1、ISSN 1006 7167CN 31 1707/TESEACH AND EXPLOATION IN LABOATOY第 41 卷 第 12 期Vol41 No122022 年 12 月Dec 2022DOI:10 19927/j cnki syyt 2022 12 054“新工科”背景下高校智能建造实验室建设探索孔晓璇，卢海峰，刘重羊，吴志军(武汉大学 土木建筑工程学院，武汉 430072)摘要:智能建造是建筑行业“数字化、工业化、绿色化”发展和转型升级的必然趋势，建造业信息化和智能化转型推动了工程建造活动中生产要素、生产力和生产关系升级，作为对变革进程影响最大的高等教育也面临新技术、新产业
2、、新业态和新模式的重大挑战。通过对新工科教育理念和建筑行业人才新需求的分析，阐明了在以信息化和智能化为特征的建筑产业转型背景下，面向国家战略需求建设增设智能建造专业的必要性与迫切性，探讨了智能建造专业人才培养模式和课程体系的构建，利用多媒体、互联网、虚拟现实和人机交互等技术，结合实际工程案例数据，提出智能建造实验室建设特色与方案，探索培养学生综合实践能力和创新能力的实验教学模式，对其他专业的创新型工程科技人才培养具有一定的借鉴和参考意义。关键词:智能建造;新工科;实验室建设;人才培养中图分类号:G 482文献标志码:A文章编号:1006 7167(2022)12 0281 05Explorat
3、ion on Construction of Smart ConstructionLaboratory in University under Background of“New Engineering”KONG Xiaoxuan，LU Haifeng，LIU Chongyang，WU Zhijun(School of Civil Engineering，Wuhan University，Wuhan 430072，China)Abstract:Smart construction is the inevitable trend of“digital，industrialized and gre
4、en”development in theconstruction industry The informatization and intelligent transformation of the construction industry has promoted theupgrading of production factors，productivity and production relations of engineering construction activities Highereducation，which has the greatest impact on the
5、 reform process，is also facing on major challenges from newtechnologies，new industries，new formats and new models In this paper，through the analysis of the new engineeringeducation and the talent demand in the construction industry，the necessity and urgency of adding smart constructionspecialty to m
6、eet the national strategic needs are analyzed，the context of the transformation of the construction industrycharacterized by informatization and intelligence is illustrated This paper also discusses the talent training mode andcurriculum system of smart construction specialty And the construction ch
7、aracteristics and scheme of smart constructionlaboratory are put forward，using multimedia，the Internet，virtual reality，human-computer interaction and othertechnologies The experimental teaching mode of cultivating studentscomprehensive practical ability and innovativeability has been explored and co
8、nstructedIt has certain reference significance for the cultivation of innovativeengineering science and technology talents in other majorsKey words:smart construction;new engineering;laboratory construction;cultivation talents收稿日期:2022-04-15基金项目:武汉大学实验技术项目(WHU-2020-SYJS-14)作者简介:孔晓璇(1989 )，女，山东宁阳人，博士
9、，实验师，主要从事高校智能建造实验建设方面的研究。E-mail:kongxiaoxuan whu edu cn第 41 卷0引言当前正处于以智能制造为主导的第四次工业革命时期，各行业利用信息通信技术和网络空间虚拟系统相结合的手段逐步向智能化转型。2015 年 5 月，国务院正式印发 中国制造 2025，与德国“工业 4.0”合作对接，全面推进制造强国战略。社会经济发展与环境资源持续利用之间的矛盾、知识形成过程与信息传播途径的改变以及信息化与智能化时代对人才需求的变化与挑战等都深刻影响着工程教育的发展与改革。教育部 2017 年启动了以“新理念、新模式、新质量、新方法、新内容”为核心的新工科建设
10、，推动以科技创新和产业发展为主导的教育改革，意在探索引领全球工程教育的中国模式和经验1-2。传统工科专业需要改变长期以来形成的相对稳定的专业内涵和结构3-4，面向新技术、新经济、新产业和新业态，以大数据、智能化和数字化为关键词重构和增设工科专业。土木类的智能建造是顺应传统建筑业转型升级而增设的新工科专业，培养能够完成智能设计、智能施工和全过程运行维护管理的卓越土木工程师。智能建造专业的课程体系中理论知识与实践能力并重，以基础课程实验为主的传统工科实验室无法满足新工科人才培养需求5-7，因此，探索“新工科”背景下智能建造实验室的建设方案，对高校工科专业实践教学改革与创新型人才培养具有重要意义。1
11、智能建造实验室建设的必要性1.1智能建造行业发展趋势土木工程学科的发展始终与时代发展、科技进步和产业革命紧密相关，在不同的时代背景下具有不同的发展机遇与挑战:以蒸汽驱动设备为代表的第一次工业革命，促发了钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构和钢结构为代表的工程结构革新和施工机具的升级;以电力驱动设备的大规模生产带来了第二次工业革命，土木工程的施工逐步迈进机械化和电气化进程，汽车和航运业的发展也为大规模基础设施的建设提供了契机;以信息技术为主导的第三次工业革命，促发了建筑设计和建造的数字化发展，工程中的生产方法、工艺流程、生产组织和管理逐步规范化和标准化;以人工智能、物联网技术、大数据与云计算等技术为
12、代表的第四次工业革命，不再局限于某一特定领域，而是整个系统的创新，建造行业也随之开始了建筑信息化和智能化转型升级。新一代信息技术与人工智能技术的应用与革新为全生命周期建筑产业链实现建筑设计、建造和管理的智慧化提供技术上的解决方案8。建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)技术与物联网集成形成实时施工模型，用于施工过程中可视化监控与仿真模拟;工程设计数据、施工监测数据以及施工企业信息系统的业务数据等工程建造过程中的大量数据，构成施工企业级的大数据资源，人工智能进行大数据挖掘和分析后支持建造过程趋势预测和决策;面向建筑施工领域的人工智能算法将通过对大数据挖
13、掘分析，为项目管理知识发现及建造过程趋势预测提供决策支持9。云平台为 BIM、物联网与大数据应用提供了一个虚拟化的计算环境，虚拟现实(Virtual eality，V)技术进一步增强了他们之间的协作能力，所有工程项目参与者可以利用集成工程建设各项活动统一平台全局化分析处理问题。此外，基于数据库的分布式智能决策技术优化项目调度、协同控制建造资源，在增强现实(Augmented eality，A)技术的辅助下对现场施工人员的作业进行实时反馈与远程协助。第四次工业革命中建造业变革是以多学科、多领域、多集群技术创新为特征，将产生极其广泛而深远的影响。作为对变革进程影响最大的高等教育也面临新技术、新产业
14、、新业态和新模式形成和发展的重大挑战。在土木类专业中增设“智能建造”新工科专业相应土木工程行业向智能建造行业转型过程中对专业人才的迫切需求10-11。1.2智能建造专业人才培养模式为了适应国家战略需求和建筑业转型升级，将建筑施工与电子信息、机械自动化、工程管理等技术相互融通发展而开设了新工科专业 智能建造(专业代码 081008T)。同济大学于 2017 年获批增设智能建造专业，是我国第一个智能建造专业，位于土木工程学院，招生大类为工科试验班(土木与环境类)。此后，获批教育部普通高校本科专业备案智能建造专业的高校逐年增多，至 2021 年累计获批的高校数量已达 72所(见图 1)。图 1新增智
15、能建造本科专业备案的高校数量武汉大学智能建造专业获批 2021 年度普通高校学校本科专业备案，作为新专业智能建造的专业定位、人才培养方案和课程体系设置都处于探索阶段，为此，土木建筑工程学院组织学院领导和教师前往同类院校调研智能建造专业发展情况，前往大型建筑企业调研企业人才需求。提出了智能建造专业内涵和本质，282第 12 期孔晓璇，等:“新工科”背景下高校智能建造实验室建设探索“智能建造专业立足于未来国家基础设施建设和社会发展的需求，坚持学校创造、创新、创业 教育理念，培养德智能体美劳全面发展，基础理论扎实、专业知识宽广、实践能力突出，具有崇高的科学精神、深厚的人文社科素养、开阔的国际视野、强
16、烈的社会责任感和职业道德使命，既能在智能建造领域从事智能设计、智能施工、智能运维，又能在人工智能和现代信息技术领域从事科技开发与组织管理，人格健全、引领未来社会进步和人类文明发展的领军人才”，其人才培养模式的定位如下:(1)培养“厚基础、宽口径、强能力、高素质”的卓越工程师。为打破学科界限、顺应交叉学科融合发展趋势，智能建造专业以大类工科试验班的形式进行招生，实行分段式培养的模式，第 1 学年大类培养，夯实数理基础提升工程基础素养，促进学科知识交叉融合，后 3 学年专业培养，以土木工程专业课程为基础，融合计算机应用技术、机械自动化、工程管理等专业课程，完善课程体系，推进实践教学改革，加强课程国际化建设，着力提升学生的工程素质，增强工程意识并和积累工程实践经验。(2)培养具备项目全局意识的行业领军人才。为满足智能时代工程建设需要，工程师需要具备跨学科知识体系和解决工程建设过程中复杂问题的能力，以管理为导向，技术为支撑，以系统思维为核心，掌握工程项目全局的关键点，在工程项目的策划、设计、生产、施工、运维等全寿命周期中进行智能化、信息化的整体架构。高校肩负着培养引领建造行业工程建造技术和工程
