陳詩婳

(鹽城工學院 土木工程學院,江蘇 鹽城 224003)

土木工程是一個歷史悠久且不斷演化的領域,其影響力貫穿人類文明的各個時期。然而,隨著科技進步和社會環(huán)境變遷,土木工程領域也必須適應信息化革命帶來的挑戰(zhàn)與機遇。在城市智慧化更新背后,土木工程發(fā)揮著至關重要的作用——不僅負責城市基礎設施的設計和建設,還需要緊密關注和適應智慧城市的需求,確保城市的可持續(xù)發(fā)展和公眾福祉。為適應這一需求,培養(yǎng)胸懷智慧城市理念的工程師,土木工程專業(yè)高等教育的轉型迫在眉睫。本文旨在探討在智慧城市背景下土木工程專業(yè)教育的轉型與發(fā)展前景,希望通過此研究,為土木工程教育提供有關如何更好地滿足智慧城市的需求以及如何培養(yǎng)具備跨學科技能的工程師的有益見解。同時,我們也期望為土木工程專業(yè)教育實踐和實際工程培訓提供有關智慧城市課程建設的實用建議,以推動土木工程專業(yè)轉型的步伐,助力城市建設進入更加智能、可持續(xù)的未來。

一、把握機遇:土木工程專業(yè)轉型發(fā)展趨勢

土木工程作為工程領域的重要分支,其高等教育一直注重培養(yǎng)學生的工程實踐能力和專業(yè)知識,以滿足建筑和基礎設施領域的需求。然而,隨著時代的發(fā)展和社會的變革,土木工程領域也面臨著新的挑戰(zhàn)和機遇。目前的土木工程專業(yè)教育重點依然集中在傳統(tǒng)的工程科學、數(shù)學和工程設計原理,核心課程包括結構設計、土力學、建筑材料等。這些是支撐土木工程設計不可撼動的基礎知識,但隨著智慧城市和可持續(xù)發(fā)展的興起,傳統(tǒng)培養(yǎng)方案的局限性愈加凸顯。

首先,現(xiàn)代工程實踐中,機器人技術、大數(shù)據(jù)分析和智能系統(tǒng)的設計占比越來越高,倡導可持續(xù)設計,以建立高效的工程建設流程和管理機制,實現(xiàn)生態(tài)效益、經(jīng)濟效益最大化。然而,傳統(tǒng)工科專業(yè)的人才培養(yǎng)方案往往未能充分涵蓋這些領域,導致畢業(yè)生在數(shù)字化時代的就業(yè)市場上面臨不利的競爭局面。

其次,高速的城鎮(zhèn)化進程向城市基礎設施提出更高要求,土木工程師需要掌握環(huán)境巨變帶來的問題及智能化的解決方案,具備智慧城市設計和持續(xù)發(fā)展設計的知識。然而,傳統(tǒng)教育往往忽視了這些方面的重要性,導致了城市建設方案和實施的滯后和挑戰(zhàn)。[1]

此外,土木工程的就業(yè)形勢也面臨壓力。隨著城市擴張速度放緩,城市更新走向精細化、智能化,參數(shù)化設計和人工智能輔助設計技術逐漸普及,傳統(tǒng)建筑和基礎設施項目的設計需求減少,城市建設從“求速”轉變?yōu)椤扒笾恰?。傳統(tǒng)培養(yǎng)方式所教授的技能已經(jīng)不能滿足變化中的市場需求,技術革命的浪潮不會停下,高校繼續(xù)抱殘守缺而放棄智能化轉型的機遇,不僅畢業(yè)生將失去就業(yè)競爭力,土木行業(yè)的未來也會成為技術浪潮中被沖潰的沙堤。

智慧城市的興起要求土木工程師具備更廣泛的技能和知識,通過強化數(shù)字技術、數(shù)據(jù)科學和可持續(xù)發(fā)展領域的訓練,尤其是關注智能建造、機器人自動化等跨學科聯(lián)動領域,土木工程師能夠在智慧工程建造、可持續(xù)性設計和城市規(guī)劃方面發(fā)揮積極作用,高校向市場輸入多領域的高層次人才,提高行業(yè)產出質量,建立合理的行業(yè)規(guī)范和工作流程,助力土木工程學科重獲新生,成為未來城市建設的先鋒。

二、突破困境:智慧城市建設市場發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)筆者的從業(yè)經(jīng)驗與網(wǎng)絡在線調查,智慧城市目前還缺乏明確的行業(yè)規(guī)范,業(yè)務范圍不清晰,市場相對混亂,容易產生惡性競爭。由于業(yè)務內容簡單、工作內容煩瑣,同時缺乏專業(yè)技術研發(fā)投入,難以打造系統(tǒng)性的產出,導致市場上存在大量的重復勞動和模塊化產品;智慧城市項目的底層業(yè)務以底數(shù)據(jù)治理為主,然而原始數(shù)據(jù)來源龐雜,格式不一,這一過程變得異常煩瑣,消耗了大量時間和人力資源;另一個問題來自低盈利水平和定制化開發(fā)模式——這種模式在“to B”和“to G”業(yè)務中的表現(xiàn)為業(yè)主側相對強硬,智慧城市行業(yè)作為G端缺少創(chuàng)新和研發(fā)的自由度,大量時間和成本花在不斷針對甲方要求調整業(yè)務模塊上,再度陷入傳統(tǒng)設計院困境,這樣的開發(fā)模式和市場現(xiàn)狀對企業(yè)的盈利能力構成了挑戰(zhàn)。盡管智慧城市領域已經(jīng)發(fā)展了近十年,但至今未涌現(xiàn)出獨角獸級別的行業(yè)巨頭。這從另一個側面反映該行業(yè)的盈利能力相對較低;低盈利導致從業(yè)人員低薪、裁員頻繁,企業(yè)人員流動率高,難以留住有經(jīng)驗的員工,加劇了人才短缺;優(yōu)質人才和研發(fā)經(jīng)費的雙重缺口使行業(yè)發(fā)展步伐遲滯,無法通過技術與理論創(chuàng)新實現(xiàn)產業(yè)結構升級,打破市場現(xiàn)狀;很多項目使用標準化的解決方案,導致同質化嚴重,難以實現(xiàn)差異化競爭。

智慧城市領域的快速發(fā)展帶來了市場機會,隨著政府支持、技術進步和市場需求的不斷增長,仍然存在廣闊的發(fā)展前景。要實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,行業(yè)需要加強規(guī)范制定、技術創(chuàng)新和人才培養(yǎng)。未來,智慧城市有望實現(xiàn)更高的智能化水平,智慧城市行業(yè)依然有機會實現(xiàn)更加健康和持久的發(fā)展。

三、支撐引領:土木工程專業(yè)的智能化轉型定位

智慧城市建設行業(yè)的興起將成為土木工程專業(yè)教育轉型的有力助推。大學與城市作為人類社會的兩大文明中心,在其誕生、演化和互動中扮演著重要角色,對人類文明的發(fā)展和演進產生了深刻的社會影響。[2]隨著智慧城市概念的興起,城市的需求和挑戰(zhàn)正發(fā)生根本性變化,這為土木工程專業(yè)教育帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。因此,理解大學與城市建設發(fā)展的互動,以及將這一理解應用于土木工程教育轉型,對于滿足新興智慧城市行業(yè)的要求,促進城市可持續(xù)發(fā)展,具有重要的現(xiàn)實意義。這一關聯(lián)將為土木工程教育帶來更深層次的啟發(fā),引領其走向智能化和數(shù)字化的未來。

土木工程專業(yè)教育的智能化轉型需求包括技術、可持續(xù)性、跨學科合作、實踐經(jīng)驗和倫理等多個方面。智慧城市產業(yè)發(fā)展的核心在于先進的技術和創(chuàng)新的應用,土木工程專業(yè)完成轉型后將向行業(yè)輸送高質量人才,推動新技術的研發(fā)和應用,從而提高城市基礎設施的效率和性能;同時,具備數(shù)據(jù)分析和工程管理能力的土木專業(yè)畢業(yè)生有助于高效解決智慧城市建設中的跨學科問題,通過智慧城市基礎設施收集、分析和利用數(shù)據(jù),提供快速、準確的決策支持;另一方面,具備智慧城市建設思想的畢業(yè)生可以在教育和培訓領域發(fā)揮作用,培養(yǎng)更多具備智慧城市知識和技能的土木人才,為智慧城市產業(yè)市場注入新鮮血液,保持行業(yè)的活力和創(chuàng)新性。產業(yè)科技轉型發(fā)展必須依賴高素質和高技能的人力資本,聚集高技能人才于行業(yè)有助于促進思想和學術的交流與學習,從而推動創(chuàng)新的蓬勃發(fā)展。具備智慧城市建設理論和實踐知識的高素質土木人才是智慧城市產業(yè)市場升級和調整的關鍵因素。他們能夠推動技術創(chuàng)新、促進可持續(xù)發(fā)展、提供戰(zhàn)略規(guī)劃和政策咨詢,為智慧城市的發(fā)展提供堅實的支持,促進產業(yè)市場的不斷進步。這些人才的培養(yǎng)和吸引將有助于智慧城市行業(yè)的長期繁榮。

智慧城市行業(yè)的繁榮發(fā)展亦是土木工程發(fā)展的共贏之局。土木工程專業(yè)的智能化轉型為產業(yè)發(fā)展提供高素質的人才和創(chuàng)新機遇,而產業(yè)的升級也在反哺土木工程這一古老專業(yè),幫助土建行業(yè)克服傳統(tǒng)工科發(fā)展困境,實現(xiàn)智慧化轉型,獲得新生。事實上,高校畢業(yè)生將新知識、新技術和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神引入智慧城市建設中,為產業(yè)注入了大量高科技和創(chuàng)新型人才,成為城市建設科技創(chuàng)新發(fā)展的主要動力。這種高科技人才的集聚不僅吸引商業(yè)資本投入高科技產業(yè),還催生了眾多新興科技初創(chuàng)企業(yè),創(chuàng)造更多對口就業(yè)崗位,成為推動城市科技轉型的重要力量。[3]

由于智慧城市產業(yè)具有跨領域特征,需要涵蓋數(shù)據(jù)科學、信息技術、城市規(guī)劃等多個領域的知識,促使土木工程專業(yè)與其他領域開展更多的技術交流和跨學科合作,幫助傳統(tǒng)工程領域引入新技術和方法,包括對數(shù)字化和數(shù)據(jù)科學的培訓,這種整合使傳統(tǒng)土木工程變得更加智能化和高效;在項目管理和決策支持方面,土木工程專業(yè)可以借鑒智慧城市項目管理的最佳實踐,提高傳統(tǒng)工程項目的管理和決策水平;其次,智慧產業(yè)的繁榮為傳統(tǒng)企業(yè)創(chuàng)造更多的市場機會,土建企業(yè)能夠吸納具備智慧城市知識和技能的人才并投入工程實踐,這一過程對于高校來說能夠促進知識轉移,提高科技成果有效轉化率,實現(xiàn)“科技研發(fā)—成果轉化—生產銷售 —用戶體驗—升級迭代”的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán),[4]支持土木工程實現(xiàn)智能化;而對于企業(yè)來說除了繼續(xù)承擔傳統(tǒng)基礎設施項目,還能在傳統(tǒng)工程項目中注入創(chuàng)新和智能化元素,并且進一步參與智慧城市建設,增加企業(yè)項目多樣性和盈利潛力。

四、塑造未來:土木工程專業(yè)教育的實踐創(chuàng)新

正如前文所論,隨著智慧城市的興起,傳統(tǒng)土木工程專業(yè)教育的局限性逐漸顯露,畢業(yè)生無法滿足跨學科實踐的用工需求,阻礙了土建學科跟上數(shù)字化轉型的步伐。在探討土木工程專業(yè)教育的轉型實踐創(chuàng)新時,我們不僅僅是提出一種追求新穎性的教育方法,更是在邁出積極對應對現(xiàn)代城市建設挑戰(zhàn)的必要一步。目前,針對智能化轉型、智能建造專業(yè)體系建設等已經(jīng)成為土木工程專業(yè)教育轉型的實踐熱點,面對智慧城市行業(yè)發(fā)展所提出的新需求,高校應首先遵循工程教育專業(yè)認證所倡導的OBE(Outcome Based Education)教育理念,以成果為導向,制定土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標與畢業(yè)要求,為教育實踐創(chuàng)新指明方向。[5]

除了改革人才培養(yǎng)方向,本科教育應鼓勵師生發(fā)起或參與更多教育實踐場景,鼓勵教師開設跨學科選修課程,如在原有智慧城市概論課程基礎上將生態(tài)學原理融入土木工程和城市規(guī)劃,開設生態(tài)友好型智慧城市研究設計工作坊,邀請智慧城市與景觀生態(tài)規(guī)劃行業(yè)從業(yè)者開設講座并擔任企業(yè)導師,與學生分享實際經(jīng)驗和行業(yè)洞察,幫助他們更好地融入行業(yè);為了解決理論與實際的脫節(jié)問題,將學校課程與社會實踐聯(lián)系起來,推動以人為本的城市建設發(fā)展,學院應鼓勵學生參與社區(qū)和基層創(chuàng)新項目,構建交流平臺,在課程設計實踐中增加社區(qū)參與、居民共建等要素,鼓勵學生提供創(chuàng)新想法和解決方案,更可以與政府、城市規(guī)劃部門和智慧城市企業(yè)合作,讓學生參與實際項目,親身體驗智慧城市建設的挑戰(zhàn)和機遇;[4]在教學方法和培養(yǎng)方案設計上,學校和學院應大力促進土木工程專業(yè)與信息技術、數(shù)據(jù)科學、城市規(guī)劃等相關領域的跨學科合作,通過共同開設課程、研究項目和實踐活動,培養(yǎng)學生的跨領域思維和技能;除此之外,走向智能化的土木工程教育需要教育教學技術與設備的更新,為了幫助學生熟悉智慧城市技術、傳感器、大數(shù)據(jù)分析等關鍵概念,可以建立智慧城市實驗室,提供學生實際操作和模擬項目的機會,并運用數(shù)字化工具進行教學,在課堂和設計中使用先進的建模和仿真工具,如BIM(建筑信息建模)、GIS(地理信息系統(tǒng))、VR(虛擬現(xiàn)實技術)、AR(增強現(xiàn)實技術)等,以優(yōu)化城市基礎設施設計和管理課程的教學模式;為了告別“讀死書、死讀書”的學習模式,拓寬國際視野,培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力,院系可組織或鼓勵學生參與國際交流和實踐項目,學習國際智慧城市最佳實踐。

五、結 論

土木工程專業(yè)的智能化轉型為智慧城市產業(yè)提供了強大助力,智慧城市、智能建造等先進建設方法的涌現(xiàn)也為轉型蛻變中的傳統(tǒng)工科帶來嶄新機遇。高校進行智能化轉型,意味著以培養(yǎng)具備數(shù)字化技能和跨學科知識的工程師為育才目標,他們不僅懂得傳統(tǒng)工程原理,還能運用先進的技術和數(shù)據(jù)科學方法來解決復雜的城市建設問題。這為智慧城市產業(yè)提供了更多高素質的從業(yè)者,推動了技術創(chuàng)新和發(fā)展。與此同時,智慧城市產業(yè)的不斷升級也為土木工程專業(yè)帶來新的發(fā)展機會。城市基礎設施的數(shù)字化和智能化需求,要求土木工程師具備更多跨學科的技能,例如數(shù)據(jù)分析、物聯(lián)網(wǎng)和可持續(xù)發(fā)展原則的應用。這拓寬了土木工程專業(yè)的領域,為其提供了更廣泛的發(fā)展前景?；ダセ莸年P系促使工程教育變得更加多元化和綜合化,鼓勵工程師在傳統(tǒng)土木工程原理的基礎上融入創(chuàng)新思維和數(shù)字技術,推動可持續(xù)發(fā)展,為智慧城市建設提供了更具創(chuàng)新性和可持續(xù)性的解決方案。面對新時代、新經(jīng)濟、新業(yè)態(tài)帶來的挑戰(zhàn),土木工程專業(yè)需加快改革和創(chuàng)新步伐以服務國家戰(zhàn)略,滿足產業(yè)需求和未來發(fā)展趨勢,才能在新工科建設浪潮中繼續(xù)保持優(yōu)勢地位。這種相互促進的關系對于培養(yǎng)更全面的工程師、推動可持續(xù)發(fā)展、提高工程項目效率和質量以及為未來城市建設做出更大貢獻具有重要意義。