人工智能发展下建环专业人才能力需求调查研究*

盛颖 吴亚琦 何舒婷 （天津大学环境科学与工程学院）

世界正处于新一轮技术创新浪潮引发的工业革命的开端，移动互联网、物联网、云计算、大数据、量子通信等为代表的新一代信息通信技术不断推动人工智能在建筑中的应用，使建筑功能向系统交互、智能控制、多能互补、能源智能化管理、效率优化等方面发展[1-4]。我国正处于“2030健康中国”的建设中，不仅要求建筑能效的控制，更需关注居住者的需求，因此，人工智能技术在建筑中的应用对我国建筑行业的变革性发展至关重要。

建筑环境与能源应用专业（简称“建环”）人才是推动我国健康建筑、智能建筑实现可实践化的中坚力量。该专业是建筑领域的传统学科，专业课程包括暖通空调、供热工程、空调制冷技术、建筑环境学、流体输配管网、自动控制与楼宇自动化等，虽然课程内容丰富，但仍跟不上人工智能的发展速度，教学内容与与时俱进的建筑领域发展之间存在着不协调、不配套的问题。因此，在人工智能蓬勃发展的新科技时代，需要积极思考如何培养和输送具有创新意识、能够适应时代发展的建环人才。建筑类设计院是建环毕业生最主要的去向。本研究通过调查研究的方法，对比分析了建筑类设计院的人才需求与现行建环专业学科教学体系之间的差异，以期为建环的本科教育找到切实可行的改革举措。

一、企业人才需求情况

（一）调查问卷的设计

调研采用随机调查的方式，调查问卷通过网络发布。问卷内容主要包括人工智能在建筑设计行业的发展现状、建环毕业生的能力要求和建环专业的教学建议三大方面。本次调查剔除由于未按要求填写或漏填等原因造成的无效问卷，获得有效问卷112份。

（二）调查结果及分析

1.样本分布构成情况

如图1所示，本次调查覆盖全国东部、中部和西部23个省市地区，79家设计院，参与问卷调研的总人数为112人。44.3%来自国有企业，48.7%来自私营企业，3.5%来自国有控股企业，0.9%来自合资企业，2.7%来自外资企业。被调查者多为工作经验在十年以上的设计人员，其他被调查者也具有1～10年不等的工作经验。

图1 被调查单位及被调查者基本信息

2.设计院承接项目中对人工智能的设计要求

项目中人工智能的设计很大程度上取决于客户的需求。调查结果显示，超过30%的客户提出过加入人工智能设计的要求，相应地，超过30%的被调查者承接过人工智能方面的设计，内容主要集中在楼宇自动化和空调系统两个方面，在建筑耗能、通风系统、供热系统、锅炉房工艺、室内热环境控制、给排水和流体输配管网方面也有一定的设计需求。

3.人工智能设计的负责部门

除了14%的设计院选择了企业外包的形式，5%的设计院无法实施以外，65%的设计院将人工智能方面的设计交由电气自动化部门负责，但需要与建环专业人员对接。值得注意的是15%的设计院由建环专业人员独立负责，这些设计院包括浙江大学设计院、悉地国际和甘肃正元建筑设计院。可见，部分设计院已经意识到在建筑设计中人工智能的应用需求。

4.项目中涉及的人工智能技术

调查表明，智能终端技术、数据存储技术、控制器技术、数据管理技术、传感传导技术和虚拟现实技术在通风系统、供热系统、楼宇自动化等方面均有一定的应用；在出现频次上看，智能终端技术和数据存储技术应用最为广泛。

5.设计院对建环专业人员在软件应用方面的要求

多数设计院都希望聘用具有软件能力的建环专业人才。63.7%的设计院希望应聘者掌握三维建模软件应用方法，如BIM、犀牛、grasshopper；24.5%的设计院希望应聘者掌握仿真模拟软件的应用方法，如energyplus、eQuest、Fluent；11.8%的设计院希望应聘者掌握大数据分析类软件应用方法，如Caffe、CNTK、DeepLearning，能够熟练掌握这些软件应用方法的建环毕业生将会优先录用。

6.人工智能在设计制图中的应用情况

调查表明，目前11.7%的设计院已经将一些人工智能技术应用于设计制图过程中，包括中国市政工程华北设计院、悉地国际、上海城西城建工程勘测设计院等。此外，13.7%的设计院也进行了初步尝试，74.5%的设计院仍然采用常规的制图方法。

7.设计院认为建环毕业生具备的专业知识重要性排序

专业课程的学习对毕业生日后的工作至关重要。被调查者根据日常的工作内容，对建环专业本科生的各门专业课的重要性进行了排序：空调工程、供热工程、通风工程和空调制冷技术的选择人数均超过了50人；之后是流体输配管网、自控原理与建筑设备自动化、建筑环境学、锅炉房工艺与设备以及热质交换原理与设备。可以看出，建环专业的传统课程在工作中的应用依然较多。但是，在统计建立人工智能类课程是否有必要性时，认为有必要的人数占到90%以上。这说明，虽然人工智能的需求已经出现在空调、通风等与建环专业相关的领域中，虽然大部分设计院目前的做法是安排给电气专业或是外包，但是大多数建环专业设计人员已经意识到人工智能未来在建筑中的发展趋势，人工智能在建环专业的需求将不断增多。

8.设计院希望建环毕业生具备的人工智能基础知识

调查发现，设计院希望建环人员掌握的人工智能类基础知识中位列前三的是智能控制、数据库知识和计算机编程语言。由于目前绝大部分设计院将人工智能的设计工作交由电气自动化部门完成，但是必须由建环专业对接，如果建环人员具备这些智能类基础知识，则能够提高设计质量和工作效率。

9.设计院在人工智能设计方面的展望

91%的设计院认为在未来项目中会涉及人工智能类的设计，且占承接项目的比例将不断攀升；95%的设计院希望招收的建环专业毕业生学习过人工智能类的相关课程或至少应掌握一门计算机语言；62%的设计院有对设计人员进行人工智能类培训的意愿。由此可见，人工智能技术在建筑中的应用将持续发展，对建环专业毕业生掌握的人工智能技术要求也不断提升。

10.设计院对建环专业的教学建议

基于目前设计人员能力的缺口，部分设计院提出了针对建环专业的教学建议，包括：①加强对空调系统运营的大数据分析，代替传统经验值的设计计算，增加大数据知识的教授；②在牢固掌握传统专业知识和原理的基础上，与人工智能技术相结合，加强实践中的学习和锻炼，探讨人工智能在空调自控方面的应用；③建议学生学习各类软件，强化学习计算机语言课程，提前学习如BIM和AR等技术知识。

二、建环专业培养方案调研

（一）调查方法

依据2018年建筑环境与能源应用工程专业教育评估情况，选择国内建环专业排名前十的高校，分别为清华大学、同济大学、哈尔滨工业大学、重庆大学、湖南大学、山东建筑大学、北京建筑大学、华中科技大学、中原工学院和北京工业大学，分析总结各大高校建环专业的培养方案。

（二）调研结果

经过反复研读各大高校建环专业培养方案，工程热力学、流体力学、工程传热学、流体输配管网在各校中是专业基础课，建筑环境学、空调制冷技术、供热工程、空调工程、通风工程、锅炉房工艺与设备、建筑环境监测是专业课。与人工智能较为相关的课程主要集中在三大类：计算机语言、电气电子和自动化。各大高校基本上是将计算机语言作为通识必修课，除了同济大学开设的Python语言是与人工智能直接对应的，其他高校目前教授的计算机语言仍为传统的C、C++、VB、Fortran语言。各大高校在专业基础课程中都会有电子电工相关的课程。在自动化原理或建筑设备自动化方面，只有天津大学、北京建筑大学、华中科技大学、中原工学院将这门课程作为专业必修课，北京工业大学、同济大学、重庆大学将其作为专业选修课，其他高校并无相关课程。总体来说，目前各大高校的培养方案未能紧跟时代的发展，培养方案未能有效的更新和修订的情况十分普遍。

在调查过程中发现，同济大学、重庆大学和山东建筑大学的建环专业的培养方案与众不同。同济大学注重学生在人工智能领域的学习，除了开设python程序设计作为通识基础必修课，将建筑设施智能化作为专业选修课，同时开设8门与人工智能相关的个性课程，包括：机器人技术与人工智能关键基础、三维数字化设计、微机接口技术、面向对象程序设计、计算机通信技术、嵌入式系统硬件设计、人工智能基础和Linux操作系统基础等供学生选择学习。同济大学推出了广泛而全面的人工智能类课程，专业选修课的设置重视计算机技术、人工智能与专业结合。在不过多加重学生负担的同时与专业人工智能的发展背景结合设置课程，也兼顾了学生个性发展需求。

重庆大学的思路为分类培养学生，在建环专业单独划分出一个卓越燃气工程师班，这与其他班在专业课设置上有所不同，更加注重计算机应用方面的教学，开设C语言课程培养学生的计算机语言能力，开设计算机信息管理基础（48学时）、专业计算机应用（40学时）、建筑设备自动化（56学时）为专业课。但是，卓越班的人才培养更注意计算机相关技术在建筑环境方面的应用，注重传统的建筑电气自动化教学，然而并未加入人工智能直接相关课程。

山东建筑大学与重庆大学相近，也采取分类培养的方案，分为暖通空调方向和自动控制方向。暖通方向课程较为传统，除暖通计算机辅助设计一门16学时的课程，没有其他自动化相关必修课程；自动控制方向加入多门专业相关的自动化智能化课程，如建筑环境现场总线技术、计算机控制与组态应用以及建筑设备与能源系统自动化实验。总体而言，山东建筑大学分类培养了自动化方向的建环人才，但仍然偏重建筑自动化方面，缺乏对建筑智能化发展方向的重视。

三、建环专业的教学改革建议

（一）增加人工智能教学势在必行

建筑类设计院的调查覆盖全国绝大多数省份，调查数据客观，调查结果显示，人工智能正在逐步渗透到建筑环境领域的设计中，部分经济发达城市的设计院已经开始着重对设计人员进行相关培训，悉地国际等公司的建环专业部门已能独立实施人工智能方面设计。其他能够承接人工智能项目的设计院虽然目前主体设计由电气部分完成，但是涉及范围仍然是建筑环境范围，与建环专业直接相关，仍需要建环专业与之沟通对接，因此需要建环专业设计人员理解相关人工智能知识才能与之配合。调查还发现，部分设计院也已将人工智能技术应用于设计制图中，这就要求应聘设计院的建环毕业生掌握人工智能有关的知识。由此可见，人工智能在建筑环境设计中的需求日益增长，建环专业增设人工智能方面的课程对于毕业生未来的职业发展非常重要。

（二）夯实传统知识，渗透人工智能新知，增强设计实践

随着人工智能的发展，可使学生在掌握传统专业知识的基础上，将人工智能逐步渗透到本科教学当中。例如，同济大学建立了大量的有关人工智能的选修课供学生选择学习；目前天津大学也建立了相关专业选修课，如人工智能理论与应用等。此外，可增加人工智能类软件应用方法的相关课程，如BIM、犀牛、grasshoper等三维建模软件。例如，天津大学设立了专业选修课“专业常用软件选讲”，该课程直接面向设计院类单位的招聘需求，增强了建环毕业生的就业能力。

同时，要锻炼学生对人工智能技术的应用能力。例如，空调系统的设计是建环专业人员的基本工作，结合建筑设备自动化课程，明确人工智能的要求，纳入空调的自动控制系统中，体现人工智能设计的训练，这些训练也可以在相关的人工智能类软件中完成。这样不仅锻炼了学生对人工智能技术的应用能力，还可以增强本科毕业生应聘时的优势。

（三）建环专业中人工智能人才的分类培养

建环专业可以采用分类培养的模式，如重庆大学、山东建筑大学的培养方案，开设建环专业的人工智能方向，对该方向的学生进行专项培养。

目前，各大高校中建环专业计算机语言的教学内容均偏老旧，如Fortran语言完全不能适应人工智能的发展。那么，对于专项培养学生的教学就可紧跟人工智能设计的需要，选择Python、Java等在人工智能技术的应用上占优的计算机编程语言进行深入学习。同时，在整体课程的设置和安排上偏重智能终端技术、数据存储技术等人工智能技术方向的教学。在课程设计中，可以辅以计算机编程的工程实例，使建环专业学生主导建筑环境中人工智能的设计。积极拓展企业实习基地，充分发挥合作企业的工程教育优势，使学生提前进入实际工程的锻炼，与学校人才培养的优势互补，使建环毕业生更具实力，在未来的职业发展中更具有优势。

本研究立足人工智能的时代发展背景，面向行业发展需求，紧贴建环专业人才培养体系，探索人才供给侧改革，力争培养具有创新意识，能适应新时代发展的新一代大学生。通过调查研究，智能时代建环专业人才的需求已经跃然纸上，提出了人工智能背景下建环专业人才培养改革建议，对于未来的专业教育发展具有重要的指导意义。