智能建造背景下土木工程專業課程體系改革探索

宋克志 苑宏憲 鄧建俊

［摘 要］ 隨著經濟社會的發展和工程建造活動的日趨復雜，基建行業亟須轉型升級。基于現代信息與智能技術的工程建造，對工程建設者的知識結構與能力素養提出了新要求，對高校土木工程專業人才培養帶來了新的挑戰。通過分析智能建造對新技術的需求及對畢業生能力與素質的要求，從地方高校人才培養定位與目標出發，基于相關學科專業的交叉與融合，提出了智能建造背景下土木工程專業課程體系構建策略與實施路徑，對原有土木工程專業課程體系的改革與培養智能方向的復合型、應用型人才，具有一定的借鑒意義。

［關鍵詞］ 行業需求；土木工程；智能建造；課程體系改革

［基金項目］ 2020年度教育部第二批新工科研究與實踐項目“智能建造背景下地方高校土木工程專業課程體系改革與實踐”（E-TMJZSLHY20202133）；2021年度山東省本科教學改革重點項目“智能建造背景下地方高校土木工程專業課程體系改革與實踐”（Z2020090）；2019年度山東省專業學位研究生教學案例庫建設項目“地下工程設計與施工”（SDYAL19071）

［作者簡介］ 宋克志（1970—），男，山東濟寧人，博士，魯東大學土木工程學院教授，主要從事隧道與地下工程研究；苑宏憲（1979—），男，山東菏澤人，博士，魯東大學土木工程學院講師，主要從事建筑項目管理與智能建造研究；鄧建俊（1973—），女，山東東營人，學士，魯東大學土木工程學院實驗師，主要從事實驗管理研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2023）37-0076-04 ［收稿日期］ 2022-11-01

引言

過去三十多年，我國的建筑、公路、鐵路、橋梁、隧道、市政等基礎設施建設取得了巨大成就。在工程建造領域，我國重大工程建造總體上已達到國際先進水平，但經濟社會發展的新需求使得工程建造活動日趨復雜，基建行業亟待轉型升級。因此，要推進互聯網、大數據、人工智能等同實體經濟的深度融合，做大、做強數字經濟［1］。2020年初，國家密集部署新基建，努力在高新技術和戰略性新興領域建設集約高效、經濟適用、智能綠色、安全可靠的現代化基礎設施體系。以新發展理念為引領，以技術創新為驅動，以信息網絡為基礎的新基建，為高質量發展需要提供數字化轉型、智能化升級、融合創新等服務的基礎設施建設體系和運維體系。信息化與智能化的潮流及人口老齡化帶來的勞動力不足，正在催生新一輪的基建產業革命。

當前，我國智能建造技術仍面臨深度不足、系統實力不足、專業能力不足等問題，智能建造人才的數量和知識結構無法滿足我國經濟的快速發展，智能建筑專業化復合型領軍人才明顯短缺，制約了我國智能建造的快速發展［2］。目前，我國有500多所高校開設土木工程專業，基于智能建造對新技術的需求與對畢業生的要求，對傳統土木工程專業課程體系進行改造與升級是培養智能建造所需人才的基本需求和重要途徑。因此，迫切需要針對智能建造技術知識體系的特點和人才專業屬性及其培養模式，對傳統土木工程專業實施針對性的升級改造，從而培養更多的智能建造技術人才。

一、智能建造對新技術的需求與對畢業生的要求

（一）智能建造對新技術的需求

1.數字孿生技術。數字孿生是虛擬與現實之間的雙向映射、動態交互、實時連接，是與物理世界相對應的數字表示，目的是形成與實物資產相對應的數字資產，從而實現資產價值的增值。

2.數字主線技術。數字孿生是一個動態過程。在實際項目建設之前和建設過程中，應建立動態數字結對，通過動態數字孿生模型優化和指導實際項目的建設，即數字主線技術。

3.模型定義工程產品。建筑設計是一種形式邏輯的表達，與形式邏輯相對應的是數理邏輯。找到數理邏輯規律，就可采用模型定義工程產品。

4.智能感知技術。通過綜合應用云計算、大數據、物聯網、移動技術和智能設備等信息技術手段，以施工現場管理為重點，緊緊圍繞“人機材料法”與以智能信息采集為特色的三維施工現場信息網絡等關鍵要素，建立高效的管理協調、科學的數據分析和精確的過程控制，實現現場的智能化管理。

5.工程中由大數據驅動的智能決策。綜合利用工程環境數據、工程工藝數據、工程要素數據、工程產品數據等，通過大數據的管理和分析，幫助企業準確把握市場需求變化，提高產品設計、生產效率及供應鏈的靈活性和準確性，提高施工管理水平，幫助業主提高運營能力和維護能力。

6.自動化、智能化施工設備及其控制。高效利用建筑機器人等自動化、智能化工程機械設備，有效替代人工，進行安全、高效、精確的建筑部件的生產和施工作業。

（二）智能建造對畢業生的要求

智能建造背景下，土木工程畢業生應獲得以下幾方面的知識和能力：（1）能夠將數學、自然科學和工程科學的基本原理與方法用于解決智能設計、智能施工、智能運維等復雜工程問題。（2）能夠基于科學原理并采用科學的方法對智能建造系統進行開發、應用、研究，包括一定的程序編程與開發、硬件與網絡集成、分析與解釋數據能力，并通過實驗驗證方法驅動智能建造系統完成建造活動。（3）在機器學習與數據挖掘、智能系統與應用等方面具有較強的技術開發與組織管理能力，具有在多學科團隊中發揮作用的能力。（4）能夠理解和評價智能建造工程實踐對環境、社會可持續發展的影響，并能夠考慮法律、健康、安全、文化、社會及環境等因素。（5）具有人文社會科學素養及社會責任感，能夠在工程實踐中理解并遵守工程職業道德和規范，履行責任。（6）能夠就復雜工程建造問題與業界同行及社會公眾進行有效溝通和交流，包括撰寫報告和設計文稿、陳述發言、清晰表達或回應指令；并具備一定的國際視野，能夠在跨文化背景下進行溝通和交流。（7）理解并掌握工程管理原理與經濟決策方法，并能在多學科環境中應用。（8）具有自主學習和終身學習的意識，有不斷學習和適應發展的能力。

二、智能建造背景下土木工程專業課程體系構建策略

（一）人才培養定位與目標

發展智能建造專業或對傳統土木工程專業進行升級改造，培養單位應開設土木、機械、信息、計算機、電子、電氣、自動化等學科專業，具備發展智能建造專業的師資和其他條件［3］。

智能建造背景下土木工程專業的定位與培養目標為：針對地方高校服務地方經濟發展的定位，培養面向未來科技與工程發展，適應省、市發展戰略和建設需求，德智體美勞全面發展，具有人工智能與土木工程學科扎實基礎知識，綜合能力突出、科學與人文素養深厚，具備智能建造研究應用能力、工程實踐能力、團隊協作能力、創新意識和國際視野，能在智能建造領域從事智能設計、智能施工、智能運維等工作的高素質應用型復合人才。

（二）課程體系構建策略

智能建造是基于科學而非僅憑經驗的制造，科學知識是智能化的基礎。智能建造行業復雜的工作環境對專業知識儲備提出了更高要求：知識體系必須完整，割裂不成體系的知識將難以實現相互交叉和遷移；同時在智能建造領域，人的角色定位由操作者、執行者轉變為規劃者、決策者，需要扎實的技術理論知識為基礎，以確保分析、判斷和決策過程的科學性。因而，智能建造新工科人才培養必須以系統的專業知識為基礎，同時應重新審視智能建造相關專業和課程的邊界，促進物聯網、大數據、人工智能等與傳統的土木工程、機械、自動化、電氣工程、機電一體化等專業知識有機融合，以構建復合融通的系統知識體系，使學生具備多學科交叉的意識，養成在多學科空間觀察、思考問題的習慣。相關學科專業對智能建造的支撐如圖1所示。

智能建造的特征，在于其勘察、規劃、設計、施工、運維均運用了信息化、數字化、可視化、自動化的技術手段，在于其集成了構件的制備—運輸—安裝的完整技術流程。因此，傳統土木工程專業向智能建造方向發展，要堅持以土木工程為核心，以土木工程、機械工程為骨干學科，以工程力學和工程數學（統計、數據挖掘）為學科基礎，并融合信息、計算機、管理等學科的知識。應在“工程制圖”“工程力學”“工程材料”“工程地質”“工程結構設計”“工程施工”等基本課程的基礎上，增設融合裝配式工程施工、機械原理與控制工程、數字化設計、系統工程與集成工程建設等方面的基礎理論和基本知識，學生需要具備傳統土木工程學科知識，以及在項目規劃、設計、研究開發、施工、管理及運維等領域運用數字化設計及數據驅動的能力。因此，智能建造方向的土木工程專業升級改造，應考慮在傳統土木工程專業人才培養方案的基礎上，加強土木工程與機械、自動化、信息與計算機等學科的交叉和融合，即在新課程體系構建過程中，應考慮加入機械、自動化、信息、計算機、大數據分析等方面的專業知識，但同時不能過多增加原有人才培養方案的學時和學分，要注重優化課程體系，加強對原有課程知識的更新及有機融合［4］。智能建造背景下的土木工程專業課程體系構建策略如圖2和圖3所示。

結語

發展智能建造，推動基建行業的深刻變革，是復雜而艱巨的歷史性工程，對于持續推動我國工程建造高質量發展、邁向建造強國具有決定性意義。培養智能建造創新型工程科技人才是實現這一目標的重要保障和戰略關鍵。本文從地方高校人才培養定位與目標出發，基于相關學科專業的交叉與融合分析，提出了智能建造背景下土木工程專業課程體系構建策略與實施路徑。對培養適應建筑產業變革需要的復合型、應用型智能建造工程科技專業人才，具有一定的借鑒意義。

參考文獻

［1］楊若凡，劉軍，李曉軍.多方協同開展智能制造新工科人才培養的思考與實踐［J］.高等工程教育研究，2018（5）：30-34.

［2］丁烈云.智能建造創新型工程科技人才培養的思考［J］.高等工程教育研究，2019（5）：1-5.

［3］劉世平，駱漢賓，孫峻，等.關于智能建造本科專業實踐教學方案設計的思考［J］.高等工程教育研究，2021（1）：30-34.

［4］杜彥斌，杜力.智能制造與服務特色學科專業群建設思路探討［J］.中國現代教育裝備，2018（3）：23-25.

Exploration on the Reform of Civil Engineering Curriculum System under the Background of

Intelligent Construction

SONG Ke-zhi， YUAN Hong-xian， DENG Jian-jun

（School of Civil Engineering， Ludong University， Yantai， Shandong 264025， China）

Abstract： With the development of economy and society and the increasing complexity of engineering construction activities， the infrastructure industry is in urgent need of transformation and upgrading. For engineering builders， new requirements for the knowledge structure， ability and attainment are raised， due to engineering construction based on modern information and intelligent technology. It also brings new challenges to the training of civil engineering professionals in colleges and universities. The demand of intelligent construction for new technology and the ability and quality of graduates are analyzed. Considering the intersection and integration of related disciplines， the orientation and goal of talent training in local colleges and universities are analyzed. Then the constitute strategy and implementation path of civil engineering curriculum system are proposed under the background of intelligent construction. It has a certain reference significance for the reform of the original curriculum system of civil engineering and the training of compound and applied talents with intelligent direction.

Key words： industry demand; civil engineering; intelligent construction; reform of curriculum system