契合“新工科”跨專業(yè)協(xié)同畢業(yè)設計的改革與實踐

朱永甫　黃杰超　劉衍香　王鳳華

摘 ?要：隨著“新工科”國家戰(zhàn)略的實施和建筑業(yè)向新型工業(yè)化、信息化、綠色化轉型升級，一批以新技術、新業(yè)態(tài)、新模式為特點的新興建筑產業(yè)迅速崛起，對“土木類”專業(yè)人才的知識結構、能力素質提出了更廣、更高、更新要求。閩南理工學院于2020屆畢業(yè)生根據“新工科”對人才知識要求“扁平化”的特征和建筑業(yè)轉型升級的重大需求，及時實施跨專業(yè)協(xié)同畢業(yè)設計，取得了良好的教學改革效果。此成果獲得福建省教學成果二等獎，在土木工程專業(yè)面向“新工科”改造，具有引領推廣價值。

關鍵詞：新工科;跨專業(yè);協(xié)同;畢業(yè)設計

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）10-0119-04

Abstract： Because of the implementation of the national strategy of "new engineering" and the transformation and upgrading of the construction industry to the new industrialization， informatization and greening， a number of emerging construction industries characterized by new technologies， new business forms and new models are rising rapidly. These puts forward broader， higher and newer requirements for the knowledge structure， ability and quality of "civil engineering" professionals.According to the characteristics of "new engineering" requiring "flattening" in talent knowledge and the great demand for the transformation and upgrading of the construction industry， the graduates of Minnan University of Science and Technology in 2020 have implemented the cross-major collaborative graduation design and achieved good teaching reform effect. This achievement won the second prize of Teaching Achievement of Fujian Province， and has the leading and promoting value in the transformation of Civil Engineering major toward "new engineering".

Keywords： new engineering; interdisciplinary; collaboration; graduation project

一、概述

隨著“新工科”“創(chuàng)新驅動發(fā)展”等國家重大戰(zhàn)略的快速實施以及建筑業(yè)逐步轉型升級的需要，一批以新業(yè)態(tài)、新技術、新模式為特征的建筑新興產業(yè)如綠色建筑、建筑節(jié)能、裝配置建筑等迅速發(fā)展起來，契合“新工科”，對傳統(tǒng)的土木工程教育提出了新理念、新結構、新模式、新質量、新體系等“五個新”要求[3]。工程教育改革發(fā)展方向具有學科交叉性、技術發(fā)展性和能力創(chuàng)新性等基本特征，促使土木工程建設領域向新型工業(yè)化、信息化、綠色化、國家化轉變，對“土木類”專業(yè)人才的知識、能力、素質結構提出了更高、更新的要求[1]。閩南理工學院于2020屆畢業(yè)生根據“新工科”對人才知識要求“扁平化”的特征和建筑業(yè)轉型升級的重大需求，把土木工程、工程管理、工程造價、建筑環(huán)境與能源應用工程4個專業(yè)有機融合、協(xié)同作業(yè)，及時實施了基于BIM技術的跨專業(yè)協(xié)同畢業(yè)設計，通過利用BIM建模技術對綠色施工過程、施工技術特點、施工操作規(guī)則等進行了4D虛擬建造、4D虛擬施工組織和5D智能計量與計價。

二、“新工科”要求與畢業(yè)設計教學環(huán)節(jié)存在的主要問題

住房和城鄉(xiāng)建設部《2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》提出：“十三五”期間，著力增強智能化、BIM、大數據等信息技術集成應用能力，建筑業(yè)的智能化、數字化、網絡化要取得突破性進展。中國建筑業(yè)全面進入智能建造的時代，智能制造是我國“制造強國戰(zhàn)略”的核心單元，是“中國制造2025”的主攻方向[3]，也是國家“新工科”建設的重要抓手。

“新工科”要求傳統(tǒng)建筑行業(yè)必須將新一代信息技術和新一代人工智能與制造業(yè)深度交叉融合。建筑行業(yè)正催生勞動密集型向技術密集型轉變，基于傳統(tǒng)的設計規(guī)程、建造流程、生產方式必須與“新工科”新技術緊密融合，逐步構成由制造業(yè)、建筑業(yè)、信息產業(yè)深入融合的契合“新工科”的智能建造專業(yè)[1，4]。它要求專業(yè)人才知識寬度足夠、專業(yè)能力較強，具有專業(yè)型、復合型、領軍型人才的特點。從知識和能力構成分析，“新工科”要求的土木類人才應具備如圖1所示的知識體系。

圖1 “新工科”對土木類專業(yè)人才知識體系的要求

對照“新工科”，傳統(tǒng)土木類專業(yè)，亟需解決相對滯后的課程體系與固化的教學模式，人才培養(yǎng)嚴重滯后于產業(yè)結構調整，不符合社會需求問題;實踐教學環(huán)節(jié)薄弱、模式單一，未能把跨學科的新知識新技能充實到專業(yè)培養(yǎng)中，缺少與理論教學環(huán)節(jié)之間系統(tǒng)化銜接;學科間互動機會較少，僅僅只能做到“一?！?，而不能達到“多專多能”的問題。

而大學期間最后的實踐教學環(huán)節(jié)畢業(yè)設計，更是與“新工科”要求相悖，我校往屆的畢業(yè)設計，慣性地依據傳統(tǒng)教學理念，專業(yè)壁壘設置嚴重、設計內容單一重復、指導教師封閉自鎖，具體體現如下：

1. 與“新工科”所呈現的實際工程設計與施工技術存在“時差”。土木工程是一個各種系統(tǒng)既有互相獨立又交叉融合的“閉環(huán)”系統(tǒng)，它需要工程設計、工程施工、工程造價、工程管理等綜合知識和能力，來實現工程管理目標最優(yōu)、工程造價目標最優(yōu)，過去傳統(tǒng)獨立專業(yè)壁壘設置嚴重，其畢業(yè)設計（論文）難以滿足“新工科”要求，達到人才培養(yǎng)目標[2]。

2. 與“新工科”所要求的跨專業(yè)團隊職業(yè)素質“脫臼”。傳統(tǒng)畢業(yè)設計（論文）著眼于在本專業(yè)知識，很少顧及其他專業(yè)內容，缺乏“大土木”團隊職業(yè)素質，這與在實際工程設計、施工、管理、運維中多專業(yè)協(xié)同作業(yè)所要求的職業(yè)素養(yǎng)“脫臼”[5]。

3. 與“新工科”所創(chuàng)導的知識集成創(chuàng)新模式“脫節(jié)”?，F代建筑企業(yè)與產品創(chuàng)新，不僅僅是單一專業(yè)知識領域的“獨創(chuàng)”，而是融合、繼承和集成了不同專業(yè)知識領域基礎上的“綜創(chuàng)”[7]。傳統(tǒng)的畢業(yè)設計不能滿足“新工科”對新知識、新能力提出的更高要求，明顯存在“脫節(jié)”現象。

4. 與“新工科”所推崇的培養(yǎng)多維度思維能力“脫鉤”?；趩我粚I(yè)的畢業(yè)設計通常是以是否具備本專業(yè)的知識和能力的角度去衡量，而“新工科”要求訓練大學生工程專業(yè)、經濟法律、道德素養(yǎng)、環(huán)境社會、法律法規(guī)等綜合能力，傳統(tǒng)畢業(yè)設計（論文）只“圈”于本專業(yè)，知識衍生性差，與“新工科”推崇的培養(yǎng)多維度思維能力明顯“脫鉤”[8]。

三、跨專業(yè)協(xié)同畢業(yè)設計改革路徑

圍繞一個建筑物為設計對象，整合并優(yōu)化教學資源，邀請企業(yè)專家全過程參與，結合1+X職業(yè)技能證書試點建設契機，基于BIM技術平臺組建跨專業(yè)協(xié)同畢業(yè)設計團隊。為了更好地解決學校畢業(yè)設計實踐教學環(huán)節(jié)過去存在的“空洞化”現象，充分發(fā)揮我們學校應用型人才培養(yǎng)特點和“產教融合、協(xié)同育人”項目和基地優(yōu)勢，通過跨專業(yè)協(xié)同畢業(yè)設計，實現了“真題真做”“一組一教授”“全過程監(jiān)控”。

（一）跨專業(yè)協(xié)同畢業(yè)設計框架設計

為了契合“新工科”一專多能之特點，梳理現代土木工程對“大土木”的知識和技能要求，學院聯(lián)合土木工程、工程造價、工程管理、建筑環(huán)境與能源應用工程等4個專業(yè)，覆蓋結構設計、土木工程設計、給水排水工程、暖通空調工程、工程環(huán)境檢測、工程造價管理、施工組織管理等相關專業(yè)領域，以“學生為中心，教師為指導”為總體設計方針，以“跨專業(yè)、數字化、云數據、全壽命”為工程設計理念，組建了教授引領的10組的指導教師團隊（5人/組）和畢業(yè)設計小組（4人/組），如圖2所示。

（二）主要舉措

土木工程學院在獲批國家級1+X（BIM）土木工程試點專業(yè)上，調整培養(yǎng)思路，于2015年進行了圍繞BIM技術的試點班，有系統(tǒng)地融入了“新工科”要求的BIM內容;健全需求導向的人才培養(yǎng)結構動態(tài)調整機制，建立緊密對接產業(yè)鏈、服務創(chuàng)新鏈的學科專業(yè)體系依據工程一線和畢業(yè)生就業(yè)崗位群技術需要，優(yōu)化畢業(yè)設計選題，拓展畢業(yè)設計類型;組建“跨專業(yè)、多交叉、復合化”的指導教師團隊和畢業(yè)設計小組;構建了專業(yè)相互融合的教學協(xié)作平臺，形成線上線下資源共享，支持課程異地同步教學;面向現代土木工程技術發(fā)展，綜合考慮工程環(huán)境、工程經濟等因素，以合作與協(xié)調方式開展畢業(yè)設計，學生工程實踐能力、溝通協(xié)作能力得到提高。

1. 指導教師團隊組建。我院具有指導畢業(yè)設計的專業(yè)教師共有63名，經過教師推薦、學生評價、學院決定，層層把關，以“一個項目一個小組”、“一個小組一個教授”為原則，高中青搭配合理、專業(yè)分工明確、責任心強的指導教師隊伍。參與跨專業(yè)協(xié)同畢業(yè)設計的一線指導教師必須既具有多年課堂教學和指導畢業(yè)設計經驗的老教授，又聘請了在建筑企業(yè)長期從事土木工程設計與施工、造價與管理的校企合作企業(yè)的資深工程師[3]。

2. 學生團隊層層遴選。我院跨專業(yè)協(xié)同畢業(yè)設計內容主要覆蓋土木工程、建筑環(huán)境與能源應用工程、工程造價、工程管理和給排水科學與工程（未有畢業(yè)生，但要求具備設計內容）等5個專業(yè)，建筑專業(yè)我院尚未開設。學院基于2015年已經開設《BIM建模》《BIM技術應用》等課程的基礎上，于2019年暑假開設“跨專業(yè)協(xié)同畢業(yè)設計”為期1個月的培訓班，從86學生中根據專業(yè)和培訓班成績，遴選39名組建了10個項目組。

3. 交叉融合科學選題。課題來源于學校重大教改課題——“閩南理工學院智慧校園”，屬“真題真做”（我校麗景樓、數字圖書館、體育館、學生宿舍、E與F幢教師公寓等10幢），要求項目組根據學校環(huán)境和建筑物特征，建立基于BIM技術的能實現“虛擬漫游”的“數字沙盤”，畢業(yè)設計團隊設計目標明確、技術路線清晰、交割流程清楚。同時也考慮到我院未設置建筑專業(yè)及設計進度安排上的困難，故由有關校企合作單位提供或完成建筑設計方案，并由項目組學生根據建筑方案完成建筑施工圖設計等后續(xù)設計工作[3]。

4. 協(xié)作平臺優(yōu)化設計?？鐚I(yè)協(xié)同畢業(yè)設計的每個項目組是由“4個專業(yè)、4個教師”臨時組建，若沒有一個數字化水平高的溝通交互平臺，無從談起協(xié)作設計。為此，學院為跨專業(yè)協(xié)同畢業(yè)設計項目組專門設置教室（BIM工程中心），依據項目組集中一起學習工作，模擬營造了一個與實際建筑工程設計院相似的硬件和軟件環(huán)境，要求學生每天到BIM工程中心簽到并記錄當天的設計進度，存在問題及時在服務器上記錄并相互討論、互相溝通、協(xié)同商議[3]，達成共識。

5. 嚴格指導每日化。要求參與協(xié)同畢業(yè)設計的所有專業(yè)指導教師必須深入每個設計進程的每個環(huán)節(jié)，每天必須與學生見面，現場解決學生通過協(xié)同作業(yè)尚未解決的問題。遇到“專業(yè)交叉”、“云平臺協(xié)作”等問題時，指導教師及時組織相關專業(yè)與學生根據“專業(yè)協(xié)同單”，召開專項協(xié)調會議，明確提出解決問題、解決方法、承擔專業(yè)、解決時間、成果形式、交割方式等，使專業(yè)之間協(xié)商通道暢通，確保設計進程按計劃進行[3]。

6. 圖紙流轉云臺化。在跨專業(yè)協(xié)同畢業(yè)設計過程中，不同專業(yè)之間中間成果交互巨量頻繁，如建筑結構設計圖是建筑電氣設備設計的前提，建筑施工圖是工程計量與計價的基礎，因此圖紙之間不僅存有上下流關系，而且交叉融合，一個專業(yè)的圖紙微小變動會導致整個項目組的圖紙“牽一發(fā)而全動”。因此我們設置了阿里云，要求學生把各專業(yè)圖紙按時間流、工作流、功能流建立了圖紙數據庫，保證整個項目的圖紙和數據自動隨某個專業(yè)局部圖紙或數據的調整變化而變化，隨時保證圖紙的一致性和有效性[3]。

7. 考核評價標準化。畢業(yè)設計的綜合成績由小組成績和個人成績組成，其構成比例為2：8。小組成績主要考核總體設計目標是否達到、專業(yè)間協(xié)調作業(yè)是否流暢等，個人成績主要考核設計工具使用是否熟練、單項設計目標是否達到、工作態(tài)度和專業(yè)水平等。對跨專業(yè)協(xié)同畢業(yè)設計，我們邀請外校專家作為評閱教師和答辯組成員，并重點關注專業(yè)間如何協(xié)同，考查學生的合作意識和團隊協(xié)作精神。整個項目組進行中期檢查評估、協(xié)作問題解決機制、圖紙數據流轉情況、聯(lián)合答辯等專項考核[8]。

8. 畢業(yè)設計扁平化?？鐚I(yè)協(xié)同畢業(yè)設計（論文），因為針對的是一個“大土木”設計工程對象，底層BIM“大數據”支撐，由多個專業(yè)、多個分項工程，涵蓋土木工程結構設計、建筑設備設計與安裝、工程計量與計價、施工組織設計等組成，絕無可能一人完成或一個專業(yè)完成，因此畢業(yè)設計成果由小組總設計和個人單項畢業(yè)設計2部分構成。專業(yè)單項或分項工程具體分解，根據項目難度、專業(yè)細分等由指導教師與學生協(xié)商科學拆分。

9. 答辯成績綜合化?？鐚I(yè)協(xié)同畢業(yè)設計采用聯(lián)合答辯形式，答辯組成員全部由外校專家和企業(yè)高級工程師組成。先由項目組長介紹課題總體成果并主要回答協(xié)同過程中產生和解決的問題，其次再由項目組成員介紹本專業(yè)的設計情況，主要內容包括專業(yè)設計的概況、設計依據理論、設計操作軟件、設計成果以及進一步改進措施和體會。對于一些牽涉跨專業(yè)交叉的技術問題，允許團隊成員討論并派代表回答[5]。通過聯(lián)合答辯，充分考察了項目組成員對課題所涉及的理論知識和工程技能的掌握程度，同時也對整組的團隊協(xié)作、集體精神、思維創(chuàng)新等作出了客觀評價。

四、成果與推廣價值

通過這次跨專業(yè)協(xié)同畢業(yè)設計實踐教學改革，嘗試了基于BIM數字化技術，把我校9個典型建筑形成了可視化三維模型，納入云數據平臺，做到了工程設計、建筑施工、工程造價、工程管理的全壽命信息共享，初步達到了“大數據”框架下，體現了“新工科”背景下建筑工程的數字化、精細化、全壽命之特點[1]，示例成果如圖3所示。通過跨專業(yè)協(xié)同畢業(yè)設計，使我校土木類學生充分意識到了畢業(yè)后未來職業(yè)崗位中自己所扮演的角色以及如何協(xié)同、如何把BIM技術嵌入工程設計中取得了明顯教學效果[2]。實現了基于BIM技術的專業(yè)協(xié)同，探究了跨專業(yè)協(xié)同畢業(yè)設計綜合實訓新模式，提高了綜合畢業(yè)實訓的教學效果，真實地實踐了教育部“三全育人”，提高了師資隊伍的時間指導水平。此成果獲得福建省教學成果二等獎，在土木工程專業(yè)面向“新工科”改造，具有引領推廣價值。

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基金項目：福建省教育廳新工科項目“基于智能建造土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新改革”（閩教高〔2020〕4號）;福建省教育廳“綠色建筑施工與管理福建省高校工程研究中心”（閩教科[2017]13號）;福建省教育廳“基于智能建造土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新改革”（教高廳函[2020]2號）

作者簡介：朱永甫（1964-），男，漢族，浙江紹興人，碩士研究生，副教授，副院長，研究方向：綠色建筑材料研究、教學改革與管理。