新工科背景下智能建造创新型人才培养探索与实践

梁小勇，靳静，赵全胜

（河北科技大学 建筑工程学院，河北石家庄 050018）

从2017 年开始，教育部通过新工科建设“三部曲”，即“复旦共识”“天大行动”“北京指南”，主动应对新一轮科技革命，助推传统工科专业改造升级。智能建造技术在我国土木行业发展中发挥了重要作用[1-4]。学生创新能力的培养往往体现在学科竞赛或者实验，然而，大部分工科院校举办的学科竞赛或开设的实验依然采用传统的知识体系，很少将专业的最新技术及科技前沿知识引入教学体系[5-6]。在新工科背景下，智能建造专业更契合社会发展的需要，能够在引入科技前沿知识的基础上，打造相关的实践课程，培养具有一定创新能力的专业技术人才，为推动建筑行业的发展提供有力保障[7-8]。因此，河北科技大学建筑工程学院的人才培养也应跟上技术发展的步伐，引入智能建造技术，打造创新型、开放型实验教学课程，突破传统工科工程实践内容的局限性，以更加直接的体验互动方式为学生呈现智能建造相关技术，为新工科人才培养提供创新途径。

在新工科背景下，本文提出智能建造专业人才信息与智能素养提升的路径，不但有利于实现面向新工科的土木类专业的改造升级，而且能培养满足京津冀一体化建设需求的复合型人才，为其他院校同类专业改造升级提供经验参考和方法借鉴。

1 智能建造专业课程开设现状

通过对69 所开设智能建造专业的高校进行调研，发现多数学校的课程设置都包括通识素质教育课程、实践教学课程和专业核心课程，其中专业核心课程以土木工程专业知识为主线，将工程管理、计算机信息技术和机械工程进行深度融合，形成多学科交叉的培养体系[9-12]。

从其中13 所“双一流”高校的课程设置来看，除了智能建造基本核心课程，还分别设置了智能设计、智能施工、智能运维方向课程，主要培养学生利用科学思维解决问题的基本能力和创新意识。从另外56 所非“双一流”高校的课程设置来看，大部分只有设计、施工或运维中的一个方向，体现多学科交叉培养体系。但是整体上受土木工程课程的限制，智能建造方面的基本理论和技能所占比重不大。智能建造专业是面向新一轮科技革命和产业变革，助力建筑业信息化、数字化、智能化，推动建筑行业长远发展的动力。因此，行业的变革需要促使高校从实际出发，以实践项目为依托，重视学生实践能力培养。从2017 年同济大学开设智能建造专业以来，一批重点高校也相继申请开设该专业并获批，专业点数量快速增长，迫切需要对智能建造专业实施针对性的课程改革，建立智能建造专业的课程体系[13-14]。

2 智能建造课程体系建立

2.1 明确教育目标

坚持立德树人根本任务，面向国家未来建设需要，培养德智体美劳全面发展、适应土木建筑业信息化、数字化和智能化发展的复合型应用技术人才，是智能建造专业人才培养的基本目标定位。因此，智能建造专业的教育目标为：按照工程技术人员职业道德要求，深入挖掘专业思政元素，进一步明确立德树人视域下智能建造专业培养目标，把个人素质、科学观等融入智能建造专业教学，发挥智能建造专业的育人功能，实现知识传授、能力培养和价值引领的有机统一。

2.2 多学科深度融合，构建理论课程教学体系

如何将传统的理论知识与机械工程、计算机信息技术、电气自动化、工程管理深度融合，是构建教学体系的难点。智能建造的核心为“建造”，即传统土木的理论知识；方法为“智能”，即与其他学科交融。因此，在把握智能建造人才培养目标的基础上，依据区域经济的需求和学校的特色，重构课程体系，推动课程内容的扩展和创新，极力打造包含智能化要素的综合模块知识体系，持续调整授课内容，形成通识教育平台、学科基础平台、专业教育平台、实践教学、创新创业与个性发展教育共5 个教学模块，具体如图1 所示。通识教育平台包含英语、思政课程、大学计算机等，与传统的课程体系差别不大；学科基础平台除了数学、自然科学外，增加了智能测量技术；专业教育平台、实践教学平台和创新创业与个性发展模块以BIM 技术、装配式建筑技术为特色，增设信息、电气、机械、工程管理等相关学科的课程。

图1 课程模块的构建

2.3 充分利用第二课堂，重构实践课程体系

在工程教育认证和智能建造时代背景下，重构实践课程体系势在必行。以工程实践能力培养为主线优化培养方案，增加智能实践环节（装配式房屋结构设计、BIM 虚拟设计），增加创新创业训练，将第二课堂融入实践教学体系，旨在培养学生的创新能力、职业技能，以满足经济社会发展对智能建造新工科人才的需求，如图2 所示。

图2 智能建造实践课程体系

2.4 构建多主体多维度的实践教学模式

高校以政府要求和行业、企业对人才的需求为导向，对人才培养目标、教学方法进行改革，构建多维度多主体的协同育人模式，如图3 所示。高校在充分理解政府政策的基础上，与企业和行业开展合作，共同育人。在此模式中，以学生为中心，随着时间的推移，育人主体也发生改变，如大一期间育人主体是学校，大四期间育人主体为企业、行业。

图3 多维度多主体的育人模式

智能建造的实践环节是对多学科交叉融合知识的具体运用，更强调实操性，“把智能产业搬进校园”是校企合作的重要环节，借助产业平台，构建实践教学平台。

3 智能建造方向专业人才创新实践能力培养

以建筑行业的发展趋势为依据，确定创新应用型工科人才的培养目标，明确智能建造专业学生的综合能力，建立课程设置与能力提升的明确对应关系。将BIM 技术（可参加全国三维数字创新大赛和全国高校BIM 毕业设计大赛）和3D 打印技术作为创新型、开放型实验教学课程，突破传统土木工程实践内容，为新工科人才培养提供创新途径。

3.1 BIM 技术实践能力培养

以实际工程项目为依托，通过Revit、Bentley 等软件进行三维建模。学生在设计阶段，可以对节能、热能传导等进行模拟实验，从而使建筑物达到节能环保的目的；在招投标和施工阶段，可以根据已编制的施工组织设计进行模拟，从而确定最优的施工方案，同时对土建、安装进行碰撞检查，确定施工关键线路和最佳施工工期，减少施工成本；在运维阶段，可以模拟应急状态下的处理方式。

3.2 3D 打印技术实践能力培养

对于土木工程建设中涉及的土木工程材料（普通混凝土、地质聚合物、沥青混凝土等），学生通过掺入混合料或优化配比设计改变其性能，应用智能建造技术，通过智能化空间打印，减少成本，加快工程进度。

学生在熔融沉积成型FDM 和混凝土3D 打印两种3D 打印工艺方面进行了实践锻炼。通过3D 打印实践锻炼，理论联系实践，学生不仅对3D 打印工艺及相关技术有了更充分的认识和理解，也提高了操作能力，培养了专业创新思维和意识。

尤其在混凝土3D 打印工艺实践环节，通过理论学习和实践操作，学生意识到专业学习与创新学习的重要性，对混凝土3D 打印材料的配合比设计、凝结时间、打印特性、粘聚性、成型质量和控制等方面有了更为深入的理解和体会，通过观察混凝土3D 打印流程的构件成型质量控制，充分认识混凝土3D 打印的优缺点和混凝土3D 打印材料创新研究的重要性，增强了创新意识。

4 结语

在新工科背景下，为顺应土木工程专业技术的智能化发展需要，本文开展了土木工程专业智能建造方向课程体系建设研究，通过重构理论课程教学体系，多学科深度融合，构建多主体多维度的实践教学模式，开设智能建造新工科实验班，举办国外智能建造专家讲座报告及实践教学活动，开展3D 打印技术及新材料研发的实践训练。智能建造实验班能够培养服务于地方经济建设的新工科人才和智能建造领军人才。