人工智能發展下建環專業人才能力需求調查研究

盛穎 吳亞琦 何舒婷

[摘 要]針對全國建筑類設計院制作并發放調查問卷，綜合考察了當前人工智能在建筑設計領域中的應用現狀，得到了設計院對建筑環境與能源應用工程（建環）畢業生的能力需求。總結分析了我國建環專業排名前十高校的培養方案，明確了當前建環人才培養體系與行業發展對人才能力需求之間的差異，提出人才輸出側的教學改革建議，以適應新工科建設的要求，促進人工智能在建筑環境領域的發展。

[關鍵詞]人工智能;建環專業;設計院;調研

[中圖分類號] G642 ? ? ? ? ? [文獻標志碼] A [文章編號] 1008-2549（2022） 01-0062-03

世界正處于新一輪技術創新浪潮引發的工業革命的開端，移動互聯網、物聯網、云計算、大數據、量子通信等為代表的新一代信息通信技術不斷推動人工智能在建筑中的應用，使建筑功能向系統交互、智能控制、多能互補、能源智能化管理、效率優化等方面發展[1-4]。我國正處于“2030健康中國”的建設中，不僅要求建筑能效的控制，更需關注居住者的需求，因此，人工智能技術在建筑中的應用對我國建筑行業的變革性發展至關重要。

建筑環境與能源應用專業（簡稱“建環”）人才是推動我國健康建筑、智能建筑實現可實踐化的中堅力量。該專業是建筑領域的傳統學科，專業課程包括暖通空調、供熱工程、空調制冷技術、建筑環境學、流體輸配管網、自動控制與樓宇自動化等，雖然課程內容豐富，但仍跟不上人工智能的發展速度，教學內容與與時俱進的建筑領域發展之間存在著不協調、不配套的問題。因此，在人工智能蓬勃發展的新科技時代，需要積極思考如何培養和輸送具有創新意識、能夠適應時代發展的建環人才。建筑類設計院是建環畢業生最主要的去向。本研究通過調查研究的方法，對比分析了建筑類設計院的人才需求與現行建環專業學科教學體系之間的差異，以期為建環的本科教育找到切實可行的改革舉措。

一、企業人才需求情況

（一）調查問卷的設計

調研采用隨機調查的方式，調查問卷通過網絡發布。問卷內容主要包括人工智能在建筑設計行業的發展現狀、建環畢業生的能力要求和建環專業的教學建議三大方面。本次調查剔除由于未按要求填寫或漏填等原因造成的無效問卷，獲得有效問卷112份。

（二）調查結果及分析

1.樣本分布構成情況

如圖1所示，本次調查覆蓋全國東部、中部和西部23個省市地區，79家設計院，參與問卷調研的總人數為112人。44.3%來自國有企業，48.7%來自私營企業，3.5%來自國有控股企業，0.9%來自合資企業，2.7%來自外資企業。被調查者多為工作經驗在十年以上的設計人員，其他被調查者也具有1～10年不等的工作經驗。

2.設計院承接項目中對人工智能的設計要求

項目中人工智能的設計很大程度上取決于客戶的需求。調查結果顯示，超過30%的客戶提出過加入人工智能設計的要求，相應地，超過30%的被調查者承接過人工智能方面的設計，內容主要集中在樓宇自動化和空調系統兩個方面，在建筑耗能、通風系統、供熱系統、鍋爐房工藝、室內熱環境控制、給排水和流體輸配管網方面也有一定的設計需求。

3.人工智能設計的負責部門

除了14%的設計院選擇了企業外包的形式，5%的設計院無法實施以外，65%的設計院將人工智能方面的設計交由電氣自動化部門負責，但需要與建環專業人員對接。值得注意的是15%的設計院由建環專業人員獨立負責，這些設計院包括浙江大學設計院、悉地國際和甘肅正元建筑設計院。可見，部分設計院已經意識到在建筑設計中人工智能的應用需求。

4.項目中涉及的人工智能技術

調查表明，智能終端技術、數據存儲技術、控制器技術、數據管理技術、傳感傳導技術和虛擬現實技術在通風系統、供熱系統、樓宇自動化等方面均有一定的應用;在出現頻次上看，智能終端技術和數據存儲技術應用最為廣泛。

5.設計院對建環專業人員在軟件應用方面的要求

多數設計院都希望聘用具有軟件能力的建環專業人才。63.7%的設計院希望應聘者掌握三維建模軟件應用方法，如BIM、犀牛、grasshopper;24.5%的設計院希望應聘者掌握仿真模擬軟件的應用方法，如energyplus、eQuest、Fluent;11.8%的設計院希望應聘者掌握大數據分析類軟件應用方法，如Caffe、CNTK、DeepLearning，能夠熟練掌握這些軟件應用方法的建環畢業生將會優先錄用。

6.人工智能在設計制圖中的應用情況

調查表明，目前11.7%的設計院已經將一些人工智能技術應用于設計制圖過程中，包括中國市政工程華北設計院、悉地國際、上海城西城建工程勘測設計院等。此外，13.7%的設計院也進行了初步嘗試，74.5%的設計院仍然采用常規的制圖方法。

7.設計院認為建環畢業生具備的專業知識重要性排序

專業課程的學習對畢業生日后的工作至關重要。被調查者根據日常的工作內容，對建環專業本科生的各門專業課的重要性進行了排序：空調工程、供熱工程、通風工程和空調制冷技術的選擇人數均超過了50人;之后是流體輸配管網、自控原理與建筑設備自動化、建筑環境學、鍋爐房工藝與設備以及熱質交換原理與設備。可以看出，建環專業的傳統課程在工作中的應用依然較多。但是，在統計建立人工智能類課程是否有必要性時，認為有必要的人數占到90%以上。這說明，雖然人工智能的需求已經出現在空調、通風等與建環專業相關的領域中，雖然大部分設計院目前的做法是安排給電氣專業或是外包，但是大多數建環專業設計人員已經意識到人工智能未來在建筑中的發展趨勢，人工智能在建環專業的需求將不斷增多。

8.設計院希望建環畢業生具備的人工智能基礎知識

調查發現，設計院希望建環人員掌握的人工智能類基礎知識中位列前三的是智能控制、數據庫知識和計算機編程語言。由于目前絕大部分設計院將人工智能的設計工作交由電氣自動化部門完成，但是必須由建環專業對接，如果建環人員具備這些智能類基礎知識，則能夠提高設計質量和工作效率。

9.設計院在人工智能設計方面的展望

91%的設計院認為在未來項目中會涉及人工智能類的設計，且占承接項目的比例將不斷攀升;95%的設計院希望招收的建環專業畢業生學習過人工智能類的相關課程或至少應掌握一門計算機語言;62%的設計院有對設計人員進行人工智能類培訓的意愿。由此可見，人工智能技術在建筑中的應用將持續發展，對建環專業畢業生掌握的人工智能技術要求也不斷提升。

10.設計院對建環專業的教學建議

基于目前設計人員能力的缺口，部分設計院提出了針對建環專業的教學建議，包括：①加強對空調系統運營的大數據分析，代替傳統經驗值的設計計算，增加大數據知識的教授;②在牢固掌握傳統專業知識和原理的基礎上，與人工智能技術相結合，加強實踐中的學習和鍛煉，探討人工智能在空調自控方面的應用;③建議學生學習各類軟件，強化學習計算機語言課程，提前學習如BIM和AR等技術知識。

二、建環專業培養方案調研

（一）調查方法

依據2018年建筑環境與能源應用工程專業教育評估情況，選擇國內建環專業排名前十的高校，分別為清華大學、同濟大學、哈爾濱工業大學、重慶大學、湖南大學、山東建筑大學、北京建筑大學、華中科技大學、中原工學院和北京工業大學，分析總結各大高校建環專業的培養方案。

（二）調研結果

經過反復研讀各大高校建環專業培養方案，工程熱力學、流體力學、工程傳熱學、流體輸配管網在各校中是專業基礎課，建筑環境學、空調制冷技術、供熱工程、空調工程、通風工程、鍋爐房工藝與設備、建筑環境監測是專業課。與人工智能較為相關的課程主要集中在三大類：計算機語言、電氣電子和自動化。各大高校基本上是將計算機語言作為通識必修課，除了同濟大學開設的Python語言是與人工智能直接對應的，其他高校目前教授的計算機語言仍為傳統的C、C++、VB、Fortran語言。各大高校在專業基礎課程中都會有電子電工相關的課程。在自動化原理或建筑設備自動化方面，只有天津大學、北京建筑大學、華中科技大學、中原工學院將這門課程作為專業必修課，北京工業大學、同濟大學、重慶大學將其作為專業選修課，其他高校并無相關課程。總體來說，目前各大高校的培養方案未能緊跟時代的發展，培養方案未能有效的更新和修訂的情況十分普遍。

在調查過程中發現，同濟大學、重慶大學和山東建筑大學的建環專業的培養方案與眾不同。同濟大學注重學生在人工智能領域的學習，除了開設python程序設計作為通識基礎必修課，將建筑設施智能化作為專業選修課，同時開設8門與人工智能相關的個性課程，包括：機器人技術與人工智能關鍵基礎、三維數字化設計、微機接口技術、面向對象程序設計、計算機通信技術、嵌入式系統硬件設計、人工智能基礎和Linux操作系統基礎等供學生選擇學習。同濟大學推出了廣泛而全面的人工智能類課程，專業選修課的設置重視計算機技術、人工智能與專業結合。在不過多加重學生負擔的同時與專業人工智能的發展背景結合設置課程，也兼顧了學生個性發展需求。

重慶大學的思路為分類培養學生，在建環專業單獨劃分出一個卓越燃氣工程師班，這與其他班在專業課設置上有所不同，更加注重計算機應用方面的教學，開設C語言課程培養學生的計算機語言能力，開設計算機信息管理基礎（48學時）、專業計算機應用（40學時）、建筑設備自動化（56學時）為專業課。但是，卓越班的人才培養更注意計算機相關技術在建筑環境方面的應用，注重傳統的建筑電氣自動化教學，然而并未加入人工智能直接相關課程。

山東建筑大學與重慶大學相近，也采取分類培養的方案，分為暖通空調方向和自動控制方向。暖通方向課程較為傳統，除暖通計算機輔助設計一門16學時的課程，沒有其他自動化相關必修課程;自動控制方向加入多門專業相關的自動化智能化課程，如建筑環境現場總線技術、計算機控制與組態應用以及建筑設備與能源系統自動化實驗。總體而言，山東建筑大學分類培養了自動化方向的建環人才，但仍然偏重建筑自動化方面，缺乏對建筑智能化發展方向的重視。

三、建環專業的教學改革建議

（一）增加人工智能教學勢在必行

建筑類設計院的調查覆蓋全國絕大多數省份，調查數據客觀，調查結果顯示，人工智能正在逐步滲透到建筑環境領域的設計中，部分經濟發達城市的設計院已經開始著重對設計人員進行相關培訓，悉地國際等公司的建環專業部門已能獨立實施人工智能方面設計。其他能夠承接人工智能項目的設計院雖然目前主體設計由電氣部分完成，但是涉及范圍仍然是建筑環境范圍，與建環專業直接相關，仍需要建環專業與之溝通對接，因此需要建環專業設計人員理解相關人工智能知識才能與之配合。調查還發現，部分設計院也已將人工智能技術應用于設計制圖中，這就要求應聘設計院的建環畢業生掌握人工智能有關的知識。由此可見，人工智能在建筑環境設計中的需求日益增長，建環專業增設人工智能方面的課程對于畢業生未來的職業發展非常重要。

（二）夯實傳統知識，滲透人工智能新知，增強設計實踐

隨著人工智能的發展，可使學生在掌握傳統專業知識的基礎上，將人工智能逐步滲透到本科教學當中。例如，同濟大學建立了大量的有關人工智能的選修課供學生選擇學習;目前天津大學也建立了相關專業選修課，如人工智能理論與應用等。此外，可增加人工智能類軟件應用方法的相關課程，如BIM、犀牛、grasshoper等三維建模軟件。例如，天津大學設立了專業選修課“專業常用軟件選講”，該課程直接面向設計院類單位的招聘需求，增強了建環畢業生的就業能力。

同時，要鍛煉學生對人工智能技術的應用能力。例如，空調系統的設計是建環專業人員的基本工作，結合建筑設備自動化課程，明確人工智能的要求，納入空調的自動控制系統中，體現人工智能設計的訓練，這些訓練也可以在相關的人工智能類軟件中完成。這樣不僅鍛煉了學生對人工智能技術的應用能力，還可以增強本科畢業生應聘時的優勢。

（三）建環專業中人工智能人才的分類培養

建環專業可以采用分類培養的模式，如重慶大學、山東建筑大學的培養方案，開設建環專業的人工智能方向，對該方向的學生進行專項培養。

目前，各大高校中建環專業計算機語言的教學內容均偏老舊，如Fortran語言完全不能適應人工智能的發展。那么，對于專項培養學生的教學就可緊跟人工智能設計的需要，選擇Python、Java等在人工智能技術的應用上占優的計算機編程語言進行深入學習。同時，在整體課程的設置和安排上偏重智能終端技術、數據存儲技術等人工智能技術方向的教學。在課程設計中，可以輔以計算機編程的工程實例，使建環專業學生主導建筑環境中人工智能的設計。積極拓展企業實習基地，充分發揮合作企業的工程教育優勢，使學生提前進入實際工程的鍛煉，與學校人才培養的優勢互補，使建環畢業生更具實力，在未來的職業發展中更具有優勢。

本研究立足人工智能的時代發展背景，面向行業發展需求，緊貼建環專業人才培養體系，探索人才供給側改革，力爭培養具有創新意識，能適應新時代發展的新一代大學生。通過調查研究，智能時代建環專業人才的需求已經躍然紙上，提出了人工智能背景下建環專業人才培養改革建議，對于未來的專業教育發展具有重要的指導意義。

參考文獻：

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（責任編輯： 劉潔）