新工科背景下地方应用型本科智能建造专业实践课程体系的构建与思考

涂劲松，覃爱民，戈海玉，孔 敏

(皖西学院，安徽 六安 237012)

以物联网、大数据、云计算、人工智能为代表的新一代信息技术，正在催生新一轮的产业革命，经济也由高速发展向高质量发展阶段转型[1]。建筑行业在信息技术和智能技术的驱动下，传统建造人才不济，建造技术人员和工人奇缺，智能建造成为行业发展的大趋势。

1 建筑产业和人才面临的主要问题

建筑业是我国传统的优势产业，但几十年发展过程中与制造业相比，信息化水平和工业化水平较低[2]，其主要表现在：

首先，建筑工程总量已经达到全球第一、但在建造技术上并非建造强国。

其次，建筑各专业内部矛盾没有解决：碎片化、粗放式的建造方式问题突出；产品性能欠佳、劳动强度大、劳动力密集、资源浪费大、安全问题突出、环境污染严重、生产效率较低等。

最后，建筑业整体外部环境急剧变化：社会老龄化、人工成本增加、绿色可持续发展需求。

从这几个方面可以看出，建筑业亟待解决的是整个产业发展的问题。推行建筑工业化和智能建造也是政府迫切要推进的问题。自十三五以来，国家密集出台了一系列推行BIM技术、建筑工业化产业政策和智慧城市等发展文件(见表1)，这些文件的出台大力推进了BIM技术、装配式建筑等智能建造方式，促进了建造方式改革。

表1 国家推进建筑信息化和工业化文件一览表

2 新工科背景下智能建造专业知识特征探析

2.1 智能建造的含义

随着新一轮产业革命和技术变革的发展，世界形势正在发生深刻变革，新形势下，迫切需要大批新型工程技术人才来支持“中国制造2025”以及创新驱动发展等国家战略[3]。国家教育部自2017年2月以来积极推进新工科建设，先后达成“复旦共识”“天大行动”以及“北京指南”，并发布《关于开展新工科研究与实践的通知》和《关于推进新工科研究与实践项目的通知》两个文件。安徽省教育厅联合安徽省经济与信息化厅发布《关于加快专业结构优化支撑服务制造强省建设的指导意见》，文件提出要主动优化学科专业布局，促进现有工科的交叉复合、工科与其他学科的交叉融合，积极发展新兴工科，拓展工科专业的内涵和建设重点。

基于以上基础，智能建造作为新工科专业应运而生。智能建造专业以土木工程专业基础为“本”，以面向国家战略需求和促进建筑业转型升级为“质”，以融合电子信息及其自动化、机械设计制造及其自动化、工程管理等专业发展为“要求”[4]。

“十三五”期间，国家着力于“互联网+”、大数据、云计算、人工智能、区块链等新一代信息技术与现代教育的融合创新，推进专业交叉融合，加速改造传统工科专业，培育新工科专业集群化发展。相信“十四五”在上一轮建筑产业培育的基础上，会进一步把信息技术融合在智能建造活动中，驱动信息技术与全过程工程项目管理的深入融合，“推进建筑产业现代化，推广智能和装配式建筑……”，“力争用10年左右的时间，使装配式建筑占新建建筑面积的比例达到30%”等[5]。

2.2 智能建造的人才培养需求

教育部和住建部组织的行业资源调查报告显示(2019年)，今后10年，我国建造行业从业人员中技术与管理人员占比要达到20%，而目前该比例仅为9%，智能建造技术人员缺口将大于100万人/年。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、智能运维与管理等专业领域。而安徽处于长三角地区，2020年8月24日习近平在扎实推进长三角一体化发展座谈会上强调“紧扣一体化和高质量抓好重点工作推动长三角一体化发展不断取得成效”[6]，明确了安徽的发展要更快更高质量地融入长三角。

近三年，长三角建筑业总产值占全国的比重超过了30%，江苏、浙江、安徽、上海的全国排名分别为1、2、11、14位，其中安徽年增长率最高，达到了15.5%，长三角为我国智能建造重点推进区域。预测长三角区域智能建造技术人员缺口将大于30万人/年。全国成功申报智能建造专业的高校仅有24所，其中二本院校14所。长三角仅3所，安徽仅1所。长三角暂无地方应用型本科院校。立足安徽，面向长三角，辐射全国，服务于区域经济建设，培养新型特色人才，符合国家和安徽省经济社会发展需要，契合学校办学定位和发展规划。

3 智能建造的知识体系

智能建造属于交叉新工科专业，实践性课程较多，主要包括学科基础性实践教学环节、专业核心实践教学环节、学科方向实践教学环节和综合创新实践。

基础性实践教学环节从内容上又可分为原土木工程、机械工程和信息工程等实践教学内容。但这些实践环节不是简单的重复叠加，围绕的“中心”是建造，手段是智能。比如基础实践环节的智能测绘实习，是在原有低效的测绘基础上的智能化，手段和方法都发生了重大变化，之前可能需要人工的反复复测，现在可能是放样机器人学习图纸后的自动放样，极大减少了人工和误差。因此在基础实践教学环节上特别对于地方应用型本科高校需要梳理出与智能建造有关的知识点，是对知识的重新构造。再比如“工程制图”“工程力学”“工程化学”等课程，这里主要考虑属于智能制造和土木工程专业的实践性教学环节的设计。

图1 智能建造实践课程体系流程图

针对智能建造专业的专业核心课，结合地方应用型本科院校实际，对课程设计进行了重构，在专业核心课程中，原有的土木工程核心课程的课程设计仍然设立，保证学生对土木工程总体知识的把握，同时增设建筑信息化类课程设计，以信息技术支撑解决工程问题。

在专业方向阶段，总体设立两个大方向，一是结合智慧工地的管理，把全过程项目管理融入信息技术，提升工程建造的智能水平。

另一个方向是智能结构设计，基于人才培养的落地目标，把装配式工程作为智能建造培养的一个重要方向，同时辅以智慧管理和智慧运维。

鉴于智能建造专业学科的特殊性，在正式开始毕业设计之前，安排生产实习4周。主要采用分组形式(严格控制每个小组的人数)，前往省内外先进的建造企业和建造现场，跟从一线工程师，学习智能建造新知识，在工程师指导下，应用所学知识，解决实际问题。

综合毕业设计的创新安排在最后一学年，总计不少于12周的终结性实践训练环节，毕业设计的目标是解决智慧建造问题，手段则增加人工智能、物联网、大数据、云计算、移动互联网、BIM、虚拟现实、3D打印、机器视觉、机器人等高新技术在建筑领域应用的选题。

图2 智能建造实践平台规划示意图

4 智能建造综合实践平台建设

4.1 以智能装配式建筑构建智能建造产学研实践平台

以“教学理论为指导、专业技术实践为内容”的多学科综合性实训中心。依据土木建筑智能建造技术内涵和工程实训实践研究的需要，智能设计中心分为数字化设计、数字制造、数字建造、智慧运维等模块，智能建造实训平台如图2所示。

4.2 智能建造产学研用综合实践平台建设目标

按照“加强基础、提高能力、综合培养”的原则，智能建造产学研用综合实践平台面向土木建筑科学领域的土木工程、建筑学、给排水科学与工程和建筑电气与智能化等专业，从培养学生实践能力和创新意识出发，开设个性化、创新性的虚拟仿真实验项目，智能测绘、基于BIM装配式智能规划与设计、智能施工、智能监测和智能运维等，发挥学校学科专业优势，充分整合学校信息化实验教学资源，创造性地建设与应用高水平实践中心。最终培养能够熟练运用智能建造平台相关技术的具有新知识、新理念、创新实践能力和职业素养工程建设行业的高端技术人才，适应行业及社会人才需求，推动装配式建筑向工业化、智能化发展，具体平台培养能力目标如图3所示。

图3 实践综合创新平台全过程训练目标

表2 面向智能建造的实践创新平台服务综合实践课程群

续表

5 智能建造实践性教学环节师资建设

智能建造除了实践教学条件保障外，还与学科的师资有很大关系，重要的是应用智能手段解决传统土木工程面临的问题，一个好的师资团队，能极大提升人才的培养质量。因智能建造专业是全新的“新工科”专业，不同的学校师资差异很大，比如同济大学的人才培养方案更多地倾向于智能建造研究，而类似地方应用型本科要走出自己的专业特色，必须与具体的工程实践需要相结合，实践课程体系需要在后面的实践中不断完善。在策略方面应与相关企业建立联盟，坚持产学研相结合的方式提升师资和实践教学水平。主要方式有以下几种。

5.1 师资互动共享

智能建造实践课程体系离不开企业的技术支持，否则在现有阶段人才培养的落脚点没有。因此在制定智能建造实践课程体系时要有企业技术人员参与编写实践教学大纲，按照企业需求来制定内容，根据企业和学生走上工作岗位后的反馈，持续改进实践课程体系方案。

5.2 筹建产业学院

把企业的实验室生产线建在学校里，把老师的知识写在实践里。主动对接智能建造一流企业，形成师资良性互动，在生产过程中不断提升教师的教学能力水平。同时也把企业先进的技术和工艺流程引进课堂中。

5.3 以工程应用深入推动理论创新

在以往的课程教学和实验分工中，教师负责理论，实验老师负责实践教学，导致“两张皮”的现象时有发生，教学中都讲自己擅长的，缺少理论和实践的深度统一。地方应用型本科教育中，老师首先应掌握一线工程应用，然后与实践课老师共同设计实践课程目标，让学生以应用知其然，推动理论深入知其所以然。同时也应该积极推动教师多方发展，形成教师、工程师和技师三位一体的复合型教师。

5.4 建立产教联盟

智能建造专业因为是多学科交叉的新工科专业，要求老师掌握其他学科的知识，这就需要对教师进行二次回炉再造，把智能建造专业教师派遣到生产一线，让他们了解物联网、装配式建筑、自动化生产线等智能建造的强大需求。加强新技术、新理论的培训，特别是人工智能(机器人)等方面的培训。通过产教联盟的方式，课程互相融入，互相提高，从工程应用的角度提升教师本身的工程素质和工程实践能力。

5.5 完善第二课堂育人体系

以BIM技术和装配式技能大赛推动教师和学生不断提升，以大学生创新创业项目鼓励学生以解决“智能”建造问题的深度思考。竞赛本身就是一种问题导向，精益求精的过程，通过各类专业竞赛、创新创业活动将极大促进教师和学生发现新的问题，把这些问题的解决过程作为质量提升的重要途径。

6 结语

智能建造专业自2017年同济大学申报开设以来，目前全国范围内还没有毕业生，但不同的学校结合自己的校情和学科专业情况进行了有益探索和实践。

总的来说，作为地方应用型本科高校，智能建造专业的实践课程体系应紧紧围绕“建造”二字而展开，从人才培养方案的顶层设计到课程体系的凝练；从师资培养到教材编写，从实践课程要求到实验室建设等都需要大量的“新建造”知识再生。本文构建的以工程项目管理全过程咨询和装配式建筑工业化的应用型实践课程体系，为地方经济社会发展的人才之需提供了参考。