契合“新工科”跨专业协同毕业设计的改革与实践

朱永甫　黄杰超　刘衍香　王凤华

摘  要：随着“新工科”国家战略的实施和建筑业向新型工业化、信息化、绿色化转型升级，一批以新技术、新业态、新模式为特点的新兴建筑产业迅速崛起，对“土木类”专业人才的知识结构、能力素质提出了更广、更高、更新要求。闽南理工学院于2020届毕业生根据“新工科”对人才知识要求“扁平化”的特征和建筑业转型升级的重大需求，及时实施跨专业协同毕业设计，取得了良好的教学改革效果。此成果获得福建省教学成果二等奖，在土木工程专业面向“新工科”改造，具有引领推广价值。

关键词：新工科;跨专业;协同;毕业设计

中图分类号：G642       文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2021）10-0119-04

Abstract： Because of the implementation of the national strategy of "new engineering" and the transformation and upgrading of the construction industry to the new industrialization， informatization and greening， a number of emerging construction industries characterized by new technologies， new business forms and new models are rising rapidly. These puts forward broader， higher and newer requirements for the knowledge structure， ability and quality of "civil engineering" professionals.According to the characteristics of "new engineering" requiring "flattening" in talent knowledge and the great demand for the transformation and upgrading of the construction industry， the graduates of Minnan University of Science and Technology in 2020 have implemented the cross-major collaborative graduation design and achieved good teaching reform effect. This achievement won the second prize of Teaching Achievement of Fujian Province， and has the leading and promoting value in the transformation of Civil Engineering major toward "new engineering".

Keywords： new engineering; interdisciplinary; collaboration; graduation project

一、概述

隨着“新工科”“创新驱动发展”等国家重大战略的快速实施以及建筑业逐步转型升级的需要，一批以新业态、新技术、新模式为特征的建筑新兴产业如绿色建筑、建筑节能、装配置建筑等迅速发展起来，契合“新工科”，对传统的土木工程教育提出了新理念、新结构、新模式、新质量、新体系等“五个新”要求[3]。工程教育改革发展方向具有学科交叉性、技术发展性和能力创新性等基本特征，促使土木工程建设领域向新型工业化、信息化、绿色化、国家化转变，对“土木类”专业人才的知识、能力、素质结构提出了更高、更新的要求[1]。闽南理工学院于2020届毕业生根据“新工科”对人才知识要求“扁平化”的特征和建筑业转型升级的重大需求，把土木工程、工程管理、工程造价、建筑环境与能源应用工程4个专业有机融合、协同作业，及时实施了基于BIM技术的跨专业协同毕业设计，通过利用BIM建模技术对绿色施工过程、施工技术特点、施工操作规则等进行了4D虚拟建造、4D虚拟施工组织和5D智能计量与计价。

二、“新工科”要求与毕业设计教学环节存在的主要问题

住房和城乡建设部《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》提出：“十三五”期间，着力增强智能化、BIM、大数据等信息技术集成应用能力，建筑业的智能化、数字化、网络化要取得突破性进展。中国建筑业全面进入智能建造的时代，智能制造是我国“制造强国战略”的核心单元，是“中国制造2025”的主攻方向[3]，也是国家“新工科”建设的重要抓手。

“新工科”要求传统建筑行业必须将新一代信息技术和新一代人工智能与制造业深度交叉融合。建筑行业正催生劳动密集型向技术密集型转变，基于传统的设计规程、建造流程、生产方式必须与“新工科”新技术紧密融合，逐步构成由制造业、建筑业、信息产业深入融合的契合“新工科”的智能建造专业[1，4]。它要求专业人才知识宽度足够、专业能力较强，具有专业型、复合型、领军型人才的特点。从知识和能力构成分析，“新工科”要求的土木类人才应具备如图1所示的知识体系。

图1 “新工科”对土木类专业人才知识体系的要求

对照“新工科”，传统土木类专业，亟需解决相对滞后的课程体系与固化的教学模式，人才培养严重滞后于产业结构调整，不符合社会需求问题;实践教学环节薄弱、模式单一，未能把跨学科的新知识新技能充实到专业培养中，缺少与理论教学环节之间系统化衔接;学科间互动机会较少，仅仅只能做到“一专”，而不能达到“多专多能”的问题。

而大学期间最后的实践教学环节毕业设计，更是与“新工科”要求相悖，我校往届的毕业设计，惯性地依据传统教学理念，专业壁垒设置严重、设计内容单一重复、指导教师封闭自锁，具体体现如下：

1. 与“新工科”所呈现的实际工程设计与施工技术存在“时差”。土木工程是一个各种系统既有互相独立又交叉融合的“闭环”系统，它需要工程设计、工程施工、工程造价、工程管理等综合知识和能力，来实现工程管理目标最优、工程造价目标最优，过去传统独立专业壁垒设置严重，其毕业设计（论文）难以满足“新工科”要求，达到人才培养目标[2]。

2. 与“新工科”所要求的跨专业团队职业素质“脱臼”。传统毕业设计（论文）着眼于在本专业知识，很少顾及其他专业内容，缺乏“大土木”团队职业素质，这与在实际工程设计、施工、管理、运维中多专业协同作业所要求的职业素养“脱臼”[5]。

3. 与“新工科”所创导的知识集成创新模式“脱节”。现代建筑企业与产品创新，不仅仅是单一专业知识领域的“独创”，而是融合、继承和集成了不同专业知识领域基础上的“综创”[7]。传统的毕业设计不能满足“新工科”对新知识、新能力提出的更高要求，明显存在“脱节”现象。

4. 与“新工科”所推崇的培养多维度思维能力“脱钩”。基于单一专业的毕业设计通常是以是否具备本专业的知识和能力的角度去衡量，而“新工科”要求训练大学生工程专业、经济法律、道德素养、环境社会、法律法规等综合能力，传统毕业设计（论文）只“圈”于本专业，知识衍生性差，与“新工科”推崇的培养多维度思维能力明显“脱钩”[8]。

三、跨专业协同毕业设计改革路径

围绕一个建筑物為设计对象，整合并优化教学资源，邀请企业专家全过程参与，结合1+X职业技能证书试点建设契机，基于BIM技术平台组建跨专业协同毕业设计团队。为了更好地解决学校毕业设计实践教学环节过去存在的“空洞化”现象，充分发挥我们学校应用型人才培养特点和“产教融合、协同育人”项目和基地优势，通过跨专业协同毕业设计，实现了“真题真做”“一组一教授”“全过程监控”。

（一）跨专业协同毕业设计框架设计

为了契合“新工科”一专多能之特点，梳理现代土木工程对“大土木”的知识和技能要求，学院联合土木工程、工程造价、工程管理、建筑环境与能源应用工程等4个专业，覆盖结构设计、土木工程设计、给水排水工程、暖通空调工程、工程环境检测、工程造价管理、施工组织管理等相关专业领域，以“学生为中心，教师为指导”为总体设计方针，以“跨专业、数字化、云数据、全寿命”为工程设计理念，组建了教授引领的10组的指导教师团队（5人/组）和毕业设计小组（4人/组），如图2所示。

（二）主要举措

土木工程学院在获批国家级1+X（BIM）土木工程试点专业上，调整培养思路，于2015年进行了围绕BIM技术的试点班，有系统地融入了“新工科”要求的BIM内容;健全需求导向的人才培养结构动态调整机制，建立紧密对接产业链、服务创新链的学科专业体系依据工程一线和毕业生就业岗位群技术需要，优化毕业设计选题，拓展毕业设计类型;组建“跨专业、多交叉、复合化”的指导教师团队和毕业设计小组;构建了专业相互融合的教学协作平台，形成线上线下资源共享，支持课程异地同步教学;面向现代土木工程技术发展，综合考虑工程环境、工程经济等因素，以合作与协调方式开展毕业设计，学生工程实践能力、沟通协作能力得到提高。

1. 指导教师团队组建。我院具有指导毕业设计的专业教师共有63名，经过教师推荐、学生评价、学院决定，层层把关，以“一个项目一个小组”、“一个小组一个教授”为原则，高中青搭配合理、专业分工明确、责任心强的指导教师队伍。参与跨专业协同毕业设计的一线指导教师必须既具有多年课堂教学和指导毕业设计经验的老教授，又聘请了在建筑企业长期从事土木工程设计与施工、造价与管理的校企合作企业的资深工程师[3]。

2. 学生团队层层遴选。我院跨专业协同毕业设计内容主要覆盖土木工程、建筑环境与能源应用工程、工程造价、工程管理和给排水科学与工程（未有毕业生，但要求具备设计内容）等5个专业，建筑专业我院尚未开设。学院基于2015年已经开设《BIM建模》《BIM技术应用》等课程的基础上，于2019年暑假开设“跨专业协同毕业设计”为期1个月的培训班，从86学生中根据专业和培训班成绩，遴选39名组建了10个项目组。

3. 交叉融合科学选题。课题来源于学校重大教改课题——“闽南理工学院智慧校园”，属“真题真做”（我校丽景楼、数字图书馆、体育馆、学生宿舍、E与F幢教师公寓等10幢），要求项目组根据学校环境和建筑物特征，建立基于BIM技术的能实现“虚拟漫游”的“数字沙盘”，毕业设计团队设计目标明确、技术路线清晰、交割流程清楚。同时也考虑到我院未设置建筑专业及设计进度安排上的困难，故由有关校企合作单位提供或完成建筑设计方案，并由项目组学生根据建筑方案完成建筑施工图设计等后续设计工作[3]。

4. 协作平台优化设计。跨专业协同毕业设计的每个项目组是由“4个专业、4个教师”临时组建，若没有一个数字化水平高的沟通交互平台，无从谈起协作设计。为此，学院为跨专业协同毕业设计项目组专门设置教室（BIM工程中心），依据项目组集中一起学习工作，模拟营造了一个与实际建筑工程设计院相似的硬件和软件环境，要求学生每天到BIM工程中心签到并记录当天的设计进度，存在问题及时在服务器上记录并相互讨论、互相沟通、协同商议[3]，达成共识。

5. 严格指导每日化。要求参与协同毕业设计的所有专业指导教师必须深入每个设计进程的每个环节，每天必须与学生见面，现场解决学生通过协同作业尚未解决的问题。遇到“专业交叉”、“云平台协作”等问题时，指导教师及时组织相关专业与学生根据“专业协同单”，召开专项协调会议，明确提出解决问题、解决方法、承担专业、解决时间、成果形式、交割方式等，使专业之间协商通道畅通，确保设计进程按计划进行[3]。

6. 图纸流转云台化。在跨专业协同毕业设计过程中，不同专业之间中间成果交互巨量频繁，如建筑结构设计图是建筑电气设备设计的前提，建筑施工图是工程计量与计价的基础，因此图纸之间不仅存有上下流关系，而且交叉融合，一个专业的图纸微小变动会导致整个项目组的图纸“牵一发而全动”。因此我们设置了阿里云，要求学生把各专业图纸按时间流、工作流、功能流建立了图纸数据库，保证整个项目的图纸和数据自动随某个专业局部图纸或数据的调整变化而变化，随时保证图纸的一致性和有效性[3]。

7. 考核评价标准化。毕业设计的综合成绩由小组成绩和个人成绩组成，其构成比例为2：8。小组成绩主要考核总体设计目标是否达到、专业间协调作业是否流畅等，个人成绩主要考核设计工具使用是否熟练、单项设计目标是否达到、工作态度和专业水平等。对跨专业协同毕业设计，我们邀请外校专家作为评阅教师和答辩组成员，并重点关注专业间如何协同，考查学生的合作意识和团队协作精神。整个项目组进行中期检查评估、协作问题解决机制、图纸数据流转情况、联合答辩等专项考核[8]。

8. 毕业设计扁平化。跨专业协同毕业设计（论文），因为针对的是一个“大土木”设计工程对象，底层BIM“大数据”支撑，由多个专业、多个分项工程，涵盖土木工程结构设计、建筑设备设计与安装、工程计量与计价、施工组织设计等组成，绝无可能一人完成或一个专业完成，因此毕业设计成果由小组总设计和个人单项毕业设计2部分构成。专业单项或分项工程具体分解，根据项目难度、专业细分等由指导教师与学生协商科学拆分。

9. 答辩成绩综合化。跨专业协同毕业设计采用联合答辩形式，答辩组成员全部由外校专家和企业高级工程师组成。先由项目组长介绍课题总体成果并主要回答协同过程中产生和解决的问题，其次再由项目组成员介绍本专业的设计情况，主要内容包括专业设计的概况、设计依据理论、设计操作软件、设计成果以及进一步改进措施和体会。对于一些牵涉跨专业交叉的技术问题，允许团队成员讨论并派代表回答[5]。通过联合答辩，充分考察了项目组成员对课题所涉及的理论知识和工程技能的掌握程度，同时也对整组的团队协作、集体精神、思维创新等作出了客观评价。

四、成果与推广价值

通过这次跨专业协同毕业设计实践教学改革，尝试了基于BIM数字化技术，把我校9个典型建筑形成了可视化三维模型，纳入云数据平台，做到了工程设计、建筑施工、工程造价、工程管理的全寿命信息共享，初步达到了“大数据”框架下，体现了“新工科”背景下建筑工程的数字化、精细化、全寿命之特点[1]，示例成果如图3所示。通过跨专业协同毕业设计，使我校土木类学生充分意识到了毕业后未来职业岗位中自己所扮演的角色以及如何协同、如何把BIM技术嵌入工程设计中取得了明显教学效果[2]。实现了基于BIM技术的专业协同，探究了跨专业协同毕业设计综合实训新模式，提高了综合毕业实训的教学效果，真实地实践了教育部“三全育人”，提高了师资队伍的时间指导水平。此成果获得福建省教学成果二等奖，在土木工程专业面向“新工科”改造，具有引领推广价值。

参考文献：

[1]李德海，孟琳，包怡红.本科毕业设计团队模式的构建[J].黑龍江教育（高教研究与评估），2014（12）：57-58.

[2]王世刚，姜淑凤，周成.地方高校本科毕业设计（论文）模式的改革与实践[J].中国校外教育，2012（6）：31-32.

[3]陈积光，李斌，童小龙，等.地方高校土建类应用型人才多维培养平台研究[J].当代教育理论与实践，2016（2）：151-154.

[4]纪松波.地方院校本科毕业设计指导模式的改革与实践[J].实训与实践探索，2013（4）：41-42.

[5]武鹤，张莉娟，马桂军，等.多学科团队式土建类专业毕业设计改革与实践[J].高等建筑教育，2014（1）：123-126.

[6]佘艳华，曾磊，黄文雄，等.工程教育认证标准下土建类专业毕业设计改革与实践[J].教育教学论坛，2018（5）：153-154.

[7]赵庆华，余璠璟，殷为民.基于BIM技术的跨专业综合毕业设计团队集成研究[J].中国建设教育，2017（6）：87-90.

[8]闫文赏，曹业启，张馨圆，等.普通本科院校土建类“多专业团队式”毕业设计模式的探索与实践[J].教育教学论坛，2018（32）：171-172.

基金项目：福建省教育厅新工科项目“基于智能建造土木工程专业人才培养模式创新改革”（闽教高〔2020〕4号）;福建省教育厅“绿色建筑施工与管理福建省高校工程研究中心”（闽教科[2017]13号）;福建省教育厅“基于智能建造土木工程专业人才培养模式创新改革”（教高厅函[2020]2号）

作者简介：朱永甫（1964-），男，汉族，浙江绍兴人，硕士研究生，副教授，副院长，研究方向：绿色建筑材料研究、教学改革与管理。