智能建造专业的提出和高等院校学生创新创业新思路探索

2019-06-17欧阳利军王庆

教育教学论坛 2019年22期

欧阳利军王庆

摘要：面临国内大学生就业形势严峻的现状，创新创业教育作为培养高水平专业人才的基础，也面临适用性变革和发展的压力。智能建造专业作为面向国家战略和建设工程行业升级转型，融合机械设计制造及其自动化、电子信息及其自动化和工程管理等专业发展而提出的新兴复合型工科专业，将会给建设工程行业带来一场技术改革。对高等院校而言，智能建造专业的提出为土木工程专业学生创新创业方向提供了新的思路。本文阐述了智能建造专业提出的背景和目前土木工程专业发展现状以及智能建造技术在理念、技术和模式上给土木工程行业带来的巨大变革，提出了依托智能建造专业的大学生创新创业新思路。

关键词：智能建造;土木工程;高等院校;创新创业

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）22-0001-04

一、引言

智能建造专业是以土木工程专业为基础，面向国家战略和建设工程行业升级转型，融合机械设计制造及自动化、电子信息及自动化和工程管理等专业发展而提出的新型复合型工科专业。该专业的提出体现了各个传统行业在经济新常态下，通过互相融合、取长补短来优化产业结构，从而实现行业转型的战略目标。目前传统建设工程行业的“资本引导、资源消耗”的高成本粗放模式已难以适应行业的发展趋势。

对高等院校而言，智能建造专业的提出为土木工程专业学生创新创业研究提供了新思路。土木工程专业创新创业方向选题可依托智能建造专业，向智能规划与设计、智能装备与施工、智能设施与防灾、智能运维与服务等倾斜。

二、专业发展状况

据统计，2010年我国开设土木工程专业的高等院校有439所，在校学生人数超过31万人[1]。高校的土木工程学科为国民经济建设培养了大量应用型人才。数据表明，1985—2010年，我国的建设工程行业总产值增长了140多倍，劳动生产率也提高了20多倍，我国建设工程行业正在向质量安全、技术提升、机构优化、环境友好的方向转型[2]。住建部在2016年发布的《2016-2020年建设工程行业信息化发展纲要》中提出，在“十三五”期间，将全面提高建设工程行业的信息化水平，着手提高大数据、智能化、移动通讯、物联网、云计算、BIM等信息技术的综合集成应用能力[3]。提高建设工程行业的信息化水平可以实现建设工程行业内、各个企业之间的资源与信息共享，形成一个由建筑工程企业和上下游企业组成的电子商务供应链网络体系，从而实现对社会资源的精细化管理和高效利用[4，5]。

对建设工程行业来说，要解决传统的发展模式带来的高成本、高耗能、环境污染大等问题势必要对行业人才提出更高的要求。建设工程行业人才要具有一定的创新能力，不断地创新才能推动行业向前发展，为行业输入新鲜血液。创新创业教育作为高校为社会培养高水平专业人才的基础，如何培养出适应行业环境和行业需要的创新型人才是亟需解决的难题。

三、智能建造专业

1.智能建造专业的概念。智能建造专业是以土木工程专业为基础，面向国家战略需求和建设工程行业的升级转型，融合机械设计制造及其自动化、电子信息及其自动化、工程管理等专业发展而成的新工科专业，大致具有以下四方面的内涵：（1）智能规划与设计：凭借人工智能、BIM技术，以计算机模拟人脑满足用户友好与特质需求的智能型城市规划和建筑设计，包括以下内容：①通过系统运用理论、方法和技术来模拟、扩展人类智能从而实现机器代替人进行思考和工作。大数据分析、神经网络和深度学习算法的优化，使人工智能在建设工程行业项目管理、结构分析、风险评估和设计等领域中脱颖而出[6]。②建筑信息模型（BIM，Building Information Modeling）：BIM以電脑辅助设计为基础，对建筑工程的物理特征以及功能特性的数字化承载与可视表达[6，7]。（2）智能装备与施工：凭借重载机器人、3D打印和柔性制造系统研发，使建筑施工从劳动密集型向技术密集型转化，从而提高效率和减少实施成本，主要包括以下几个方面：①智能装备：智能装备拥有感知、分析、推理、决策、控制等功能，是先进的制造技术与信息技术与智能技术的集成的深度融合。先进制造技术和先进核心技术的机械装备智能化是一个工业发达国家的重要标志[8，9]。②机器人：机器人在智能施工中起着极为重要的作用，对于某些空间复杂与有着表皮渐变特征的建筑设计，可以解决对传统手工建造为主的模式来说的难题[10，11]。（3）智能设施与防灾：凭借智能传感设备、自我修复材料研发，实现智能家居、智能基础设施、智慧城市运行与防灾。该模块可粗略分为以下几个部分：①建筑设备自动化系统（BAS，Building Automation System）。BAS采用现代控制理论与控制技术，利用信息技术对建筑物中的水电、空调、照明、防灾、安保和车库管理等众多设备或系统进行集中式监视、控制与管理的集成系统，从而使建筑物中的设备高效、合理地运行[12]。②通信网络系统（CNS，Communication Network System）。CNS作为建筑物内语音、数据、图像等数据传输的基础，能为建筑物管理者及建筑物内的各个使用者提供有效的信息服务。CNS系统能对来自建筑物内外的各种信息进行收发、处理、传输并拥有决策支持的能力。③安防系统（SAS，ecurity protection & alarm system）。根据建筑安全防范管理的需要，综合地运用电子信息技术、计算机网络技术、视频安防监控技术和各种现代安全防范技术，以维护公共安全、预防刑事犯罪及灾害事故为目的。（4）智能运维与服务：凭借智能传感、大数据、云计算、物联网等技术集成与研发，实现单体建筑和城市设施的全寿命智能运维管理。该模块大致分为以下几个部分：①城市、园区智能运维。基于云服务、大数据、物联网、BIM、GIS等技术针对城市或园区中的建筑或设施等的智能运维系统。②建设工程智能运维。利用BIM、物联网、云计算和大数据等技术对建设工程全周期的智能化运维。

2.智能建造专业的发展展望。人工智能、数据经济、创新驱动、“一带一路”、智慧城市等国家和倡议正在助推建设工程行业从工业化、信息化到智能化进行转型升级。云计算、物联网、大数据、人工智能、虚拟现实、3D打印、智慧传感等新技术正在重构建筑生产体系——智能建造。对建设工程行业来说，信息技术应用能提高建设工程行业的管理能力和水平，大大提高了生产力和效率，是促进建设工程行业供给侧改革的必要手段，能推动建设工程行业的跨越式发展[12]。

对于建筑工程方向来说，智能建造概念的提出可以使建筑工程朝着智能化、信息化的方向发展。建筑工程从设计到施工到后期运营维护都可以进行精细化管理。工程建设中的机械设备可以在BIM等系统的辅助下进行模拟建造。建筑内的各类设备可以接入物联网，方便管理和运维。建设工程行业将与互联网、人工智能等行业结合地更加紧密。

四、传统大学生创新创业培养现状

1.创新创业培育的重要性。2014年9月，李克强总理在夏季达沃斯论坛上提出要掀起“大众创业、草根创业”的新浪潮，形成“万众创新、人人创新”的新态势[13]。创业本质上是一种创新的活动，不断地创新也可以推动创业的发展，两者相辅相成，相互促进[14]。创新教育旨在培养大学生的创新思维能力，以培养出创新人才为目标。创新教育可以从专业的教师队伍入手，通过通识教育来普及相关的创业知识，启发创业思路，并通过各类创业的实践活动、赛事、讲座等来让学生参与创业[15，16]。

2.传统大学生创新创业培养的局限性。（1）大学生创新创业的观念存在偏颇。虽然高校对大学生创新创业宣传力度很大，但是由于受传统的种种保守观念的束缚，大学生创新创业的热情尚显不足，部分学生将参加创新创业当成提升学分的一种途径。同时，许多家庭思想保守，不鼓励子女创新创业[17]。创新创业活动需要长期的时间积累。（2）创新创业教育师资力量不足。目前大部分高校进行创新创业指导的教师并非专职指导创新创业活动的教师，而是兼职教师，缺乏足够的创新创业活动指导能力。这些兼职教师不仅缺乏创业的理论知识和一定的专业素养，还对创业活动中的企业创建操作流程以及市场风险评估缺乏足够的信息[18]。（3）创新创业课程体系不完善。土木工程专业是一门实践性很强的专业，要求学生有足够的专业知识储备和实践动手能力。而部分高校的土木工程专业过于注重理论知识的教学，而忽略了更为重要的实践类课程教学，实践类课程占比较低，学生往往只是在实验课上完成简单的任务，这造成了土木工程专业的学生欠缺独立完成各种实验的能力，从而制约了学生在创新创业中的发展。（4）创新创业项目选择存在偏差。土木工程专业的创新创业项目兼具专业知识的难度和实践操作的难度。教师选题时投入的精力不足，往往也会造成教师为学生选择的题目专业性过强，难度过大。传统的着眼于土木工程专业的大学生创新创业模式较为单调，较多是从材料和结构方向入手。如上海理工大学在2018年立项的“新型水泥基材料、固废处理处置及资源化综合利用”项目，从材料方向入手门槛较低，同时又符合土木工程专业的课程安排，因此成为了大多数学生的选择，但大学生局限于在传统建造工程方向进行创新创业并不能与当今信息化、自动化和智能化发展的趋势相契合。（5）创新创业生态体系尚未成熟。学生进行的创新创业活动最终要生产出成果，这些成果要转化为有价值的实体或者理论，而如何转化成为了现今各高校的瓶颈问题。对创业活动来说，当前存在着政府专项创业项目资金的投入较少、相关创业项目税费的减免力度不够以及高校创业孵化基地的数量不足等问题[19]。

3.基于智能建造的创新创业新思路。相对于传统的大学生创新创业活动来说，智能建造可以提供众多区别于传统单调项目的跨学科复合型创新创业选题，并且这类选题符合未来建筑工程行业战略转型和人工智能、互联网、大数据、云计算等技术逐渐发展成熟的趋势，并且此类的创新创业选题以电子设备和网络等为载体，使用的平台可以是现有的成熟的平台，可以减少学生操作的难度，提高创新创业活动的可行性。

未来国内高等院校在对学生创新创业能力进行培育时，可以在以下几个领域进行选题：（1）基于BIM技术的智能建造提出一种基于BIM的统计系统，能够精确地统计一个工程中的每种建筑材料，达到精算的目的，并且在建材中加入芯片，跟踪采集材料的状态。（2）物联网技术。近年来，物联网技术得到了突破性的发展，各种自动化装配也有了自己的生命，可以实现人机交互和信息交换等操作。想要实现建造智能化，需要让各种机器拥有“生命”、拥有“思想”。物联网技术的范围极其广泛，几乎每一个机器或者身边的电器都可以成为物联网的终端实现信息交换。（3）智能设备和防灾，可以在建筑物内构建设备网络，运用网络信息技术将建筑物内部的水电暖、空调通风、照明、安防等一同整合在一起，方便业主进行管理，大大优化了物业管理的模式，减少了管理人员，更加合理地分配了资源。（4）根据大数据分析得到的结果来进行决策，或者直接对大数据分析的过程本身进行创造或优化。

从地方院校的角度来看，应该抓住机遇与智能建造专业对接。以上海市属重点建设大学——上海理工大学为例，该学校拥有深厚的理工科背景及出众的教学及科研实力。学校可将已有的成熟的教学体系加以利用，把已有的相关专业进行融合。例如将土木工程专业、能源动力类专业、暖通专业、光电信息与计算机技术类专业等进行融合，各取所长，支撑智能建造专业的发展。

五、结语

经济新常态下，建设工程行业高耗能、污染大、成本过高等问题亟需解决，建设工程行业可以由传统的“资本引导、资源消耗”的高成本粗放模式逐渐转变为“创新引导、科技驱动”的模式，以提高产效、降低成本、减少环境污染以及改善产业结构，实现可持续发展。在此背景下，高校需要更加重視土木工程专业人才的创新创业能力培养，首先应从加强创新创业指导的师资力量、加大创新创业投入和增强过程管理的把控等方面入手来改善高校传统的创新创业模式相对滞后的问题;其次应抓住机遇，在大学生创新创业过程中重视人工智能、大数据、云计算、物联网等技术的运用，鼓励本科生和研究生在智能规划与设计、智能装备与施工、智能设施与防灾、智能运维与服务等方面进行积极创新，为国家建设工程行业的可持续发展培养高水平的专业人才，推动我国新工科建设的发展。

参考文献：

[1]高等学校土木工程学科专业指导委员会.高等学校土木工程本科指导性专业规范[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[2]國家统计局.中国统计年鉴[M].北京：中国统计出版社，2004-2016.

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.2016-2020年建设工程行业信息化发展纲要[J].建筑安全，2017，（1）：4-7.

[4]耿裕华.大数据、零距离、趋透明、便操作、惠行业——谈建设工程行业的互联网思维[J].施工企业管理，2018，（3）：92-94.

[5]以数据应用和BIM为核心的建设工程行业信息化建设再升级[J].土木建筑工程信息技术，2015，（3）：81.

[6]解凌燕.浅谈基于BIM的建设工程造价管理[J].价值工程，2018，37（6）：59-61.

[7]马智亮，蔡诗瑶.基于BIM的建筑施工智能化[J].施工技术，2018，（6）：70-72，83.

[8]杨华勇.关于智能装备的思考和探索[J].中国科技产业，2017，（1）：34-35.

[9]胡佳宁.徕卡MS60测量机器人在桥梁BIM施工中的应用[J].测绘通报，2017，（12）：142-143.

[10]袁烽，孟浩，张立名.基于机器人建造的高性能建筑未来[J].时代建筑，2015，（5）：88-91.

[11]王小龙.Xsite-3D智能施工[J].工程机械与维修，2013，（9）：38.