陳偉 饒俊芳 劉雯潔 田儀帥 蔡禮雄

doi：10.11835/j.issn.1005-2909.2024.03.013

歡迎按以下格式引用：陳偉，饒俊芳，劉雯潔，等.基于FAHP方法的智能建造微專業(yè)課程設置研究［J］.高等建筑教育，2024，33（3）：106-114.

修回日期：2022-10-28

作者簡介：陳偉（1970—），男，武漢理工大學土木工程與建筑學院教授，博士，主要從事裝配式建筑與建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化、可持續(xù)建造與可持續(xù)城鎮(zhèn)建設、項目投資決策技術研究，（E-mail）iamhappychen@163.com。

摘要：將智能建造人才培養(yǎng)需求和微專業(yè)建設優(yōu)勢有機結合，基于模糊層次分析法（FAHP）提出了智能建造微專業(yè)課程設置的模型方法。首先，分析智能建造微專業(yè)培養(yǎng)目標與畢業(yè)要求，建立智能建造微專業(yè)課程庫；進而根據(jù)對應學校的培養(yǎng)目標和專業(yè)基礎，運用FAHP計算擬設課程與學校培養(yǎng)目標和專業(yè)基礎的耦合匹配度，從中優(yōu)選出匹配度較高的課程，確定學校智能建造微專業(yè)的課程群。對武漢理工大學智能建造微專業(yè)課程設置進行實證分析，計算結果表明：該方法能有效優(yōu)選出與學校辦學優(yōu)勢適配的工程物聯(lián)網(wǎng)與智慧工地、工程智能監(jiān)測與運維等課程，有利于增強微專業(yè)課程設置的科學性，實現(xiàn)特色培養(yǎng)目標。

關鍵詞：智能建造微專業(yè)；FAHP方法；課程設置；實證分析

中圖分類號： G642；TU201.4? ? ?文獻標志碼：A? ? ? 文章編號：1005-2909（2024）03-0106-09

目前建筑行業(yè)正面臨前所未有的技術創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級轉型，傳統(tǒng)建造技術的轉型和升級一直是國內外廣泛關注的研究熱點［1］。智能建造以數(shù)字化與智能化為主要特征，強調新信息技術與建設工程要素資源深度融合，通過規(guī)范建模、大數(shù)據(jù)分析、高性能計算，推進數(shù)智化決策，并基于數(shù)字鏈驅動，實現(xiàn)建設工程前期立項與規(guī)劃設計、中期施工生產(chǎn)及后期運維服務一體化集成與協(xié)同。智能建造的設立是建筑業(yè)發(fā)展和轉型升級的時代需求，是我國大力推進“新工科”建設，支撐我國邁向科技強國的重要舉措［2］。

建筑行業(yè)的數(shù)字化轉型對于高校人才培養(yǎng)是一個巨大挑戰(zhàn)，復合型人才的需求倒逼高校人才培養(yǎng)必須堅持改革創(chuàng)新，實施科教融合、產(chǎn)教融合戰(zhàn)略。而微專業(yè)是高校主動適應新技術、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式的創(chuàng)新之舉，同時也為高校提供了一種人才培養(yǎng)的新路徑［3］。

微專業(yè)是指在主專業(yè)學習以外，圍繞某個特定學術領域、研究方向或核心素養(yǎng)，提煉開設的一組核心課程，具有“小學分、精課程、高聚焦、跨學科”的鮮明特征，其在學科交融的基礎上進一步從縱向提升課程學習深度。微專業(yè)課程體系設置以提升學生能力為導向，重視職業(yè)綜合實踐能力的培養(yǎng)，通過深度科教、產(chǎn)教、國際協(xié)同，實現(xiàn)跨學科復合型人才培養(yǎng)，提高學校創(chuàng)新人才的培養(yǎng)和輸送能力、學生跨學科專業(yè)的學習研究能力，以及與社會需求的匹配度［4］。

目前全國部分高校已開設微專業(yè)，如表1所示。而智能建造微專業(yè)的設立使得土木建筑類、計算機類、自動化類學生之間相互選修對方的部分學科知識，從而實現(xiàn)跨學科領域知識的學習與工程實踐能力培養(yǎng)。這也是高校面對建筑行業(yè)轉型升級，提升專業(yè)建設質量，培養(yǎng)復合型人才的新舉措。

智能建造微專業(yè)在原專業(yè)的基礎上，結合新工科培養(yǎng)目標，設置與計算機、自動化、大數(shù)據(jù)等先進技術和方法相結合，且具有“智能結構、智能材料、智能管理”等特色的核心交叉課程，培養(yǎng)學生在智能建造發(fā)展趨勢下從事工程全過程科技開發(fā)與應用的能力［5］，加強新信息技術與工程要素資源深度融合，推動智能建造專業(yè)發(fā)展。課程設置對于智能建造微專業(yè)的建設至關重要，合理的課程設置可以最大限度地發(fā)揮智能建造微專業(yè)的優(yōu)勢，達到適應建筑行業(yè)轉型、提升專業(yè)建設質量、培養(yǎng)復合型人才的目的。但目前課程設置多是簡單地在支撐矩陣表中進行課程與畢業(yè)要求的對應關系選擇，缺乏一套專門的課程設置定量分析方法［6］。除此之外，在設置課程過程中，還存在課程目標未體現(xiàn)對學生的能力要求、與畢業(yè)要求缺乏對應關系、課程體系不能有效支撐全部畢業(yè)要求等問題［7］。課程設置方案對學生的培養(yǎng)目標和能力提升影響很大，因此，如何選擇合適的智能建造微專業(yè)課程設置方法成為高校亟待解決的關鍵問題。鑒于智能建造微專業(yè)課程選擇是一個多因素、多層次的復雜過程，不僅要考慮學校的平臺，而且還要考慮各類課程的匹配屬性。帶有模糊屬性的AHP辦法可以在一定程度上彌補主觀缺陷，模糊層次分析法［8］（FAHP）是一種定性與定量結合的系統(tǒng)方法，可以量化評價指標，為選擇最優(yōu)方案提供方法基礎。

鑒于此，本文將智能建造微專業(yè)培養(yǎng)基礎和培養(yǎng)目標有機結合，分析影響課程體系設置的相關因素，并構建智能建造微專業(yè)課程庫，通過FAHP計算擬設課程與學校培養(yǎng)模式的耦合匹配度，根據(jù)學校智能建造微專業(yè)培養(yǎng)基礎、培養(yǎng)目標計算課程與學校之間的匹配度，選取匹配度較高的課程，從而構建智能建造微專業(yè)課程體系。擬以武漢理工大學智能建造微專業(yè)建設為例進行實證分析，驗證模型的適用性，以進一步推動智能建造微專業(yè)的順利建設與發(fā)展。

一、智能建造微專業(yè)課程設置分析

（一） 建設基礎分析

建設智能建造微專業(yè)的高校需能有效地支持教師隊伍建設，吸引與穩(wěn)定優(yōu)秀師資，并支持教師本身的專業(yè)發(fā)展，包括對青年教師的指導和培養(yǎng)；計算機、網(wǎng)絡以及圖書資料資源能夠滿足學生的學習，以及教師的日常教學和科研所需；有充足的教學經(jīng)費、教室、實驗室及設備滿足教學需要；有良好的設備管理、維護和更新機制，與企業(yè)合作共建實習和實訓基地，能為學生提供參與實踐訓練的平臺。

（二） 培養(yǎng)目標確立

如圖1所示，將智能建造微專業(yè)培養(yǎng)目標與專業(yè)培養(yǎng)基礎結合起來，培養(yǎng)面向國家戰(zhàn)略需求和服務地方經(jīng)濟社會發(fā)展，理論基礎扎實、實踐能力突出，能夠理解、分析、評價和解決復雜工程問題的應用型人才，能夠勝任工程項目的智能設計、智能施工、智能化運維和管理等工作，具有團隊協(xié)作精神、終身學習能力、較強實踐創(chuàng)新能力的智能建造工程師［9］，故將智能建造微專業(yè)培養(yǎng)目標分解為以下三個方面。

（1）具有家國情懷、高度的社會責任感和良好的工程職業(yè)道德，了解建筑行業(yè)未來發(fā)展。

（2）具有識別復雜項目問題、了解解決問題途徑的能力。

（3）具有解決復雜建筑和基礎設施智能設計、建造和運維的綜合能力，以及良好的創(chuàng)新能力和跨學科發(fā)展能力。

（三） 畢業(yè)要求確立

依據(jù)智能建造微專業(yè)培養(yǎng)目標，結合智能建造專業(yè)畢業(yè)要求與微專業(yè)畢業(yè)要求，提出了智能建造微專業(yè)畢業(yè)要求，如圖2所示。

（四） 課程體系設置

智能建造微專業(yè)在傳統(tǒng)土木、建筑工程專業(yè)知識結構的基礎上，深入研究機械工程及自動化、電子信息工程、工程管理、測繪工程與土木建筑工程的交融發(fā)展趨勢，把握智能建造專業(yè)人才培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求，依托學校教學理念和教學設施，推動課程講授內容的擴展和創(chuàng)新，建立包含智能化新要素的綜合學科模塊化知識體系，持續(xù)改進教學方式，形成專業(yè)基礎、專業(yè)核心、綜合實踐三大教學模塊，打造具有“金字塔”式知識結構的新興智能建造專業(yè)課程群［10］，如圖3所示。專業(yè)基礎課模塊包括建筑領域類信息技術工具、新一代信息技術（如人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、機器人制造）等知識，以及智能建造專業(yè)導論、機器原理與機器人學等課程，旨在開闊學生的國際視野，培養(yǎng)學生問題分析、問題表達，以及終生學習的能力，了解工程與社會之間的關系，以滿足未來智能建造專業(yè)的知識需求。專業(yè)核心課模塊是指在專業(yè)基礎模塊的基礎上，疊加新信息技術后的智慧專項應用類知識，包括智能測繪、智能機械與機器人、土木工程與智能施工等，旨在培養(yǎng)學生設計和解決復雜工程問題的能力，掌握現(xiàn)代工具的使用方法，構建智能建造知識系統(tǒng)性思維。綜合實踐課模塊是指整個專業(yè)所需的課程設計、生產(chǎn)實習、創(chuàng)新實驗等方面的實踐知識，該模塊強調學生實踐能力和創(chuàng)新能力，如3D打印建造技術、BIM技術應用課程設計、工程自動化施工技術等，旨在培養(yǎng)學生團體協(xié)作及溝通能力，提高學生對知識的深層理解、理論與實際相結合的能力。

根據(jù)上述智能建造微專業(yè)課程體系，結合智能建造微專業(yè)培養(yǎng)目標與畢業(yè)要求，初步擬定智能建造微專業(yè)課程備選庫，如表2所示。

二、智能建造微專業(yè)課程設置模型構建

（一） 課程匹配度指標體系構建

鑒于智能建造微專業(yè)具有較強的學科交叉性，同時，所開設的課程都需要依托扎實的平臺。為了從已有的課程庫內選取最為合適的課程組合，在兼顧院校條件與課程效果的基礎上，結合智能建造微專業(yè)的培養(yǎng)目標與畢業(yè)要求，從條件匹配度與專業(yè)匹配度兩方面衡量各類課程與智能建造微專業(yè)的多維匹配程度。

條件匹配度：條件匹配度是指課程開設過程中，院校所搭建的平臺與課程的匹配程度大小，即學校培養(yǎng)基礎及培養(yǎng)條件是否滿足開設課程的要求。課程的條件匹配度越高，說明開設此課程與之對應的院校條件集成度較高，反之則說明集成度較低，，。

專業(yè)匹配度：專業(yè)匹配度是指開設課程后，專業(yè)提升與匹配程度的大小，即不同課程對于學校智能建造微專業(yè)培養(yǎng)目標與畢業(yè)要求的匹配程度。所開設課程的專業(yè)匹配度越高，說明開設此課程更有利于學科提升與專業(yè)完善，反之則說明提升能力較弱，，。

（二） 基于FAHP的匹配度模型構建

首先，根據(jù)決策目標、決策準則和決策對象的相互關系建立由最高層、中間層和最低層組成的層次結構模型。其次，根據(jù)相對重要程度構造成對比較矩陣，形成模糊判別矩陣。然后，判斷矩陣對應的最大特征值的特征向量，經(jīng)歸一化后即為同一層次相應因素對于上一層次某因素相對重要性的排序權值。對于比較結果還需要進行一致性檢驗，當時，判斷矩陣的一致性可接受。最后，采用最小信息熵原理和拉格朗日乘子法進行匹配度耦合計算，將條件匹配度與專業(yè)匹配度結合為課程的綜合匹配度，計算公式如式（1）、（2）所示［11］。

（1）

（2）

三、實證分析

（一） 專業(yè)基礎分析

武漢理工大學土木工程專業(yè)是國家級特色專業(yè)建設點、教育部卓越工程師教育培養(yǎng)計劃試點專業(yè)、湖北省品牌專業(yè)和湖北省綜合改革試點專業(yè)，智能建造微專業(yè)以土木工程學科為主體，深度融合材料科學與工程學科、信息學科、管理科學與工程等優(yōu)勢學科。其中，土木與建筑工程學院結構專業(yè)與工程管理專業(yè)作為國家一流學科，在智能結構與智能運維方面具有雄厚的師資力量。材料科學作為A+級學科，在智能材料研究方面具有豐富的研究成果，突破了建筑材料綠色制造工程理論局限和共性關鍵技術，研發(fā)建材工業(yè)轉型升級戰(zhàn)略性新材料及其加工制備新技術，培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才，為國家建材工業(yè)轉型升級和新材料戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了強有力的基礎，這些學科均具有較強的師資力量與科研工作基礎，可作為智能建造微專業(yè)建設的有力支撐。

該校智能建造微專業(yè)擬與華中科技大學、中信數(shù)智（武漢）科技有限公司、光纖傳感技術國家工程實驗室三家單位合作共建。華中科技大學是國際知名高校，在國際工程領域知名度極高，由華中科技大學牽頭創(chuàng)建的數(shù)字建造國家技術創(chuàng)新中心，面向產(chǎn)業(yè)共性問題、關鍵問題、核心問題展開攻關，旨在突破數(shù)字建造領域核心基礎工程軟件、高端智能化工程建造及監(jiān)測裝備等關鍵核心技術，將有力支撐我國工程建造領域企業(yè)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力提升，增強數(shù)字建造領域核心競爭力。中信數(shù)智（武漢）科技有限公司是我國智能建造領域的專業(yè)性企業(yè)，為智能建造微專業(yè)的實踐課程提供了專業(yè)工程實踐教學平臺。光纖傳感技術國家工程實驗室是我國光纖傳感領域唯一的國家級科技創(chuàng)新平臺，實驗室始終面向世界光纖傳感技術前沿、面向國家戰(zhàn)略任務和重點工程實施、聚焦國家重大基礎設施建設、針對眾多行業(yè)領域智能化發(fā)展，發(fā)揮在光纖傳感及物聯(lián)網(wǎng)技術工程化應用領域創(chuàng)新優(yōu)勢，引領并帶動我國光纖傳感行業(yè)快速發(fā)展。

（二） 武漢理工大學智能建造微專業(yè)需求分析

1.培養(yǎng)目標

根據(jù)《武漢理工大學智能建造微專業(yè)建設與管理辦法》，將智能建造微專業(yè)培養(yǎng)目標確立為兩點：一是具有解決復雜建筑和基礎設施智能設計、建造和運維的綜合能力，以及創(chuàng)新能力和跨學科發(fā)展能力；二是具備一定的行業(yè)從業(yè)能力，適應社會發(fā)展需求。

2.畢業(yè)要求

智能建造微專業(yè)畢業(yè)要求為：工程實踐能力、智能建造學科交叉知識、團隊合作、溝通交流、智能建造問題解決能力。

（三） 匹配度計算

根據(jù)上述專業(yè)培養(yǎng)目標與畢業(yè)要求，通過邀請該校聯(lián)合建設智能建造微專業(yè)的4位土木工程與建筑學院教授、3位計算機學院教授、3位機電工程學院教授、3位材料學院教授、2位光纖傳感技術國家工程實驗室研究員、3位華中科技大學教授、2位中信數(shù)智（武漢）科技有限公司研究員，共20位專家，運用Saaty標度法構建模糊判別矩陣，對模糊判別構建進行均值計算，結合所構建的FAHP步驟與耦合匹配度計算公式，得到42門課程的條件匹配度、專業(yè)匹配度、耦合匹配度，通過匹配度大小決定開設的課程，結果如表3所示。

使用FAHP計算課程庫內各類課程的三種匹配度，經(jīng)過一致性檢驗，所構建的模糊判別矩陣均滿足，表明一致性檢驗通過，匹配度計算結果合理。從表1中發(fā)現(xiàn)，在專業(yè)基礎課程中選擇智能建造專業(yè)導論、工程物聯(lián)網(wǎng)與智慧工地；在專業(yè)核心課程中選擇工程大數(shù)據(jù)與機器學習、智能機械與機器人學、BIM建模開發(fā)與開發(fā)基礎；在綜合實踐課程中選擇3D打印建造技術、工程自動化施工技術、工程智能監(jiān)測與運維，形成武漢理工大學智能建造微專業(yè)特色課程，如圖4所示。

智能建造專業(yè)導論、工程物聯(lián)網(wǎng)與智慧工地作為專業(yè)基礎課，能夠讓學生了解專業(yè)相關領域的技術標準體系等，理解不同新型技術對工程活動的影響，加深學生對行業(yè)的認識及其所承擔的社會責任。

工程大數(shù)據(jù)與機器學習、智能機械與機器人學、BIM建模開發(fā)與開發(fā)基礎作為專業(yè)核心課，開設后可依托武漢理工大學的教育平臺與華中科技大學等合作對象加深合作，利用現(xiàn)代工具對工程復雜問題進行分析、計算，進一步提高智能建造微專業(yè)的“理論+上機”屬性。

3D打印建造技術、工程自動化施工技術、工程智能監(jiān)測與運維作為綜合實踐課，開設后可以提高學生對復雜工程問題的調研和分析能力，并根據(jù)方案構建合適的實驗系統(tǒng)，進一步提高智能建造微專業(yè)的“實驗+實踐”屬性。

此外，從表3的課程排名可以發(fā)現(xiàn)，不同課程從條件匹配度與專業(yè)匹配度所得出的排名存在一定差異，這表明不同課程針對微專業(yè)的性質有一定區(qū)分。耦合后的排序綜合考慮了各類課程的條件匹配度與專業(yè)匹配度，并對課程的實際匹配度進行了度量，說明耦合匹配度在課程比選方面具有一定的優(yōu)勢，同時也表明本文所構建的FAHP課程選擇模型具有較好的普適性。

四、結語

在數(shù)字化、信息化轉型背景下，探討了智能建造微專業(yè)建設的可行性與必要性。從專業(yè)概念到專業(yè)優(yōu)勢綜合分析，從培養(yǎng)基礎、培養(yǎng)目的、課程體系三方面細化培養(yǎng)模式，提出了基于FAHP的智能建造微專業(yè)課程設置方法。最后，以武漢理工大學智能建造微專業(yè)建設為例進行了實證分析，計算結果驗證了本文所提出的智能建造微專業(yè)課程設置研究方法的科學性，為各高校發(fā)揮自身特色優(yōu)勢開辦智能建造微專業(yè)提供了有益的探索。

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Research on the course setting of intelligent construction micro major based on FAHP

CHEN Wei， RAO Junfang， LIU Wenjie， TIAN Yishuai， CAI Lixiong

（School of Civil Engineering， Wuhan University of Technology， Wuhan 430070， P.R.China）

Abstract： Based on the fuzzy analytic hierarchy process （FAHP） method， a model method for the curriculum setting of intelligent construction micro specialty is proposed by combining the training needs of intelligent construction talents with the advantages of micro specialty construction. Firstly， the training objectives and graduation requirements of intelligent construction micro specialty are analyzed， and based on this， the course library of intelligent construction micro specialty is established. Then， according to the training objectives and professional foundations of different schools， FAHP is used to calculate the coupling matching degree between the proposed course and the school training mode， and the courses with higher matching degree are selected to determine the courses of intelligent construction micro specialty. An empirical analysis is carried out on the curriculum setting of intelligent construction micro specialty in Wuhan University of Technology. The results show that through the application of this method， courses such as engineering internet of things and intelligent construction site and engineering intelligent monitoring and operation and maintenance can be effectively selected to adapt to the advantages of school running， which is conducive to enhancing the scientificity of micro specialty curriculum setting and realizing characteristic training objectives.

Key words： intelligent construction micro major; FAHP; course setting; empirical analysis

（責任編輯? 梁遠華）