
摘要:在国家大力推动“智能建造”的背景下,全国许多院校申请成立智能建造专业或开设智能建造实验班,但是目前我国的智能建造人才培养还处于探索阶段,还没有形成适合各类院校的模式和经验。作为地方高校,能够申请成立智能建造专业的院校很有限,为满足国家现代化建设需求,许多地方高校选择成立智能建造实验班。华北理工大学在2020年成立实验班,根据行业对人才的需求,依托校企深度合作,经过探索和实践总结出一种培养智能建造创新人才的新模式,以期为同类院校提供参考和借鉴。
在过去的三十多年里,我国在工程建造领域取得了巨大成就。根据阿卡迪全球建筑资产财富指数,我国建筑资产规模已在2015年超过美国成为全球建筑规模最大的国家[1]。尽管我国成为了建造大国,但还不是建造强国。碎片化、粗放式的建造方式带来一系列问题。同时,社会经济发展的新需求使得工程建造活动日趋复杂,建筑行业亟待转型升级。目前,以物联网、大数据、云计算和人工智能为代表的新一代信息技术,正在催生新一轮的产业革命[2]。
建筑工程领域作为实现国家“双碳”目标的主战场之一,在国家与行业的共同推动下,绿色建筑智能建造已经成为该领域绿色低碳转型发展的主要方向。2020年7月,住房和城乡建设部等13部门联合印发《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》,力推智能建造与新型建筑工业化协同发展。2021年3月,“发展智能建造”纳入国家“十四五”规划纲要。2022年1月,全国住房和城乡建设工作会议将推动智能建造与新型建筑工业化协同发展作为建筑业转型升级的重点工作之一。
智能建造一方面指的是在传统土木工程专业的基础上,融合了大数据、人工智能、物联网等新技术发展而来的新兴学科[2],它涵盖了建筑的全生命周期,因此涉及多个子体系(建筑体系、结构体系、施工和装备体系、运维和管理体系等)[3]。另一方面,智能建造是指新一代工程建造创新模式,可以实现数字链驱动下的工程立项策划、规划设计、施(加)工生产、运维服务一体化集成与高效率协同,不断拓展工程建造价值链、改造产业结构形态,向用户交付以人为本、绿色可持续的智能化工程产品与服务[2]。
随着国家在土木工程行业大力推广节能减排技术,各行各业急需智能建造技术人才。智能建造的人才培养更强调实用性、交叉性与综合性,尤其注重信息通信、机器人控制和软件设计等新技术与传统工业技术的紧密结合[4]。目前,我国智能建造技术发展还处于摸索阶段,智能建造人才缺乏,懂土木建筑工程的,信息技术、软件设计等智能化方面的知识掌握不够;懂智能化信息技术的又缺乏土木工程专业知识[5]。因此,为了满足国家现代化建设需求,一些有条件的高校申请成立了智能建造专业,截至2023年,全国已有107所高校设置了此专业。由于此类人才缺口大,有条件成立专业的院校相对来说比例还较小,对于多数高校而言,通过对土木工程等既有本科专业升级改造,同样可以培养智能建造创新型人才[2]。2020年,华北理工大学建筑工程学院和以升创新教育基地、高新建造企业合作在河北省一流专业———土木工程平台的基础上对原土木工程专业课程体系进行了优化,建立了智能建造实验班(每届招生25人左右),以期为区域建筑行业的低碳转型发展培养创新人才。
一、智能建造人才培养要求
为了适应建筑行业绿色低碳转型发展的需求,行业对新型人才的知识结构、知识体系和专业能力等各方面提出了新的要求。
1)知识结构方面:
要求专业人才具有比较宽泛的知识面,由于“智能建造”是在工程建造与信息技术深度融合的背景下提出的,掌握与其相关学科(尤其是土木工程、工程管理、信息工程)的基础理论和知识非常必要。
2)知识体系:
各学科之间应该做到有机融合,而不是简单的堆砌,同时专业人才需要有自己的特色,即具备某一方面足够深入的专业知识。
3)专业能力:
智能建造的核心是建造,应突出专业人才工程建造能力的培养。
另外,现代很多工程建设项目体量巨大,面临的不再是单一的建设技术问题,因此,智能建造创新型人才培养还应考虑工程与环境、社会之间的关系问题。
智能建造人才培养涉及多个专业的交叉融合和企业的深度参与,因此,其人才培养特色往往与相关专业的科研特色密切相关,造成各个高校的人才培养方案及课程体系还无法统一。目前,由于受到经费、师资及设备等的限制,同济大学等重点高校的培养模式和许多成功经验在地方院校还无法复制。因此,如何选择适合地方院校的人才培养特色及模式,培养满足地方经济未来发展与产业绿色转型升级需要的专业人才已经成为各个地方土木院校亟待解决的问题。
作为河北省属骨干高校的华北理工大学一直在“校城融合、校企合作”方面具有优势。为了培养好人才,建筑工程学院始终积极响应学校的号召,不断走出去与企业洽谈并选择合适企业深入合作,多年来培养了许多适应地方经济和行业绿色转型发展的新型人才,同时也积累了一些校企合作培养人才的经验。2020年开始,学院与以升创新教育基地合作确立了基于校企合作选拔人才并培养人才的模式,并进行了不断地探索与实践。
二、校企合作机制建立
智能建造人才培养涉及工程建造方面许多前沿知识和技术的传授,因此需要相关高新企业的骨干工程师参与授课和实践指导。华北理工大学建筑工程学院采取多种措施和途径与企业合作,为智能建造方向的优秀人才培养做铺垫。
在多年的校企合作中,校友企业(企业负责人是校友)一直扮演着重要角色,积极帮助学院培养人才并开展科研合作,甚至在学院资金紧张的阶段也没有放松对学院的支持。由于智能建造人才培养需要深度的校企合作,因此在准备招生前,学院联合部分高新校友企业共同建立了“校友孵化器”平台,以充分利用校友优势资源培养人才。同时,学校协助部分校友企业建立校企合作中心,并签订《校企战略合作协议》共同建设“河北省建筑结构绿色建造技术创新中心”等创新人才培养平台,为校企进一步深度合作培养智能建造人才创造了良好条件。
依托教育部产学合作协同育人项目平台(http://cxhz.hep.com.cn),学院骨干教师积极与北京盈建科软件股份有限公司、广联达科技股份有限公司、西安三好软件技术股份有限公司和品茗科技股份有限公司等智能软件企业合作申报数字化设计、BIM实训室建设和师资培训等项目,以借助企业工程师等技术力量建设课程、实训基地并开展师资培训等工作,经过多年的积累,结构设计类和仿真实训类课程都完成了数字化转型,收效很好。
在地方政府和学校的共同推动下,2022年初华北理工大学联合高新企业和曹妃甸政府建立了“校、企、政”三方理事会,在此基础上成立了二级产业学院———绿色建筑智能建造产业学院,旨在汇集校企优势资源,培养国家急需人才。
产业学院的管理采取理事会模式,以学校方为主,协调政府和企业共建共管。合作各方通过理事会磋商形成合作方案、产业学院章程。在理事会的组织下建立产业学院专家指导委员会,由政府相关部门负责人、企业总经理、行业专家和校友等组成,共同为产业学院的发展和运行提供必要的指导、咨询和监督。
产业学院实行理事会领导下的院长负责制,由建筑工程学院院长兼任产业学院院长,教务处副处长与合作企业相关部门负责人担任副院长。产业学院下设行政办公室和教学办公室,由土木工程系和企业智能建造部门共同制定办公室管理条例等规章制度,保障校企合作机制能够良性运转。
由于企业工程师的大量参与,智能建造方向的师资力量显著增强,2022年的实验班招生人数也相应扩展了一倍。因此,产业学院的成立有力地推动了智能建造人才的培养。
三、校企合作人才培养
(一)制定培养目标
智能建造人才培养目标的制定结合了相关专业特色及企业优势,其内容主要包含为谁培养人才,人才知识结构、体系和能力特色等。
华北理工大学智能建造人才培养方案如下:依托京津冀区域优势,以服务国家行业发展和地方城市建设为目标,通过校企联合培养模式,培养具有家国情怀,德、智、体、美、劳全面发展,具备以土木工程专业知识为主,交叉融合工程管理、机械工程、信息工程等专业知识的T型知识体系,并能够在工程实践中熟练应用,具有创新意识、良好的人文素养与职业道德,擅长全过程工程咨询、(装配式)结构设计、数字化施工与BIM建筑建模,能够在土木工程领域的管理、勘察、BIM建模、结构设计、施工、咨询和研究等部门从事技术或管理工作的高素质应用型人才。
学生毕业后5年左右的职业能力和职业成就期望如下。
1)工程能力:
具备工程师或与之相当岗位的专业技术能力,擅长处理全过程工程项目咨询、装配式结构设计、数字化施工或BIM建模等建筑工程智能建造领域的复杂工程问题。
2)道德责任:
坚守工程师职业道德,具有良好的人文社会科学素养和社会责任感,能综合考虑项目实施对社会、安全、健康、法律、文化、环境与可持续发展的影响。
3)沟通合作:
能够在多学科、国际化背景下实现组织沟通、团队协作,完成工程既定目标。具有项目管理和经济决策能力,能够协助部门负责人进行项目管理。
4)终身学习:
能够持续学习土木工程领域的新知识和新技术,适应社会发展对职业能力的需求,具有持续的职业竞争力。
(二)设计课程体系
智能建造实验班培养的是国家建筑行业转型升级所急需的创新人才,因此课程体系的设置须考虑行业和企业专家的需求及反馈意见[6]。作为地方高校还需考虑经费问题,可优先考虑开设经费投入相对较少的数字化类课程和虚拟仿真等实训课程,如:数字化施工、装配式结构数字化设计及BIM建模类课程及实训。与此同时,积极联系相关的高新技术企业开展深度校企合作,引进企业资金和资源共同建设相关课程、实训室、实验室和实习基地。
近些年,适合绿色设计与智能建造的BIM技术和装配式建造技术在我国得到了快速的发展,国内很多具有土木工程专业的高校都增设了相关课程。华北理工大学智能建造实验班以原土木工程专业课程体系为基础,交叉融合工程管理、机械工程、信息工程等专业课程,同时引入智能建造类特色课程,形成以“BIM+装配式结构设计与施工”为主线的智能建造课程体系。
课程体系以智能建造专业导论、BIM技术及应用、BIM建模实训、装配式结构设计、装配式结构课程设计、建筑数字化施工、建筑智能建造VR仿真实训、全过程工程咨询(校企)和智能建造生产实习为特色,同时与机械工程、信息工程等专业合作设置必修拓展模块课程———绿色制造导论、机器人导论、数据库应用和物联网技术,实现知识的交叉融合。
上述特色课程的设计结合了各学院及合作企业的研究优势,在课程负责人的协调下,校企教师与工程师共同开展教学。课程实行“课程负责人责任制”,校企各出一名负责人,学校教师为主负责人,按专长给团队教师和工程师分派课程任务,并负责督导,企业负责人协助学校负责人,共同保障教学目标的顺利达成。
精选BIM技术及应用、装配式结构设计、建筑数字化施工、建筑智能建造VR仿真实训全过程工程咨询5门智能建造类特色课程作为核心课程重点建设。课程体系中的其它核心课程来自土木工程传统基础课程,包括混凝土结构基本原理钢结构基本原理、基础工程和房屋建筑学4门。
(三)建设特色课程
1施工虚拟仿真课程
建筑工程项目具有建造周期长、种类多、工地危险性高等特点,再加上采用数字化建造技术的工地数量有限,在此背景下开展虚拟仿真施工实训,作为实际工地施工实习课程教学的辅助,对工程项目建造全过程实践能力的培养显得非常重要。为了增加虚拟仿真的直观性和真实感,在施工仿真软件实训的基础上,校企合作共同投资建设建筑施工VR虚拟仿真实训室,建立虚实结合的实验教学平台,高度还原企业的实际施工现场,尤其是具有一定危险性的施工项目,让学生能身临其境地操作与学习。
建筑工程学院有BIM实训室和施工仿真实训室2个,能够同时容纳72人上机实训。目前,学校正在与合作企业共同投资建设VR虚拟仿真实训室,1次可以同时容纳4、5名学生共同实训。VR虚拟现实技术的引入,可有效地弥补数字化工地的不足。
2数字化设计课程
建筑工程学院与北京盈建科软件股份有限公司等国内著名数字化设计软件公司合作,共同开发BIM应用及装配式结构数字化设计课程资源,为每个学生配备最新单机版软件,并布置设计任务,让学生在课上与课下都能够得到训练。通过“工程师进课堂”模块,邀请资深软件工程师给学生讲解实际工程设计案例,并展示设计环节的各类技巧,随时为学生线上答疑。
为了实现“以赛促教”真正提高学生设计能力的目标,校企共同举办校内数字化设计大赛和BIM应用大赛,软件工程师参与指导并择优推荐学生参加全国大学生智能建造数字化设计大赛和高校BIM毕业设计创新大赛。2022年华北理工大学获得国家级智能建造类竞赛一等奖2项、二等奖5项,三等奖2项,参赛作品作为课程案例放入了BIM技术及应用和装配式结构设计的课程资源库里,供下一届学生课程学习和参赛使用。
3智能建造实习课程
智能建造方向的实习类课程不同于土木工程专业的传统实习课程,如智能建造生产实习、智能建造毕业实习等,这些课程的有效开展需要为学生提供最新数字化工地,且需要讲解最新建造工法与设备操作方法,而学校的专业教师大部分没有施工经验,没有接触过数字化施工技术与设备,因此,需要相关高新企业经验丰富的工程师参与学生的指导,同时为学校培训师资,以保障智能建造培养方向的持续健康发展。
众所周知,工程实践是促进理论知识升华为综合应用能力的主要环节,因此,增加实践教学学时是每个工科专业的共识。但是,受到总学时的限制,各个土木院校的实习时间一般都是1个月左右,对于地方院校来说,这么少的时间很难让学生真正获得实践能力的提高。为了增加学生的实践时间,华北理工大学自2019年始就利用暑假2个月的时间开展顶岗实习(总周期3个月),收效很好[7]。因此,智能建造实验班也借鉴此成功经验,利用暑假时间拓展实践时间,让学生有足够的时间在工地学习体验,完成理论到能力的升华。除此之外,学院与广联达科技股份有限公司开展了产学合作,企业为学生提供智慧管理实训软件系统,让学生在实习前了解工地的管理。实习的指导采用“双导师制”,企业工程师指导学生施工,学校教师指导学生完善理论基础,实现理论到能力的转变,实习评价分两部分,工地实习评价由企业导师完成,实习报告和答辩评价由学校导师完成,校企导师评价成绩各占总成绩的一半。
四、结束语
为响应国家建筑行业转型升级号召和行业对智能建造人才的需求,华北理工大学建筑工程学院于2019年开始与以升创新教育基地、智能建造企业深度合作共同探索智能建造实验班的人才培养方案与方向特色建设,并于2020年开始正式招生。根据行业对人才的要求,学院确立了以校企深度合作培养人才的新型模式,课程体系围绕“BIM+装配式结构”的主线进行设计,校企教学团队共同参与人才培养。经过近几年的探索与研究,在校企合作机制建设、培养目标确定、课程体系设计及课程建设、运行保障五个方面构建了全面、系统的人才培养体系,以期为其他院校提供参考。
参考文献:
[1]中国建筑资产总量首超美国成世界第一[EB/OL].
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基金资助:教育部产学合作协同育人项目“新工科背景下BIM应用型人才培养实训基地建设”(202102113027); 河北省高等教育教学改革研究与实践项目“新工科背景下地方高校土木工程生产实习教学改革研究”(2018GJJG215); 河北省一流专业“土木工程”建设项目(无编号); 华北理工大学教学改革研究与实践项目“新工科背景下地方高校‘智能建造’人才培养模式探索与实践”(L20119);
文章来源:王宁,陈建伟,武立伟,等.地方高校智能建造人才培养校企合作模式探索与实践[J].高教学刊,2024,10(26):144-147.
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