智能建造背景下土木工程专业课程体系改革探索

宋克志 苑宏宪 邓建俊

［摘 要］ 随着经济社会的发展和工程建造活动的日趋复杂，基建行业亟须转型升级。基于现代信息与智能技术的工程建造，对工程建设者的知识结构与能力素养提出了新要求，对高校土木工程专业人才培养带来了新的挑战。通过分析智能建造对新技术的需求及对毕业生能力与素质的要求，从地方高校人才培养定位与目标出发，基于相关学科专业的交叉与融合，提出了智能建造背景下土木工程专业课程体系构建策略与实施路径，对原有土木工程专业课程体系的改革与培养智能方向的复合型、应用型人才，具有一定的借鉴意义。

［关键词］ 行业需求；土木工程；智能建造；课程体系改革

［基金项目］ 2020年度教育部第二批新工科研究与实践项目“智能建造背景下地方高校土木工程专业课程体系改革与实践”（E-TMJZSLHY20202133）；2021年度山东省本科教学改革重点项目“智能建造背景下地方高校土木工程专业课程体系改革与实践”（Z2020090）；2019年度山东省专业学位研究生教学案例库建设项目“地下工程设计与施工”（SDYAL19071）

［作者简介］ 宋克志（1970—），男，山东济宁人，博士，鲁东大学土木工程学院教授，主要从事隧道与地下工程研究；苑宏宪（1979—），男，山东菏泽人，博士，鲁东大学土木工程学院讲师，主要从事建筑项目管理与智能建造研究；邓建俊（1973—），女，山东东营人，学士，鲁东大学土木工程学院实验师，主要从事实验管理研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A［文章编号］ 1674-9324（2023）37-0076-04 ［收稿日期］ 2022-11-01

引言

过去三十多年，我国的建筑、公路、铁路、桥梁、隧道、市政等基础设施建设取得了巨大成就。在工程建造领域，我国重大工程建造总体上已达到国际先进水平，但经济社会发展的新需求使得工程建造活动日趋复杂，基建行业亟待转型升级。因此，要推进互联网、大数据、人工智能等同实体经济的深度融合，做大、做强数字经济［1］。2020年初，国家密集部署新基建，努力在高新技术和战略性新兴领域建设集约高效、经济适用、智能绿色、安全可靠的现代化基础设施体系。以新发展理念为引领，以技术创新为驱动，以信息网络为基础的新基建，为高质量发展需要提供数字化转型、智能化升级、融合创新等服务的基础设施建设体系和运维体系。信息化与智能化的潮流及人口老龄化带来的劳动力不足，正在催生新一轮的基建产业革命。

当前，我国智能建造技术仍面临深度不足、系统实力不足、专业能力不足等问题，智能建造人才的数量和知识结构无法满足我国经济的快速发展，智能建筑专业化复合型领军人才明显短缺，制约了我国智能建造的快速发展［2］。目前，我国有500多所高校开设土木工程专业，基于智能建造对新技术的需求与对毕业生的要求，对传统土木工程专业课程体系进行改造与升级是培养智能建造所需人才的基本需求和重要途径。因此，迫切需要针对智能建造技术知识体系的特点和人才专业属性及其培养模式，对传统土木工程专业实施针对性的升级改造，从而培养更多的智能建造技术人才。

一、智能建造对新技术的需求与对毕业生的要求

（一）智能建造对新技术的需求

1.数字孪生技术。数字孪生是虚拟与现实之间的双向映射、动态交互、实时连接，是与物理世界相对应的数字表示，目的是形成与实物资产相对应的数字资产，从而实现资产价值的增值。

2.数字主线技术。数字孪生是一个动态过程。在实际项目建设之前和建设过程中，应建立动态数字结对，通过动态数字孪生模型优化和指导实际项目的建设，即数字主线技术。

3.模型定义工程产品。建筑设计是一种形式逻辑的表达，与形式逻辑相对应的是数理逻辑。找到数理逻辑规律，就可采用模型定义工程产品。

4.智能感知技术。通过综合应用云计算、大数据、物联网、移动技术和智能设备等信息技术手段，以施工现场管理为重点，紧紧围绕“人机材料法”与以智能信息采集为特色的三维施工现场信息网络等关键要素，建立高效的管理协调、科学的数据分析和精确的过程控制，实现现场的智能化管理。

5.工程中由大数据驱动的智能决策。综合利用工程环境数据、工程工艺数据、工程要素数据、工程产品数据等，通过大数据的管理和分析，帮助企业准确把握市场需求变化，提高产品设计、生产效率及供应链的灵活性和准确性，提高施工管理水平，帮助业主提高运营能力和维护能力。

6.自动化、智能化施工设备及其控制。高效利用建筑机器人等自动化、智能化工程机械设备，有效替代人工，进行安全、高效、精确的建筑部件的生产和施工作业。

（二）智能建造对毕业生的要求

智能建造背景下，土木工程毕业生应获得以下几方面的知识和能力：（1）能够将数学、自然科学和工程科学的基本原理与方法用于解决智能设计、智能施工、智能运維等复杂工程问题。（2）能够基于科学原理并采用科学的方法对智能建造系统进行开发、应用、研究，包括一定的程序编程与开发、硬件与网络集成、分析与解释数据能力，并通过实验验证方法驱动智能建造系统完成建造活动。（3）在机器学习与数据挖掘、智能系统与应用等方面具有较强的技术开发与组织管理能力，具有在多学科团队中发挥作用的能力。（4）能够理解和评价智能建造工程实践对环境、社会可持续发展的影响，并能够考虑法律、健康、安全、文化、社会及环境等因素。（5）具有人文社会科学素养及社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。（6）能够就复杂工程建造问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令；并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。（7）理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。（8）具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。

二、智能建造背景下土木工程专业课程体系构建策略

（一）人才培养定位与目标

发展智能建造专业或对传统土木工程专业进行升级改造，培养单位应开设土木、机械、信息、计算机、电子、电气、自动化等学科专业，具备发展智能建造专业的师资和其他条件［3］。

智能建造背景下土木工程专业的定位与培养目标为：针对地方高校服务地方经济发展的定位，培养面向未来科技与工程发展，适应省、市发展战略和建设需求，德智体美劳全面发展，具有人工智能与土木工程学科扎实基础知识，综合能力突出、科学与人文素养深厚，具备智能建造研究应用能力、工程实践能力、团队协作能力、创新意识和国际视野，能在智能建造领域从事智能设计、智能施工、智能运维等工作的高素质应用型复合人才。

（二）课程体系构建策略

智能建造是基于科学而非仅凭经验的制造，科学知识是智能化的基础。智能建造行业复杂的工作环境对专业知识储备提出了更高要求：知识体系必须完整，割裂不成体系的知识将难以实现相互交叉和迁移；同时在智能建造领域，人的角色定位由操作者、执行者转变为规划者、决策者，需要扎实的技术理论知识为基础，以确保分析、判断和决策过程的科学性。因而，智能建造新工科人才培养必须以系统的专业知识为基础，同时应重新审视智能建造相关专业和课程的边界，促进物联网、大数据、人工智能等与传统的土木工程、机械、自动化、电气工程、机电一体化等专业知识有機融合，以构建复合融通的系统知识体系，使学生具备多学科交叉的意识，养成在多学科空间观察、思考问题的习惯。相关学科专业对智能建造的支撑如图1所示。

智能建造的特征，在于其勘察、规划、设计、施工、运维均运用了信息化、数字化、可视化、自动化的技术手段，在于其集成了构件的制备—运输—安装的完整技术流程。因此，传统土木工程专业向智能建造方向发展，要坚持以土木工程为核心，以土木工程、机械工程为骨干学科，以工程力学和工程数学（统计、数据挖掘）为学科基础，并融合信息、计算机、管理等学科的知识。应在“工程制图”“工程力学”“工程材料”“工程地质”“工程结构设计”“工程施工”等基本课程的基础上，增设融合装配式工程施工、机械原理与控制工程、数字化设计、系统工程与集成工程建设等方面的基础理论和基本知识，学生需要具备传统土木工程学科知识，以及在项目规划、设计、研究开发、施工、管理及运维等领域运用数字化设计及数据驱动的能力。因此，智能建造方向的土木工程专业升级改造，应考虑在传统土木工程专业人才培养方案的基础上，加强土木工程与机械、自动化、信息与计算机等学科的交叉和融合，即在新课程体系构建过程中，应考虑加入机械、自动化、信息、计算机、大数据分析等方面的专业知识，但同时不能过多增加原有人才培养方案的学时和学分，要注重优化课程体系，加强对原有课程知识的更新及有机融合［4］。智能建造背景下的土木工程专业课程体系构建策略如图2和图3所示。

结语

发展智能建造，推动基建行业的深刻变革，是复杂而艰巨的历史性工程，对于持续推动我国工程建造高质量发展、迈向建造强国具有决定性意义。培养智能建造创新型工程科技人才是实现这一目标的重要保障和战略关键。本文从地方高校人才培养定位与目标出发，基于相关学科专业的交叉与融合分析，提出了智能建造背景下土木工程专业课程体系构建策略与实施路径。对培养适应建筑产业变革需要的复合型、应用型智能建造工程科技专业人才，具有一定的借鉴意义。

参考文献

［1］杨若凡，刘军，李晓军.多方协同开展智能制造新工科人才培养的思考与实践［J］.高等工程教育研究，2018（5）：30-34.

［2］丁烈云.智能建造创新型工程科技人才培养的思考［J］.高等工程教育研究，2019（5）：1-5.

［3］刘世平，骆汉宾，孙峻，等.关于智能建造本科专业实践教学方案设计的思考［J］.高等工程教育研究，2021（1）：30-34.

［4］杜彦斌，杜力.智能制造与服务特色学科专业群建设思路探讨［J］.中国现代教育装备，2018（3）：23-25.

Exploration on the Reform of Civil Engineering Curriculum System under the Background of

Intelligent Construction

SONG Ke-zhi， YUAN Hong-xian， DENG Jian-jun

（School of Civil Engineering， Ludong University， Yantai， Shandong 264025， China）

Abstract： With the development of economy and society and the increasing complexity of engineering construction activities， the infrastructure industry is in urgent need of transformation and upgrading. For engineering builders， new requirements for the knowledge structure， ability and attainment are raised， due to engineering construction based on modern information and intelligent technology. It also brings new challenges to the training of civil engineering professionals in colleges and universities. The demand of intelligent construction for new technology and the ability and quality of graduates are analyzed. Considering the intersection and integration of related disciplines， the orientation and goal of talent training in local colleges and universities are analyzed. Then the constitute strategy and implementation path of civil engineering curriculum system are proposed under the background of intelligent construction. It has a certain reference significance for the reform of the original curriculum system of civil engineering and the training of compound and applied talents with intelligent direction.

Key words： industry demand; civil engineering; intelligent construction; reform of curriculum system