“人工智能+”融入城鄉規劃專業課程體系研究

劉海靜 郭一江

關鍵詞：人工智能；城鄉規劃；課程體系

0 引言

2018年，教育部出臺《關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養能力的意見》，指出“構建全方位全過程深融合的協同育人新機制”，提出“推進校企深度融合，加快發展‘新工科，探索以推動創新與產業發展為導向的工程教育新模式”，切實做好高水平本科教育建設工作的要求，圍繞高水平本科教育建設，加大政策支持力度，制定“六卓越一拔尖”計劃2.0[1]。通過計劃2.0的實施，將引導高校全面優化專業結構，深化專業綜合改革，激發學生學習興趣和潛能，讓學生忙起來、讓教學活起來、讓管理嚴起來，全面振興本科教育，提高人才培養質量。

當前第四次科技革命和產業變革正在席卷全球，人工智能技術的迅猛發展，社會企業對于人才素質能力、技術能力的需求日趨旺盛，這為高校專業人才的培養提出的新的要求和考驗。“新工科”建設目標任務的適時提出，為城鄉規劃專業未來培養什么樣的人才，怎么培養人才等核心問題提供了思路，明確了方向，也為下一階段我國人才戰略的實施奠定了扎實的基礎。與此同時，受限于專業傳統培養模式的限制，城鄉規劃專業課程體系仍然參照《普通高等學校本科專業類教學質量國家標準》中相關要求設置，未對當前“人工智能”進行積極響應，大部分課程中沒有將人工智能與專業知識進行有效結合并在課堂教育中予以展示，同時，還存在教材更新較慢、理論知識與社會實踐脫節嚴重、教學方式落后等問題，因此，在人工智能背景下，如何提升城鄉規劃專業“抗風險”能力，培養適合社會經濟發展需求的高素質人才已經成為當前城鄉規劃專業課程體系改革的迫切問題。

1 人工智能背景下課程體系改革的必要性

1.1 新興技術的出現

2017年，國務院印發了《新一代人工智能發展規劃》，提出了以人工智能“推進城市規劃、建設、管理、運營全生命周期智能化”的要求。發展至今，以國土空間規劃為核心內容的城鄉規劃已提出如“智慧城市”“數字鄉村”等充分融合了大數據、BIM、物聯網等人工智能技術，同時也在深度學習領域不斷探索，拓寬了城鄉規劃的廣度和深度，并為未來城鄉規劃的“人工智能+”奠定了扎實的基礎[2]。

1.2 城鄉規劃專業的轉型升級

人工智能與數據時代的大背景要求從事城鄉規劃相關業務的設計師除了掌握城鄉規劃基礎軟件之外還應了解甚至掌握數據扒取、數據分析以及相關編程的新知識。同時為應對人工智能對行業的新要求，在人工智能開始廣泛應用于城市生活生產和城市管理時，行政主管部門和城鄉規劃設計單位也在積極響應社會發生的變化，相繼成立了以大數據分析處理和服務城鄉的智慧化信息中心。同時國土規劃強調“多規合一”地對空間數據進行統計分析，通過數字化、圖形化、結構化和集成化的技術手段，將規劃相關地理信息數據、統計數據和規劃空間數據統一納入公共信息平臺，使各相關規劃統一數據基礎，統一繪制底圖，實現“多規合一”的技術破冰。

1.3 跨學科融合發展

城鄉規劃專業知識體系本就融合了建筑學、地理學、社會學、環境科學、經濟學等內容，在當前人工智能發展日新月異的社會，規劃技術也在迭代更新，Py?thon、BIM、AIGC等其他領域軟件已經開始應用在規劃設計過程中，伴隨著人工智能快速發展，高校眾多工科專業提出以數字化設計為突破方向，這類以人機交互使用的數字技術工具成為高校專業融合發展的橋梁，同時也為通過對相對完整、系統可靠的多源信息集取、分析、綜合和集成，采用數字化的設計方法，實現城鄉空間的智能化，也為科學地管控城鄉發展提供了可能。

2 人工智能背景下的課程體系研究

2.1 新工科背景下城鄉規劃專業發展目標和定位

在當前科技革命和產業革命變革的時代，為支撐服務創新驅動發展，培養高素質人才隊伍，教育部制定了“新工科”建設行動方案，要求將新型科學技術與產業需求相銜接，與教育教學深度融合，推動傳統工科專業教學改革，而在傳統工科專業教育中，實踐教學占據了十分重要的地位，尤其是城鄉規劃專業中，實踐課程直接關系學生后續的發展狀態，因此更應該注重學生的動手能力培養。與此同時，城鄉規劃專業繪圖屬實決定了人才培養體系中實踐能力的重要性，著力培養“應用型”人才的迫切需求。

全國城鎮化發展逐步進入下半場，城鄉規劃發展由強調“量”的粗放式發展，轉變為“質”“量”并重的內涵式提升，即只關注開發建設向開發建設兼顧生態本底控制的環境資源規劃轉變。國土空間治理、生態與環境保護、歷史文化保護等注重內涵式的發展成為城鄉綠色發展的核心訴求。由此帶來機構改革、自然資源部的成立。城鄉規劃的管理由住房與城鄉建設部調整到自然資源部，傳統空間規劃轉變為空間治理，城鄉規劃的作用上升到國家高度，規劃工作由傳統技術型工作轉向技術與治理政策研究制定的結合。

2.2 人工智能課程的設置

隨著創新規劃類型的不斷出現，未來的規劃設計將會尤其注重規劃的結果到注重方法、研究、科學合理性的轉變，規劃方案設計已不再是唯一核心的環節，與以往接到任務就開展方案設計不同，在此之前需要開展一系列信息采集、數據分析及研究、策劃等，需要運用更多現代方法技術。工作方法已經從傳統的描述性規劃轉向借助大數據信息平臺、環境分析、虛擬現實、云計算技術及類似GIS、BIM等一系列的量化分析軟件進行規劃設計，為規劃研究提供了足夠的依據，極大地提升了規劃合理性和科學性。為更好融入人工智能這一發展趨勢，在2023版人才培養方案中。增加了人工智能相關的課程以配合專業課程學習的延伸和應用，同時也為學生跨專業學習奠定了基礎。在培養方案中涉及的基礎類人工智能的課程有模式識別與機器學習、BIM技術原理及Revit建模、GIS 原理與應用。其中模式識別與機器學習的學習為學生在下一階段深入了解人工智能奠定了理論基礎；BIM技術原理及Revit建模則是為城鄉規劃專業與其他專業的集群提供了可能和通道；GIS原理與應用的內容滿足了當前國土空間規劃建設國土空間基礎信息平臺和國土空間規劃“一張圖”實施監督信息系統的技術需求。人工智能相關課程的開設為下一階段學生學習專業知識，實現人工智能與專業知識的融合提供了可能[3]。

2.3 傳統課程融合人工智能技術

除在修訂的人才培養方案中加入人工智能相關課程外，針對城鄉規劃專業傳統課程與人工智能的結合也在同步推進，將傳統的城鄉規劃課程與人工智能相結合，可以有助于推動城鄉規劃的創新與發展，按照《普通高等學校本科專業類教學質量國家標準》要求，結合學校發展定位和人才培養目標，城鄉專業開設的核心課程有中外城市規劃史與建設史、城市總體規劃與鄉鎮規劃和城鄉規劃原理等課程，結合課程內容，主要從以下幾個人工智能方向進行融合。

2.3.1 數據分析與預測

在城鄉規劃領域中，通過將城鄉規劃相關數據進行大數據分析，可以發現城市發展的規劃和城市各要素的關聯性，為城市規劃的實施提供科學支持。在城鄉道路與交通設施規劃、城鄉基礎設施規劃和城鄉控制性詳細規劃課程中可用的數據通常包括人口分布、建筑物質量、道路和交通狀況、環境質量、能源利用、土地用途等各個方面。在傳統規劃設計中，需要設計者通過數據采集并將數據輸入至電腦中進行分析，受限于設計師的知識水平分析的結果往往帶有主觀性和片面性，而通過人工智能技術，我們可以快速地處理和分析這些大量的數據，從而得出更加準確的結果，大大節約了人工成本和時間成本。例如，使用機器學習算法對城市交通流量進行預測，可以幫助規劃師更好地理解交通擁堵、道路通行能力等問題，從而制定更合理的長期交通規劃；運用深度學習技術對城市空氣質量數據進行分析，可以預測空氣污染的程度，從而幫助政府和企業制定相應的環保策略。此外，通過多源數據的融合和交叉驗證，我們也可以提高數據分析和預測的精度和可靠性。例如，運用城市地圖數據、輿情數據、傳感器數據、人口數據等多種數據源進行交叉分析和挖掘，可以更加全面地了解城市各方面的情況，制定更合理的規劃和決策[4]。

隨著數據量不斷增加，人工智能技術應用在城鄉規劃設計中的優勢將日漸明顯，課程中對于人工智能技術的依賴程度也將越來越高，融入人工智能技術，改變授課方式及學生實踐方式將勢在必行。

2.3.2 智能模型與仿真

傳統控制性詳細規劃和城市總體規劃方案以二維的形態展現在公眾面前，判斷其是否符合預期需要城市較長時間的建設實踐，可逆性較差；智能模型是利用人工智能技術構建的城市規劃模型，這些模型可以模擬城市的各種要素，例如人口分布、交通流動、建筑物分布等，以及相關的空間、經濟、社會等條件。通過模型的建立和參數調整，可以根據不同的規劃要求和目標，生成不同的城市規劃方案。

仿真是利用智能模型和計算機技術進行的虛擬實驗，用于模擬各種城市規劃方案在不同條件下的效果和影響。通過仿真，規劃師和決策者可以觀察城市規劃方案的潛在結果，包括交通流量、能源利用、環境影響等方面。通過不斷調整和優化方案，可以找到最佳的解決方案，減少規劃決策的盲目性和不確定性。

通過規劃方案在不同條件下的效果，可以更好地評估和優化城市規劃方案，減少規劃決策的風險和成本，可以幫助規劃師和決策者做出更準確的決策，智能模型與仿真技術的應用可以幫助規劃師和決策者更好地理解和評估不同的城市規劃方案，從而確保規劃的合理性和可行性。同時，通過虛擬實驗，可以減少對實際城市進行試驗的成本和風險，提高規劃效率和效果，也為學生課程設計的改進提供了數據支撐。

2.3.3 可視化與交互設計

在傳統課程教學過程中，學生在進行課程作業設計時，設計方案均較為理想化，方案的可實施性和落地性往往較差。通過虛擬現實（VR） 和增強現實（AR） 技術，可以讓人身臨其境地體驗城市規劃方案落地后產生的各種影響，為教師在評價學生成果優缺點提供數據支撐。可視化是通過計算機圖像技術構建城市模型、場景和效果的過程，目的是更好地展示、交流和理解城市規劃方案。可視化工具可以將城市規劃方案以空間三維模型、虛擬現實或漫游的方式展示出來，使規劃師和決策者能夠直觀地感受方案的效果和影響。交互設計則是針對城市規劃軟件系統的設計和開發，著眼于用戶體驗和操作便利性。交互設計可以通過設計簡潔、直觀的用戶界面、制定良好的交互邏輯和流程，幫助師生更好地使用城市規劃軟件系統，完成課程規劃過程中的各種交互操作和分析。例如，可以利用虛擬實境技術模擬不同規劃方案的效果，如建筑物高度、交通流量、太陽投影等，以及模擬特定時間段內人口和人流變化等情況。這些可視化和交互信息能夠更直觀地為規劃決策提供支持與幫助[5]。

3 結論

通過將人工智能與城鄉規劃專業課程進行融合，在城鄉規劃專業下一階段人才培養中解決了傳統城鄉規劃專業課程教學方式單一的弊端，對城鄉規劃專業新課程體系的建立有著積極的促進作用，形成了全新的“人工智能+”的教學模式，通過加強人工智能在課程教學中的比重，可以適時地對學生設計方案進行反饋，有效增強了學生作品的交互性和可視性，有利于學生培養成為具有較強設計能力和創新型思維的“新工科”應用型人才，本次探索也將為其他學校城鄉規劃專業與人工智能結合提供實踐案例和參考。