智慧城市建設背景下土木工程專業的轉型發展探索

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境變遷,土木工程領域也必須適應信息化革命帶來的挑戰與機遇。在城市智慧化更新背后,土木工程發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,確保城市的可持續發展和公眾福祉。為適應這一需求,培養胸懷智慧城市理念的工程師,土木工程專業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教育的轉型與發展前景,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轉型的步伐,助力城市建設進入更加智能、可持續的未來。

一、把握機遇:土木工程專業轉型發展趨勢

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學生的工程實踐能力和專業知識,以滿足建筑和基礎設施領域的需求。然而,隨著時代的發展和社會的變革,土木工程領域也面臨著新的挑戰和機遇。目前的土木工程專業教育重點依然集中在傳統的工程科學、數學和工程設計原理,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發展的興起,傳統培養方案的局限性愈加凸顯。

首先,現代工程實踐中,機器人技術、大數據分析和智能系統的設計占比越來越高,倡導可持續設計,以建立高效的工程建設流程和管理機制,實現生態效益、經濟效益最大化。然而,傳統工科專業的人才培養方案往往未能充分涵蓋這些領域,導致畢業生在數字化時代的就業市場上面臨不利的競爭局面。

其次,高速的城鎮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發展設計的知識。然而,傳統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。[1]

此外,土木工程的就業形勢也面臨壓力。隨著城市擴張速度放緩,城市更新走向精細化、智能化,參數化設計和人工智能輔助設計技術逐漸普及,傳統建筑和基礎設施項目的設計需求減少,城市建設從“求速”轉變為“求智”。傳統培養方式所教授的技能已經不能滿足變化中的市場需求,技術革命的浪潮不會停下,高校繼續抱殘守缺而放棄智能化轉型的機遇,不僅畢業生將失去就業競爭力,土木行業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,通過強化數字技術、數據科學和可持續發展領域的訓練,尤其是關注智能建造、機器人自動化等跨學科聯動領域,土木工程師能夠在智慧工程建造、可持續性設計和城市規劃方面發揮積極作用,高校向市場輸入多領域的高層次人才,提高行業產出質量,建立合理的行業規范和工作流程,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展現狀

根據筆者的從業經驗與網絡在線調查,智慧城市目前還缺乏明確的行業規范,業務范圍不清晰,市場相對混亂,容易產生惡性競爭。由于業務內容簡單、工作內容煩瑣,同時缺乏專業技術研發投入,難以打造系統性的產出,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務以底數據治理為主,然而原始數據來源龐雜,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模式——這種模式在“to B”和“to G”業務中的表現為業主側相對強硬,智慧城市行業作為G端缺少創新和研發的自由度,大量時間和成本花在不斷針對甲方要求調整業務模塊上,再度陷入傳統設計院困境,這樣的開發模式和市場現狀對企業的盈利能力構成了挑戰。盡管智慧城市領域已經發展了近十年,但至今未涌現出獨角獸級別的行業巨頭。這從另一個側面反映該行業的盈利能力相對較低;低盈利導致從業人員低薪、裁員頻繁,企業人員流動率高,難以留住有經驗的員工,加劇了人才短缺;優質人才和研發經費的雙重缺口使行業發展步伐遲滯,無法通過技術與理論創新實現產業結構升級,打破市場現狀;很多項目使用標準化的解決方案,導致同質化嚴重,難以實現差異化競爭。

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

三、支撐引領:土木工程專業的智能化轉型定位

智慧城市建設行業的興起將成為土木工程專業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,城市的需求和挑戰正發生根本性變化,這為土木工程專業教育帶來了新的機遇和挑戰。因此,理解大學與城市建設發展的互動,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的要求,促進城市可持續發展,具有重要的現實意義。這一關聯將為土木工程教育帶來更深層次的啟發,引領其走向智能化和數字化的未來。

土木工程專業教育的智能化轉型需求包括技術、可持續性、跨學科合作、實踐經驗和倫理等多個方面。智慧城市產業發展的核心在于先進的技術和創新的應用,土木工程專業完成轉型后將向行業輸送高質量人才,推動新技術的研發和應用,從而提高城市基礎設施的效率和性能;同時,具備數據分析和工程管理能力的土木專業畢業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、分析和利用數據,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生可以在教育和培訓領域發揮作用,培養更多具備智慧城市知識和技能的土木人才,為智慧城市產業市場注入新鮮血液,保持行業的活力和創新性。產業科技轉型發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有助于促進思想和學術的交流與學習,從而推動創新的蓬勃發展。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市場升級和調整的關鍵因素。他們能夠推動技術創新、促進可持續發展、提供戰略規劃和政策咨詢,為智慧城市的發展提供堅實的支持,促進產業市場的不斷進步。這些人才的培養和吸引將有助于智慧城市行業的長期繁榮。

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

由于智慧城市產業具有跨領域特征,需要涵蓋數據科學、信息技術、城市規劃等多個領域的知識,促使土木工程專業與其他領域開展更多的技術交流和跨學科合作,幫助傳統工程領域引入新技術和方法,包括對數字化和數據科學的培訓,這種整合使傳統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,土木工程專業可以借鑒智慧城市項目管理的最佳實踐,提高傳統工程項目的管理和決策水平;其次,智慧產業的繁榮為傳統企業創造更多的市場機會,土建企業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“科技研發—成果轉化—生產銷售 —用戶體驗—升級迭代”的創新生態系統的良性循環,[4]支持土木工程實現智能化;而對于企業來說除了繼續承擔傳統基礎設施項目,還能在傳統工程項目中注入創新和智能化元素,并且進一步參與智慧城市建設,增加企業項目多樣性和盈利潛力。

四、塑造未來:土木工程專業教育的實踐創新

正如前文所論,隨著智慧城市的興起,傳統土木工程專業教育的局限性逐漸顯露,畢業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字化轉型的步伐。在探討土木工程專業教育的轉型實踐創新時,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代城市建設挑戰的必要一步。目前,針對智能化轉型、智能建造專業體系建設等已經成為土木工程專業教育轉型的實踐熱點,面對智慧城市行業發展所提出的新需求,高校應首先遵循工程教育專業認證所倡導的OBE(Outcome Based Education)教育理念,以成果為導向,制定土木工程專業人才培養目標與畢業要求,為教育實踐創新指明方向。[5]

除了改革人才培養方向,本科教育應鼓勵師生發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學原理融入土木工程和城市規劃,開設生態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規劃行業從業者開設講座并擔任企業導師,與學生分享實際經驗和行業洞察,幫助他們更好地融入行業;為了解決理論與實際的脫節問題,將學校課程與社會實踐聯系起來,推動以人為本的城市建設發展,學院應鼓勵學生參與社區和基層創新項目,構建交流平臺,在課程設計實踐中增加社區參與、居民共建等要素,鼓勵學生提供創新想法和解決方案,更可以與政府、城市規劃部門和智慧城市企業合作,讓學生參與實際項目,親身體驗智慧城市建設的挑戰和機遇;[4]在教學方法和培養方案設計上,學校和學院應大力促進土木工程專業與信息技術、數據科學、城市規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、大數據分析等關鍵概念,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)、VR(虛擬現實技術)、AR(增強現實技術)等,以優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,培養學生創新實踐能力,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

土木工程專業的智能化轉型為智慧城市產業提供了強大助力,智慧城市、智能建造等先進建設方法的涌現也為轉型蛻變中的傳統工科帶來嶄新機遇。高校進行智能化轉型,意味著以培養具備數字化技能和跨學科知識的工程師為育才目標,他們不僅懂得傳統工程原理,還能運用先進的技術和數據科學方法來解決復雜的城市建設問題。這為智慧城市產業提供了更多高素質的從業者,推動了技術創新和發展。與此同時,智慧城市產業的不斷升級也為土木工程專業帶來新的發展機會。城市基礎設施的數字化和智能化需求,要求土木工程師具備更多跨學科的技能,例如數據分析、物聯網和可持續發展原則的應用。這拓寬了土木工程專業的領域,為其提供了更廣泛的發展前景?；ダセ莸年P系促使工程教育變得更加多元化和綜合化,鼓勵工程師在傳統土木工程原理的基礎上融入創新思維和數字技術,推動可持續發展,為智慧城市建設提供了更具創新性和可持續性的解決方案。面對新時代、新經濟、新業態帶來的挑戰,土木工程專業需加快改革和創新步伐以服務國家戰略,滿足產業需求和未來發展趨勢,才能在新工科建設浪潮中繼續保持優勢地位。這種相互促進的關系對于培養更全面的工程師、推動可持續發展、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。