發(fā)經(jīng)費的雙重缺口使行業(yè)發(fā)展步伐遲滯,無法通過技術(shù)與理論創(chuàng)新實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級,打破市場現(xiàn)狀;很多項目使用標準化的解決方案,導致同質(zhì)化嚴重,難以實現(xiàn)差異化競爭。

智慧城市領(lǐng)域的快速發(fā)展帶來了市場機會,隨著政府支持、技術(shù)進步和市場需求的不斷增長,仍然存在廣闊的發(fā)展前景。要實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,行業(yè)需要加強規(guī)范制定、技術(shù)創(chuàng)新和人才培養(yǎng)。未來,智慧城市有望實現(xiàn)更高的智能化水平,智慧城市行業(yè)依然有機會實現(xiàn)更加健康和持久的發(fā)展。

三、支撐引領(lǐng):土木工程專業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型定位

智慧城市建設(shè)行業(yè)的興起將成為土木工程專業(yè)教育轉(zhuǎn)型的有力助推。大學與城市作為人類社會的兩大文明中心,在其誕生、演化和互動中扮演著重要角色,對人類文明的發(fā)展和演進產(chǎn)生了深刻的社會影響。[2]隨著智慧城市概念的興起,城市的需求和挑戰(zhàn)正發(fā)生根本性變化,這為土木工程專業(yè)教育帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。因此,理解大學與城市建設(shè)發(fā)展的互動,以及將這一理解應用于土木工程教育轉(zhuǎn)型,對于滿足新興智慧城市行業(yè)的要求,促進城市可持續(xù)發(fā)展,具有重要的現(xiàn)實意義。這一關(guān)聯(lián)將為土木工程教育帶來更深層次的啟發(fā),引領(lǐng)其走向智能化和數(shù)字化的未來。

土木工程專業(yè)教育的智能化轉(zhuǎn)型需求包括技術(shù)、可持續(xù)性、跨學科合作、實踐經(jīng)驗和倫理等多個方面。智慧城市產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心在于先進的技術(shù)和創(chuàng)新的應用,土木工程專業(yè)完成轉(zhuǎn)型后將向行業(yè)輸送高質(zhì)量人才,推動新技術(shù)的研發(fā)和應用,從而提高城市基礎(chǔ)設(shè)施的效率和性能;同時,具備數(shù)據(jù)分析和工程管理能力的土木專業(yè)畢業(yè)生有助于高效解決智慧城市建設(shè)中的跨學科問題,通過智慧城市基礎(chǔ)設(shè)施收集、分析和利用數(shù)據(jù),提供快速、準確的決策支持;另一方面,具備智慧城市建設(shè)思想的畢業(yè)生可以在教育和培訓領(lǐng)域發(fā)揮作用,培養(yǎng)更多具備智慧城市知識和技能的土木人才,為智慧城市產(chǎn)業(yè)市場注入新鮮血液,保持行業(yè)的活力和創(chuàng)新性。產(chǎn)業(yè)科技轉(zhuǎn)型發(fā)展必須依賴高素質(zhì)和高技能的人力資本,聚集高技能人才于行業(yè)有助于促進思想和學術(shù)的交流與學習,從而推動創(chuàng)新的蓬勃發(fā)展。具備智慧城市建設(shè)理論和實踐知識的高素質(zhì)土木人才是智慧城市產(chǎn)業(yè)市場升級和調(diào)整的關(guān)鍵因素。他們能夠推動技術(shù)創(chuàng)新、促進可持續(xù)發(fā)展、提供戰(zhàn)略規(guī)劃和政策咨詢,為智慧城市的發(fā)展提供堅實的支持,促進產(chǎn)業(yè)市場的不斷進步。這些人才的培養(yǎng)和吸引將有助于智慧城市行業(yè)的長期繁榮。

智慧城市行業(yè)的繁榮發(fā)展亦是土木工程發(fā)展的共贏之局。土木工程專業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供高素質(zhì)的人才和創(chuàng)新機遇,而產(chǎn)業(yè)的升級也在反哺土木工程這一古老專業(yè),幫助土建行業(yè)克服傳統(tǒng)工科發(fā)展困境,實現(xiàn)智慧化轉(zhuǎn)型,獲得新生。事實上,高校畢業(yè)生將新知識、新技術(shù)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神引入智慧城市建設(shè)中,為產(chǎn)業(yè)注入了大量高科技和創(chuàng)新型人才,成為城市建設(shè)科技創(chuàng)新發(fā)展的主要動力。這種高科技人才的集聚不僅吸引商業(yè)資本投入高科技產(chǎn)業(yè),還催生了眾多新興科技初創(chuàng)企業(yè),創(chuàng)造更多對口就業(yè)崗位,成為推動城市科技轉(zhuǎn)型的重要力量。[3]

由于智慧城市產(chǎn)業(yè)具有跨領(lǐng)域特征,需要涵蓋數(shù)據(jù)科學、信息技術(shù)、城市規(guī)劃等多個領(lǐng)域的知識,促使土木工程專業(yè)與其他領(lǐng)域開展更多的技術(shù)交流和跨學科合作,幫助傳統(tǒng)工程領(lǐng)域引入新技術(shù)和方法,包括對數(shù)字化和數(shù)據(jù)科學的培訓,這種整合使傳統(tǒng)土木工程變得更加智能化和高效;在項目管理和決策支持方面,土木工程專業(yè)可以借鑒智慧城市項目管理的最佳實踐,提高傳統(tǒng)工程項目的管理和決策水平;其次,智慧產(chǎn)業(yè)的繁榮為傳統(tǒng)企業(yè)創(chuàng)造更多的市場機會,土建企業(yè)能夠吸納具備智慧城市知識和技能的人才并投入工程實踐,這一過程對于高校來說能夠促進知識轉(zhuǎn)移,提高科技成果有效轉(zhuǎn)化率,實現(xiàn)“科技研發(fā)—成果轉(zhuǎn)化—生產(chǎn)銷售 —用戶體驗—升級迭代”的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán),[4]支持土木工程實現(xiàn)智能化;而對于企業(yè)來說除了繼續(xù)承擔傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施項目,還能在傳統(tǒng)工程項目中注入創(chuàng)新和智能化元素,并且進一步參與智慧城市建設(shè),增加企業(yè)項目多樣性和盈利潛力。

四、塑造未來:土木工程專業(yè)教育的實踐創(chuàng)新

正如前文所論,隨著智慧城市的興起,傳統(tǒng)土木工程專業(yè)教育的局限性逐漸顯露,畢業(yè)生無法滿足跨學科實踐的用工需求,阻礙了土建學科跟上數(shù)字化轉(zhuǎn)型的步伐。在探討土木工程專業(yè)教育的轉(zhuǎn)型實踐創(chuàng)新時,我們不僅僅是提出一種追求新穎性的教育方法,更是在邁出積極對應對現(xiàn)代城市建設(shè)挑戰(zhàn)的必要一步。目前,針對智能化轉(zhuǎn)型、智能建造專業(yè)體系建設(shè)等已經(jīng)成為土木工程專業(yè)教育轉(zhuǎn)型的實踐熱點,面對智慧城市行業(yè)發(fā)展所提出的新需求,高校應首先遵循工程教育專業(yè)認證所倡導的OBE(Outcome Based Education)教育理念,以成果為導向,制定土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標與畢業(yè)要求,為教育實踐創(chuàng)新指明方向。[5]

除了改革人才培養(yǎng)方向,本科教育應鼓勵師生發(fā)起或參與更多教育實踐場景,鼓勵教師開設(shè)跨學科選修課程,如在原有智慧城市概論課程基礎(chǔ)上將生態(tài)學原理融入土木工程和城市規(guī)劃,開設(shè)生態(tài)友好型智慧城市研究設(shè)計工作坊,邀請智慧城市與景觀生態(tài)規(guī)劃行業(yè)從業(yè)者開設(shè)講座并擔任企業(yè)導師,與學生分享實際經(jīng)驗和行業(yè)洞察,幫助他們更好地融入行業(yè);為了解決理論與實際的脫節(jié)問題,將學校課程與社會實踐聯(lián)系起來,推動以人為本的城市建設(shè)發(fā)展,學院應鼓勵學生參與社區(qū)和基層創(chuàng)新項目,構(gòu)建交流平臺,在課程設(shè)計實踐中增加社區(qū)參與、居民共建等要素,鼓勵學生提供創(chuàng)新想法和解決方案,更可以與政府、城市規(guī)劃部門和智慧城市企業(yè)合作,讓學生參與實際項目,親身體驗智慧城市建設(shè)的挑戰(zhàn)和機遇;[4]在教學方法和培養(yǎng)方案設(shè)計上,學校和學院應大力促進土木工程專業(yè)與信息技術(shù)、數(shù)據(jù)科學、城市規(guī)劃等相關(guān)領(lǐng)域的跨學科合作,通過共同開設(shè)課程、研究項目和實踐活動,培養(yǎng)學生的跨領(lǐng)域思維和技能;除此之外,走向智能化的土木工程教育需要教育教學技術(shù)與設(shè)備的更新,為了幫助學生熟悉智慧城市技術(shù)、傳感器、大數(shù)據(jù)分析等關(guān)鍵概念,可以建立智慧城市實驗室,提供學生實際操作和模擬項目的機會,并運用數(shù)字化工具進行教學,在課堂和設(shè)計中使用先進的建模和仿真工具,如BIM(建筑信息建模)、GIS(地理信息系統(tǒng))、VR(虛擬現(xiàn)實技術(shù))、AR(增強現(xiàn)實技術(shù))等,以優(yōu)化城市基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計和管理課程的教學模式;為了告別“讀死書、死讀書”的學習模式,拓寬國際視野,培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力,院系可組織或鼓勵學生參與國際交流和實踐項目,學習國際智慧城市最佳實踐。

五、結(jié) 論

土木工程專業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型為智慧城市產(chǎn)業(yè)提供了強大助力,智慧城市、智能建造等先進建設(shè)方法的涌現(xiàn)也為轉(zhuǎn)型蛻變中的傳統(tǒng)工科帶來嶄新機遇。高校進行智能化轉(zhuǎn)型,意味著以培養(yǎng)具備數(shù)字化技能和跨學科知識的工程師為育才目標,他們不僅懂得傳統(tǒng)工程原理,還能運用先進的技術(shù)和數(shù)據(jù)科學方法來解決復雜的城市建設(shè)問題。這為智慧城市產(chǎn)業(yè)提供了更多高素質(zhì)的從業(yè)者,推動了技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展。與此同時,智慧城市產(chǎn)業(yè)的不斷升級也為土木工程專業(yè)帶來新的發(fā)展機會。城市基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字化和智能化需求,要求土木工程師具備更多跨學科的技能,例如數(shù)據(jù)分析、物聯(lián)網(wǎng)和可持續(xù)發(fā)展原則的應用。這拓寬了土木工程專業(yè)的領(lǐng)域,為其提供了更廣泛的發(fā)展前景。互利互惠的關(guān)系促使工程教育變得更加多元化和綜合化,鼓勵工程師在傳統(tǒng)土木工程原理的基礎(chǔ)上融入創(chuàng)新思維和數(shù)字技術(shù),推動可持續(xù)發(fā)展,為智慧城市建設(shè)提供了更具創(chuàng)新性和可持續(xù)性的解決方案。面對新時代、新經(jīng)濟、新業(yè)態(tài)帶來的挑戰(zhàn),土木工程專業(yè)需加快改革和創(chuàng)新步伐以服務國家戰(zhàn)略,滿足產(chǎn)業(yè)需求和未來發(fā)展趨勢,才能在新工科建設(shè)浪潮中繼續(xù)保持優(yōu)勢地位。這種相互促進的關(guān)系對于培養(yǎng)更全面的工程師、推動可持續(xù)發(fā)展、提高工程項目效率和質(zhì)量以及為未來城市建設(shè)做出更大貢獻具有重要意義。