“人工智能+”融入城乡规划专业课程体系研究

刘海静 郭一江

关键词：人工智能；城乡规划；课程体系

0 引言

2018年，教育部出台《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》，指出“构建全方位全过程深融合的协同育人新机制”，提出“推进校企深度融合，加快发展‘新工科，探索以推动创新与产业发展为导向的工程教育新模式”，切实做好高水平本科教育建设工作的要求，围绕高水平本科教育建设，加大政策支持力度，制定“六卓越一拔尖”计划2.0[1]。通过计划2.0的实施，将引导高校全面优化专业结构，深化专业综合改革，激发学生学习兴趣和潜能，让学生忙起来、让教学活起来、让管理严起来，全面振兴本科教育，提高人才培养质量。

当前第四次科技革命和产业变革正在席卷全球，人工智能技术的迅猛发展，社会企业对于人才素质能力、技术能力的需求日趋旺盛，这为高校专业人才的培养提出的新的要求和考验。“新工科”建设目标任务的适时提出，为城乡规划专业未来培养什么样的人才，怎么培养人才等核心问题提供了思路，明确了方向，也为下一阶段我国人才战略的实施奠定了扎实的基础。与此同时，受限于专业传统培养模式的限制，城乡规划专业课程体系仍然参照《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》中相关要求设置，未对当前“人工智能”进行积极响应，大部分课程中没有将人工智能与专业知识进行有效结合并在课堂教育中予以展示，同时，还存在教材更新较慢、理论知识与社会实践脱节严重、教学方式落后等问题，因此，在人工智能背景下，如何提升城乡规划专业“抗风险”能力，培养适合社会经济发展需求的高素质人才已经成为当前城乡规划专业课程体系改革的迫切问题。

1 人工智能背景下课程体系改革的必要性

1.1 新兴技术的出现

2017年，国务院印发了《新一代人工智能发展规划》，提出了以人工智能“推进城市规划、建设、管理、运营全生命周期智能化”的要求。发展至今，以国土空间规划为核心内容的城乡规划已提出如“智慧城市”“数字乡村”等充分融合了大数据、BIM、物联网等人工智能技术，同时也在深度学习领域不断探索，拓宽了城乡规划的广度和深度，并为未来城乡规划的“人工智能+”奠定了扎实的基础[2]。

1.2 城乡规划专业的转型升级

人工智能与数据时代的大背景要求从事城乡规划相关业务的设计师除了掌握城乡规划基础软件之外还应了解甚至掌握数据扒取、数据分析以及相关编程的新知识。同时为应对人工智能对行业的新要求，在人工智能开始广泛应用于城市生活生产和城市管理时，行政主管部门和城乡规划设计单位也在积极响应社会发生的变化，相继成立了以大数据分析处理和服务城乡的智慧化信息中心。同时国土规划强调“多规合一”地对空间数据进行统计分析，通过数字化、图形化、结构化和集成化的技术手段，将规划相关地理信息数据、统计数据和规划空间数据统一纳入公共信息平台，使各相关规划统一数据基础，统一绘制底图，实现“多规合一”的技术破冰。

1.3 跨学科融合发展

城乡规划专业知识体系本就融合了建筑学、地理学、社会学、环境科学、经济学等内容，在当前人工智能发展日新月异的社会，规划技术也在迭代更新，Py?thon、BIM、AIGC等其他领域软件已经开始应用在规划设计过程中，伴随着人工智能快速发展，高校众多工科专业提出以数字化设计为突破方向，这类以人机交互使用的数字技术工具成为高校专业融合发展的桥梁，同时也为通过对相对完整、系统可靠的多源信息集取、分析、综合和集成，采用数字化的设计方法，实现城乡空间的智能化，也为科学地管控城乡发展提供了可能。

2 人工智能背景下的课程体系研究

2.1 新工科背景下城乡规划专业发展目标和定位

在当前科技革命和产业革命变革的时代，为支撑服务创新驱动发展，培养高素质人才队伍，教育部制定了“新工科”建设行动方案，要求将新型科学技术与产业需求相衔接，与教育教学深度融合，推动传统工科专业教学改革，而在传统工科专业教育中，实践教学占据了十分重要的地位，尤其是城乡规划专业中，实践课程直接关系学生后续的发展状态，因此更应该注重学生的动手能力培养。与此同时，城乡规划专业绘图属实决定了人才培养体系中实践能力的重要性，着力培养“应用型”人才的迫切需求。

全国城镇化发展逐步进入下半场，城乡规划发展由强调“量”的粗放式发展，转变为“质”“量”并重的内涵式提升，即只关注开发建设向开发建设兼顾生态本底控制的环境资源规划转变。国土空间治理、生态与环境保护、历史文化保护等注重内涵式的发展成为城乡绿色发展的核心诉求。由此带来机构改革、自然资源部的成立。城乡规划的管理由住房与城乡建设部调整到自然资源部，传统空间规划转变为空间治理，城乡规划的作用上升到国家高度，规划工作由传统技术型工作转向技术与治理政策研究制定的结合。

2.2 人工智能课程的设置

随着创新規划类型的不断出现，未来的规划设计将会尤其注重规划的结果到注重方法、研究、科学合理性的转变，规划方案设计已不再是唯一核心的环节，与以往接到任务就开展方案设计不同，在此之前需要开展一系列信息采集、数据分析及研究、策划等，需要运用更多现代方法技术。工作方法已经从传统的描述性规划转向借助大数据信息平台、环境分析、虚拟现实、云计算技术及类似GIS、BIM等一系列的量化分析软件进行规划设计，为规划研究提供了足够的依据，极大地提升了规划合理性和科学性。为更好融入人工智能这一发展趋势，在2023版人才培养方案中。增加了人工智能相关的课程以配合专业课程学习的延伸和应用，同时也为学生跨专业学习奠定了基础。在培养方案中涉及的基础类人工智能的课程有模式识别与机器学习、BIM技术原理及Revit建模、GIS 原理与应用。其中模式识别与机器学习的学习为学生在下一阶段深入了解人工智能奠定了理论基础；BIM技术原理及Revit建模则是为城乡规划专业与其他专业的集群提供了可能和通道；GIS原理与应用的内容满足了当前国土空间规划建设国土空间基础信息平台和国土空间规划“一张图”实施监督信息系统的技术需求。人工智能相关课程的开设为下一阶段学生学习专业知识，实现人工智能与专业知识的融合提供了可能[3]。

2.3 传统课程融合人工智能技术

除在修订的人才培养方案中加入人工智能相关课程外，针对城乡规划专业传统课程与人工智能的结合也在同步推进，将传统的城乡规划课程与人工智能相结合，可以有助于推动城乡规划的创新与发展，按照《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》要求，结合学校发展定位和人才培养目标，城乡专业开设的核心课程有中外城市规划史与建设史、城市总体规划与乡镇规划和城乡规划原理等课程，结合课程内容，主要从以下几个人工智能方向进行融合。

2.3.1 数据分析与预测

在城乡规划领域中，通过将城乡规划相关数据进行大数据分析，可以发现城市发展的规划和城市各要素的关联性，为城市规划的实施提供科学支持。在城乡道路与交通设施规划、城乡基础设施规划和城乡控制性详细规划课程中可用的数据通常包括人口分布、建筑物质量、道路和交通状况、环境质量、能源利用、土地用途等各个方面。在传统规划设计中，需要设计者通过数据采集并将数据输入至电脑中进行分析，受限于设计师的知识水平分析的结果往往带有主观性和片面性，而通过人工智能技术，我们可以快速地处理和分析这些大量的数据，从而得出更加准确的结果，大大节约了人工成本和时间成本。例如，使用机器学习算法对城市交通流量进行预测，可以帮助规划师更好地理解交通拥堵、道路通行能力等问题，从而制定更合理的长期交通规划；运用深度学习技术对城市空气质量数据进行分析，可以预测空气污染的程度，从而帮助政府和企业制定相应的环保策略。此外，通过多源数据的融合和交叉验证，我们也可以提高数据分析和预测的精度和可靠性。例如，运用城市地图数据、舆情数据、传感器数据、人口数据等多种数据源进行交叉分析和挖掘，可以更加全面地了解城市各方面的情况，制定更合理的规划和决策[4]。

随着数据量不断增加，人工智能技术应用在城乡规划设计中的优势将日渐明显，课程中对于人工智能技术的依赖程度也将越来越高，融入人工智能技术，改变授课方式及学生实践方式将势在必行。

2.3.2 智能模型与仿真

传统控制性详细规划和城市总体规划方案以二维的形态展现在公众面前，判断其是否符合预期需要城市较长时间的建设实践，可逆性较差；智能模型是利用人工智能技术构建的城市规划模型，这些模型可以模拟城市的各种要素，例如人口分布、交通流动、建筑物分布等，以及相关的空间、经济、社会等条件。通过模型的建立和参数调整，可以根据不同的规划要求和目标，生成不同的城市规划方案。

仿真是利用智能模型和计算机技术进行的虚拟实验，用于模拟各种城市规划方案在不同条件下的效果和影响。通过仿真，规划师和决策者可以观察城市规划方案的潜在结果，包括交通流量、能源利用、环境影响等方面。通过不断调整和优化方案，可以找到最佳的解决方案，减少规划决策的盲目性和不确定性。

通过规划方案在不同条件下的效果，可以更好地评估和优化城市规划方案，减少规划决策的风险和成本，可以帮助规划师和决策者做出更准确的决策，智能模型与仿真技术的应用可以帮助规划师和决策者更好地理解和评估不同的城市规划方案，从而确保规划的合理性和可行性。同时，通过虚拟实验，可以减少对实际城市进行试验的成本和风险，提高规划效率和效果，也为学生课程设计的改进提供了数据支撑。

2.3.3 可视化与交互设计

在传统课程教学过程中，学生在进行课程作业设计时，设计方案均较为理想化，方案的可实施性和落地性往往较差。通过虚拟现实（VR） 和增强现实（AR） 技术，可以让人身临其境地体验城市规划方案落地后产生的各种影响，为教师在评价学生成果优缺点提供数据支撑。可视化是通过计算机图像技术构建城市模型、场景和效果的过程，目的是更好地展示、交流和理解城市规划方案。可视化工具可以将城市规划方案以空间三维模型、虚拟现实或漫游的方式展示出来，使规划师和决策者能够直观地感受方案的效果和影响。交互设计则是针对城市规划软件系统的設计和开发，着眼于用户体验和操作便利性。交互设计可以通过设计简洁、直观的用户界面、制定良好的交互逻辑和流程，帮助师生更好地使用城市规划软件系统，完成课程规划过程中的各种交互操作和分析。例如，可以利用虚拟实境技术模拟不同规划方案的效果，如建筑物高度、交通流量、太阳投影等，以及模拟特定时间段内人口和人流变化等情况。这些可视化和交互信息能够更直观地为规划决策提供支持与帮助[5]。

3 结论

通过将人工智能与城乡规划专业课程进行融合，在城乡规划专业下一阶段人才培养中解决了传统城乡规划专业课程教学方式单一的弊端，对城乡规划专业新课程体系的建立有着积极的促进作用，形成了全新的“人工智能+”的教学模式，通过加强人工智能在课程教学中的比重，可以适时地对学生设计方案进行反馈，有效增强了学生作品的交互性和可视性，有利于学生培养成为具有较强设计能力和创新型思维的“新工科”应用型人才，本次探索也将为其他学校城乡规划专业与人工智能结合提供实践案例和参考。