智慧城市建设背景下土木工程专业的转型发展探索

陈诗婳

(盐城工学院 土木工程学院,江苏 盐城 224003)

土木工程是一个历史悠久且不断演化的领域,其影响力贯穿人类文明的各个时期。然而,随着科技进步和社会环境变迁,土木工程领域也必须适应信息化革命带来的挑战与机遇。在城市智慧化更新背后,土木工程发挥着至关重要的作用——不仅负责城市基础设施的设计和建设,还需要紧密关注和适应智慧城市的需求,确保城市的可持续发展和公众福祉。为适应这一需求,培养胸怀智慧城市理念的工程师,土木工程专业高等教育的转型迫在眉睫。本文旨在探讨在智慧城市背景下土木工程专业教育的转型与发展前景,希望通过此研究,为土木工程教育提供有关如何更好地满足智慧城市的需求以及如何培养具备跨学科技能的工程师的有益见解。同时,我们也期望为土木工程专业教育实践和实际工程培训提供有关智慧城市课程建设的实用建议,以推动土木工程专业转型的步伐,助力城市建设进入更加智能、可持续的未来。

一、把握机遇:土木工程专业转型发展趋势

土木工程作为工程领域的重要分支,其高等教育一直注重培养学生的工程实践能力和专业知识,以满足建筑和基础设施领域的需求。然而,随着时代的发展和社会的变革,土木工程领域也面临着新的挑战和机遇。目前的土木工程专业教育重点依然集中在传统的工程科学、数学和工程设计原理,核心课程包括结构设计、土力学、建筑材料等。这些是支撑土木工程设计不可撼动的基础知识,但随着智慧城市和可持续发展的兴起,传统培养方案的局限性愈加凸显。

首先,现代工程实践中,机器人技术、大数据分析和智能系统的设计占比越来越高,倡导可持续设计,以建立高效的工程建设流程和管理机制,实现生态效益、经济效益最大化。然而,传统工科专业的人才培养方案往往未能充分涵盖这些领域,导致毕业生在数字化时代的就业市场上面临不利的竞争局面。

其次,高速的城镇化进程向城市基础设施提出更高要求,土木工程师需要掌握环境巨变带来的问题及智能化的解决方案,具备智慧城市设计和持续发展设计的知识。然而,传统教育往往忽视了这些方面的重要性,导致了城市建设方案和实施的滞后和挑战。[1]

此外,土木工程的就业形势也面临压力。随着城市扩张速度放缓,城市更新走向精细化、智能化,参数化设计和人工智能辅助设计技术逐渐普及,传统建筑和基础设施项目的设计需求减少,城市建设从“求速”转变为“求智”。传统培养方式所教授的技能已经不能满足变化中的市场需求,技术革命的浪潮不会停下,高校继续抱残守缺而放弃智能化转型的机遇,不仅毕业生将失去就业竞争力,土木行业的未来也会成为技术浪潮中被冲溃的沙堤。

智慧城市的兴起要求土木工程师具备更广泛的技能和知识,通过强化数字技术、数据科学和可持续发展领域的训练,尤其是关注智能建造、机器人自动化等跨学科联动领域,土木工程师能够在智慧工程建造、可持续性设计和城市规划方面发挥积极作用,高校向市场输入多领域的高层次人才,提高行业产出质量,建立合理的行业规范和工作流程,助力土木工程学科重获新生,成为未来城市建设的先锋。

二、突破困境:智慧城市建设市场发展现状

根据笔者的从业经验与网络在线调查,智慧城市目前还缺乏明确的行业规范,业务范围不清晰,市场相对混乱,容易产生恶性竞争。由于业务内容简单、工作内容烦琐,同时缺乏专业技术研发投入,难以打造系统性的产出,导致市场上存在大量的重复劳动和模块化产品;智慧城市项目的底层业务以底数据治理为主,然而原始数据来源庞杂,格式不一,这一过程变得异常烦琐,消耗了大量时间和人力资源;另一个问题来自低盈利水平和定制化开发模式——这种模式在“to B”和“to G”业务中的表现为业主侧相对强硬,智慧城市行业作为G端缺少创新和研发的自由度,大量时间和成本花在不断针对甲方要求调整业务模块上,再度陷入传统设计院困境,这样的开发模式和市场现状对企业的盈利能力构成了挑战。尽管智慧城市领域已经发展了近十年,但至今未涌现出独角兽级别的行业巨头。这从另一个侧面反映该行业的盈利能力相对较低;低盈利导致从业人员低薪、裁员频繁,企业人员流动率高,难以留住有经验的员工,加剧了人才短缺;优质人才和研发经费的双重缺口使行业发展步伐迟滞,无法通过技术与理论创新实现产业结构升级,打破市场现状;很多项目使用标准化的解决方案,导致同质化严重,难以实现差异化竞争。

智慧城市领域的快速发展带来了市场机会,随着政府支持、技术进步和市场需求的不断增长,仍然存在广阔的发展前景。要实现可持续发展,行业需要加强规范制定、技术创新和人才培养。未来,智慧城市有望实现更高的智能化水平,智慧城市行业依然有机会实现更加健康和持久的发展。

三、支撑引领:土木工程专业的智能化转型定位

智慧城市建设行业的兴起将成为土木工程专业教育转型的有力助推。大学与城市作为人类社会的两大文明中心,在其诞生、演化和互动中扮演着重要角色,对人类文明的发展和演进产生了深刻的社会影响。[2]随着智慧城市概念的兴起,城市的需求和挑战正发生根本性变化,这为土木工程专业教育带来了新的机遇和挑战。因此,理解大学与城市建设发展的互动,以及将这一理解应用于土木工程教育转型,对于满足新兴智慧城市行业的要求,促进城市可持续发展,具有重要的现实意义。这一关联将为土木工程教育带来更深层次的启发,引领其走向智能化和数字化的未来。

土木工程专业教育的智能化转型需求包括技术、可持续性、跨学科合作、实践经验和伦理等多个方面。智慧城市产业发展的核心在于先进的技术和创新的应用,土木工程专业完成转型后将向行业输送高质量人才,推动新技术的研发和应用,从而提高城市基础设施的效率和性能;同时,具备数据分析和工程管理能力的土木专业毕业生有助于高效解决智慧城市建设中的跨学科问题,通过智慧城市基础设施收集、分析和利用数据,提供快速、准确的决策支持;另一方面,具备智慧城市建设思想的毕业生可以在教育和培训领域发挥作用,培养更多具备智慧城市知识和技能的土木人才,为智慧城市产业市场注入新鲜血液,保持行业的活力和创新性。产业科技转型发展必须依赖高素质和高技能的人力资本,聚集高技能人才于行业有助于促进思想和学术的交流与学习,从而推动创新的蓬勃发展。具备智慧城市建设理论和实践知识的高素质土木人才是智慧城市产业市场升级和调整的关键因素。他们能够推动技术创新、促进可持续发展、提供战略规划和政策咨询,为智慧城市的发展提供坚实的支持,促进产业市场的不断进步。这些人才的培养和吸引将有助于智慧城市行业的长期繁荣。

智慧城市行业的繁荣发展亦是土木工程发展的共赢之局。土木工程专业的智能化转型为产业发展提供高素质的人才和创新机遇,而产业的升级也在反哺土木工程这一古老专业,帮助土建行业克服传统工科发展困境,实现智慧化转型,获得新生。事实上,高校毕业生将新知识、新技术和创新创业精神引入智慧城市建设中,为产业注入了大量高科技和创新型人才,成为城市建设科技创新发展的主要动力。这种高科技人才的集聚不仅吸引商业资本投入高科技产业,还催生了众多新兴科技初创企业,创造更多对口就业岗位,成为推动城市科技转型的重要力量。[3]

由于智慧城市产业具有跨领域特征,需要涵盖数据科学、信息技术、城市规划等多个领域的知识,促使土木工程专业与其他领域开展更多的技术交流和跨学科合作,帮助传统工程领域引入新技术和方法,包括对数字化和数据科学的培训,这种整合使传统土木工程变得更加智能化和高效;在项目管理和决策支持方面,土木工程专业可以借鉴智慧城市项目管理的最佳实践,提高传统工程项目的管理和决策水平;其次,智慧产业的繁荣为传统企业创造更多的市场机会,土建企业能够吸纳具备智慧城市知识和技能的人才并投入工程实践,这一过程对于高校来说能够促进知识转移,提高科技成果有效转化率,实现“科技研发—成果转化—生产销售 —用户体验—升级迭代”的创新生态系统的良性循环,[4]支持土木工程实现智能化;而对于企业来说除了继续承担传统基础设施项目,还能在传统工程项目中注入创新和智能化元素,并且进一步参与智慧城市建设,增加企业项目多样性和盈利潜力。

四、塑造未来:土木工程专业教育的实践创新

正如前文所论,随着智慧城市的兴起,传统土木工程专业教育的局限性逐渐显露,毕业生无法满足跨学科实践的用工需求,阻碍了土建学科跟上数字化转型的步伐。在探讨土木工程专业教育的转型实践创新时,我们不仅仅是提出一种追求新颖性的教育方法,更是在迈出积极对应对现代城市建设挑战的必要一步。目前,针对智能化转型、智能建造专业体系建设等已经成为土木工程专业教育转型的实践热点,面对智慧城市行业发展所提出的新需求,高校应首先遵循工程教育专业认证所倡导的OBE(Outcome Based Education)教育理念,以成果为导向,制定土木工程专业人才培养目标与毕业要求,为教育实践创新指明方向。[5]

除了改革人才培养方向,本科教育应鼓励师生发起或参与更多教育实践场景,鼓励教师开设跨学科选修课程,如在原有智慧城市概论课程基础上将生态学原理融入土木工程和城市规划,开设生态友好型智慧城市研究设计工作坊,邀请智慧城市与景观生态规划行业从业者开设讲座并担任企业导师,与学生分享实际经验和行业洞察,帮助他们更好地融入行业;为了解决理论与实际的脱节问题,将学校课程与社会实践联系起来,推动以人为本的城市建设发展,学院应鼓励学生参与社区和基层创新项目,构建交流平台,在课程设计实践中增加社区参与、居民共建等要素,鼓励学生提供创新想法和解决方案,更可以与政府、城市规划部门和智慧城市企业合作,让学生参与实际项目,亲身体验智慧城市建设的挑战和机遇;[4]在教学方法和培养方案设计上,学校和学院应大力促进土木工程专业与信息技术、数据科学、城市规划等相关领域的跨学科合作,通过共同开设课程、研究项目和实践活动,培养学生的跨领域思维和技能;除此之外,走向智能化的土木工程教育需要教育教学技术与设备的更新,为了帮助学生熟悉智慧城市技术、传感器、大数据分析等关键概念,可以建立智慧城市实验室,提供学生实际操作和模拟项目的机会,并运用数字化工具进行教学,在课堂和设计中使用先进的建模和仿真工具,如BIM(建筑信息建模)、GIS(地理信息系统)、VR(虚拟现实技术)、AR(增强现实技术)等,以优化城市基础设施设计和管理课程的教学模式;为了告别“读死书、死读书”的学习模式,拓宽国际视野,培养学生创新实践能力,院系可组织或鼓励学生参与国际交流和实践项目,学习国际智慧城市最佳实践。

五、结 论

土木工程专业的智能化转型为智慧城市产业提供了强大助力,智慧城市、智能建造等先进建设方法的涌现也为转型蜕变中的传统工科带来崭新机遇。高校进行智能化转型,意味着以培养具备数字化技能和跨学科知识的工程师为育才目标,他们不仅懂得传统工程原理,还能运用先进的技术和数据科学方法来解决复杂的城市建设问题。这为智慧城市产业提供了更多高素质的从业者,推动了技术创新和发展。与此同时,智慧城市产业的不断升级也为土木工程专业带来新的发展机会。城市基础设施的数字化和智能化需求,要求土木工程师具备更多跨学科的技能,例如数据分析、物联网和可持续发展原则的应用。这拓宽了土木工程专业的领域,为其提供了更广泛的发展前景。互利互惠的关系促使工程教育变得更加多元化和综合化,鼓励工程师在传统土木工程原理的基础上融入创新思维和数字技术,推动可持续发展,为智慧城市建设提供了更具创新性和可持续性的解决方案。面对新时代、新经济、新业态带来的挑战,土木工程专业需加快改革和创新步伐以服务国家战略,满足产业需求和未来发展趋势,才能在新工科建设浪潮中继续保持优势地位。这种相互促进的关系对于培养更全面的工程师、推动可持续发展、提高工程项目效率和质量以及为未来城市建设做出更大贡献具有重要意义。