武海榮,宋新生,宋帥奇,何宗耀,朱 凱

(河南城建學(xué)院 土木與交通工程學(xué)院,河南 平頂山 467036)

新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在興起,大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、建筑信息模型、人工智能、移動互聯(lián)網(wǎng)等為代表的新信息技術(shù)開始向建筑產(chǎn)業(yè)滲透,傳統(tǒng)建筑行業(yè)步入轉(zhuǎn)型升級。智能建造作為新一代信息技術(shù)與工程建造融合形成的工程建造創(chuàng)新模式[1],將促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)生深刻的變革,而支撐這一變革成敗的則是專業(yè)人才培養(yǎng)。2017年開始,“復(fù)旦共識”[2]“天大行動”[3]和“北京指南”[4]對新工科的內(nèi)涵與特征、建設(shè)路徑、人才培養(yǎng)要求和模式創(chuàng)新等做了指導(dǎo)和要求,培養(yǎng)多樣化、創(chuàng)新型卓越工程科技人才成為工科高校的重要任務(wù)。

針對如何培養(yǎng)全面發(fā)展的智能建造人才,不同層次高校對于辦學(xué)定位與辦學(xué)理念、專業(yè)建設(shè)、課程體系構(gòu)建、實踐教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計、跨學(xué)院的日常教學(xué)活動的組織等有諸多思考和探索,但總體來講,智能建造專業(yè)的建設(shè)還處于初始階段。河南城建學(xué)院作為城建類的應(yīng)用型地方本科高校,于2022年開始智能建造專業(yè)的招生工作。本文介紹了智能建造的內(nèi)涵、智能建造專業(yè)的發(fā)展,通過河南城建學(xué)院智能建造專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系、實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計、教學(xué)運行等,結(jié)合應(yīng)用型地方本科高校的定位,給出了智能建造專業(yè)的“城建思考”,為應(yīng)用型本科高校智能建造人才的培養(yǎng)提供參考和借鑒。

1 智能建造及其技術(shù)

根據(jù)相關(guān)學(xué)者和專家作出的定義總結(jié)[5-11],智能建造的關(guān)鍵要素主要涵蓋以下幾個方面:(1)智能建造強(qiáng)調(diào)新一代信息技術(shù)對工程建造活動的賦能,先進(jìn)技術(shù)手段是基礎(chǔ)支撐;(2)智能建造強(qiáng)調(diào)工程建造全過程,即勘察、規(guī)劃、設(shè)計、施工和運維等各個階段在數(shù)據(jù)鏈驅(qū)動下的服務(wù)一體化集成與高效率協(xié)同;(3)智能建造強(qiáng)調(diào)建造過程的高彈性、高效率、高質(zhì)量以及安全與環(huán)境友好,也強(qiáng)調(diào)綠色節(jié)能的建筑產(chǎn)品的交付;(4)智能建造是一種新的工程建造方式。

智能建造技術(shù)是以“三化”“三算”為特征的新一代信息技術(shù),包含了面向全產(chǎn)業(yè)鏈一體化的工程軟件、面向智能工地的工程物聯(lián)網(wǎng)、面向人機(jī)共融的智能化工程機(jī)械、面向智能決策的工程大數(shù)據(jù)等相關(guān)技術(shù)。以此為基礎(chǔ),最終形成了支持工程建造全過程、全要素和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的智能建造體系[12]。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2021年遴選了自主創(chuàng)新數(shù)字化設(shè)計軟件、部品部件智能生產(chǎn)線、智慧施工管理系統(tǒng)、建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺以及建筑機(jī)器人等5大類智能建造設(shè)備和124個具有較強(qiáng)借鑒意義和具有推廣價值的新技術(shù)產(chǎn)品創(chuàng)新服務(wù)工作案例[13]。徐陽等[14]從材料、設(shè)計、建造、運維、防災(zāi)等多個維度的智能化建造研究歸納了當(dāng)前土木工程智能科學(xué)與技術(shù)的研究現(xiàn)狀。

2 智能建造專業(yè)的發(fā)展

智能建造專業(yè)是2018年由教育部正式批準(zhǔn)的“新工科”專業(yè)。2018年同濟(jì)大學(xué)首次招收智能建造專業(yè)學(xué)生。目前同濟(jì)大學(xué)的智能建造專業(yè)已獲批國家級一流本科專業(yè)建設(shè)點。

2.1 智能建造專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)

由于高校層次和人才培養(yǎng)定位不同,不同高校智能建造專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)存在一定的差異。根據(jù)同濟(jì)大學(xué)、華中科技大學(xué)、東南大學(xué)、重慶大學(xué)等對智能建造專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的描述,得出以下結(jié)論:智能建造人才應(yīng)具有跨學(xué)科發(fā)展能力、終身學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力,既要在知識結(jié)構(gòu)上具有寬泛的知識面,將材料、計算機(jī)、控制等學(xué)科相關(guān)知識與土木學(xué)科的知識進(jìn)行交叉與融合,也要在某一方面具備足夠深入的專業(yè)知識,能夠在未來的科學(xué)研究或工作中進(jìn)一步深造[1]。

2.2 智能建造專業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

截至2022年3月,共有5個批次、71所高校獲批開設(shè)智能建造專業(yè)(見表1),其中985/211高校14所、建筑老八校5所、建筑類特色高校4所、河南省高校3所。目前僅同濟(jì)大學(xué)擁有第1批智能建造專業(yè)畢業(yè)生。

表1 國內(nèi)普通高等學(xué)校智能建造專業(yè)開設(shè)情況

以上高校智能建造專業(yè)的主干課程一般分為4大類,即傳統(tǒng)課程類、傳統(tǒng)課程+智能類、智能類(計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)類、機(jī)械與控制科學(xué)類)、智能+傳統(tǒng)類等。這些主干課程在實際的課程內(nèi)容和教學(xué)組織中,普遍存在跨學(xué)科、跨學(xué)院的授課模式。同時,各高校在人才培養(yǎng)方案修訂的過程中,對于計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)類、機(jī)械與控制科學(xué)類課程有所取舍,例如部分學(xué)校減弱了機(jī)械與控制類課程,更強(qiáng)調(diào)土木與計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的深度融合,加強(qiáng)了編程語言、數(shù)據(jù)處理方法、信息感知與傳遞、視覺與圖像等方面的能力培養(yǎng)。

3 智能建造專業(yè)的“城建思考”

河南城建學(xué)院是以“城建”為特色的省屬公辦本科高校,確定了“建設(shè)高水平應(yīng)用技術(shù)型河南建筑工程大學(xué)”的應(yīng)用型定位和發(fā)展目標(biāo),2021年入選河南省“十四五”時期重點建設(shè)的示范性應(yīng)用技術(shù)類型本科高校。新型建筑工業(yè)化是該校土木工程、建筑、環(huán)境工程、能源、交通、管理等若干傳統(tǒng)重點學(xué)科的交叉方向。智能建造專業(yè)建設(shè)作為新工科建設(shè)的重要方向,是對河南省發(fā)展戰(zhàn)略與學(xué)校本科發(fā)展規(guī)劃的積極響應(yīng),也是對河南城建學(xué)院新工科建設(shè)的補充和推進(jìn)。

3.1 河南城建學(xué)院智能建造專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)

在現(xiàn)有優(yōu)勢學(xué)科和專業(yè)的基礎(chǔ)上,調(diào)查和思考智能建造專業(yè)對人才能力的要求,圍繞學(xué)校城建類學(xué)科門類齊全的優(yōu)勢,持續(xù)優(yōu)化人才培養(yǎng)方案、梳理知識體系和知識邏輯、構(gòu)建與應(yīng)用技術(shù)型本科相適應(yīng)的課程體系和教學(xué)內(nèi)容,進(jìn)行特色鮮明的智能建造專業(yè)人才培養(yǎng)。河南城建學(xué)院智能建造專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是:培養(yǎng)面向未來國家建設(shè)需要,適應(yīng)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級和高質(zhì)量發(fā)展需求,德智體美勞全面發(fā)展,基礎(chǔ)理論扎實、知識面寬廣、實踐能力突出、科學(xué)與人文素養(yǎng)深厚,具有終身學(xué)習(xí)能力和跨界發(fā)展能力,能夠在建筑產(chǎn)業(yè)全鏈條活動中勝任智能化、信息化的集成規(guī)劃、設(shè)計、施工和管理等工作,具有良好職業(yè)素養(yǎng)、團(tuán)隊合作精神、系統(tǒng)思維和創(chuàng)新意識的高素質(zhì)應(yīng)用型復(fù)合人才。

3.2 智能建造專業(yè)的建設(shè)基礎(chǔ)

河南城建學(xué)院先后通過了教育部普通本科高等學(xué)校教學(xué)工作合格評估和審核評估。該校土木工程專業(yè)通過了住建部高等教育專業(yè)評估、工程教育專業(yè)認(rèn)證,是國家級一流本科專業(yè)建設(shè)點、河南省高校綜合改革試點專業(yè)以及河南省一流本科專業(yè)建設(shè)點。該專業(yè)所在的土木與交通工程學(xué)院具有國家級大學(xué)生實踐教學(xué)基地、省級特色專業(yè)、省級重點現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院(智慧建造產(chǎn)業(yè)學(xué)院)、省級實驗教學(xué)示范中心、省級虛擬仿真實驗教學(xué)中心、省級產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)產(chǎn)學(xué)研共建工程研發(fā)創(chuàng)新平臺、省級工程研究中心、省級重點學(xué)科及多門省級一流課程。土木工程及相關(guān)專業(yè)的深厚積淀,加上學(xué)?！俺墙悺睂W(xué)科門類齊全、相關(guān)支撐專業(yè)門類寬泛的工科院校優(yōu)勢,對智能建造專業(yè)人才培養(yǎng)具備較強(qiáng)的支撐度。

3.3 智能建造專業(yè)的人才培養(yǎng)路徑

同濟(jì)大學(xué)盧昱杰等[15]對不同層次院校的不同類型教師開展了問卷調(diào)查,提出目前智能建造專業(yè)建設(shè)的挑戰(zhàn)主要為:具有一定廣度和深度的智能建造專業(yè)課程體系尚未完全構(gòu)建;具有實際工程意義、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力的實踐課程尚未普遍開設(shè);可供學(xué)生實踐的建筑實操基地等硬件設(shè)施十分有限;可以覆蓋全部課程體系的師資隊伍尚未建立;有利于交叉學(xué)科發(fā)展的學(xué)校相關(guān)制度有待進(jìn)一步建立健全。

圍繞以上5點挑戰(zhàn),根據(jù)河南城建學(xué)院智能建造專業(yè)的建設(shè)過程和成果,總結(jié)了幾點經(jīng)驗和思考,供相關(guān)高校借鑒:

(1)人才培養(yǎng)方案的制定緊扣學(xué)校定位,體現(xiàn)應(yīng)用型特色。

綜合分析土木工程、管理學(xué)、電子信息及自動化、計算機(jī)科學(xué)與工程、機(jī)械及自動化等方向,理清相關(guān)知識對智能建造專業(yè)支撐的內(nèi)置邏輯,緊扣河南城建學(xué)院應(yīng)用型人才培養(yǎng)定位,架構(gòu)了體現(xiàn)應(yīng)用型特色和城建類學(xué)科優(yōu)勢的人才培養(yǎng)方案。課程體系包含傳統(tǒng)土木工程課程(工程制圖、工程力學(xué)Z1、結(jié)構(gòu)力學(xué)Z、工程地質(zhì)、土力學(xué)與基礎(chǔ)工程、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計、裝配式建筑等)、土木+智能課程(計算機(jī)繪圖與BIM建模、土木工程材料、工程結(jié)構(gòu)大數(shù)據(jù)和云計算、土木工程智能施工、工程測量與數(shù)字測繪、工程結(jié)構(gòu)全壽命運維、房屋建筑科學(xué)、土木工程試驗與智能監(jiān)測等)、智能+土木類課程(Python語言程序設(shè)計、傳感器與信息融合、智能建造裝備與機(jī)器人等)、智能類課程(電工電子學(xué)、智能信息處理技術(shù)、智能控制等)。

在制定培養(yǎng)方案時,對傳統(tǒng)土木工程課程進(jìn)行升級改造,對跨學(xué)院開設(shè)的智能類課程進(jìn)行多學(xué)院聯(lián)合授課,對程序語言和BIM技術(shù)應(yīng)用能力進(jìn)行4年貫通式培養(yǎng),最終達(dá)到“智能”和“建造”相互融合、相互凸顯。這樣就可以在具體的人才培養(yǎng)和課程建設(shè)過程中,避免知識的簡單堆砌,實現(xiàn)各學(xué)科之間的有機(jī)融合,使培養(yǎng)的智能建造專業(yè)人才同時掌握信息技術(shù)與土木工程知識,真正成為具有復(fù)合知識體系的人才。

(2)重視實踐課程建設(shè)與實踐平臺搭建,架構(gòu)完善的實踐教學(xué)體系。

工程的科學(xué)性和實踐性是工程專業(yè)人才培養(yǎng)的固有特征,提高綜合能力也是工程教育的重要內(nèi)容,應(yīng)當(dāng)貫穿于專業(yè)人才培養(yǎng)全過程[1]。智能建造專業(yè)知識體系涉及多個學(xué)科的交叉融合,知識結(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)、半網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),不是線性結(jié)構(gòu),需要通過不間斷的綜合訓(xùn)練,使學(xué)生形成工程思維。同時,實踐性教學(xué)要引入新設(shè)備、新內(nèi)容[16]。

河南城建學(xué)院智能建造專業(yè)的人才培養(yǎng)方案中注重實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的整體性、系統(tǒng)性、綜合性以及創(chuàng)新性,特別考慮了專業(yè)實踐教學(xué)內(nèi)容及其與課程體系的相互融合。在土木工程專業(yè)原有的校外實習(xí)基地的基礎(chǔ)上,結(jié)合結(jié)構(gòu)工程省級虛擬仿真實驗教學(xué)中心、平頂山市裝配式建筑與BIM技術(shù)研究中心,先后搭建了工程結(jié)構(gòu)展示、無人機(jī)航測、建筑數(shù)字產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新及虛擬現(xiàn)實技術(shù)展示、大型機(jī)械臂與3D打印等實習(xí)實踐平臺。與多家智能建造前端企業(yè)建立聯(lián)系。逐步購進(jìn)支撐虛擬教學(xué)可變場景創(chuàng)建的設(shè)備,例如:VR、智慧工地、3D打印機(jī)械臂、3D掃描儀、無人機(jī)等。

(3)建設(shè)符合智能建造專業(yè)需求的師資隊伍。

師資力量、學(xué)時、跨學(xué)科組織、校企協(xié)同辦學(xué)機(jī)制、經(jīng)費等因素中,師資力量對智能建造專業(yè)建設(shè)的影響最大。河南城建學(xué)院依據(jù)工科院校和城建類特色的優(yōu)勢,不斷加強(qiáng)智能建造專業(yè)師資隊伍的適應(yīng)性建設(shè),逐年引進(jìn)具備交叉學(xué)科背景的青年教師。河南城建學(xué)院智能建造專業(yè)目前有15名教師,他們除具備土木工程專業(yè)背景外,多數(shù)還具有較強(qiáng)的程序設(shè)計語言能力、BIM技術(shù)能力、工程實踐能力等,特別是有些教師具備機(jī)械工程專業(yè)背景或人工智能專業(yè)背景。

(4)產(chǎn)業(yè)學(xué)院與專業(yè)集群雙輪驅(qū)動,推進(jìn)智能建造專業(yè)人才培養(yǎng)。

智能建造專業(yè)所屬學(xué)院為土木與交通工程學(xué)院。該學(xué)院聯(lián)合河南省30余家建筑業(yè)龍頭企業(yè)和行業(yè)協(xié)會,成立了河南城建學(xué)院智慧建造產(chǎn)業(yè)學(xué)院,并于2021年獲批河南省首批重點現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院。學(xué)校立足城建行業(yè),對接地方產(chǎn)業(yè),構(gòu)建了“規(guī)劃與建筑設(shè)計”“工程建造”等7個應(yīng)用型專業(yè)集群。這些專業(yè)集群涵蓋了以“城建類”主體專業(yè)為核心的全校90%以上的專業(yè)。

智能建造專業(yè)依托智慧建造產(chǎn)業(yè)學(xué)院和7個應(yīng)用型專業(yè)集群,推進(jìn)產(chǎn)教融合,促進(jìn)相關(guān)學(xué)科專業(yè)交叉融合,形成智能建造專業(yè)鏈,對接新型建筑工業(yè)化全產(chǎn)業(yè)鏈,將新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新技術(shù)、新模式融入教育教學(xué)改革,培養(yǎng)智能建造新工科人才,同時帶動土木工程、工程管理、建筑學(xué)、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、電氣工程及其自動化等專業(yè)的升級改造和人才培養(yǎng)。

4 結(jié)束語

智能建造專業(yè)作為新生的工科專業(yè),相關(guān)高校的專業(yè)建設(shè)仍處于探索階段,還未形成成熟的培養(yǎng)模式。同時,由于開設(shè)此專業(yè)的高校層次不同,對于智能建造人才的培養(yǎng)定位亦不相同。本文闡述了智能建造與智能建造專業(yè)的緣起和發(fā)展現(xiàn)狀,并立足于應(yīng)用型地方本科高校的辦學(xué)定位和發(fā)展規(guī)劃,對智能建造專業(yè)的定位、課程體系、實踐教學(xué)體系和人才培養(yǎng)路徑等方面進(jìn)行分析,總結(jié)了應(yīng)用型地方本科高校視角下智能建造專業(yè)人才培養(yǎng)路徑探索與實踐的經(jīng)驗。高校新工科建設(shè)是一種跨專業(yè)跨學(xué)科的組織模式,特別需要學(xué)校層面的牽頭推進(jìn),并給予配套的條件支持和政策激勵。