地下空間開發(fā)交叉學(xué)科人才培養(yǎng)策略探討

王振 顧琳琳 高飛 姚箭

[摘 要] 改革開放以來，我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)成就舉世矚目，國家基礎(chǔ)建設(shè)也進(jìn)入了高速發(fā)展階段，地下空間開發(fā)建設(shè)日趨復(fù)雜，并逐漸走向數(shù)字化、信息化，急需機(jī)械、材料、計(jì)算機(jī)等學(xué)科的支撐和融合。國家建設(shè)對于地下空間開發(fā)相關(guān)人才需求的高層次化，給土木工程人才培養(yǎng)提出了新的挑戰(zhàn)。通過分析目前地下空間開發(fā)和相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)難題，列舉人才培養(yǎng)模式中存在的問題，探討土木工程交叉學(xué)科人才培養(yǎng)策略，為新形勢下地下空間開發(fā)建設(shè)人才培養(yǎng)新模式，提出了科學(xué)可行的建議與措施。

[關(guān)鍵詞] 土木工程;地下空間開發(fā);交叉學(xué)科;人才培養(yǎng)

[基金項(xiàng)目] 2020年度國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目“沖擊擾動下深部巖體結(jié)構(gòu)面剪切蠕變特性及時(shí)滯失穩(wěn)滑移判據(jù)研究”（42002266）

[作者簡介] 王 振（1987—），男，河南商丘人，工學(xué)博士，南京理工大學(xué)講師，主要從事防護(hù)工程研究。

[中圖分類號] C229.29 ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2021）41-0165-04 ? ?[收稿日期] 2021-06-10

一、問題研究背景

伴隨著我國城鎮(zhèn)人口的急劇增加，國家建設(shè)和人民生活對于地下空間的需求越來越大。地下空間涉及人防、建設(shè)、市政、環(huán)保、電力、交通、水利、國防等諸多方面[1，2]。地下空間承載著地下公用設(shè)施、交通基礎(chǔ)設(shè)施、服務(wù)和工業(yè)設(shè)施甚至國防工程設(shè)施，科學(xué)綜合地規(guī)劃開發(fā)地下空間是未來發(fā)展的關(guān)鍵。地鐵建設(shè)既是城市交通建設(shè)的需要，也是人防工程的重要組成部分，截至2020年12月31日，上海已建成軌道交通總里程729km，在建里程217.5km[3]。目前建設(shè)地下隧道的主要方式盾構(gòu)法本身就是土木工程、機(jī)械工程及其自動化、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等多個(gè)學(xué)科集成的產(chǎn)物。近年來，由于盾構(gòu)施工中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與BIM、GIS等多數(shù)據(jù)融合，海量的數(shù)據(jù)來源和高速的數(shù)據(jù)更新頻率引起了研究者的興趣，利用數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)預(yù)測盾構(gòu)掘進(jìn)過程中的地表沉降、突涌水等風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)。盾構(gòu)挖掘建設(shè)中產(chǎn)生的工程渣土方量巨大，僅南京擬建的線路的渣土出土量可達(dá)千萬方，而目前用于堆放渣土的渣土場幾近飽和，工程渣土已成為影響軌道交通建設(shè)進(jìn)度以及城市環(huán)境的重要因素，急需向材料科學(xué)、化學(xué)工程、建筑科學(xué)等學(xué)科求助尋找工程渣土資源化利用的新途徑。此外，目前的特殊國際形勢和世界范圍內(nèi)的反恐怖主義浪潮，城市人防、電力、交通的人防設(shè)施在極端荷載作用下的安全和防災(zāi)減災(zāi)，也成為城市建設(shè)者急需關(guān)注的熱點(diǎn)，而這些設(shè)計(jì)或科研任務(wù)的完成需要擁有爆炸力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)以及人防或者國防相關(guān)學(xué)科學(xué)習(xí)背景的專業(yè)技術(shù)人員。

隨著國家基礎(chǔ)建設(shè)大力開展，深長隧道在水利工程、高速鐵路等工程中層出不窮，地下儲氣工程、地下核廢料處置工程正在不斷的研究和進(jìn)行方案論證。高原地區(qū)的深長隧道建設(shè)是川藏鐵路建設(shè)的重要組成部分[4]，面對高原、高寒、高海拔、板塊運(yùn)動強(qiáng)烈以及高地溫的建設(shè)條件[5]，很多傳統(tǒng)的建設(shè)設(shè)備和建設(shè)方法無法直接應(yīng)用，如傳統(tǒng)的TBM需考慮高海拔對設(shè)備降效的影響，應(yīng)搭載地質(zhì)預(yù)報(bào)設(shè)備，配備適用性強(qiáng)的超前加固系統(tǒng)和及時(shí)支護(hù)系統(tǒng)，這種改變需要地質(zhì)工程、機(jī)械設(shè)備、材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多個(gè)學(xué)科的配合才能完成。隨著國際環(huán)境的變化，我國邊境沖突不斷加劇，邊境地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也成為建設(shè)的重點(diǎn)，地下空間的利用和相關(guān)建設(shè)是該類基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分。例如中印邊境地區(qū)，研發(fā)輕質(zhì)、高強(qiáng)、易拼裝的建筑材料，提升建設(shè)裝配的環(huán)境適應(yīng)能力，發(fā)展裝配式快速建造技術(shù)可快速形成基本保障設(shè)施和防護(hù)屏障。這些建筑材料和建設(shè)技術(shù)的突破少不了材料科學(xué)、土木工程技術(shù)以及機(jī)械自動化等多學(xué)科的融合。目前，關(guān)于地下儲氣庫以及地下核廢料處置庫已經(jīng)開展了多項(xiàng)研究，并且研究人員已經(jīng)得到了一大批研究成果[6，7]。在已有的文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)核廢料處置庫和地下儲氣庫的建設(shè)和相關(guān)科研活動與新材料、特種機(jī)械和設(shè)備以及特種施工方法密切相關(guān)，必定需要大量的復(fù)合型人才貢獻(xiàn)自己的智慧和成果。目前地下空間開發(fā)問題逐漸從以前的粗放型活動轉(zhuǎn)變?yōu)榧s型、精細(xì)型的活動，所需知識不僅涵蓋傳統(tǒng)的土木、機(jī)械、化工等學(xué)科，計(jì)算機(jī)、人工智能也逐漸成為解決地下空間問題的有力手段。因此，培養(yǎng)交叉學(xué)科的人才對于加快地下空間開發(fā)建設(shè)，提升地下空間開發(fā)水平具有重要的意義。

二、目前地下空間相關(guān)人才培養(yǎng)存在的問題

隨著地下空間的開發(fā)和利用逐漸成為基礎(chǔ)建設(shè)和城市建設(shè)的熱點(diǎn)，具有土木工程教學(xué)和科研能力的高校在巖土工程及其相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)上相繼建立了針對地下空間工程的本科專業(yè)，并設(shè)立地下建筑課程組，主要課程以理論力學(xué)、材料力學(xué)、土力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)、地下空間規(guī)劃設(shè)計(jì)、地下建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)、巖土地下工程施工等專業(yè)課為主。課程所學(xué)知識主要服務(wù)于隧道工程、地下管線、地下儲庫、地下商業(yè)與工業(yè)空間等工程的設(shè)計(jì)、施工、建立研究等技術(shù)或管理工作。然而，雖然許多學(xué)校已經(jīng)開設(shè)了上述課程培養(yǎng)地下空間建設(shè)和開發(fā)相關(guān)的人才，但傳統(tǒng)地下空間建設(shè)基礎(chǔ)上，兼?zhèn)溆?jì)算機(jī)、機(jī)械工程以及管理、爆炸力學(xué)等扎實(shí)基礎(chǔ)的人才仍然很少。目前，部分高校已經(jīng)開始交叉學(xué)科人才培養(yǎng)方面的探索，如同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)科實(shí)行的土木工程+個(gè)性化人才培養(yǎng)模式，湖北工業(yè)大學(xué)王傳輝等[8]也進(jìn)行了校企協(xié)同創(chuàng)新體系下交叉學(xué)科人才培養(yǎng)模式方面的探索。但是，由于近年來所需地下空間建設(shè)相關(guān)人才的復(fù)合性越來越高，地下空間相關(guān)交叉學(xué)科的人才缺口仍然較大，需要大力探索地下空間開發(fā)所需的交叉學(xué)科的培養(yǎng)模式和培養(yǎng)方法，為地下空間開發(fā)建設(shè)培養(yǎng)更多交叉學(xué)科人才。就筆者對上述問題的認(rèn)識，目前存在的問題主要有以下幾點(diǎn)。

1.培養(yǎng)課程應(yīng)適應(yīng)社會的發(fā)展。隨著我國人防工作的改革和不斷地推進(jìn)，人防工程的設(shè)計(jì)和施工不斷的社會化，人防設(shè)計(jì)、施工和管理等專業(yè)人才缺口逐漸擴(kuò)大。人防工程大部分涉及地下工程建設(shè)和地下空間的利用，與地下空間開發(fā)和相關(guān)專業(yè)關(guān)系密切。然而，由于人防專業(yè)的特殊性，以前地方的人防相關(guān)業(yè)務(wù)相對較少，人防工程相關(guān)人才的需求量較小，開設(shè)人防專業(yè)的地方高校較少，而普通的地下空間相關(guān)專業(yè)極少涉及爆炸力學(xué)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)、目標(biāo)易損性以及人防建筑及結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的相關(guān)課程，導(dǎo)致人防建設(shè)和設(shè)計(jì)單位以及一些地方建設(shè)單位的涉軍項(xiàng)目難以招聘到合適的人才，必須招聘相關(guān)專業(yè)。然而，這些人才對于人防專業(yè)基礎(chǔ)知識的缺乏，需要花費(fèi)大量的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本對其進(jìn)行培訓(xùn)。因此，對于與人防工程緊密相關(guān)的地下空間工程專業(yè)，應(yīng)開設(shè)少量的基礎(chǔ)通識課程和基礎(chǔ)力學(xué)課程，介紹我國人防事業(yè)和人防工程建設(shè)的情況，使學(xué)生在本科學(xué)習(xí)時(shí)期就對人防工程就有一定的認(rèn)知，降低就業(yè)后對人防工程相關(guān)項(xiàng)目的從業(yè)門檻和培訓(xùn)難度。同時(shí)，逐漸衍生與人防工程專業(yè)相近的專業(yè)培養(yǎng)體系，以期土木工程教育更適應(yīng)社會的變革和發(fā)展。