新工科背景下智能建造創新型人才培養探索與實踐

梁小勇，靳靜，趙全勝

（河北科技大學 建筑工程學院，河北石家莊 050018）

從2017 年開始，教育部通過新工科建設“三部曲”，即“復旦共識”“天大行動”“北京指南”，主動應對新一輪科技革命，助推傳統工科專業改造升級。智能建造技術在我國土木行業發展中發揮了重要作用[1-4]。學生創新能力的培養往往體現在學科競賽或者實驗，然而，大部分工科院校舉辦的學科競賽或開設的實驗依然采用傳統的知識體系，很少將專業的最新技術及科技前沿知識引入教學體系[5-6]。在新工科背景下，智能建造專業更契合社會發展的需要，能夠在引入科技前沿知識的基礎上，打造相關的實踐課程，培養具有一定創新能力的專業技術人才，為推動建筑行業的發展提供有力保障[7-8]。因此，河北科技大學建筑工程學院的人才培養也應跟上技術發展的步伐，引入智能建造技術，打造創新型、開放型實驗教學課程，突破傳統工科工程實踐內容的局限性，以更加直接的體驗互動方式為學生呈現智能建造相關技術，為新工科人才培養提供創新途徑。

在新工科背景下，本文提出智能建造專業人才信息與智能素養提升的路徑，不但有利于實現面向新工科的土木類專業的改造升級，而且能培養滿足京津冀一體化建設需求的復合型人才，為其他院校同類專業改造升級提供經驗參考和方法借鑒。

1 智能建造專業課程開設現狀

通過對69 所開設智能建造專業的高校進行調研，發現多數學校的課程設置都包括通識素質教育課程、實踐教學課程和專業核心課程，其中專業核心課程以土木工程專業知識為主線，將工程管理、計算機信息技術和機械工程進行深度融合，形成多學科交叉的培養體系[9-12]。

從其中13 所“雙一流”高校的課程設置來看，除了智能建造基本核心課程，還分別設置了智能設計、智能施工、智能運維方向課程，主要培養學生利用科學思維解決問題的基本能力和創新意識。從另外56 所非“雙一流”高校的課程設置來看，大部分只有設計、施工或運維中的一個方向，體現多學科交叉培養體系。但是整體上受土木工程課程的限制，智能建造方面的基本理論和技能所占比重不大。智能建造專業是面向新一輪科技革命和產業變革，助力建筑業信息化、數字化、智能化，推動建筑行業長遠發展的動力。因此，行業的變革需要促使高校從實際出發，以實踐項目為依托，重視學生實踐能力培養。從2017 年同濟大學開設智能建造專業以來，一批重點高校也相繼申請開設該專業并獲批，專業點數量快速增長，迫切需要對智能建造專業實施針對性的課程改革，建立智能建造專業的課程體系[13-14]。

2 智能建造課程體系建立

2.1 明確教育目標

堅持立德樹人根本任務，面向國家未來建設需要，培養德智體美勞全面發展、適應土木建筑業信息化、數字化和智能化發展的復合型應用技術人才，是智能建造專業人才培養的基本目標定位。因此，智能建造專業的教育目標為：按照工程技術人員職業道德要求，深入挖掘專業思政元素，進一步明確立德樹人視域下智能建造專業培養目標，把個人素質、科學觀等融入智能建造專業教學，發揮智能建造專業的育人功能，實現知識傳授、能力培養和價值引領的有機統一。

2.2 多學科深度融合，構建理論課程教學體系

如何將傳統的理論知識與機械工程、計算機信息技術、電氣自動化、工程管理深度融合，是構建教學體系的難點。智能建造的核心為“建造”，即傳統土木的理論知識；方法為“智能”，即與其他學科交融。因此，在把握智能建造人才培養目標的基礎上，依據區域經濟的需求和學校的特色，重構課程體系，推動課程內容的擴展和創新，極力打造包含智能化要素的綜合模塊知識體系，持續調整授課內容，形成通識教育平臺、學科基礎平臺、專業教育平臺、實踐教學、創新創業與個性發展教育共5 個教學模塊，具體如圖1 所示。通識教育平臺包含英語、思政課程、大學計算機等，與傳統的課程體系差別不大；學科基礎平臺除了數學、自然科學外，增加了智能測量技術；專業教育平臺、實踐教學平臺和創新創業與個性發展模塊以BIM 技術、裝配式建筑技術為特色，增設信息、電氣、機械、工程管理等相關學科的課程。

圖1 課程模塊的構建

2.3 充分利用第二課堂，重構實踐課程體系

在工程教育認證和智能建造時代背景下，重構實踐課程體系勢在必行。以工程實踐能力培養為主線優化培養方案，增加智能實踐環節（裝配式房屋結構設計、BIM 虛擬設計），增加創新創業訓練，將第二課堂融入實踐教學體系，旨在培養學生的創新能力、職業技能，以滿足經濟社會發展對智能建造新工科人才的需求，如圖2 所示。

圖2 智能建造實踐課程體系

2.4 構建多主體多維度的實踐教學模式

高校以政府要求和行業、企業對人才的需求為導向，對人才培養目標、教學方法進行改革，構建多維度多主體的協同育人模式，如圖3 所示。高校在充分理解政府政策的基礎上，與企業和行業開展合作，共同育人。在此模式中，以學生為中心，隨著時間的推移，育人主體也發生改變，如大一期間育人主體是學校，大四期間育人主體為企業、行業。

圖3 多維度多主體的育人模式

智能建造的實踐環節是對多學科交叉融合知識的具體運用，更強調實操性，“把智能產業搬進校園”是校企合作的重要環節，借助產業平臺，構建實踐教學平臺。

3 智能建造方向專業人才創新實踐能力培養

以建筑行業的發展趨勢為依據，確定創新應用型工科人才的培養目標，明確智能建造專業學生的綜合能力，建立課程設置與能力提升的明確對應關系。將BIM 技術（可參加全國三維數字創新大賽和全國高校BIM 畢業設計大賽）和3D 打印技術作為創新型、開放型實驗教學課程，突破傳統土木工程實踐內容，為新工科人才培養提供創新途徑。

3.1 BIM 技術實踐能力培養

以實際工程項目為依托，通過Revit、Bentley 等軟件進行三維建模。學生在設計階段，可以對節能、熱能傳導等進行模擬實驗，從而使建筑物達到節能環保的目的；在招投標和施工階段，可以根據已編制的施工組織設計進行模擬，從而確定最優的施工方案，同時對土建、安裝進行碰撞檢查，確定施工關鍵線路和最佳施工工期，減少施工成本；在運維階段，可以模擬應急狀態下的處理方式。

3.2 3D 打印技術實踐能力培養

對于土木工程建設中涉及的土木工程材料（普通混凝土、地質聚合物、瀝青混凝土等），學生通過摻入混合料或優化配比設計改變其性能，應用智能建造技術，通過智能化空間打印，減少成本，加快工程進度。

學生在熔融沉積成型FDM 和混凝土3D 打印兩種3D 打印工藝方面進行了實踐鍛煉。通過3D 打印實踐鍛煉，理論聯系實踐，學生不僅對3D 打印工藝及相關技術有了更充分的認識和理解，也提高了操作能力，培養了專業創新思維和意識。

尤其在混凝土3D 打印工藝實踐環節，通過理論學習和實踐操作，學生意識到專業學習與創新學習的重要性，對混凝土3D 打印材料的配合比設計、凝結時間、打印特性、粘聚性、成型質量和控制等方面有了更為深入的理解和體會，通過觀察混凝土3D 打印流程的構件成型質量控制，充分認識混凝土3D 打印的優缺點和混凝土3D 打印材料創新研究的重要性，增強了創新意識。

4 結語

在新工科背景下，為順應土木工程專業技術的智能化發展需要，本文開展了土木工程專業智能建造方向課程體系建設研究，通過重構理論課程教學體系，多學科深度融合，構建多主體多維度的實踐教學模式，開設智能建造新工科實驗班，舉辦國外智能建造專家講座報告及實踐教學活動，開展3D 打印技術及新材料研發的實踐訓練。智能建造實驗班能夠培養服務于地方經濟建設的新工科人才和智能建造領軍人才。