梁小勇，靳靜，趙全勝

（河北科技大學(xué) 建筑工程學(xué)院，河北石家莊 050018）

從2017 年開始，教育部通過新工科建設(shè)“三部曲”，即“復(fù)旦共識”“天大行動”“北京指南”，主動應(yīng)對新一輪科技革命，助推傳統(tǒng)工科專業(yè)改造升級。智能建造技術(shù)在我國土木行業(yè)發(fā)展中發(fā)揮了重要作用[1-4]。學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)往往體現(xiàn)在學(xué)科競賽或者實驗，然而，大部分工科院校舉辦的學(xué)科競賽或開設(shè)的實驗依然采用傳統(tǒng)的知識體系，很少將專業(yè)的最新技術(shù)及科技前沿知識引入教學(xué)體系[5-6]。在新工科背景下，智能建造專業(yè)更契合社會發(fā)展的需要，能夠在引入科技前沿知識的基礎(chǔ)上，打造相關(guān)的實踐課程，培養(yǎng)具有一定創(chuàng)新能力的專業(yè)技術(shù)人才，為推動建筑行業(yè)的發(fā)展提供有力保障[7-8]。因此，河北科技大學(xué)建筑工程學(xué)院的人才培養(yǎng)也應(yīng)跟上技術(shù)發(fā)展的步伐，引入智能建造技術(shù)，打造創(chuàng)新型、開放型實驗教學(xué)課程，突破傳統(tǒng)工科工程實踐內(nèi)容的局限性，以更加直接的體驗互動方式為學(xué)生呈現(xiàn)智能建造相關(guān)技術(shù)，為新工科人才培養(yǎng)提供創(chuàng)新途徑。

在新工科背景下，本文提出智能建造專業(yè)人才信息與智能素養(yǎng)提升的路徑，不但有利于實現(xiàn)面向新工科的土木類專業(yè)的改造升級，而且能培養(yǎng)滿足京津冀一體化建設(shè)需求的復(fù)合型人才，為其他院校同類專業(yè)改造升級提供經(jīng)驗參考和方法借鑒。

1 智能建造專業(yè)課程開設(shè)現(xiàn)狀

通過對69 所開設(shè)智能建造專業(yè)的高校進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)多數(shù)學(xué)校的課程設(shè)置都包括通識素質(zhì)教育課程、實踐教學(xué)課程和專業(yè)核心課程，其中專業(yè)核心課程以土木工程專業(yè)知識為主線，將工程管理、計算機(jī)信息技術(shù)和機(jī)械工程進(jìn)行深度融合，形成多學(xué)科交叉的培養(yǎng)體系[9-12]。

從其中13 所“雙一流”高校的課程設(shè)置來看，除了智能建造基本核心課程，還分別設(shè)置了智能設(shè)計、智能施工、智能運維方向課程，主要培養(yǎng)學(xué)生利用科學(xué)思維解決問題的基本能力和創(chuàng)新意識。從另外56 所非“雙一流”高校的課程設(shè)置來看，大部分只有設(shè)計、施工或運維中的一個方向，體現(xiàn)多學(xué)科交叉培養(yǎng)體系。但是整體上受土木工程課程的限制，智能建造方面的基本理論和技能所占比重不大。智能建造專業(yè)是面向新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，助力建筑業(yè)信息化、數(shù)字化、智能化，推動建筑行業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展的動力。因此，行業(yè)的變革需要促使高校從實際出發(fā)，以實踐項目為依托，重視學(xué)生實踐能力培養(yǎng)。從2017 年同濟(jì)大學(xué)開設(shè)智能建造專業(yè)以來，一批重點高校也相繼申請開設(shè)該專業(yè)并獲批，專業(yè)點數(shù)量快速增長，迫切需要對智能建造專業(yè)實施針對性的課程改革，建立智能建造專業(yè)的課程體系[13-14]。

2 智能建造課程體系建立

2.1 明確教育目標(biāo)

堅持立德樹人根本任務(wù)，面向國家未來建設(shè)需要，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展、適應(yīng)土木建筑業(yè)信息化、數(shù)字化和智能化發(fā)展的復(fù)合型應(yīng)用技術(shù)人才，是智能建造專業(yè)人才培養(yǎng)的基本目標(biāo)定位。因此，智能建造專業(yè)的教育目標(biāo)為：按照工程技術(shù)人員職業(yè)道德要求，深入挖掘?qū)I(yè)思政元素，進(jìn)一步明確立德樹人視域下智能建造專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，把個人素質(zhì)、科學(xué)觀等融入智能建造專業(yè)教學(xué)，發(fā)揮智能建造專業(yè)的育人功能，實現(xiàn)知識傳授、能力培養(yǎng)和價值引領(lǐng)的有機(jī)統(tǒng)一。

2.2 多學(xué)科深度融合，構(gòu)建理論課程教學(xué)體系

如何將傳統(tǒng)的理論知識與機(jī)械工程、計算機(jī)信息技術(shù)、電氣自動化、工程管理深度融合，是構(gòu)建教學(xué)體系的難點。智能建造的核心為“建造”，即傳統(tǒng)土木的理論知識；方法為“智能”，即與其他學(xué)科交融。因此，在把握智能建造人才培養(yǎng)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，依據(jù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的需求和學(xué)校的特色，重構(gòu)課程體系，推動課程內(nèi)容的擴(kuò)展和創(chuàng)新，極力打造包含智能化要素的綜合模塊知識體系，持續(xù)調(diào)整授課內(nèi)容，形成通識教育平臺、學(xué)科基礎(chǔ)平臺、專業(yè)教育平臺、實踐教學(xué)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)與個性發(fā)展教育共5 個教學(xué)模塊，具體如圖1 所示。通識教育平臺包含英語、思政課程、大學(xué)計算機(jī)等，與傳統(tǒng)的課程體系差別不大；學(xué)科基礎(chǔ)平臺除了數(shù)學(xué)、自然科學(xué)外，增加了智能測量技術(shù)；專業(yè)教育平臺、實踐教學(xué)平臺和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)與個性發(fā)展模塊以BIM 技術(shù)、裝配式建筑技術(shù)為特色，增設(shè)信息、電氣、機(jī)械、工程管理等相關(guān)學(xué)科的課程。

圖1 課程模塊的構(gòu)建

2.3 充分利用第二課堂，重構(gòu)實踐課程體系

在工程教育認(rèn)證和智能建造時代背景下，重構(gòu)實踐課程體系勢在必行。以工程實踐能力培養(yǎng)為主線優(yōu)化培養(yǎng)方案，增加智能實踐環(huán)節(jié)（裝配式房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計、BIM 虛擬設(shè)計），增加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練，將第二課堂融入實踐教學(xué)體系，旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、職業(yè)技能，以滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對智能建造新工科人才的需求，如圖2 所示。

圖2 智能建造實踐課程體系

2.4 構(gòu)建多主體多維度的實踐教學(xué)模式

高校以政府要求和行業(yè)、企業(yè)對人才的需求為導(dǎo)向，對人才培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)方法進(jìn)行改革，構(gòu)建多維度多主體的協(xié)同育人模式，如圖3 所示。高校在充分理解政府政策的基礎(chǔ)上，與企業(yè)和行業(yè)開展合作，共同育人。在此模式中，以學(xué)生為中心，隨著時間的推移，育人主體也發(fā)生改變，如大一期間育人主體是學(xué)校，大四期間育人主體為企業(yè)、行業(yè)。

圖3 多維度多主體的育人模式

智能建造的實踐環(huán)節(jié)是對多學(xué)科交叉融合知識的具體運用，更強(qiáng)調(diào)實操性，“把智能產(chǎn)業(yè)搬進(jìn)校園”是校企合作的重要環(huán)節(jié)，借助產(chǎn)業(yè)平臺，構(gòu)建實踐教學(xué)平臺。

3 智能建造方向?qū)I(yè)人才創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)

以建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢為依據(jù)，確定創(chuàng)新應(yīng)用型工科人才的培養(yǎng)目標(biāo)，明確智能建造專業(yè)學(xué)生的綜合能力，建立課程設(shè)置與能力提升的明確對應(yīng)關(guān)系。將BIM 技術(shù)（可參加全國三維數(shù)字創(chuàng)新大賽和全國高校BIM 畢業(yè)設(shè)計大賽）和3D 打印技術(shù)作為創(chuàng)新型、開放型實驗教學(xué)課程，突破傳統(tǒng)土木工程實踐內(nèi)容，為新工科人才培養(yǎng)提供創(chuàng)新途徑。

3.1 BIM 技術(shù)實踐能力培養(yǎng)

以實際工程項目為依托，通過Revit、Bentley 等軟件進(jìn)行三維建模。學(xué)生在設(shè)計階段，可以對節(jié)能、熱能傳導(dǎo)等進(jìn)行模擬實驗，從而使建筑物達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的；在招投標(biāo)和施工階段，可以根據(jù)已編制的施工組織設(shè)計進(jìn)行模擬，從而確定最優(yōu)的施工方案，同時對土建、安裝進(jìn)行碰撞檢查，確定施工關(guān)鍵線路和最佳施工工期，減少施工成本；在運維階段，可以模擬應(yīng)急狀態(tài)下的處理方式。

3.2 3D 打印技術(shù)實踐能力培養(yǎng)

對于土木工程建設(shè)中涉及的土木工程材料（普通混凝土、地質(zhì)聚合物、瀝青混凝土等），學(xué)生通過摻入混合料或優(yōu)化配比設(shè)計改變其性能，應(yīng)用智能建造技術(shù)，通過智能化空間打印，減少成本，加快工程進(jìn)度。

學(xué)生在熔融沉積成型FDM 和混凝土3D 打印兩種3D 打印工藝方面進(jìn)行了實踐鍛煉。通過3D 打印實踐鍛煉，理論聯(lián)系實踐，學(xué)生不僅對3D 打印工藝及相關(guān)技術(shù)有了更充分的認(rèn)識和理解，也提高了操作能力，培養(yǎng)了專業(yè)創(chuàng)新思維和意識。

尤其在混凝土3D 打印工藝實踐環(huán)節(jié)，通過理論學(xué)習(xí)和實踐操作，學(xué)生意識到專業(yè)學(xué)習(xí)與創(chuàng)新學(xué)習(xí)的重要性，對混凝土3D 打印材料的配合比設(shè)計、凝結(jié)時間、打印特性、粘聚性、成型質(zhì)量和控制等方面有了更為深入的理解和體會，通過觀察混凝土3D 打印流程的構(gòu)件成型質(zhì)量控制，充分認(rèn)識混凝土3D 打印的優(yōu)缺點和混凝土3D 打印材料創(chuàng)新研究的重要性，增強(qiáng)了創(chuàng)新意識。

4 結(jié)語

在新工科背景下，為順應(yīng)土木工程專業(yè)技術(shù)的智能化發(fā)展需要，本文開展了土木工程專業(yè)智能建造方向課程體系建設(shè)研究，通過重構(gòu)理論課程教學(xué)體系，多學(xué)科深度融合，構(gòu)建多主體多維度的實踐教學(xué)模式，開設(shè)智能建造新工科實驗班，舉辦國外智能建造專家講座報告及實踐教學(xué)活動，開展3D 打印技術(shù)及新材料研發(fā)的實踐訓(xùn)練。智能建造實驗班能夠培養(yǎng)服務(wù)于地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)的新工科人才和智能建造領(lǐng)軍人才。