双碳时代土木类专业课程优化研究——以给排水科学与工程专业为例

李振华，黄金阳，蔡丽云，沈程程

(厦门大学嘉庚学院 环境科学与工程学院，福建 漳州 363105)

0 前 言

2020年9月，中国向世界做出庄重承诺，将力争在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和[1]。随后，我国各地各部门积极编制落实双碳目标的行动方案。2021年7月，为深入贯彻党中央、国务院关于碳达峰碳中和的重大战略部署，发挥高校基础研究主力军和重大科技创新策源地作用，为实现碳达峰碳中和目标提供科技支撑和人才保障，中华人民共和国教育部制定了《高等学校碳中和科技创新行动计划》。行动计划明确提出了三大目标和七大举措，并拟从三个层面组织实施[2]。那么，作为相对传统的高校土木类专业教学与科研，如何“拥抱”双碳时代、如何将碳中和理念与实践融入土木类专业人才培养体系，值得探讨。笔者作为一名高校土木类专业之一的给排水科学与工程专业教师，对此进行了思考。

1 土木类专业与碳中和的关系

高校土木类专业，是指一切和水、土、文化有关的基础建设的计划、建造和维修，包括城市规划，土木工程，交通工程等学科。高等学校土建学科教学指导委员会下设土木工程、建筑环境与能源应用工程、给排水科学与工程、建筑电气与智能化、建筑学、城乡规划、风景园林、工程管理和工程造价、房地产开发与管理和物业管理9个学科专业指导委员会，对应《高等学校本科专业目录》中的土木类、建筑类、管理科学与工程类(部分)和工商管理类(部分)11个专业[3]。单从土木类专业定义上看，好似与碳中和未直接关联。但实际上，我国土木类行业从21世纪初，就开始在为双碳目标的实现而努力了，这点只需细细研读碳中和的定义，就可以得出答案。

碳中和是指企业、团体或个人测算在一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量，然后通过植物造树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳排放量，实现二氧化碳“零排放”[4]。从碳中和的定义可以看出，碳中和目标的实现，主要是依靠植物造树造林、节能减排等形式。而在土木类行业发展中，我国政府一直就高度重视节能减排工作，只是当时未上升到节能减排降碳的高度[5]。现有研究已表明[6]，碳减排优劣顺序依次为：节能提效、降低碳排放强度、增加低碳能源和减少高碳能源、通过植树造林强化自然碳汇，以及二氧化碳捕集、封存和利用。当然，单纯的能源中和并不就等同于碳中和，单纯地实现能源中和也不意味着就同时可以实现碳中和[7]。因此，土木类行业的发展与碳中和是息息相关的，高校土木类专业也要根据碳中和要求不断调整优化。本文将以本科高校工学门类土木类专业之一的给排水科学与工程专业为例，初步探索双碳时代背景下给排水科学与工程专业的课程优化升级研究。

2 给排水科学与工程专业课程体系

给水排水工程是城乡建设的重要基础设施，是城乡水系统社会循环的实施主体，是实现水资源可持续利用和城乡可持续发展的重要保障。它以城乡及工业为主要对象，主要从事水的开采、加工、输送、回收及利用，满足城乡生活和工业生产的用水需求，并将生活污水和工业废水收集、净化与再生利用等，实现水的良性社会循环[8]。给排水科学与工程正是为其提供技术和人才支撑的核心学科专业。专业培养的人才主要服务于水资源利用与保护、城乡给水排水、建筑给水排水、工业给水排水和节水工程技术等。当前给排水科学与工程专业体系分为知识体系(通识类知识、学科基础知识和专业知识)和实践教学环节(实验、实习和设计)。其中，给排水科学与工程专业核心课程体系如图1所示。

图1 给排水科学与工程专业核心课程体系

3 双碳时代给排水科学与工程专业课程优化升级

给排水工程作为城镇正常运行的重要组成部分，是双碳时代生态城市建设的前沿，也是低碳城市最有效的执行者和体现者之一。双碳时代的给排水系统，不能再仅仅将水供需矛盾、雨洪管理、水污染治理等作为唯一侧重点，还需积极关注给排水系统中的碳排放足迹与碳中和率。给排水系统水循环中的碳排放路径如图2所示[9]。因此，高校给排水科学与工程本科专业课程教学，也需根据给排水行业逼近碳中和的要求，实行课程的优化升级。

图2 给排水系统水循环中的碳排放路径示意图

一是双碳时代给排水科学与工程专业课程教学理念升级。当前的给排水专业教学中，主要集中关注水的社会循环，即水在社会循环中的水质和水量问题。基本上是以人类对水量和水质的需求作为第一位，在满足人类用水需求的同时尽可能地节能降耗。换句话说，目前为实现水的良性社会循环，给排水专业教学中大都是以能耗换取水质和水量，而没有关注整个水在社会循环中的碳排放量与碳中和率。因此，在对双碳时代给排水科学与工程专业课程优化升级时，首先需对传统的教学理念进行升级。也就是说，在今后的给排水专业本科教学中，我们不仅要继续保障水的良性社会循环，还要紧紧盯住水循环中的各种碳排放足迹，例如能耗碳足迹、电耗碳足迹、药耗碳足迹等，在进行指导学生进行给排水工程规划和设计中，一定要深入分析碳中和潜力，力争实现水的良性社会循环的碳中和运行，做到减污降碳协同增效。

二是双碳时代给排水科学与工程专业课程理论教学内容拓展。基于双碳时代给排水教学中碳中和理念的融入，我们还需对给排水课程理论教学内容进行延展。在现有给排水科学与工程专业核心理论课程体系的基础上，引入给排水工程与碳排放的关系、给排水工程碳排放计算与模型建立、给排水工程碳中和运行潜力测算、给排水工程碳中和评价方法创建、给排水工程碳中和与碳交易等教学内容。同时，建议单独增设一门给排水工程低碳工艺研发与运营的专业课，重点阐述给排水行业低碳转型的技术路线与碳中和目标实现的路径等。另外，给排水专业理论教学内容还可与人工智能、互联网、量子科技等前沿方向整合，共同为给排水行业逼近碳中和而努力。

三是双碳时代给排水科学与工程专业实践教学与碳中和深度融合。实践教学是新工科要求的实践能力和创新能力培养的基石，给排水科学与工程作为传统的土木类工科专业之一，一直以来对学生创新能力和工程能力培养尤为重视。目前给排水科学与工程专业主要实践教学环节包括有实验(大学物理实验、大学化学实验、水分析化学实验、水微生物学实验、水力学实验、泵与泵站实验、水质工程学实验)、实习(测量实习、生产实习、毕业实习)和设计(泵站课程设计、管网课程设计、水厂课程设计、建筑给排水课程设计、毕业设计)。在目前实践教学的基础上，务必融入碳中和理念。具体而言，首先，可在原有水厂和污水厂的生产和毕业实习中增加“寻找水厂和污水厂的碳足迹” 等内容；其次，在各类课程设计和毕业设计中，一定要考虑设计成果的碳排放量，在节能减排的基础上，深度挖掘能量回收潜力，通过能量回收直接反哺或间接补偿设计项目的碳排量，力争实现碳中和运行。例如，目前在污水处理厂设计中，碳中和技术路径已基本明显，即通过污水余温热能回收、剩余污泥有机能量回收和污水厂光伏发电潜能开发三个方向进行碳补偿。

四是双碳时代给排水科学与工程专业课程教材重构。由于双碳时代给排水科学与工程专业课程教学内容的扩展，故需对专业部分课程教材内容进行同步修订和完善。具体而言，教材建设可从两个方向着手，一是在原有教材基础上进行补充，例如给排水科学与工程概论课需增加“给排水工程与碳排放的关系”一章，水工程经济课需增加“给排水碳中和与碳交易”一章；二是重新编撰新教材以弥补目前课程教材的空白，例如新编“给排水工程低碳工艺研发与运营”教材。同时，对部分课程教材相关章节再版编写时，一定要引入碳中和的维度进行思考和分析，例如水质工程学课、水资源利用与保护课都需站在碳中和的高度进行编写。另外，根据教育部《高等学校碳中和科技创新行动计划》中鼓励高校开设碳中和通识课程的要求[2]，建议高等学校土建学科教学指导委员会协调下属学科专业指导委员会，统一编著土木类专业碳中和通识课系列教材。

4 结束语

双碳时代的来临，对人类而言，不亚于一场席卷而来的新工业革命。作为基础研究主力军和重大科技创新策源地的高等学校，必须为实现碳达峰碳中和目标提供科技支撑和人才保障。传统土木类专业之一的给排水科学与工程专业的课程教学，更应该积极“拥抱”双碳时代，升级双碳时代专业课程教学理念，拓展双碳时代专业课程理论教学内容，融合双碳时代专业实践教学与碳中和，重构双碳时代专业课程教材，真正做到将碳中和理念与实践融入到专业人才培养体系中。同时，还需积极引导各层次人群践行绿色消费、低碳生活新方式，营造绿色低碳生活的新时尚。

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