行业驱动的智慧水务新工科建设探索与实践

李楠 邱顺添 吕学斌 刘洪波

摘  要：在新科技革命、新产业革命、新经济背景下，社会在科技发展与科技需求方面走在了大学的前面，驱动了工程教育深度变革的新工科建设。以水务行业为例，近年来行业、企业一直需要既有环境工程专业基础知识，又掌握大数据、计算机技术的人才，但是高校目前的培养体制无法满足上述要求，这就驱动天津大学环境科学与工程学院开展跨学科复合型人才培养的智慧水务新工科建设探索。文章介绍了天津大学在智慧水务创新型人才培养的新工科建设中进行的探索和实践，相关工作可为智慧水务新工科人才培养与平台建设提供理论参考，实现面向未来、领导未来的高水平智慧水务人才培养目标。

关键词：新工科;智慧水务;创新人才培养

中图分类号：G640       文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2021）S1-0085-03

Abstract： Under the background of new scientific and technological revolution， new industrial revolution and new economy， society has been ahead of universities in terms of scientific and technological development and demand， which drives the construction of new engineering in engineering education. In recent years， the industry and enterprises have been in need of talents who not only have basic knowledge of environmental engineering， but also master big data and computer technology in the water industry. However， the current training system of colleges and universities cannot meet the above requirements， which drives the College of Environmental Science and Engineering in Tianjin University to carry out the exploration of the construction of intelligent new engineering in water engineering of interdisciplinary talent cultivation. This paper introduces the exploration and practice of Tianjin University in the new engineering construction of smart water innovative talent training. The relevant work can provide theoretical reference for the new engineering talent training and platform construction of smart water， and realize the training goal of high-level smart water talents facing the future and leading the future.

Keywords： new engineering; smart water; cultivation of innovative talents

新時代对一流工程人才培养提出了新的要求，培养多元化、创新型卓越工程人才的新工科建设是服务新时代国家发展的战略性举措[1]。生态文明建设和经济发展的内在需求对当前的水务行业提出了新的挑战。作为智慧城市的重要组成部分，水务行业的系统性和智慧化发展也是大势所趋[2]。“智慧水务”是采用4G/5G数据采集、传输等信息化技术方法[3]，获得、处理并公开城市水务信息，继而有效管理城市的供水、用水、耗水、排水、污水集中处理、再生水综合利用等过程[4-7]，历经“自动化”到“智慧化”的过程，形成“水务物联网”，使之更加数字化、智能化、规范化，从而使水务系统达到智慧运行的状态[8]。

国际水协会（International Water Association，IWA）把“数字水务”列为未来20年世界水务行业的重点发展方向，而国内的水务行业领头企业如北控水务（中国）投资有限公司、深圳水务（集团）有限公司、北京首创生态环保集团股份有限公司等更是积极地把“智慧水务”理念与业务管理结合起来，开拓智慧水务、智慧管网、智能水表、水务自控与运维等业务。与此同时，高校在智慧水务技术人才培养方面远远落后于水务市场需求，与行业的蓬勃发展形成反差。高校的现有培养模式和机制下，传统的环境工程和给排水专业毕业生因为受到学科的局限而无法满足智慧水务市场的需求，不能为智慧水务及智慧城市的未来发展出谋划策。针对上述行业发展与学科建设割裂的现象，天津大学环境科学与工程学院（以下简称“环境学院”）以新工科建设理念为支撑，以行业和市场需求为驱动，启动了智慧水务创新型人才培养的新工科建设。

一、智慧水务创新型人才培养的新工科建设目标与建设基础

（一）智慧水务创新型人才培养的新工科建设目标

智慧水务创新型人才培养的新工科建设整体是在《统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案》指导思想的基础上开展的，其目标是改进当前环境工程领域水工程教学的短板，引入社会迫切需求的水务行业的智慧化元素，形成基于新工科2.0的智慧水务工程系统教学模式。以支撑创新驱动发展战略、服务经济社会发展为导向，面向5G时代水务行业数字化、智能化、智慧化的重大需求，提升学生专业素质和国际化视野。最终目标是填补行业空白，培养面向未来、领导未来的高水平智慧水务人才。

（二）智慧水务创新型人才培养的新工科建设基础

天津大学的智慧水务创新型人才培养的新工科建设是以环境学院作为主体，与天津大学智能与计算学部（以下简称“智算学部”）、建筑工程学院（以下简称“建工学院”）以及水利工程仿真与安全国家重点实验室合作开展的。作为建设主体的环境学院一直以新工科教育理念为引领，在工程与科学结合、技术与管理结合等方面做了大量工作。经过长期的探索和积累，水污染控制与水资源利用已成为环境学院特色优势方向。学院下设环境工程系、建筑环境与设备工程系和环境科学与生态系，各自拥有一批围绕全球重大科技问题的大跨度研究领域。环境与人工智能是天津大学在环境领域长期重点聚焦的研究主题，天津大学环境学院和智算学部在环境污染控制、水利水务与大数据的交叉融合等方面具有长期良好的合作基础，在创新设计、智能装备、新型材料、环境保护等方面形成了一批重大原创性研究成果。学院已建成一个院级新工科人才培养平台及三个项目式教学改革建设点。建工学院和水利工程仿真与安全国家重点实验室在水利工程环境效应与生态安全方面，面向重大水利工程的环境生态效应，研究复杂变化条件下水利工程环境生态效应理论与技术，取得了丰硕的研究成果。智算学部参与建设的“未来智能机器与系统”平台是天津大学首个新工科培养校级平台，采用全新项目式教学，通过课程内项目、课程组项目、多学科团队项目、科研实践项目和毕业设计研发项目三类五种项目，培养学生的知识应用能力、创新创业能力、团队合作能力和领导力。目前已有三届近400名同学进入平台，围绕智能制造、人工智能、自动化、电子科学与技术等方向开展学习和研究。上述平台的建设与合作为智慧水务创新型人才培养的新工科建设打下了坚实的基础。

二、智慧水务创新型人才培养的新工科建设内容

天津大学环境学院智慧水务创新型人才培养的新工科建设主要集中在三个方面开展，分别是水务模块与智慧模块课程体系建设、智慧水务师资队伍建设和实践平台建设。

（一）水务模块与智慧模块课程体系建设

以水源→输水→净水处理→配水→污水处理→排放或回用为主线的水工程系统教学内容是天津大学环境工程专业的传统课程体系，也是水务行业本科生教学的基础课程。在“智慧水务创新型人才培养”新工科建设中，包含了净水工程、废水工程、输配水工程、建筑给排水的水工程系统课程包，将依然作为智慧水务的主体课程。在此基础上，补充了人工智能、云计算、大数据与数据管理、物联网、互联网等课程，开设了智能检测与在线控制、智慧水务数据库开发与应用技术等课程。强化物联网与互联网基础学习，培养学生应用人工智能、数据挖掘、专业模型、预测技术和云计算，将城市给水与排水的故障检测、追踪溯源、治理评估以及预警预报链条融合贯通，为城市水务系统的运维、污染预警以及环境监督功能提供云平台。

（二）服务于智慧水务的师资队伍建设

在智慧水务的师资队伍建设方面，以天津大学环境学院的教学科研队伍作为骨干力量，由环境学院、智算学部、建工学院的相关教师共同组成导师团，聘请环境领域知名企业的技术总监/总工程师作为工程技术导师，承担联合指导学生、工程案例分析授课等工作;聘请骨干院所优秀研究员为兼职导师，固化兼职指导职责。上述师资资源可以为智慧水务教育教学提供坚实的师资基础。学院结合学科建设和人才培养具体需求与行业发展方向，计划引进和培养一批引领国际学科前沿、服务国家经济发展、支撑社会文明进步的高水平智慧水务教学与科研队伍。

（三）服务于智慧水务的实践平台建设

水务行业和市场需求是智慧水务新工科建设的核心驱动力，创新实践能力是人才培养的核心任务。在此基础上，天津大学环境学院积极探索共建共享的实践教学平台和课外创新创业平台基地建设。强化天津大学水污染控制工程实验中心等校内生产实践平台建设，借助环境学院天津市生物质燃气燃油技术工程中心、天津市城市河道水质生态净化技术工程中心、天津市公共安全大数据技术工程中心、天津市滨海生态关键带保护与功能构建工程技术中心等工程中心的教学、实习功能和建设经验。智算学部的“计算机科学拔尖学生培养基地”成功入选基础学科拔尖学生培养计划2.0基地。此外，智算学部還拥有天津市智能遥感数据处理技术企业重点实验室、天津市先进网络技术与应用重点实验室、天津市网络大数据国际联合中心等科研与实践平台。依托上述创新实践平台，通过学科交叉、校企交叉、教研交叉，预计在未来2年～3年建成“智能仿真、智能诊断、智能预警、智能调度”的智慧水务可视化公共教学实践平台和智能水环境监测及资源化实验平台。

三、结束语

新工科建设是面向国家战略发展新需求、国际竞争新形势、立德树人新要求而提出的，是社会在科技发展与科技需求方面驱动的工程教育改革方向。在智慧水务创新型人才培养的新工科建设中，天津大学环境学院面向行业需求、企业需求与专业建设需求，联合智算学部、建工学院以及水利工程仿真与安全国家重点实验室，和企业深度融合，把企业融入人才培养体系中来。通过多学科交叉融合的课程体系建设、师资队伍建设、实践平台建设，打造智慧水务特色班，创新、完善和优化人才培养模式，形成智能水务人才培养的范式。

参考文献：

[1]钟登华.立足新时代 培养一流“新工科”卓越人才[J].中国科技奖励，2017（12）：6-7.

[2]毛东阳.城市二次供水运营管理中智慧水务的应用[J].智能城市，2021，7（20）：38-39.

[3]贾路颖.5G在智慧城市中建设中的探索及应用[J].长江信息通信，2021，34（5）：208-210.

[4]方婷婷.“智慧水务”理念在二次供水系统中的实践[J].建筑技术开发，2021，48（9）：89-90.

[5]沈南.智慧水务系统在城市供水中的运用研究[J].科技与创新，2021（7）：158-159.

[6]王松，刘振.智慧污水处理厂的内涵与思路[J].中国给水排水，2021，37（12）：14-18.

[7]周春峰.智慧水务建设的思考——以南京市为例[J].城乡建设，2020（22）：53-55.

[8]陆继诚.从“自动化”到“智慧化”——智慧水厂建设的新思路[J].给水排水，2017，53（11）：1-3.