雙碳時代土木類專業課程優化研究
——以給排水科學與工程專業為例

李振華，黃金陽，蔡麗云，沈程程

(廈門大學嘉庚學院 環境科學與工程學院，福建 漳州 363105)

0 前 言

2020年9月，中國向世界做出莊重承諾，將力爭在2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和[1]。隨后，我國各地各部門積極編制落實雙碳目標的行動方案。2021年7月，為深入貫徹黨中央、國務院關于碳達峰碳中和的重大戰略部署，發揮高校基礎研究主力軍和重大科技創新策源地作用，為實現碳達峰碳中和目標提供科技支撐和人才保障，中華人民共和國教育部制定了《高等學校碳中和科技創新行動計劃》。行動計劃明確提出了三大目標和七大舉措，并擬從三個層面組織實施[2]。那么，作為相對傳統的高校土木類專業教學與科研，如何“擁抱”雙碳時代、如何將碳中和理念與實踐融入土木類專業人才培養體系，值得探討。筆者作為一名高校土木類專業之一的給排水科學與工程專業教師，對此進行了思考。

1 土木類專業與碳中和的關系

高校土木類專業，是指一切和水、土、文化有關的基礎建設的計劃、建造和維修，包括城市規劃，土木工程，交通工程等學科。高等學校土建學科教學指導委員會下設土木工程、建筑環境與能源應用工程、給排水科學與工程、建筑電氣與智能化、建筑學、城鄉規劃、風景園林、工程管理和工程造價、房地產開發與管理和物業管理9個學科專業指導委員會，對應《高等學校本科專業目錄》中的土木類、建筑類、管理科學與工程類(部分)和工商管理類(部分)11個專業[3]。單從土木類專業定義上看，好似與碳中和未直接關聯。但實際上，我國土木類行業從21世紀初，就開始在為雙碳目標的實現而努力了，這點只需細細研讀碳中和的定義，就可以得出答案。

碳中和是指企業、團體或個人測算在一定時間內直接或間接產生的溫室氣體排放總量，然后通過植物造樹造林、節能減排等形式，抵消自身產生的二氧化碳排放量，實現二氧化碳“零排放”[4]。從碳中和的定義可以看出，碳中和目標的實現，主要是依靠植物造樹造林、節能減排等形式。而在土木類行業發展中，我國政府一直就高度重視節能減排工作，只是當時未上升到節能減排降碳的高度[5]。現有研究已表明[6]，碳減排優劣順序依次為：節能提效、降低碳排放強度、增加低碳能源和減少高碳能源、通過植樹造林強化自然碳匯，以及二氧化碳捕集、封存和利用。當然，單純的能源中和并不就等同于碳中和，單純地實現能源中和也不意味著就同時可以實現碳中和[7]。因此，土木類行業的發展與碳中和是息息相關的，高校土木類專業也要根據碳中和要求不斷調整優化。本文將以本科高校工學門類土木類專業之一的給排水科學與工程專業為例，初步探索雙碳時代背景下給排水科學與工程專業的課程優化升級研究。

2 給排水科學與工程專業課程體系

給水排水工程是城鄉建設的重要基礎設施，是城鄉水系統社會循環的實施主體，是實現水資源可持續利用和城鄉可持續發展的重要保障。它以城鄉及工業為主要對象，主要從事水的開采、加工、輸送、回收及利用，滿足城鄉生活和工業生產的用水需求，并將生活污水和工業廢水收集、凈化與再生利用等，實現水的良性社會循環[8]。給排水科學與工程正是為其提供技術和人才支撐的核心學科專業。專業培養的人才主要服務于水資源利用與保護、城鄉給水排水、建筑給水排水、工業給水排水和節水工程技術等。當前給排水科學與工程專業體系分為知識體系(通識類知識、學科基礎知識和專業知識)和實踐教學環節(實驗、實習和設計)。其中，給排水科學與工程專業核心課程體系如圖1所示。

圖1 給排水科學與工程專業核心課程體系

3 雙碳時代給排水科學與工程專業課程優化升級

給排水工程作為城鎮正常運行的重要組成部分，是雙碳時代生態城市建設的前沿，也是低碳城市最有效的執行者和體現者之一。雙碳時代的給排水系統，不能再僅僅將水供需矛盾、雨洪管理、水污染治理等作為唯一側重點，還需積極關注給排水系統中的碳排放足跡與碳中和率。給排水系統水循環中的碳排放路徑如圖2所示[9]。因此，高校給排水科學與工程本科專業課程教學，也需根據給排水行業逼近碳中和的要求，實行課程的優化升級。

圖2 給排水系統水循環中的碳排放路徑示意圖

一是雙碳時代給排水科學與工程專業課程教學理念升級。當前的給排水專業教學中，主要集中關注水的社會循環，即水在社會循環中的水質和水量問題。基本上是以人類對水量和水質的需求作為第一位，在滿足人類用水需求的同時盡可能地節能降耗。換句話說，目前為實現水的良性社會循環，給排水專業教學中大都是以能耗換取水質和水量，而沒有關注整個水在社會循環中的碳排放量與碳中和率。因此，在對雙碳時代給排水科學與工程專業課程優化升級時，首先需對傳統的教學理念進行升級。也就是說，在今后的給排水專業本科教學中，我們不僅要繼續保障水的良性社會循環，還要緊緊盯住水循環中的各種碳排放足跡，例如能耗碳足跡、電耗碳足跡、藥耗碳足跡等，在進行指導學生進行給排水工程規劃和設計中，一定要深入分析碳中和潛力，力爭實現水的良性社會循環的碳中和運行，做到減污降碳協同增效。

二是雙碳時代給排水科學與工程專業課程理論教學內容拓展。基于雙碳時代給排水教學中碳中和理念的融入，我們還需對給排水課程理論教學內容進行延展。在現有給排水科學與工程專業核心理論課程體系的基礎上，引入給排水工程與碳排放的關系、給排水工程碳排放計算與模型建立、給排水工程碳中和運行潛力測算、給排水工程碳中和評價方法創建、給排水工程碳中和與碳交易等教學內容。同時，建議單獨增設一門給排水工程低碳工藝研發與運營的專業課，重點闡述給排水行業低碳轉型的技術路線與碳中和目標實現的路徑等。另外，給排水專業理論教學內容還可與人工智能、互聯網、量子科技等前沿方向整合，共同為給排水行業逼近碳中和而努力。

三是雙碳時代給排水科學與工程專業實踐教學與碳中和深度融合。實踐教學是新工科要求的實踐能力和創新能力培養的基石，給排水科學與工程作為傳統的土木類工科專業之一，一直以來對學生創新能力和工程能力培養尤為重視。目前給排水科學與工程專業主要實踐教學環節包括有實驗(大學物理實驗、大學化學實驗、水分析化學實驗、水微生物學實驗、水力學實驗、泵與泵站實驗、水質工程學實驗)、實習(測量實習、生產實習、畢業實習)和設計(泵站課程設計、管網課程設計、水廠課程設計、建筑給排水課程設計、畢業設計)。在目前實踐教學的基礎上，務必融入碳中和理念。具體而言，首先，可在原有水廠和污水廠的生產和畢業實習中增加“尋找水廠和污水廠的碳足跡” 等內容；其次，在各類課程設計和畢業設計中，一定要考慮設計成果的碳排放量，在節能減排的基礎上，深度挖掘能量回收潛力，通過能量回收直接反哺或間接補償設計項目的碳排量，力爭實現碳中和運行。例如，目前在污水處理廠設計中，碳中和技術路徑已基本明顯，即通過污水余溫熱能回收、剩余污泥有機能量回收和污水廠光伏發電潛能開發三個方向進行碳補償。

四是雙碳時代給排水科學與工程專業課程教材重構。由于雙碳時代給排水科學與工程專業課程教學內容的擴展，故需對專業部分課程教材內容進行同步修訂和完善。具體而言，教材建設可從兩個方向著手，一是在原有教材基礎上進行補充，例如給排水科學與工程概論課需增加“給排水工程與碳排放的關系”一章，水工程經濟課需增加“給排水碳中和與碳交易”一章；二是重新編撰新教材以彌補目前課程教材的空白，例如新編“給排水工程低碳工藝研發與運營”教材。同時，對部分課程教材相關章節再版編寫時，一定要引入碳中和的維度進行思考和分析，例如水質工程學課、水資源利用與保護課都需站在碳中和的高度進行編寫。另外，根據教育部《高等學校碳中和科技創新行動計劃》中鼓勵高校開設碳中和通識課程的要求[2]，建議高等學校土建學科教學指導委員會協調下屬學科專業指導委員會，統一編著土木類專業碳中和通識課系列教材。

4 結束語

雙碳時代的來臨，對人類而言，不亞于一場席卷而來的新工業革命。作為基礎研究主力軍和重大科技創新策源地的高等學校，必須為實現碳達峰碳中和目標提供科技支撐和人才保障。傳統土木類專業之一的給排水科學與工程專業的課程教學，更應該積極“擁抱”雙碳時代，升級雙碳時代專業課程教學理念，拓展雙碳時代專業課程理論教學內容，融合雙碳時代專業實踐教學與碳中和，重構雙碳時代專業課程教材，真正做到將碳中和理念與實踐融入到專業人才培養體系中。同時，還需積極引導各層次人群踐行綠色消費、低碳生活新方式，營造綠色低碳生活的新時尚。

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