新工科背景下智能建造专业集群建设探析

张卫华 李照广 隋智力 徐振华 唐海玥 张印平

摘  要：基于“新工科”的大背景下，结合建设工程对大数据、智能化、物联网、BIM等信息技术的综合集成应用能力人才的迫切需求，针对智能建造技术集成多学科交叉跨界人才、具备“产学研用”的特征，依托学校在土木、建筑学、机械电子、物联网、计算机等领域的综合优势及产学研合作优势，从智能建造创新人才培养需求出发展开探讨，以土木工程、建筑学为核心，融合机械电子工程、物联网工程、计算机科学与技术等专业，构建智能建造专业集群框架，实施以BIM技术为主线的课程体系建设，打破原有专业界限，突出以学生为中心、创新为导向，以智能建造项目为主线，搭建智能建造专业集群平台，探讨新工科背景下学科交叉融合的人才培养新模式。

关键词：新工科;智能建造;融合;课程体系

中图分类号：G640       文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2020）21-0096-03

Abstract： Based on the "new engineering" background， combined with the urgent needs of construction projects for talents with comprehensive integration and application skills in information technology such as big data， intelligence， Internet of Things， BIM， etc. The characteristics of "industry-university-research" are based on the school's comprehensive advantages in the fields of civil engineering， architecture， mechatronics， Internet of Things， and computers， as well as the advantages of industry-university-research cooperation， starting from the needs of intelligent construction innovation talent training. Learning as the core， integrating mechanical and electronic engineering， Internet of Things engineering， computer science and technology and other majors， constructing an intelligent construction professional cluster framework， implementing a curriculum system with BIM technology as the main line， breaking the original professional boundaries， highlighting student-centered， Innovation-oriented， with intelligent construction projects as the main line， build a professional construction cluster platform for intelligent construction， and explore a new mode of talent training with cross-disciplinary integration under the background of new engineering.

Keywords： new engineering; intelligent building; fusion; curriculum system

一、概述

传统建造技术的转型升级是全世界关注的热点，各国都提出了相应的產业长期发展远景，如建筑工业化、中国制造2025、德国的“工业4.0”、美国的“工业互联网”等。《2016-2020年建设工程行业信息化发展纲要》[1]中提出，在“十三五”期间，将全面提高建设工程行业的信息化水平，着手提高大数据、智能化、物联网、云计算、BIM信息技术的综合集成应用能力;面对建筑业的转型升级，对于我们高校的人才培养目标如何适应未来建筑领域新发展，如何将传统的学科知识体系与最新的智能建造新元素融为一体，搭建以学生为本、全面而个性化发展的多维立体化培养体系，这些都是我们土木建筑类专业教育必须回答、关系到学生培养质量的关键性问题。

根据教育部和住建部组织的行业资源调查报告，智能建造技术人才短缺突出表现在智能设计、智能装备与施工等专业领域，今后10年高等教育每年至少需培养 30万人，相对于我国目前高等教育人才培养来看，该行业人才的需求量远远大于人才供给量。而在当前高校，尤其在传统高校，专业间的整合协同缺乏一定力度，专业知识结构较为单一，专业设置、调整的灵活性不够，跨专业交叉融合的教学内容缺乏，无法满足当前建筑业转型升级的产业发展人才培养需求。毫无疑问智能建造专业集群的建设是实现新工科建设交叉人才培养的有利手段。

二、专业发展状况

北京城市学院“十三五”时期，从注重知识传授向更加注重能力素质培养的方式转变，进一步更新理念，以学生发展为中心，实施各专业“学习路线图计划”，达到各专业间课程开放，逐步实现从传统以“教”为中心向以“学”为中心的教育理念转变。城市建设学部通过行业调研及岗位分析，以全生命期理念开展专业应用型人才培养体系改革实践，围绕“两个尺度、两条主线、三个层面”注重工程协同能力培养，为后期的学科交叉融合奠定了基础。

三、智能建造专业集群建造框架

如何把握好新工科建设的内涵[2]，统筹考虑“新的工科专业、工科的新要求”，逐步落实“工科的新要求”，升级改造传统学科，主动统筹规划未来战略领域创新人才培养，是我们每一所高校均需认真思考斟酌的问题，因此培育智能建造工程交叉跨界人才是未来建设行业转型升级的必然趋势。故智能建造专业集群[3]的建设，应在基于通识教育理念前提下，逐步加强数理基础能力的培养，打造交叉学科科技新元素模块化课程，并将其有效融入传统学科知识体系;逐步建立“人工智能+”人才培养模式，开发“数字+设计”、“BIM+建造”、“绿色+建筑”等适应行业升级转型发展的特色课程;不断推进教学内容创新，落实满足智能建造行业人才需要具备的解决问题能力的培养;同时，为进一步搭建学生个性化发展的校外实践平台，需联合国内外知名建筑企业，建立校企合作、协同育人的一体化教学实践环境，以有利于培养学生创新精神和实践能力，满足经济社会发展对高素质、应用型人才的需求。

交叉与融合是工程创新人才培养的着力点。智能建造技术是在土木工程基础上融合大数据、物联网等新技术形成的综合多学科技术体系，因此，如图1所示，建立智能建造专业集群必须重新组合并优化原有各专业课程模块[4]，实现教学内容的创新，必须统筹考虑多学科交叉融合的特点，结合自身优势，以原来的土木、建筑学专业为核心，渗透机械电子、物联网、计算机科学与技术、智能建造新技术等各交叉学科领域技术。

四、智能建造专业集群课程体系搭建

为将各交叉学科教学内容有效融合在一起，首先我们需以未来建筑行业发展人才需求为出发点，明确其应具备的各种素质，在工程技术、信息技术、经济管理、法律、文化等领域应具备的能力体系，由此搭建目标导向的课程模块体系，一一对应能力达成与课程体系之间的映射关系，如图2所示，拟建立智能建造专业集群课程体系建设框架，具体思路如下：

（一）全面开展通识通能教育，强化思维方式重要性，建立对交叉学科领域的认知及创新思维

智能建造技术创新人才需要宽广的人文素质及科学素养。学生通过大学一年级通识通能教育的学习，选修经济、法律、社会类课程，使学生具备健全的心理和健康的体魄，树立正确的人生观和价值观，具有高尚的道德品质，能体现人文和艺术方面的较高素质，以及科学的思维方式。同时帮助学生发展远大理想和抱负，培养他们的公民意识、社会责任感以及职业道德等。

（二）有针对性地加强专业基础课程群的建设，为创新能力的培养打下基础

创新能力的培养需要具备较宽的自然科学基础，掌握数学、物理、计算机等基本理论和基本方法，为让学生能够将自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题，有较强的自学能力，需针对性地加强专业基础课程群建设，并加强计算机语言的基础学习，如Python语言的学习，为后期专业课编程奠定基础。

（三）有效整合、创新模块课程，形成数字化设计类课程群以及智能化建造类课程群

智能建造技术是土木工程、建筑学、机械电子、物联网、计算机科学与技术等多技术交叉融合形成的技术体系，所以在工程教育人才创新能力的培养上，应在原有土木建筑类专业课程的设置上，融入突出智能建造新技术的课程，比如智能机械臂控制技术、新型材料、3D打印等，支持学生的个性化发展[5]。

（四）建立校企合作协同育人的实践教学基地，打造“开放、合作、协同、融合、创新”的工程教育模式

根据新工科建设与发展的内涵特征[2]，学校应结合自身特点，在现有专业培养计划中，强化并开放工程实践的教学内容，突出强化实践教学地位。搭建校企协同“一体化”培养体系，充分融合企业工程实践基地和校内实践基地的资源优势，构建优势互补、校企互益的立体、持续性实践教学平台[6]。进一步深化产教融合、校企合作的体制和人才培养模式。以项目为导向，实现理论与实践、校内与校外培养有机结合，构建建设工程全周期工程教育的新思路。

（五）实施以BIM技术为载体的教学内容及教学模式创新

整个课程体系通过智能建造典型载体-BIM技术紧密联系起来，以 BIM技术为载体，融合大数据、云计算、虚拟现实等信息化技术构建全生命周期的智能建造应用场景，实现信息技术、工程技术和项目管理的数据交互。BIM的重要价值体现在通过构建建筑信息模型，实现建設期生命期各阶段以及各参与方之间的信息交换和共享。建立集成技术的BIM协同管控平台，并将其作为重要载体，将机械臂、虚拟现实、物联网、大数据及人工智能等新兴技术统一集成到BIM平台，实现工程建造各阶段智能管控体系的搭建，最终达成建设工程项目中各种信息数据的交互和集成，实现真正意义上建设全过程的信息共享。以BIM技术为载体，创新智能建造专业人才培养的实践教学内容，不仅激发学生学习热情，提高学生的设计能力，同时也利于掌握智能建造涉及的计算机科学与技术、物联网、机械电子、智能建造新技术等科学技术问题，寓教于实践。

结合上述五个方面，我们将逐步搭建并完成智能建造专业集群特色课程体系建设，实现教学内容及教学模式创新。

五、要解决的问题

（一）如何进行专业学科群的融合，融合、开发创新的专业模块课程，突出创新能力的培养

智能建造技术是土木工程、建筑学、机械电子工程、物联网、计算机科学与技术等多技术交叉融合形成的技术体系，如何在原有土木建筑类专业课程的设置上进行融合，加入体现数字化的建筑设计、智能化的计算机科学与技术、物联网、机械电子、信息化新技术等相关课程，使学生的能力得以螺旋式提升是首先面临要解决的问题。

同时，结合当前以及未来新技术发展的方向，开发土木工程、建筑学专业领域新兴专业课程，例如将机械臂引入数字化设计，将人工智能、信息化技术注入工业建筑化体系，智能建造导论引领学生对专业的整体认识等等。

（二）如何设置智能化为方向的专业选修课

智能建造技术重点强调“BIM数字化为载体”、“智能化为方向”两方面，因此需要不断推进教学方法改革，将互联网、人工智能时代新技术特色课程落实到专业选修课环节，使得课程内容紧随当今最新科技技术的发展，与时俱进，最终形成数字化土木建筑设计类课程群、人工智能类课程群，建立智能化的特色课程群，培养适应未来建筑业领域智能建造新发展的工程创新人才。

六、结束语

“实行多学科融合交叉”，培养新兴产业急需的复合型新工科人才，是新工科最基本的内涵之一[2]，智能建造专业集群的建设是实现新工科建设交叉人才培养的有利途径。智能建造专业集群平台，需在传统土木工程学科原有的培养体系上，依托我校在土木、建筑、机械、电子、信息、计算机等领域的综合优势及产学研合作优势，以土木工程、建筑学专业为核心，围绕数字化设计、智能化建造的培养核心，融合机械电子、物联网、计算机科学与技术等交叉学科科技新元素的课程，推进教学方法改革，落实智能建造新工科专业领域要求的工程人才需要具备的解决复杂工程问题能力的培养，以满足社会、企业需要的智能建造领域高端复合人才的需求。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.2016-2020年建设工程行业信息化发展纲要[J].建筑安全，2017（1）：4-7.

[2]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[3]吴仁华.应用型本科高校专业集群建设探究[J].高等工程教育研究，2016，6（12）：98-100.

[4]周开发.新工科的核心能力与教学模式探索[J].重庆高教研究，2017（5）：22-35.

[5]林健.多学科交叉融合的新生工科专业建设[J].高等工程教育研究，2018（1）：32-45.

[6]张波，梁梅英.地方院校校企合作新工科专业建设的思考[J].高教论坛，2018（5）：63-66.