“地下結(jié)構(gòu)工程—智能建造”交叉課程體系建設的探索與實踐

［摘 要］作為傳統(tǒng)土木工程專業(yè)的分支領域，地下結(jié)構(gòu)工程應充分發(fā)揮基礎學科的支撐作用，積極探索多學科的交叉融合。文章從學科交叉視角出發(fā)，針對“地下結(jié)構(gòu)工程—智能建造”交叉課程體系建設中存在的內(nèi)容脫節(jié)、知識融合不足和教育資源受限等問題，結(jié)合東南大學“地下結(jié)構(gòu)工程—智能建造”交叉課程體系建設實踐，提出通過模塊化課程設計、跨學科團隊建設、產(chǎn)學研協(xié)同育人等方式推動教學改革，致力于培養(yǎng)能滿足復雜工程需求的復合型專業(yè)人才。

［關鍵詞］課程體系；學科交叉；地下結(jié)構(gòu)工程；智能建造；教學改革

［中圖分類號］G642.3 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2025）09-0001-05

一、研究背景

當前科學研究正逐漸展現(xiàn)出多點并進、相互滲透的新趨勢，不同學科間的交叉融合成為知識創(chuàng)新的關鍵點和科學發(fā)展的前沿陣地[1-2]。地下結(jié)構(gòu)工程涉及地下建筑物、交通設施（如地鐵站、隧道）及其他基礎設施的設計與施工，在改善城市交通、提升公共服務水平和抵御自然災害等方面發(fā)揮著重要作用。作為傳統(tǒng)土木工程專業(yè)的分支領域，地下結(jié)構(gòu)工程應充分發(fā)揮基礎學科的支撐作用和多學科交叉融合的優(yōu)勢，積極探索符合新工科建設要求的多學科交叉教育模式[3-5]。

智能建造技術包括建筑信息模型（BIM）、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、人工智能（AI）、大數(shù)據(jù)、云計算等先進技術，這些技術的迅速發(fā)展為地下結(jié)構(gòu)工程的設計和施工提供了新的思路。與地上結(jié)構(gòu)不同，地下結(jié)構(gòu)無法被直接觀察感知，具有較大的不確定性，且地下工程結(jié)構(gòu)破壞帶來的損失和災害巨大，因此更需要應用智能建造理論和技術進行建設，以保證其安全與穩(wěn)定。為此，國家在戰(zhàn)略層面著力推動智能建造的發(fā)展。黨的二十大明確指出，要加快構(gòu)建新發(fā)展格局，著力推動高質(zhì)量發(fā)展。《“十四五”全國城市基礎設施建設規(guī)劃》圍繞構(gòu)建系統(tǒng)完備、高效實用、智能綠色、安全可靠的現(xiàn)代化基礎設施體系，提出“加快新型城市基礎設施建設，推進城市智慧化轉(zhuǎn)型發(fā)展”的重點任務[6]。

教育部高教司多次強調(diào)，要聚焦國家發(fā)展戰(zhàn)略，把握高校人才培養(yǎng)工作的新形勢新任務，全面深化高等工程教育改革，加快建設新工科，主動面向未來，適應和引領新經(jīng)濟[7-8]。因此，各大高校亟須加快培養(yǎng)具有“地下結(jié)構(gòu)工程—智能建造”交叉學科背景的人才，加快開展智能建造尤其是地下結(jié)構(gòu)工程方向教學改革，加強校企協(xié)作和產(chǎn)學研轉(zhuǎn)化。針對傳統(tǒng)學科與新興學科有機融合的難題，本文從學科交叉視角出發(fā)，結(jié)合數(shù)字化、智能化的時代背景，介紹東南大學土木工程學院在“地下結(jié)構(gòu)工程—智能建造”交叉課程體系建設方面的探索與實踐（見圖1），希望為我國高校交叉課程體系建設提供參考案例，推動學科交叉教學的發(fā)展，以適應日益復雜的工程技術環(huán)境。

二、“地下結(jié)構(gòu)工程—智能建造”交叉課程體系建設存在的問題與挑戰(zhàn)

“地下結(jié)構(gòu)工程—智能建造”是傳統(tǒng)土木工程學科與新興學科深度交融的結(jié)晶，展現(xiàn)了多元化的應用背景、全面而深入的知識維度以及多層級的專業(yè)架構(gòu)。該專業(yè)架構(gòu)不僅囊括土木工程這一經(jīng)典領域，還深度融合力學、電子信息工程、計算機工程、機械工程等諸多學科，構(gòu)建了多學科交叉融合的宏大知識體系。這種深度交融的特性，為“地下結(jié)構(gòu)工程—智能建造”交叉課程體系的建設帶來了一些復雜的挑戰(zhàn)與問題。

（一）課程內(nèi)容與人才需求脫節(jié)

隨著建筑業(yè)智能轉(zhuǎn)型升級，大量智能建造裝備和信息化平臺被運用于工程全生命周期，智能建造領域的理論與技術正以前所未有的速度更新迭代。作為地下工程領域的核心專業(yè)課程，地下結(jié)構(gòu)工程面臨的教學挑戰(zhàn)日益凸顯，其傳統(tǒng)的教學課程體系已難以滿足當前行業(yè)發(fā)展對復合型人才的迫切需求。當前的地下結(jié)構(gòu)工程課程內(nèi)容仍主要聚焦于傳統(tǒng)的力學與土木基礎理論，未能充分融合行業(yè)前沿的實踐經(jīng)驗。課程內(nèi)容的設置滯后于智能建造技術的最新進展，缺乏將智能建造技術應用于解決實際工程問題的教學。這不僅導致學生在掌握智能建造技術、智能化施工管理等關鍵技能方面存在不足，還限制了學生從學科交叉視角分析和解決實際工程問題的能力。

與此同時，隨著教育理念的持續(xù)革新與經(jīng)濟社會的蓬勃發(fā)展，專業(yè)課程教育與思政教育的深度融合已是大勢所趨。社會對人才培養(yǎng)的標準日益提高，不僅強調(diào)專業(yè)技能的精進，還對個體思想水平提出更高的期望。然而，傳統(tǒng)地下結(jié)構(gòu)工程課程偏重理論技術，忽視思政教育的融入。因此，在“地下結(jié)構(gòu)工程—智能建造”交叉課程體系中，如何有機融入思政元素成為亟待解決的問題。

（二）各學科知識之間缺乏有效融合

在當前的課程體系建設中，地下結(jié)構(gòu)工程與智能建造相關課程知識往往呈現(xiàn)出孤立狀態(tài)，缺乏必要的整體性和系統(tǒng)性。各課程之間的內(nèi)容缺乏深度融合，這導致學生在開展“地下結(jié)構(gòu)工程—智能建造”課程實踐時，難以靈活、綜合地運用多學科的知識與技能。具體而言，地下結(jié)構(gòu)工程課程著重強調(diào)力學和土木基礎知識的傳授，而智能建造相關課程則更多地偏向于對信息技術和計算機技術等領域的探討，兩者之間未能形成緊密關聯(lián)、相輔相成的交叉課程體系。

這種分割的狀態(tài)源于傳統(tǒng)地下結(jié)構(gòu)工程課程存在的學科壁壘，其知識體系相對單一且略顯陳舊，難以適應當前多學科交叉融合的發(fā)展趨勢。因此，打破學科界限、拓寬知識邊界，實現(xiàn)地下結(jié)構(gòu)工程核心知識與智能建造理論和技術的深度融合，構(gòu)建真正意義上交叉融合的課程體系，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和實踐能力，成為必須深入思考和亟待解決的重要課題。

（三）現(xiàn)有教育資源的限制

1.教師隊伍專業(yè)背景的限制

“地下結(jié)構(gòu)工程—智能建造”交叉課程體系要求授課教師具有較強的跨學科背景和復合型教學能力。當前地下結(jié)構(gòu)工程課程教師隊伍多為傳統(tǒng)土木工程專業(yè)出身，由于專業(yè)背景較為單一，部分教師在教授智能建造課程內(nèi)容時，難以做到深入淺出、融會貫通。這不僅限制了學生對智能建造技術的掌握，還影響了學生對地下結(jié)構(gòu)工程與智能建造融合后可能產(chǎn)生的新知識、新技術和新方法的理解。

2.實踐基地與實驗室資源匱乏

“地下結(jié)構(gòu)工程—智能建造”交叉課程體系的建設離不開充足的實踐基地和現(xiàn)代化實驗室資源。然而，許多高校在這方面的投入不足，致使學生在實踐環(huán)節(jié)中缺乏必要的硬件支持。多數(shù)高校的地下結(jié)構(gòu)工程專業(yè)實驗室的設備配置仍局限于傳統(tǒng)的力學測試與材料分析，缺乏關于BIM技術、虛擬現(xiàn)實（VR）以及物聯(lián)網(wǎng)等智能建造領域的現(xiàn)代化設備與平臺，這無疑阻礙了交叉課程建設中智能建造實踐環(huán)節(jié)的有效開展。

此外，現(xiàn)有實踐基地的不足也是交叉課程建設的一大瓶頸。現(xiàn)有實踐基地大多局限于傳統(tǒng)的建筑工地，未能提供智能建造流程真實模擬與全面展示的情境，學生在實踐過程中難以觸及實際的智能建造項目。這一狀況極大地限制了學生操作技能和實際項目管理能力的提升，進而影響了課程教學的整體成效。

三、“地下結(jié)構(gòu)工程—智能建造”交叉課程體系建設的思考

（一）以國家戰(zhàn)略和行業(yè)需求為導向

在新工科背景下，立足于國家重大戰(zhàn)略，秉承“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”的新發(fā)展理念，調(diào)整優(yōu)化地下結(jié)構(gòu)工程專業(yè)架構(gòu)，將新興信息科學技術尤其是智能建造相關專業(yè)知識融入課程原有的知識系統(tǒng)和問題情境中。從行業(yè)的迫切需求出發(fā)，依托信息技術，從根本上改變傳統(tǒng)地下結(jié)構(gòu)工程建設的高能耗、高碳生產(chǎn)方式，實現(xiàn)綠色低碳建造，服務“雙碳”目標。因此，應建設“地下結(jié)構(gòu)工程—智能建造”交叉課程體系，以期培養(yǎng)適應新時代需求的復合型人才。

（二）堅持行業(yè)引領的產(chǎn)學研轉(zhuǎn)化機制

有效的產(chǎn)學研轉(zhuǎn)化機制是提升工程教育質(zhì)量的重要保障。高校應積極搭建橋梁，與行業(yè)企業(yè)、科研機構(gòu)建立深度協(xié)作關系，共同設立實踐基地，為學生提供沉浸式的項目實踐平臺，促使學生深入了解行業(yè)動態(tài)。同時，應促進教師與行業(yè)專家、科研人員互動交流，提升教學內(nèi)容與行業(yè)需求、科研前沿的相關性。通過協(xié)同開發(fā)課程與案例教學資源，確保課程體系與行業(yè)需求和科研前沿緊密結(jié)合，從而促進高校人才培養(yǎng)與行業(yè)產(chǎn)業(yè)需求、科研前沿有機銜接和深度融合，形成人才培養(yǎng)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展與科研探索相互促進、共同提升的良性循環(huán)格局。

四、“地下結(jié)構(gòu)工程—智能建造”交叉課程體系建設的實踐

“地下結(jié)構(gòu)工程—智能建造”交叉課程體系重點在于培養(yǎng)學生的技術應用能力、激發(fā)創(chuàng)新思維以及強化綜合解決問題的能力。在技術應用能力方面，課程包括智能建造的基本技能，如BIM建模、數(shù)字化設計與仿真、智能設備與系統(tǒng)集成等，使學生在實際工作中能迅速適應新的技術環(huán)境；創(chuàng)新思維的培養(yǎng)在于鼓勵學生參加創(chuàng)新項目，通過解決實際問題鍛煉創(chuàng)造力和應變能力，有助于打破傳統(tǒng)的思維束縛，促進理論知識向?qū)嵺`創(chuàng)新轉(zhuǎn)化，提升學生解決問題的能力。通過以上鍛煉，學生在面對地下結(jié)構(gòu)工程領域的復雜挑戰(zhàn)時，能夠融合多學科視角，進行有效分析與決策。課程組針對以上工程教育目標，進行了一系列“地下結(jié)構(gòu)工程—智能建造”交叉課程體系建設的實踐工作。

（一）模塊化課程設計

1.基礎模塊

在模塊化課程設計中，基礎模塊應涵蓋地下結(jié)構(gòu)工程和智能建造的核心知識（見圖2），培養(yǎng)學生堅實的理論基礎與實踐技能。地下結(jié)構(gòu)工程課程模塊包括設計原理、施工技術、地下水文、土力學、巖石力學等關鍵內(nèi)容與基礎知識，重在引導學生深刻理解設計決策的科學邏輯，明晰各類施工方法的適用情境與安全防控策略。同時，著重講授巖土體特性與水文條件對結(jié)構(gòu)安全性的深遠影響，課程涵蓋巖土體分類、承載力計算及地基處理技術等內(nèi)容，在課程教學中融入施工管理與質(zhì)量控制理論，強化學生的項目管理綜合能力。

智能建造課程模塊則聚焦于數(shù)字化設計與仿真技術的前沿探索、數(shù)據(jù)分析與決策支持系統(tǒng)的應用、物聯(lián)網(wǎng)與先進通信技術的融合實踐等智能建造技術，培養(yǎng)學生利用先進軟件工具進行結(jié)構(gòu)設計、施工仿真及數(shù)據(jù)驅(qū)動決策的能力。引入自動化施工技術，使學生理解智能設備和自動化流程是如何有助于提升施工效率、降低人力成本和安全風險的。通過基礎模塊設計，學生將能夠全面把握并有效應用地下結(jié)構(gòu)工程和智能建造的前沿技術，為自身職業(yè)生涯的長遠發(fā)展奠定基石。

2.應用模塊

應用模塊的設計聚焦案例分析和項目實踐，通過理論與實踐的緊密結(jié)合，全方位加強對學生應用能力的培養(yǎng)。選用真實的工程項目實例開展教學，案例涵蓋各種類型的地下結(jié)構(gòu)，如隧道、地下停車場和地鐵站等，讓學生深入探討其在設計、施工和管理過程中的成功經(jīng)驗與教訓，引導學生理解復雜工程問題的應對策略，鍛煉其分析能力和批判性思維能力，并有效激發(fā)其學術興趣與探索熱情。

項目實踐則圍繞實際工程項目展開，在教師的指導下，學生親歷項目從前期規(guī)劃、設計構(gòu)思、施工籌備到現(xiàn)場管理等一系列關鍵環(huán)節(jié)。通過這樣的實踐經(jīng)歷，引導學生將抽象的理論知識轉(zhuǎn)化為解決實際問題的能力，進而提升綜合素養(yǎng)。此外，鼓勵學生在項目中進行創(chuàng)新實踐，特別是在智能建造技術的應用上，例如利用物聯(lián)網(wǎng)技術進行實時數(shù)據(jù)監(jiān)測和分析，或借助虛擬現(xiàn)實技術實現(xiàn)施工過程的可視化。應用模塊設計著重引導學生將理論知識有效地應用于實際工程項目中，提升學生綜合素質(zhì)和解決實際問題的能力。

（二）跨學科團隊建設

跨學科團隊建設是建設“地下結(jié)構(gòu)工程—智能建造”交叉課程體系的關鍵。為此，高校應組建涵蓋土木工程、機械工程、信息工程、計算機工程及相關領域的教學團隊，如圖3所示。該團隊不僅可以促進各專業(yè)知識的深度融合，還能促進教師之間的相互學習與交流，創(chuàng)造出更具活力和創(chuàng)新性的教學環(huán)境。

為進一步促進團隊有效合作，需制定科學的合作機制，例如建立定期的課程評估和反饋機制，以及時發(fā)現(xiàn)和解決課程實施中存在的問題。這種機制有助于教師在教學過程中形成良好的協(xié)作氛圍，增強團隊的凝聚力和向心力。此外，鼓勵團隊成員之間進行跨學科的科研合作，通過開展共同的科研項目來提升團隊的整體素質(zhì)和研究能力。

跨學科團隊建設不僅能夠提升教師的教學水平，還能夠為學生帶來更為豐富和多樣化的學習體驗。學生將在多元化的視角下深入理解地下結(jié)構(gòu)工程與智能建造的交叉融合，提高自身批判性思維和解決復雜問題的能力。這種深度融合的課程體系將有助于培養(yǎng)出具備創(chuàng)新能力和更高綜合素質(zhì)的復合型人才，滿足行業(yè)對高素質(zhì)工程技術人才的迫切需求。

（三）產(chǎn)學研協(xié)同育人

推動產(chǎn)學研高效轉(zhuǎn)化，是“地下結(jié)構(gòu)工程—智能建造”交叉課程體系建設的關鍵一環(huán)。深化高校與行業(yè)企業(yè)的合作，促進課程內(nèi)容的更新，有助于增強學生的實踐能力，以適應快速變化的行業(yè)需求。

在地下結(jié)構(gòu)工程與智能建造領域，行業(yè)企業(yè)的參與對課程體系的構(gòu)建至關重要。通過建立戰(zhàn)略合作伙伴關系，高校能與企業(yè)共同開發(fā)契合行業(yè)前沿需求的課程內(nèi)容和實踐項目（見圖4）。例如，圍繞BIM技術在地下結(jié)構(gòu)工程中的應用，校企雙方可合作開發(fā)涵蓋項目全生命周期管理的綜合課程，使學生在掌握理論的同時獲得實際操作技能。合作不限于課程設計，更延伸至實踐環(huán)節(jié)。高校通過與企業(yè)合作，為學生提供真實的項目實習機會，讓學生參與地鐵站、隧道、地下停車場等地下結(jié)構(gòu)工程的建設，從設計審核、施工規(guī)劃到現(xiàn)場管理，全程跟隨教師和企業(yè)專家學習，極大地提升學生對專業(yè)知識的理解和解決實際問題的能力。

此外，企業(yè)專家參與教學，為課程設計提供實踐指導。通過課堂講座分享實際案例和經(jīng)驗，增強課程的實踐性和吸引力，激發(fā)學生的學習興趣。同時，企業(yè)為高校科研工作提供豐富的實際案例，助力地下結(jié)構(gòu)工程相關研究的開展。此外，高校與企業(yè)可共建聯(lián)合實驗室，共同研發(fā)新技術和新方法，推動學術研究與實際應用的結(jié)合。

五、結(jié)語

本文探討了“地下結(jié)構(gòu)工程—智能建造”交叉課程體系的建設與實踐，強調(diào)在數(shù)字化與智能化時代背景下，推動學科交叉融合的重要性。面對行業(yè)發(fā)展需求和教育改革挑戰(zhàn)，高校應主動創(chuàng)新課程體系，融合前沿技術與實踐案例，通過模塊化課程設計、跨學科團隊建設和產(chǎn)學研協(xié)同育人的方式推動教學改革，培養(yǎng)適應新時代需求的復合型人才。同時，推動交叉課程體系的建設與實踐，以期為其他高校提供參考，進一步推動地下結(jié)構(gòu)工程與智能建造的深度融合，為行業(yè)發(fā)展貢獻力量。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 黃萍華，李健. “雙一流”建設背景下新興交叉學科建設路徑探析：以集成電路科學與工程學科為例[J]. 大學，2023（26）：7-10.

[2] 朱先軍，劉蕾蕾，郭艷東，等. 交叉融合性新專業(yè)柔性電子學的課程體系建設[J]. 高等工程教育研究，2024（3）：15-18.

[3] 岳建偉，孔慶梅，顧麗華. 基于“新工科”理念的土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式探索[J]. 教育現(xiàn)代化，2019，6（17）：4-6.

[4] 牛茜如，陳思，李琰，等. 學科交叉背景下應用海洋學課程教學改革與實踐[J]. 高教學刊，2024，10（27）：11-16.

[5] 席奐，蘭劍，何雅玲. 學科交叉視角下儲能科學與工程專業(yè)課程體系建設的探索與實踐[J]. 高等工程教育研究，2023（增刊1）：21-23.

[6] 住房和城鄉(xiāng)建設部，國家發(fā)展改革委.住房和城鄉(xiāng)建設部" 國家發(fā)展改革委關于印發(fā)“十四五”全國城市基礎設施建設規(guī)劃的通知[EB/OL].[2024-06-21].https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2022-"07/31/content_5703690.htm.

[7] 張大良. 因時而動 返本開新 建設發(fā)展新工科：在工科優(yōu)勢高校新工科建設研討會上的講話[J]. 中國大學教學，2017（4）：4-9.

[8] 吳愛華，侯永峰，楊秋波，等. 加快發(fā)展和建設新工科" 主動適應和引領新經(jīng)濟[J]. 高等工程教育研究，2017（1）：1-9.

［責任編輯：蘇祎穎］