面向智能建造的土市工程專業升級改造路徑分析

基金項目：陜西高等教育教學改革研究（重點）項目資助“面向智能建造的軌道交通土建類專業應用型人才培養探索與實踐”（23BZ085）。

引言

土木工程作為傳統的工科專業，為人們日常生活衣食住行的各個方面提供了最基本的基礎設施保障。隨著社會經濟的發展與技術進步，在人工智能、裝配工業化、信息化等大環境下，無論是在城市更新改造、交通強國建設還是新基建、能源基礎設施建設等各個領域，綠色建筑、智能建筑、智慧城市、智慧交通、數字鐵路等新技術、新理念不斷涌現并逐步成熟和推廣應用。面對行業的變革和人工智能等各種新技術的快速發展，現階段土木工程專業的發展和人才培養也遇到了一些新問題和新挑戰，需要不斷緊跟國家基建戰略的轉型升級，主動適應產業變革的需求進行專業建設與升級改造。

土木類本科專業設置變革情況

土木建筑行業是國家經濟發展的重要產業，隨著國家經濟建設的需要和高等教育事業的改革發展，土木類本科專業的設置也隨著時代發展需求在不斷成熟和完善。通過梳理中華人民共和國成立后至今我國土木類本科專業設置的調整與優化歷程，可以更好地發現土木類專業今后的發展趨勢。

1.土木類本科專業歷史沿革

專業化細分階段（1949—1977年）：受蘇聯教育體系影響，土木工程專業被細分為工業與民用建筑、鐵道工程、橋梁工程、公路與城市道路、礦井建設等十余個狹窄方向，形成一行業一專業的格局，且學科建設以傳統基建需求為導向。

規范化整合階段（1978—1998年）：1993年首次將“工業與民用建筑工程”\"土建結構工程\"等專業合并為“建筑工程”，實現初步整合。1998年教育部將“建筑工程\"\"城鎮建設\"等專業統一歸并為“土木工程”，覆蓋建筑工程、交通土建等方向，確立寬口徑培養方向，專業目錄的調整推動了全國眾多高校開設土木工程專業，形成規模化辦學格局。

多元化發展階段（1999—2016年）：2000年后增設建筑環境與能源應用工程、給排水科學與工程等專業，覆蓋城市建設全鏈條。2012年將\"土木工程\"和\"建筑工程教育\"等專業調整歸并為“土木工程”，在2012新版專業目錄中設立土木類一級學科，下設土木工程等4個基礎專業以及城市地下空間工程、道路橋梁與渡河工程等2個特設專業。2014年增設鐵道工程特設專業。

智能化轉型階段（2017年至今）：2017年初教育部推出“新工科\"計劃以來，2017年同濟大學申報并獲批“智能建造”專業，2018年清華大學申報并獲批\"土木、水利與海洋工程\"專業，2019年浙江大學申報并獲批“土木、水利與交通工程\"專業，2020年增設“城市水系統工程\"專業，2021年山東大學申報并獲批“智能建造與智慧交通\"專業，2023年山東大學申報并獲批“工程軟件\"專業。

2.土木類本科專業設置現狀

目前，土木類專業包括了4個基本專業和9個特設專業，專業設置向更綜合和細分方向發展。土木類本科專業設置情況的演變過程既反映了國家基建戰略的轉型升級，也體現了高等教育主動適應產業變革的調整邏輯，從最初的細分專業到“寬口徑、厚基礎”，到如今的智能融合，土木類專業始終圍繞國家重大需求持續優化。

通過土木類專業設置變革情況，可以清晰地看到智能化是土木類專業發展的主要趨勢。在行業層面，新基建大背景下“中國制造2025\"\"一帶一路\"“城鎮化建設\"\"交通強國\"等戰略均強調了要把“智能建造\"作為行業的發展目標與發展方向。在高等教育層面，2017年初教育部推出“新工科\"計劃，通過一系列配套措施與文件的發布，為“新工科”建設目標的明確及路徑選擇發揮了關鍵引領作用。“新工科\"要求構建工科新結構，一是發展與人工智能、大數據、互聯網等新技術相關的新興工科專業；二是更新改造傳統學科專業，服務產業轉型升級需求；三是推動現有工科專業交叉復合、工科與其他學科交叉融合，孕育形成新興交叉學科專業。因此為適應人工智能時代對行業技術進步的要求，不斷契合行業發展對人才培養的需要，土木類專業必須在現有專業基礎上對專業人才培養進行智能化升級改造。

土木工程智能建造人才培養的主要途徑

1.開設智能建造新工科專業

面對人工智能技術的發展及產業的轉型，結合新工科建設需求，土木類高等院校也在不斷探索通過開設新專業來滿足行業人才培養需求。近年來在“土木類\"專業范疇內，相繼新設了智能建造、智能建造與智慧交通、工業軟件等3個新工科專業。

智能建造是以土木工程專業為基礎，面向交通王建行業的升級轉型，融合多個學科發展而成的\"新工科\"專業，屬于典型的學科交叉專業。從2018年同濟大學申報并獲批開設國內首個智能建造專業以來，2019—2025年獲批高校數量呈快速增長趨勢。除了智能建造專業以外，2022年山東大學申報設置了“智能建造與智慧交通”新專業，后續逐年有高校申報獲批。自前全國共有213所高校申報設置了智能建造相關專業217個，專業點分布廣泛，覆蓋不同類型、不同層次的高校。

2.既有土木工程專業智能化改造

雖然近幾年來智能建造專業開設院校逐年大幅增加，但建立新專業僅是土木工程智能建造人才培養的一種方法，并不是所有高校都有條件或意愿開設新的智能建造專業，并且智能建造作為一個新專業建立時間不長，尚未形成比較成熟的課程體系、實踐教學體系等，各高校的人才培養方案仍處于探索階段。而且部分高校新專業教學改革比較激進，導致學生專業基礎不扎實。根據調研，目前大多數高校的智能建造專業仍主要面向工業與民用建筑領域，面向軌道交通土建領域的很少。國內開設傳統土木工程專業的學校眾多，其中尚未開設智能建造相關新專業的占比 70% 左右，因此單純依靠開設新專業培養智能建造應用型人才遠遠達不到行業需求，只有對現有土木工程專業進行智能化升級改造，才能更好地滿足人工智能時代對土木類人才的需求。

既有土木工程專業智能化改造面臨的問題

1.課程設置相對滯后

既有土木工程專業的核心課程往往以力學、結構分析和設計為主，部分專業核心課程的主要知識點數十年沒有大的變化，教學內容更新較慢，學生學習到的知識比較陳舊，落后于行業新技術的發展與應用。

隨著交通土建行業核心技術迅速發展，土木類專業與其他學科交叉融合，需要開設與計算機、機械、自動化等相關的課程，但目前智能建造人才培養還沒有普遍可參考的課程體系，相關課程的教學內容更新和教材建設也仍不完善。

2.工程實踐能力不足

傳統的土木工程專業學生實踐能力的培養，主要依賴于課內實驗、課程設計、實習等環節。現有的課程實驗以基礎性驗證實驗居多，課程設計題目陳舊，實習環節由于時間短、工程復雜等特點，成效不顯著。而新工科建設更關注實踐創新能力的培養，需要將行業新技術融入實踐教學，解決現有實踐教學與實際工程不匹配的矛盾。

3.多學科交叉背景的師資能力較弱

師資隊伍建設是土木類既有專業升級改造的關鍵，但目前大多數高校土木工程專業師資隊伍結構單一，教師知識結構有限，難以滿足智能建造人才培養需求。智能建造人才培養要求教師除掌握原有知識外，還需要學習計算機視覺、大數據、BIM等技術，需要組建跨學科的教師隊伍。

既有土木工程專業智能化升級改造途徑探索

1.課程體系重構與內容更新（1）面向智能建造的課程體系重構

面向建筑工業化、智能化發展的要求，打造交叉學科科技新元素模塊化課程，逐步建立“人工智能 + ”人才培養模式，開發“數字 ⁺ 設計”\"BIM + 建造”“綠色 .+ 建筑\"等特色課程；有效整合、創新模塊課程，結合當前以及未來新技術發展的方向，將人工智能、物聯網、云計算、大數據、虛擬現實等信息技術、智能化技術，尤其是BIM技術注入傳統的課程體系當中，最終形成覆蓋規劃與設計、制造與施工、管理與運維、防災與控制等不同環節，貫穿智能建造全生命周期的模塊化課程體系。在人才培養方案修訂時，在現有土木工程專業基本課程體系的基礎上，新開設智能建造概論、BIM技術應用、人工智能、大數據分析與挖掘、數字化設計方法、工程機械與機器人等新課程。

（2）現有課程內容更新

既有土木工程專業課程數量較多，總學分較高，其智能化升級改造不能只是開設新課程，必須將土木工程既有專業課程與智能建造新技術、新方法有效結合，進行合理的取舍。比如，將“C語言程序設計\"課程變更為\"Python程序設計”，使學生掌握基礎編程知識；將原有的\"混凝土結構設計\"改造為“混凝土結構智能設計”，將BIM參數化建模、機器學習優化算法等新技術有效融入；將“工程測量\"改造為“智能測繪”，在課程教學內容中加入測量機器人、無人機攝影、機載三維激光雷達以及GNSS等測繪新技術新內容；將“王木工程施工\"改造為“王木工程智能施工”，在保留土方、混凝土、鋼結構等施工工藝基本理論以及施工組織設計、項目管理等傳統方法基礎之上，將BIM全生命周期應用、智慧工地管理與施工數據采集、AI施工安全預警、施工機器人、無人機測繪與施工現場監測、3D打印建筑等新技術有機融入課程教學內容；在原有“土木工程材料\"課程中加入3D打印材料、裝配式建筑材料、人工智能材料等新內容；在原有“房屋建筑學\"課程中，加入裝配式建筑有關內容；將“工程項目管理\"改造為“BIM項目管理”，注重培養學生掌握BIM技術在項目全生命周期設計、施工、運維中的協同管理，能夠初步運用BIM工具進行進度模擬、成本控制、資源優化與沖突檢測，能夠基于BIM進行跨專業協同等。

2.實踐教學體系構建（1）實踐教學課程優化

根據土建工程全生命周期及智能建造實驗教學特點，最大程度還原工程項目從規劃、設計、施工到管養、防災等各個階段的場景應用，緊扣智能建造全生命周期不同階段的技術特征，系統整合虛擬仿真實驗項目，構建體現土木工程最新科技發展水平的實踐課程體系。如將工程測量實習升級為智能測繪實習，在掌握全站儀、水準儀等基礎儀器操作，熟悉地形測繪、控制測量等傳統內容的基礎之上，在實習過程中加入無人機航測、三維激光掃描技術及數據處理方法、BIM與GIS融合的測繪數據集成應用等新內容；將原有的混凝土結構課程設計、鋼結構課程設計，升級改造為裝配式混凝土結構設計、裝配式鋼結構設計，并且將主流設計軟件有效應用于課程設計中；將施工組織課程設計改造為\"BIM施工組織課程設計”，使學生在掌握施工方案編制、施工進度計劃，熟悉橫道圖、網絡圖等傳統工具的基礎上，進一步掌握通過BIM技術實現施工進度模擬（4D）、成本動態管控（5D）的方法，能通過BIM模型進行施工場地布置優化、資源沖突檢測，具有一定的基于數據的施工組織決策能力。在認識實習中，介紹智能建造工程應用案例，參觀當地的智能化施工項目工地；生產實習和畢業實習可以與智能建造技術較強的企業開展合作，讓學生在實習中對智能建造有關的最新技術和發展趨勢有較深的了解，同時注重智能建造方面具體工程問題的解決，為開展智能建造方面的畢業設計做好準備。在畢業設計中，優化傳統的以框架結構或框剪結構設計為主的畢設選題，在結構設計選題中體現現代化設計方法的應用，在施工組織設計選題中融入BIM技術應用，增加裝配式結構設計選題。

（2）智能建造虛擬仿真實踐教學平臺建設

傳統土木工程專業的實驗室主要包括力學實驗室、材料實驗室、土工實驗室、結構實驗室等，結合智能建造人才的培養以及人工智能技術的日益發展，土木類專業的實驗室建設也需要與時俱進，在保留傳統實驗室的基礎上，以BIM技術、物聯網、人工智能、大數據等新興技術為核心，建設智能建造虛擬仿真實驗教學中心，主要包括智能建造虛擬體驗館、建筑3D打印實驗室、裝配式建筑實驗室、智能建造機器人實驗室、BIM實驗室、新型材料實驗室等，以此滿足土木工程行業智能化發展的需求。

（3）智能建造背景下的學科競賽

在智能建造與新工科建設背景下，土木工程學生創新創業能力的培養尤為重要，深入開展BIM技術相關的學科競賽，堅持組織進行BIM畢業設計創新大賽、先進成圖技術與產品信息建模創新大賽、結構設計競賽、數字孿生創新應用大賽、智能建造數字化設計大賽、交通運輸科技大賽等高水平競賽活動，廣泛動員學生積極參與，提高學生的實踐能力與創新創業能力，實現以賽促教、以賽促學。同時，邀請行業專家或企業工程技術人員開展智能建造方面的講座，分享土木工程智能建造領域的最新技術和工程應用案例，幫助學生深入了解智能建造技術的應用情況和發展動態。

3.師資隊伍建設

（1）多學科交叉背景的師資能力提升

傳統的以土木類專業為主，結合測量、力學、管理、造價、工程材料等專業的師資已難以滿足智能建造方向專業建設與人才培養需求。一是需要引導現有專業背景的教師，結合相關課程內容的更新和優化，積極參加各類智能建造相關的教學培訓，強化對傳統課程中出現的新技術、新方法的掌握與運用；定期組織教師專業技能培訓，鼓勵并支持青年教師參與企業實踐，建立專業教師與企業技術人員溝通交流合作機制，定期邀請企業專家科普前沿技術，及時指明行業新趨勢新發展新要求，開拓教師視野。二是優化教師引進機制，補充具有機械自動化、信息技術、人工智能等相關專業背景的專職教師，形成跨學科的教師隊伍，優化教師隊伍的專業結構。三是注重土木工程教學團隊的數智化建設，結合智能建造人才培養課程體系，培養以智能設計、智能測繪、智能制造與施工、智能控制和運維等課程群為單位的教學團隊，強化跨學科、跨學院間教師的相互交流與學習，形成滿足課程群教學或畢業設計需求的若干教學團隊。

（2）人工智能輔助教學

在土木工程智能建造人才培養過程中，教師應具備數字化能力，將信息技術、人工智能作為教育的方式方法，使人工智能輔助教學技術的應用成為智能建造人才培養的一大亮點或主要教學輔助工具，通過學習培訓與實踐，掌握DeepSeek等人工智能工具在教學任務設計、教學資源開發、智慧課程建設、智慧課程場景應用、教學數據分析、智慧課堂教學與管理等方面的深度應用，在豐富教學手段和內容、提高教學效率和質量的同時，也提升學生學習體驗，為學生提供個性化學習路徑。

結語

隨著人工智能技術的不斷發展以及新工科建設的深人推進，土木類專業人才培養向數字化、網絡化、智能化方向發展。培養智能建造應用型人才是必然趨勢，對現有土木工程專業進行升級改造是重要途徑，通過重構課程體系、優化實踐教學、建設師資隊伍等，才能使現有專業保持與社會需求的緊密結合。

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（梁騰飛：西安交通工程學院）