智能建造專業建設與課程體系構建研究

中圖分類號：G420 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2025）04-0086-08

近年來，新一代信息技術與人工智能得到空前發展，并已經滲透、融入多個行業領域，建筑業乃至整個工程建設領域也正朝著信息化、智能化與綠色低碳方向轉型升級。在此背景下，行業對從業人員提出了新的要求，進而要求人才培養在知識體系、素質和能力方面做出相應更新，以滿足行業與社會對人才的需求。2016年麥肯錫國際研究院《Imagining Construction'sDigital Future》報告指出，全球行業數字化指數排行中，建筑業數字化應用水平僅高于農業，居倒數第二位[]。我國建筑業是在工業化轉型尚未完全完成的情況下，提前進入了數字化和智能化的全球競爭時代，發展智能建造已迫在眉睫。2020年，住房和城鄉建設部等13部門聯合印發了《關于推動智能建造與建筑工業化協同發展的指導意見》，明確提出了推動智能建造與建筑工業化協同發展的指導思想、基本原則、發展目標、重點任務和保障措施。2022年國家“十四五\"規劃綱要中明確提出將\"發展智能建造\"作為國家建筑業發展重點任務。

智能建造是以人工智能為核心的現代信息技術與以工業化建造為主導的先進建造技術深度融合形成的新型建造模式，既體現了新質生產力中的\"新”，即以人工智能等核心科技培育建筑業新模式、新業態、新動能，引領建筑業轉型升級，又體現了新質生產力中的“質”，即把數據作為新質生產要素實現數字經濟與建筑業實體經濟的融合，推動建筑業高質量發展，智能建造技術的應用范圍已深人到建筑工程、橋梁工程、公路工程、隧道工程、鐵道工程、水利工程等建設項目。面對智能建造技術引發的工程建設行業深刻變革，如何培養適應行業未來發展需要、滿足產業轉型升級的創新型智能建造工程科技人才，支撐我國邁向建造強國，已經成為高校人才培養的重要挑戰[2]。

一、智能建造專業背景和現狀

（一）智能建造專業背景

BIM技術最早起源于美國，之后發展到德國、日本、新加坡等國家。美國、英國、澳大利亞等國家已經將BIM技術納入國家建筑行業標準，并且在政府采購項目中進行了強制性要求。我國自21世紀初期虛擬現實技術應用于復雜結構工程的虛擬建造[3]，到港珠澳大橋、拱北隧道、望京 SOHO、武襄十鐵路、首都國際機場、上海中心、上海世博會等一系列高端復雜的工程使用BIM技術，BIM技術在建筑和土木工程領域的應用越來越廣泛。建設領域BIM技術應用飛速發展，信息技術在工程全生命周期發揮重要作用，工程建設已愈發離不開智能建造技術的支撐，這也對高校這一培養高級專業技術人才的重要陣地提出了明確需求，智能建造專業應運而生。

智能建造專業為2018年教育部新增備案專業，是面向“一帶一路\"“新基建\"\"中國制造\"“互聯網 + \"等國家重大戰略實施，緊密結合國家新基建建設、土木工程智能建造、智慧城市建設，以及基礎設施智能運營維護的需要而開設，是以土木工程專業為基礎，融合信息與計算科學、計算機應用技術、機械自動化、工程管理等專業發展而形成的教育部鼓勵建設和發展的新工科專業。

（二）智能建造專業現狀

自2018年首次新增智能建造專業到2024年，全國已有156所院校開設智能建造本科專業，專業建設發展規模與歷程如圖1所示。石家莊鐵道大學于2021年獲批該專業，2022年開始招生。

156所院校開設的智能建造專業中， 95% 依托專業為土木工程， 5% 為工程管理，智能建造專業從申請、獲批到建設，各高校均與所依托專業的自身特色相結合，因此，在制定專業目標、課程體系上各有特色。本文集中調研了2018—2020年開設智能建造專業的高校，這些高校智能建造專業成立較早，課程體系建設與人才培養方案相對較為完善，并已有本科畢業生。調研發現，各高校的培養目標、培養方式、課程體系等均不相同。限于篇幅，僅列出有代表性的5所高校在培養目標、畢業設計內容等方面的數據進行對比說明。

此外，從各高校的課程和實踐教學可以看出，相較于傳統土木專業，智能建造專業學生更傾向于探索并應用計算機視覺、點云、智能設計等方法解決土木工程行業中的技術問題。由于各高校現有土木工程專業的辦學特色不同，因此，在智能建造專業人才培養目標、畢業設計模塊和畢業生去向方面各有特色，如表1所示。

經過多屆學生實踐反饋，同濟大學智能建造專業人才培養方案中課程體系設計不斷更新完善，目前，課程總學時量和難度適中，側重為學生提供個性發展空間和多元化實踐機會。東南大學智能建造專業在理論課程和實踐環節多以開放式的研討教學為主，畢業設計選題涵蓋結構設計與優化、城市生命線工程、建筑機器人等學術前沿方向和行業熱點問題，綜合運用了數字孿生、人工智能、物聯網、計算機視覺、大數據等智能方法與手段。華中科技大學的專業主干課程側重計算機軟硬件和數據庫技術的學習，畢業設計環節采用土木工程畢業設計系統，通過手工調參、自動計算到智能計算完成建筑結構一體化設計，從智能化角度切入，通過智能驅動方式為建造領域注入新的活力。該校畢業生繼續深造的研究領域包括人工智能與自動化、數字建造技術、人工智能、建筑機器人等方向。北京工業大學的專業基礎課和專業核心課程在土木工程、計算機技術、信息技術、機械工程等方面比較均衡，圍繞設計、施工、運維三個應用場景開展教學，與其復合型工程技術創新人才的培養目標高度契合。福州大學設置了建筑結構、橋梁結構和隧道結構三個專業細分方向，畢業設計選題涉及裝配式建筑設計、裝配式橋梁與隧道設計、信息管理系統開發等，充分體現了智能建造專業在土木工程和信息技術的多學科交叉融合。

由上述調研情況可以看出，研究型人才、應用研究型人才和應用型人才的定位各不相同。研究型大學引領專業辦學，結合社會需求，制定培養目標是以繼續深造為主，繼續保持和夯實土木的基礎課程，融合多個學科的課程，學生要研究理論核心技術的升級或者創新。應用研究型高校需要根據學校的辦學特點體現專業特色，學生能夠掌握部分理論核心技術，并能熟練操作，對操作中的一些問題能夠改進，或者具有一定程度的創新。應用型人才的定位自然重在應用，壓縮土木的基礎課程，融合學科的專業課程多一些，內容淺一些，創新“崗課賽證\"綜合育人模式，能夠在企業進行平臺、設備操作，高效率完成預期任務[3]。當前，各高校對智能建造人才培養定位中，應用型和創新應用型人才占絕大多數。

二、智能建造專業特點

智能建造專業是土木工程特色專業，與土木工程專業密切相連，但又不屬于土木工程專業下設的如建筑工程、橋梁工程、巖土工程、地下工程等專業方向，具有顯著的多學科交叉特點，除了包括土木工程專業原有的知識體系外，還包括信息、計算機、機械、工程管理等專業知識體系。從人才培養目標對比看，土木工程專業著重培養土木工程及相關領域能勝任勘察、設計、施工、運維、管理及研發等工作，能適應時代發展需要的高素質復合型人才。智能建造專業則更注重培養學生掌握土木工程專業基礎知識、與工程建設相關的一般機械原理與控制工程原理、計算機開發語言、物聯網技術，能夠應用現代化、信息化技術手段開展土木工程領域的智能測繪、智能設計、智能施工和智慧運維管理工作。因此，如何制定智能建造專業人才培養方案、如何設置智能建造專業課程體系和教學內容，成為該專業建設與發展亟須解決的重要問題。通過廣泛調研、分析與總結，智能建造專業的學科特點有以下幾個方面。

（一）多學科融合

從知識結構層面看，智能建造專業人才應當具有寬泛的知識面，也就是“一橫\"要足夠寬。同時，智能建造專業人才所具備的知識結構和體系也需要解決“一豎\"的問題，即需要具備某一方面足夠深入的專業知識。傳統工科專業的學科基礎包括兩方面，一是土木工程、機械工程、航空航天工程等專業以力學為基礎，二是計算機科學與技術、電子信息工程、人工智能等專業以電學為基礎。而智能建造專業在知識體系上體現為多學科交叉融合的知識體系，既需要打牢傳統基礎知識，包括數學、工程力學、電學、運籌控制等構建智能建造“元知識”，又要融合機械原理、機器學習、大數據、物聯網等知識。

（二）新技術應用

工程建設行業經歷了從手工化、機械化到自動化的技術進步，分別對應了1.0的手工化時代、2.0機械化時代和3.0自動化時代的發展階段，隨著以數字化、網絡化、智能化為特征的第四次工業革命時代的到來，工程建設行業需要打破傳統方式，實現轉型升級，向4.0智能化方向發展，和工業4.0接軌。先進的信息技術與智能化技術廣泛應用到工程的勘測、規劃、設計、施工、運維等環節，構建起全鏈條、全方位、全生命周期的智能化建造時代。智能建造是基于工業化和數字化的建造，從時間上包括規劃、勘察、設計、施工、運維、拆除，從空間上包括構件、材料、機械、成本、質量、安全等內容。智能建造主要采用的新技術包括：BIM技術、物聯網技術、3D打印技術、人工智能技術、云計算技術和大數據技術等，不同技術之間相互獨立又相互聯系，搭建構成完整的智能建造技術體系[4]。

（三）理論與實踐結合

智能建造專業是以工程建設行業發展需求而產生的新工科專業，教育部和住建部組織的行業資源調查報告表明智能建造技術人才短缺突出表現在智能設計、智能裝備與施工、智能運維與管理等工程建設各階段細分領域。因此，智能建造專業強調學生的實踐操作和工程項目實踐，要求學生

掌握智能建造技術的核心知識和技能。實現途徑除了認識實習、課程設計、生產實習、畢業設計、畢業實習等傳統的實踐教學環節外[5]，還有以校企深度合作培養人才的新型模式，校企教學團隊共同參與人才培養[6-7]，以及基于企業需求的智能建造專業工程實踐能力培養[8]。

（四）注重創新能力培養

智能建造專業的目標之一是培養適應數字化、智能化背景下具備系統思維、可持續學習與創新能力的復合型工程技術人才。多學科技術交叉、多元化參與主體、復雜多變的建設環境使工程項目的復雜性日益突出，這對智能建造專業人才的知識、能力、素質、思維都提出了新要求，也即在新場景、新業態下掌握更多專業知識，對工程有深入的認知，能進行工程創新[9]。

三、智能建造知識體系和實踐創新模式構建

于2021年申請并獲批智能建造本科專業，2022年開始招收本科生。為全面掌握行業對該領域人才需求的具體情況，采取函詢和實地調研相結合的形式進行調研、咨詢，以土木類單位和新興BIM科技類公司為主要調研對象，共調研、咨詢了五十余家相關單位。同時通過走訪參加全國智能建造專業建設的會議，了解各高校的智能建造專業的培養目標和課程體系。在分析近年來已開設智能建造專業的高校對其專業建設與人才培養的基礎上，借鑒其他高校已有做法和經驗[10-12]，結合土木工程學院的專業特點及專業人才的定位，制定出本校智能建造專業的培養目標、課程體系、實踐創新體系。

（一）培養目標

將學生培養為能夠熟練掌握土木工程專業基本知識，精通工程結構設計原理、構件生產和施工安裝方法，了解工程建造的一般機械原理和控制工程原理，掌握相關計算機開發語言，能夠應用現代化、信息化技術手段進行智能測繪、智能設計、智能施工和智能運維管理的工程應用型人才。畢業生能勝任傳統和智能化建筑工程項目的設計、施工管理、信息技術服務和咨詢服務等工作，具備創新精神和國際視野，具備較強的計算機應用能力和較高的外語水平，并具有較強實踐能力和一定創新能力的高級專門人才。

（二）課程體系

除智能建造專業外，現有五個本科專業，其中土木工程專業設置四個專業方向。基于當前土木工程學院學科專業布局，與現有建筑工程、橋梁工程、地下工程等土木工程專業方向，以及測繪工程、城市地下空間工程、鐵道工程等本科專業緊密結合，制定智能建造專業的各門專業理論課程，建立完善的理論課課程體系，使專業課程設置兼具這些方向特色，突出專業優勢。以智能設計、智能施工、智能運維為三大技術知識模塊，制定的智能建造專業理論課課程體系如圖2所示，具體說明如下。

（1）在土木工程專業的基礎上升級，如原建筑施工課程升級為土木工程智能施工，原結構試驗課程升級為結構智能檢測與監測，原工程測量課程升級為智能測繪等。

（2）課程模塊和原土木工程保持一致，分為通識與公共基礎課程、學科基礎課、專業基礎課、專業課、平臺課、集中實踐環節等模塊。

（3）專業基礎課程根據專業特色增加，比如增加了智能建造導論、智能算法原理及應用、BIM技術原理與應用等課程。

（4）核心課程根據專業特色設置，如設置了數字化建筑設計、智能機械與機器人、結構韌性與智能防災、土木工程智能運維與健康管理等課程等。

（5）同一類課程進行融合和升級，例如，將工程制圖和計算機繪圖課程融合升級為工程圖學基礎，將混凝土結構設計原理和鋼結構設計原理課程融合升級為工程結構設計原理，將混凝土房屋結構設計和鋼結構房屋設計融合升級為工程結構與參數化設計等。

（6）基于大土木的思想，在大一大二時不分專業方向，在大三學年由學生選修兩門專業平臺課，在后續的課程設計及畢業設計中由該專業的教師進行指導，使智能建造以建筑工程為主干方向的同時，也兼具橋梁、隧道、鐵道等方向，學生可以根據自己的興趣靈活選擇。

（三）實踐創新

根據專業培養目標，除理論課程設置外，還有集中實踐環節，包括：實習實訓、課程設計、畢業設計。課程設計主要有：BIM技術應用課程設計技能訓練、智能施工課程設計、智能建造全過程實驗；實習實訓包括：認識實習、工程實訓與生產勞動、智能監測實習、數字測繪實習、生產實習、畢業實習。

（1）加強認識實習、生產實習、畢業實習進企業、到基地、去現場、重實操。例如，認識實習帶領學生赴當地綠色超低能耗建筑材料科技公司、裝配式建筑企業的工廠車間參觀學習新型節能材料、新型節能墻體、預制建筑部品部件的智能化生產線，以及智能機器人、智慧車間管理云平臺等智能建造技術，為今后的理論課程學習奠定了良好的實踐基礎。為了更加長期穩定地開展上述實踐教學活動，目前已與多家設計院、施工單位、軟件開發公司等建立校企合作實踐基地。

（2）提倡課程設計、畢業設計出生產結合題或科研結合題。例如，畢業設計題目涉及基于參數化方法的工程結構優化設計、木結構參數化設計與機械臂智能化加工營造實踐、建筑物化階段碳排放智能監測技術以及基于機器視覺的混凝土裂縫、鋼筋綁扎點特征識別等內容，題目豐富、廣泛，涵蓋設計、施工、監測與檢測多個環節，既與土木工程專業密切相關，又突出了智能建造專業特色，這些題目均來自指導教師的科研項目或實際工程。在課程設計、畢業設計過程中，聘請校外企業優秀專家作為輔助與補充指導學生，增強了教學內容的實戰性。通過上述一系列舉措，大幅提升學生學以致用的能力和水平，使畢業與就業無縫銜接。

（3）校內與其他學院聯合，并加強校企合作。聯合土木工程學院、機械工程學院、信息科學與技術學院的專業課教師共同指導學生，使實踐教學真正體現\"實踐”和\"智能\"特色。另外，聯合北京盈建科軟件股份有限公司申請的河北省本科高校現代產業學院——土木工程智能建造現代產業學院于2021年獲批，兩年多來，校企合作雙向賦能，以立德樹人為根本任務，在教學改革、共建人才培養基地等方面開展了許多有實效性的工作，在強化專業與產業的對接、共建教學資源、提升“雙師型”教師隊伍建設、產學研用協同創新等方面均作出了實踐性的探索并取得良好的成效。校企深度合作互融共生，對智能建造專業人才培養起到了極大的推動促進作用，實現了共建、共享、共贏。

（4）指導學生積極參加各類創新創業比賽與專業技能大賽培養學生的實踐創新能力。土木工程學院的專業課教師多年來一直堅持指導學生參加互聯網 + 、大學生創新創業等比賽并多次取得優異成績。2019年作品“基于參數化設計和自動化控制的智能遮陽窗\"獲得全國高等學校土木工程專業本科生優秀創新實踐成果獎一等獎、2020年作品《瑞信智能建筑有限責任公司》在“挑戰杯\"河北省大學生創業計劃競賽中獲得一等獎。本科生作為項目負責人申請并立項了多項智能建造相關國家級創新創業項目，包括：基于參數化設計和機械臂的3D打印建造技術、Arduino輔助控制機械臂自動銑削榫卯木構件技術、基于機械臂的自動化木構加工裝置及其參數化程序模塊開發、輔助機械臂智能建造的實時糾偏補償系統研究、建筑機器人木構加工工具轉換裝置與人機交互技術等。此外，在全國數字建筑創新大賽、全國BIM畢業設計創新大賽等專業技能比賽中多次獲得一等獎。

多年的教學經驗與畢業生培養質量證明了上述實踐教學活動對培養學生的實踐創新能力是科學的、合理的、卓有成效的。智能建造專業實踐教學體系如圖3所示。

針對智能建造培養方案的人才定位，結合石家莊鐵道大學的辦學特色，在對培養目標上強調學生能夠掌握相關計算機開發語言、應用現代化和信息化技術手段;在課程體系上突出智能設計、智能施工、智能運維三大模塊，以及建筑、橋梁、隧道、鐵道、巖土五個專業方向;在實踐創新模式上體現為多學院聯合、校企合作、創新項目和學科競賽等方式。

四、結語

智能建造專業的產生和發展是工程建設行業向信息化、智能化方向轉型升級的必然所需，作為一個新興專業，建立起知識完善、實踐創新突出的專業教學體系是保障人才培養質量的關鍵。文章介紹了智能建造的行業發展現狀，分析了智能建造專業的產生背景及在我國高校開設與發展現狀。以石家莊鐵道大學智能建造本科專業建設情況為例，從培養目標、課程體系、實踐創新三個方面重點論述了智能建造專業知識體系與實踐創新模式的人才培養方案構建，可為同類型高校智能建造專業建設與后續相關研究提供參考。

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Study on intelligent construction major development and curriculum system formulation

QIAO Wentao，LI Wenping，XIONG Qingqing，ZHANG Wang，CAO Lihui （School of Civil Engineering，Shijiazhuang Tiedao University，Shijiazhuang O5o043，P. R. China

Abstract： The inteligent construction major is a new engineering discipline that addresses national strategic needs and transformation of engineering construction industry.It is basedon civil engineering and integrates disciplines such as information and computing science，mechanical design and automation，and control science and engineering，with significant interdisciplinary features.This paper analyzes the development background of theintelligent construction major and the current status of undergraduate program construction and talent cultivation. Taking the inteligent construction undergraduate program at Shijiazhuang Tiedao University as an example，from the perspectives of training objectives，curriculum framework，and practical innovation，this paper focuses on construction of talent cultivation plan that combines knowledge system and practical innovation model，providing valuablereferences for construction of similar majors in otheruniversities and related research.

Key words： intelligent construction; civil engineering; major development; curriculum system

（責任編輯 鄧 云）