“雙碳”背景下建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)培養(yǎng)模式探討

李志永 張召冉 苑 翔 喬春珍 陳偉嬌 趙玉清

摘?要：實現(xiàn)建筑領域的碳中和，對我國完成雙碳目標至關重要。在實現(xiàn)建筑領域的“雙碳目標”的過程中，這必然帶來不同于傳統(tǒng)的建筑領域的人才需求，因此建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)需要及時調(diào)整人才培養(yǎng)目標，改革人才培養(yǎng)模式。本文通過分析“雙碳背景”下建環(huán)專業(yè)可能的人才需求，制訂了人才培養(yǎng)目標，并給出了建環(huán)專業(yè)教學模式改革的可能實現(xiàn)方式，希望筆者在這方面的一些粗淺思考能夠給建環(huán)專業(yè)的改革提供參考。

關鍵詞：教學模式；建筑環(huán)境與能源應用工程；碳中和；碳達峰；建筑

中圖分類號：TB?????文獻標識碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.16723198.2023.08.084

1?背景

2020年9月，中國向世界宣布將力爭于2030年前達到二氧化碳排放峰值，并努力爭取在2060年前實現(xiàn)“碳中和”。對于占碳排放51.3%的建筑領域來說，實現(xiàn)建筑領域的碳中和，對我國完成“雙碳目標”至關重要。實現(xiàn)建筑領域的“雙碳目標”，必須在建筑的建造階段、運維階段、拆除階段的全生命周期應用“低碳思維”開展工作，并經(jīng)濟科學地采用相關“低碳技術(shù)”，這必然帶來不同于傳統(tǒng)的建筑領域的人才需求。另外，建筑領域?qū)崿F(xiàn)“雙碳目標”，也需要通過金融、法律等手段來進行促進及規(guī)范，這必然會帶來其他領域?qū)Α敖ㄖp碳人才”的需求。高等學校建筑類專業(yè)能否在未來人才需求變化的背景下，抓住機遇，及時調(diào)整人才培養(yǎng)目標，改革教學模式是關乎建筑類專業(yè)能否適應市場獲得生存發(fā)展的問題。尤其目前，我國的大規(guī)模城市化逐漸進入平穩(wěn)期，建筑類人才需求開始變少，使得建筑類專業(yè)轉(zhuǎn)型的問題顯得更為緊迫。

建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)（以下簡稱建環(huán)專業(yè)）主要任務是以建筑為主要對象，在充分利用自然能源基礎上，采用人工環(huán)境與能源利用工程技術(shù)去創(chuàng)造適合人類生活與工作的舒適、健康、節(jié)能、環(huán)保的建筑環(huán)境和滿足產(chǎn)品生產(chǎn)與科研實驗要求的工藝環(huán)境，以及特殊領域的人工環(huán)境。其傳統(tǒng)培養(yǎng)目標為培養(yǎng)具備從事本專業(yè)技術(shù)工作所需的基礎理論知識及專業(yè)技術(shù)能力，在設計研究、工程建設、設備制造、運營等企事業(yè)單位從事采暖、通風、空調(diào)、凈化、冷熱源、供熱、燃氣等方面的規(guī)劃設計、研發(fā)制造、施工安裝、運行管理及系統(tǒng)保障等技術(shù)或管理崗位工作的復合型工程技術(shù)人才。

從上面建環(huán)專業(yè)本科指導性專業(yè)規(guī)范（以下簡稱建環(huán)指導規(guī)范）可以看出，建環(huán)專業(yè)主要以構(gòu)造適宜的人工環(huán)境為目標，針對建筑的設備系統(tǒng)開展工作。從建筑全生命周期看，建筑運維階段的碳排放占建筑碳排放的絕大部分，因此建環(huán)專業(yè)天然的與建筑碳排放緊密相關。在傳統(tǒng)的建環(huán)專業(yè)學生培養(yǎng)思路上，盡管也涉及可再生能源利用、節(jié)能減排等課程內(nèi)容的學習，但這些內(nèi)容往往是選修或輔助內(nèi)容，相對“雙碳目標”的實現(xiàn)，并沒有相應的明確的培養(yǎng)目標，也沒有制定相應的培養(yǎng)內(nèi)容，更關鍵的是沒有建立學生在工程中的“碳循環(huán)”思維及“低碳思維”，因此如何通過培養(yǎng)目標及課程體系的改革，使得建環(huán)專業(yè)培養(yǎng)的學生能夠適應未來低碳技術(shù)大規(guī)模應用的行業(yè)環(huán)境，服務于國家的“雙碳”戰(zhàn)略，提升專業(yè)對考生的吸引力已經(jīng)變得至關重要。王歡等探討了“雙碳”目標下符合社會發(fā)展需要的暖通工程師的培養(yǎng)路徑。呂石磊等從多學科交叉融合視角對建環(huán)專業(yè)的教學體系進行了探索。謝果等探究了“雙碳”背景下面向新能源傳熱學的啟發(fā)式教學模式。另外，陳麗萍等從建環(huán)專業(yè)高素質(zhì)人才培養(yǎng)，張登春等從新工科背景下建環(huán)專業(yè)創(chuàng)新性人才培養(yǎng)模式，石宏巖從應用型大學人才培養(yǎng)方案對比分析等方面也開展了研究。

從上述已經(jīng)開展的研究可以看出，部分學者已經(jīng)從基于不同社會背景對建環(huán)專業(yè)未來的本科生或工程師培養(yǎng)開展了研究工作，但還沒有基于“雙碳”背景下建環(huán)專業(yè)的學生培養(yǎng)模式的研究。為了解決這一問題，本文基于雙碳背景下的人才需求，制訂了人才培養(yǎng)目標，并進一步給出了人才培養(yǎng)方式，希望這方面的探索能為建環(huán)專業(yè)人才培養(yǎng)的改革提供參考。

2?建筑活動對城市碳循環(huán)的影響

由于建筑并不是孤立的，所以其碳循環(huán)受很多因素影響。從小的方面說，進出建筑的人流、氣流、物流都會影響建筑的碳排放；從大的方面說，建筑行業(yè)的排碳與交通、能源、商業(yè)也密切相關；從更大的方面說，建筑作為自然界的一部分，必然其碳循環(huán)也會進入海洋-陸地-大氣的大循環(huán)中。為了分析城市碳循環(huán)，趙榮欽等提出了“自然—社會”二元碳循環(huán)的概念（圖1），認為城市系統(tǒng)碳循環(huán)是一個包括自然和人工過程、水平和垂直過程、地表和地下過程、經(jīng)濟和社會過程在內(nèi)的復雜系統(tǒng)。

從圖1可以看出，“自然—社會”二元碳循環(huán)過程是一個復雜的、不確定的、各個要素相互耦合的復雜系統(tǒng)。建筑在建造、運維、拆除過程中，建筑活動對碳排放產(chǎn)生的影響不能從單一角度去考慮，需要綜合評估其對建筑碳排放的影響，例如：如果建筑材料選用木材，在建筑材料的使用角度上可以認為沒有碳排放或者負碳排放（不考慮加工過程），但由于木材的使用砍伐了樹木，因此影響了碳的固定，其最終碳排放需要精確計算才能確定。綜合來說，以下幾方面是對碳排放影響的主要因素：

（1）建筑在建造過程中使用的材料來源及加工方式，施工企業(yè)的建造組織方式（使用的設備、運輸工具等），建造過程中使用的能源，建造過程中的工人等均會產(chǎn)生碳排放。建造過程中對土壤的改變會對碳的吸收產(chǎn)生影響。

（2）建筑在運行維護過程中，建筑使用的能源，進出建筑的物流、人流，建筑的具體使用功能，建筑內(nèi)部的設備等均會影響碳排放。建筑周圍的景觀綠化可以影響碳的固定吸收。

（3）建筑在拆除過程中，施工企業(yè)的拆除組織方式（使用的設備、運輸工具等），拆除過程中使用的能源，拆除過程中對土壤的改變，拆除過程中的工人，拆除垃圾的回收處理等均會產(chǎn)生碳排放。

因此在建筑不同階段采用合適的技術(shù)措施來減少碳排放，增加碳固定，并能精確的對碳循環(huán)進行計算及評估是建筑降碳的必然選擇。建環(huán)專業(yè)主要涉及建筑的運行維護階段，因此其采取的技術(shù)措施主要影響這個階段的建筑碳行為，未來的建環(huán)人才從碳的角度去考慮采取的技術(shù)措施應該是行業(yè)的趨勢，這也為高校本科生培養(yǎng)提出了要求。

3?建筑雙碳人才的可能需求

制定建環(huán)專業(yè)“雙碳背景”下的培養(yǎng)目標，首先需要明確在“雙碳背景”下，建環(huán)專業(yè)需要什么樣的人才，即明確建環(huán)專業(yè)可能產(chǎn)生的“雙碳需求”。因為建環(huán)專業(yè)主要涉及建筑的能源供給及利用，因此本文從這個角度分析。在建筑的能源供給及利用上，通常會涉及能源的生產(chǎn)、能源的輸配、能源的利用，沿著這個路線，未來可能會在以下幾個方面產(chǎn)生變化：

（1）在能源生產(chǎn)方面要盡可能減少建筑的碳排放，這必然帶來太陽能、風能、空氣能、地熱能和生物質(zhì)能等綠色能源在建筑領域的大規(guī)模應用。這一方面需要依賴電廠發(fā)電方式的變革，另一方面也需要在建筑本體實現(xiàn)對這些能源的利用，因此會對分布式可再生能源系統(tǒng)及多能互補系統(tǒng)的設計、安裝、設備制造產(chǎn)生很大的人才需求。

（2）在能量輸配上，由于太陽能、風能等綠色能源大部分為不穩(wěn)定能源，導致了能源供給與需求不平衡，為了解決這些問題，需要對這些能源進行存儲，以及建立智慧能源系統(tǒng)等。這會對儲能系統(tǒng)及智慧能源系統(tǒng)等的設計、安裝、制造產(chǎn)生人才需求。

（3）在能量利用上，太陽能、風能等綠色能源的使用除了可以利用傳統(tǒng)設備實現(xiàn)以外，針對太陽能等能源的特點，一些新型的設備的研發(fā)及使用也不可避免，這也會導致末端設備的研發(fā)、設計、制造等人才需求。

（4）在能量生產(chǎn)、輸配、利用全程中，綠色能源的大規(guī)模利用必然會導致建筑使用空間的沖突，因此綠色能源利用技術(shù)與建筑進行一體化至關重要。這必然帶來綠色建筑的設計、施工、建造等一系列的人才需求。

（5）能否在建筑設計及運行過程中，通過一些技術(shù)和方法實現(xiàn)碳捕捉，這方面也會產(chǎn)生人才需求。

除了建筑行業(yè)的人才需求以外，建筑行業(yè)雙碳目標的實現(xiàn)也離不開金融市場及相關法律的支持，這些領域可能需要懂得具有以下能力的建筑領域相關人才。

（6）懂得建筑碳排放原理，能夠?qū)ㄖ奶寂欧胚M行準確核算，懂得金融市場運行規(guī)則，能夠利用金融市場為建筑市場的減碳行為獲取收益，進而促進建筑雙碳目標的實現(xiàn)。

（7）深刻了解國內(nèi)外“雙碳”相關的政策法規(guī)，根據(jù)政策法規(guī)的支持方向，及時在建筑設計、運維階段對建筑進行相應的“雙碳”技術(shù)改造，為業(yè)主的減碳行為獲取財政補貼及資金支持等。

4?培養(yǎng)目標的確定

基于上述需求，筆者制定了如下培養(yǎng)目標，制定的過程中考慮了向上（傳統(tǒng)需求）和向下（“雙碳”需求）兼容，從抓住本質(zhì)的思路出發(fā)，設計出3個培養(yǎng)方向。

4.1?以綠色能源為基礎的綠色建筑暖通空調(diào)設計

盡管未來建筑會大量使用太陽能等綠色能源，但是建筑的基本功能和實現(xiàn)方式并沒有發(fā)生革命化的變革，所以掌握建筑設備系統(tǒng)的工作原理、設計方法仍然是學生培養(yǎng)的基礎。但傳統(tǒng)上，指導學生做課設或畢業(yè)設計時，采用的能源形式及系統(tǒng)方案往往是針對非可再生能源的，考慮到未來綠色能源的大規(guī)模使用，可以嘗試以綠色能源為能量來源做相應的設備系統(tǒng)設計。在設計過程中，可以根據(jù)具體的能源形式，探討合適的系統(tǒng)形式及末端等，并嘗試與建筑一體化的實現(xiàn)形式。這個方向未來就業(yè)方向既可以做新建綠色建筑的設計建造，也可以對既有建筑進行綠色化改造，也可以進入傳統(tǒng)的設計等領域。該方向是未來建環(huán)專業(yè)的基礎。

4.2?基于統(tǒng)計、大數(shù)據(jù)方法的建筑能耗/耗電量特性分析

對建筑進行節(jié)能設計或改造和進行碳排放核算的基礎是掌握建筑的能耗特性。由于每個建筑的年代、設備系統(tǒng)形式、用途、數(shù)據(jù)形式及數(shù)量等都不同。因此根據(jù)不同建筑特點能給出不同建筑能耗特性分析方法很重要。傳統(tǒng)本科教學培養(yǎng)上往往側(cè)重的是現(xiàn)場數(shù)據(jù)的測試及獲?。ㄈ缃ㄖh(huán)境及熱工測試技術(shù)課程），數(shù)據(jù)處理方面相對較少。目前，隨著大數(shù)據(jù)方法的發(fā)展，通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)獲取建筑的能耗特性變得較為容易，從面向未來的角度，可以考慮嘗試開始數(shù)據(jù)挖掘的選修課，并在指導部分學生做數(shù)據(jù)挖掘在能耗特性預測方面的論文來培養(yǎng)這方面的人才。這個方向畢業(yè)可以去節(jié)能改造的相關領域工作。該方向主要支撐需求（2）、（6）、（7）。

4.3?城市或建筑體量的碳排放量計算、評估、分析

通過碳交易等金融手段可以對“雙碳”目標的實現(xiàn)產(chǎn)生極大的促進，未來會出現(xiàn)與碳交易相關的借貸、期貨等金融類產(chǎn)品。碳交易要想能夠大規(guī)模實施，必須能夠進行準確的碳核算，但每棟房屋的年耗碳量并不是常數(shù)，這就涉及國家要制定相應的法規(guī)保證交易的實施，并且需要借鑒金融領域的相關規(guī)則。傳統(tǒng)上，建環(huán)專業(yè)并沒有開設相關課程，這方面可以嘗試開設幾門碳排放、金融類課程，并做相關方向的論文來進行培養(yǎng)。這個方向未來可以培養(yǎng)多學科交叉（建筑、電力、工業(yè)、金融、生態(tài)）的人才。就業(yè)方向為與碳交易相關的金融類或法律類相關企業(yè)。該方向主要支撐需求（2）、（6）、（7）。

上面的3個培養(yǎng)方向是逐層遞進的，并且兼容了傳統(tǒng)的建筑需求，應該會適應未來建筑行業(yè)的發(fā)展方向。

5?人才培養(yǎng)模式初探

根據(jù)培養(yǎng)目標，在建環(huán)學生的培養(yǎng)方案制定過程中，首先要培養(yǎng)學生的“低碳思維”，然后再根據(jù)需求培養(yǎng)相關方向的專業(yè)技術(shù)人才。低碳思維是指了解碳在生態(tài)系統(tǒng)中的循環(huán)過程，掌握碳在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)等國民經(jīng)濟領域的排放原理及過程，熟練掌握碳在能源領域的排放原理及過程，熟練掌握建筑降碳的方法手段。在這方面僅從課程角度考慮，需要增設“生態(tài)學”“工業(yè)碳排放”等幾門課程。但從培養(yǎng)學生“低碳思維”的角度來看，還需要將碳領域的知識與建環(huán)專業(yè)課程進行深度結(jié)合，并融入到課程設計及畢業(yè)設計中才能實現(xiàn)。

通常在建環(huán)專業(yè)學生的培養(yǎng)過程中，開設的課程包括通識課、基礎課、專業(yè)基礎課、專業(yè)課、實踐類課程，以達到建立學生建環(huán)專業(yè)的知識結(jié)構(gòu)，并培養(yǎng)相關能力的目的。由于不同學校的建環(huán)專業(yè)面臨的教學改革情況不同（大學類型、師資等），針對不同學校的條件，本文給出以下幾種改革思路。

5.1?以綠色能源實踐類課程驅(qū)動的培養(yǎng)方式改革

該改革方式適合建環(huán)實驗基礎強，師資較好的高校。由于未來建筑在能源利用源頭會從傳統(tǒng)的化石能源轉(zhuǎn)換為綠色能源。在傳統(tǒng)的培養(yǎng)方式中，在講授內(nèi)容及講授方法上，大部分是基于化石能源應用的，這不利于建立以綠色能源為基礎的思維模式。部分高?？梢試L試建設綠色能源應用的實踐課程，增強學生對綠色能源應用的感性認識，提升學生對綠色能源應用的認同度，并根據(jù)實踐課程對專業(yè)課及專業(yè)基礎課的授課內(nèi)容進行重構(gòu)，將里面部分與傳統(tǒng)能源相關的設備或系統(tǒng)的應用原理、設計方法等的知識點用綠色能源的進行替換，并增設生態(tài)碳循環(huán)類的通識課，以及工業(yè)碳排放類的專業(yè)基礎課。

5.2?與其他專業(yè)聯(lián)合改革培養(yǎng)方式

對于有條件的高校，可以嘗試與數(shù)據(jù)挖掘?qū)I(yè)、金融專業(yè)、法律專業(yè)等聯(lián)合對培養(yǎng)方案進行改革。以培養(yǎng)碳交易人才為例，可以與金融專業(yè)老師制定培養(yǎng)目標，并在學生的基礎課及專業(yè)基礎課學習階段增設金融類課程，培養(yǎng)學生的金融思維方式，并在畢設或者畢業(yè)論文階段，嘗試將學生的“金融思維”與“低碳思維”融合。該方案更傾向于培養(yǎng)“跨界”人才。

5.3?在原有體系增加課程的改革方式

在建環(huán)專業(yè)的傳統(tǒng)培養(yǎng)方案中，大部分內(nèi)容為熱力學原理等基礎內(nèi)容，涉及的設備或系統(tǒng)地講授內(nèi)容也普遍具有代表性。由于在低碳時代，建筑的功能及實現(xiàn)方式并沒有發(fā)生根本的變化，因此大部分傳統(tǒng)教學內(nèi)容也是適用的。因此對于大部分學校來說，可以刪減、合并一些課程，并增設一些與“低碳”目標相關的課程即可以初步達到改革培養(yǎng)方案的目的。但該方法屬于初步改革，較適合在改革過程中進行過渡。

6?結(jié)論

建環(huán)專業(yè)培養(yǎng)模式的確定事關未來建環(huán)專業(yè)招生、就業(yè)等，并會長遠地影響建環(huán)專業(yè)的發(fā)展。如何在目前“雙碳”背景下，找準自己的位置，確定適合的培養(yǎng)模式是與不同學校的基礎、定位等相關的。筆者在這方面的一些粗淺思考希望能夠給建環(huán)專業(yè)的老師提供參考，共同提高建環(huán)專業(yè)的人才培養(yǎng)質(zhì)量。

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