Современные подходы к инженерно-строительному образованию в контексте цифровой трансформации отрасли

Введение

Одной из актуальных потребностей современного общества является подготовка специалистов высокой квалификации для научно-исследовательской и инженерно-инновационной деятельности по определенным в качестве приоритетных направлениям и отраслям экономики в условиях их цифровой трансформации. Острота вопроса повышается в условиях санкционных вызовов и необходимостью активизации отраслевого суверенитета, что требует от технических вузов осуществлять профессиональную подготовку инженеров нового типа, сочетающих профессиональную компетентность с высокой культурой творцов-инноваторов, способных решать производственные задачи с использованием новейших технологий и методов. Интересен подход, когда приводятся компоненты инженерного образования, которые необходимы именно для подготовки инженеров нового типа факторы [1].

К ним относится наличие:

• интегративных способностей, позволяющих будущим инженерам адекватно и быстро реагировать на запросы современного общества и разумно относиться к окружающей среде;

• критического мышления, позволяющего делать акцент на проблемах через моделирование, имитацию и оптимизацию;

• опыта в области реализации нововведений, в том числе их проектирование и производство;

• опыта в области инженерной деятельности, претерпевшей цифровую трансформацию;

• способности к самообразованию на протяжении всей профессиональной деятельности, а также способности адаптироваться к технологическим изменениям на рынке.

Значимость перечисленных требований к компонентам инженерного образования существенно повышается в условиях цифровой трансформации строительного образования и требует совершенствования подготовки инженерных кадров для работы в строительной отрасли в условиях ее цифровизации. Это обстоятельство определяет актуальность темы данной статьи.

Результаты исследования

Анализ исследований, посвященных роли инженеров в развитии современного общества показал, что общество с развитой рыночной экономикой нуждается в инженерах не только в качестве генераторов идей технических и конструктивных параметров будущих изделий, но и в качестве специалистов, способных решать вопросы маркетинга и сбыта, учитывать психологию потребителя, а также способных учитывать разного рода социально-экономические факторы [2].

При этом отмечается, что современный социум живет в век высоких технологий, Четвертой промышленной революции, эпохи Индустрии 4.0. Так, в исследовании Л.Н. Кочетковой инженер отождествляется с «человеком техники» и выступает олицетворением прогресса [3].

Очевидно, что современная жизнь общества в значительной степени зависит от интенсивности внедрения цифровых технологий, что способствует повышению значимости инженеров.

В связи с этим, современные инженеры должны в равной степени обладать как фундаментальными теоретическими знаниями, так и практическим опытом, инженерным чутьем и интуицией. Инженеры призваны сокращать разрыв между теорией и практикой. Сегодня инженер должен выполнять такие требования, которые традиционно не входили в область его профессиональной компетентности. Одновременно с этим ему предъявляются требования понимания экономических отношений, социальной ответственности, осознания всех последствий инженерной деятельности для природы и общества.

На всемирном экономическом форуме в Давосе в 2016 году в рамках дискуссии «Компетенции будущего: чему учиться и как учить» был составлен список из 10 ключевых компетенций будущего на 2020 год. Качества, которые рекомендовано развивать человеку, распределились в следующем порядке: 

• умение решать сложные задачи, наличие критического мышления, способность генерировать креативные идеи;

• умение управлять людьми, наличие навыков производственной координации, наличие эмоционального интеллекта, способность выражать суждение и принимать решения;

• способность ориентироваться на клиента, умение вести переговоры, наличие когнитивной гибкости.

Приведенный перечень компетенций, которые в настоящее время принято называть надпрофессиональными (гибкими или soft skilles), определяют, насколько успешно будет участие того или иного специалиста в рабочем процессе, а также насколько высок будет уровень результативности его трудовой деятельности. Эти надпрофессиональные компетенции согласуются с теми профессиональными качествами, которыми должен обладать современный инженер-проектировщик, ориентированный на коллективную работу в едином информационном пространстве. Эти выводы в равной степени относятся и к сфере проектирования строительных объектов, поскольку инвестиционно-строительные проекты – есть результат коллективного труда при участии большого количества специалистов: архитектор, инженер генерального плана, инженер-проектировщик сетей водоснабжения и канализации, специалист по сметам и т.п.

Именно такая модель современного инженера, владеющего технологией информационного моделирования, соответствует современным требованиям в эпоху цифровой трансформации строительной отрасли. Технология BIM (Building Information Modelling – англ.) является в настоящее время одной из перспективных. Уровень ее применения в России по данным 2019 года составил 22%, и она должна использоваться на всех этапах жизненного цикла строительного объекта.

С этой точки зрения, согласно исследованиям Г.Б. Захаровой, важнейшие качества BIM-специалиста должны опираться на междисциплинарный подход [4].

В его основе лежит конвергенция педагогических идей, связанных с информационными и коммуникационными технологиями, разработанная в рамках научной школы академика Российской Академии Образования, доктора педагогических наук, профессора Роберт Ирэны Веньяминовны [5].

Эти идеи, будучи реализованными в сфере проектирования строительных объектов на базе BIM-технологии, позволят перевести строительную отрасль на новый, цифровой уровень. Теоретические основания этой конвергенции нашли отражение в ряде научных исследований [6; 7; 8].

В настоящее время в строительных вузах страны организация обучения студентов по профильным предметам (строительные дисциплины) имеет специфический характер, с ярко выраженным акцентом на курсовое проектирование и самостоятельную работу. Данная модель обучения сохраняет свою актуальность и по сей день, однако, в свою очередь, необходимы изменения в учебных планах и программах учебных дисциплин. Это связано с тем, что если ранее делался акцент на самостоятельную работу студентов, то BIM-обучение должно быть больше ориентировано на совместную работу студентов. Работа над BIM проектами подразумевает коллективную деятельность специалистов по проектированию из смежных областей. Формировать умение осуществлять совместную работу над проектом будущие проектировщики должны еще на этапе обучения в вузе.

В ходе вузовской подготовки помимо профессиональных знаний и умений, у студента должны формироваться поисковые умениями, с тем, чтобы он был способен оценить найденную информацию на ее качество, релевантность, актуальность, полноту и достоверность. Умение вести результативный поиск и обработку информации является одним из требований к профессиональным качествам специалиста, выдвигаемых на передний план в процессе отраслевой цифровизации.

Одновременно с этим, другой важной тенденцией мировой экономики является неуклонный рост доли проектного управления, которая по данным всемирной некоммерческой организации PMI (Project Management Institute) к 2030 году достигнет 25 млн. человек. Интерес к образованию в области управления проектами подогревается растущим признанием важного вклада управления проектами в конкурентоспособность организации, социально-экономическое развитие и индивидуальный карьерный рост. Согласно ежегодному глобальному опросу PMI от 2022 года, 55% специалистов говорят, что руководители их организаций уделяют первоочередное внимание развитию навыков управления проектами.

Указанные тенденции технологического развития общества должны найти отражение при разработке новых образовательных программ инженерно-строительной подготовки в вузе.

Далее приведены примеры реализации практики BIM-обучения студентов в некоторых российских вузах.

В Уральском государственном архитектурно-художественном университете (УрГАХУ) разработана междисциплинарная образовательная программа «Прикладная информатика в архитектуре», в рамках которой осуществляется непрерывная коммуникация с организациями проектного и строительного кластера, в результате чего происходит постоянная актуализация учебных программ, вводятся компоненты современной автоматизации и интеллектуализации процесса проектирования и связанных с ним смежных дисциплин.

В Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете (СПбГАСУ) в рамках факультатива происходит обучение студентов совместной работе в BIM проекте. Он не является обязательным, поэтому позволяет улучшить баланс по числу участников, находится за пределами расписания и дает возможность собрать в учебную группу архитектора, специалиста по конструкциям, водоснабжению и водоотведению, теплогазоснабжению и вентиляции, электросетям, сметчика и программиста, отвечающего за настройку среды общих данных и автоматизацию процессов. Проведение подобных занятий направлено на формирование у будущих выпускников компетенций, необходимых для дальнейшей совместной работы над BIM-проектами.

В Санкт-Петербургском горном университете (СПГУ) реализована дисциплина «Компьютерная графика в проектировании», рассчитанная на студентов, обучающихся по профилю 08.03.01 «Строительство». Дисциплина позволяет дать обучающимся базовые знания и навыки работы в Autodesk AutoCAD для выполнения архитектурно-строительных чертежей [9].

Реализация BIM-обучения с опорой на междисциплинарный подход, позволяет формировать у студентов необходимую профессиональную компетентность. Однако шаги по реализации такого обучения в большинстве российских вузов еще только предпринимаются, поэтому нельзя говорить о массовом внедрении подобных программ. Также проводятся научные исследования в данном направлении.

В рамках исследования А.Д. Вилисовой и Л.И. Мироновой рассмотрен междисциплинарный подход в обучении студентов строительных вузов [8]. Авторы разработали майнор «Технологии информационного моделирования зданий», рассчитанный на обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство. Майнор ориентирован на профессиональные стандарты по строительству и проектированию, а также на профессиональный стандарт по IT-технологиям:

• архитектор;

• руководитель строительной организации;

• специалист в области оценки и экспертизы для градостроительной деятельности;

• специалист в области инженерно-технического проектирования для градостроительной деятельности;

• организатор проектного производства в строительстве;

• менеджер по применению информационных технологий в строительстве.

Темы, изучение которых предусмотрено майнором, направлены на формирование у студентов компетентности в области BIM-проектирования, и  представлены в в таблице 1.

Реализацию майнора целесообразно осуществлять совместными усилиями профессорско-преподавательского состава вуза и приглашенными сотрудниками строительных организаций, специализирующимися на проектировании с использованием BIM технологии. Первые читают лекции по основным инженерным дисциплинам по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, вторые проводят практические занятия по применению BIM-технологии. Подобный подход позволяет обучающимся комплексно освоить расширенные возможности цифровых технологий в области разработки информационных моделей зданий.

В работах Г.Б. Захаровой предложено шесть категорий задач, которые отражают системный подход к внедрению BIM-обучения, позволяющего готовить современных инженеров для работы с технологиями информационного моделирования [4].

Экстраполяция предложенных типов задач, направленных на подготовку специалистов строительной отрасли в условиях ее цифровой трансформации, позволила конкретизировать ключевые направления подготовки, согласно которым необходимо:

1. определить в вузах ключевые потребности, необходимые специалистам;

2. конкретизировать основные умения, которые должны быть сформированы у будущего специалиста к завершению обучения;

3. создать в вузе образовательные структуры, ориентированные на подготовку отраслевых специалистов;

4. разработать соответствующие образовательные программы;

5. разработать и внедрить новые курсы для обучения слушателей в системе дополнительной профессиональной подготовки;

6. разработать стратегии для преодоления образовательных проблем, которые неизбежны в процессе подготовки.

Ряд таких проблем рассмотрен в статье А.В. Хапина и Б.Е. Махиева [9]. Авторы к числу сложностей, тормозящих процесс внедрения BIM-обучения, относят следующее:

1. Необходимость мощной вычислительной техники, отвечающей современным требованиям. Как показывает практика, проблема создания новой лаборатории для организации BIM обучения решается достаточно сложно.

2. Дефицит преподавательских кадров, умеющих использовать программные продукты для BIM проектирования. Многие преподаватели наравне со студентами строительных вузов нуждаются в прохождении BIM-обучения.

3. Необходимость внесения коренных изменений в организацию учебного процесса. BIM-проектирование носит комплексный характер, объединяя в одном проекте специалистов из разных направлений: архитектура, сметное дело, инженерные конструкции. 

4. Выбор тематики выпускных работ студентов, обучающихся по направлению «Строительство». Очевидно, что обучение должно завершиться подготовкой соответствующей исследовательской работы, в которой в полной мере будут продемонстрированы знания, умения и опыт работы в среде информационного моделирования. Только при наличии такой итоговой работы можно будет судить об уровне сформированности компетентности выпускника в области применения BIM-технологии.

Очевидно, что преодоление данных проблем позволит дать начало массовой реализации BIM-обучения с опорой на междисциплинарный подход в российских технических вузах.

Одним из ключевых моментов при реализации современных образовательных программ в строительных вузах является постоянное взаимодействие с наиболее развитыми в плане применения информационных технологий компаниями, в частности, BIM-технологии [10]. Подобные компании охотно принимают студентов на практику для выполнения актуальных работ, «воспитывают» себе будущих сотрудников. А.С. Лушников полагает, что подобная система сотрудничества позволяет развивать как технические, так и управленческие и коммуникативные компетенции в области информационного моделирования зданий [11].

В структуре проектной организации, в которой применяется BIM-технология, должны быть специалисты, непосредственно осуществляющие управление и координацию проектировочного процесса. В частности, к ним относят BIM-координатора, BIM-мастера, BIM-менеджера. В таблице 2 представлены основные функции названных специалистов.

Студенты, пришедшие на практику в компанию, занимающуюся BIM-проектированием, будут иметь возможность непосредственно общаться с BIM-специалистами, видеть их повседневную работу, оценить уровень их квалификации, и в конечном итоге понять, способны ли они заниматься подобной работой. Но главная цель подобной системы сотрудничества позволяет развивать как технические, так и управленческие и коммуникативные компетенции в области информационного моделирования зданий.

Активное и систематическое использование цифровых технологий должно происходить на всех уровнях системы профессионального образования. Востребованность цифровых технологий в сфере образования очевидна – их использование позволяет за малые промежутки времени решать многофункциональные образовательные задачи:

• скоростного поиска информации, ее визуализации, графической интерпретации, модификации, обработки, формализации, продуцирования, в том числе больших объемов структурированной и неструктурированной информации;

• адаптации информационных систем к новым технико-технологическим условиям;

• модификации информационных систем без замены технических средств;

• идентификации личности обучающегося при организации его образовательной деятельности в условиях легитимного допуска к соответствующим информационным источникам;

• совместного создания информационного образовательного ресурса;

• проверки текстов письменных работ обучающихся на оригинальность, адекватность тематики, научность и грамотность;

• одновременного участия большого количества субъектов образовательного процесса в web-конференциях и иных профессиональных сетевых сообществах;

• интеллектуализации информационной деятельности и информационного взаимодействия между субъектами образовательного процесса;

• организационного управления высокотехнологичным оборудованием;

• автоматизации всех видов контроля результатов образовательной деятельности.

Заключение

Проведенный анализ показал, что современное инженерное образование делает первые шаги, направленные на подготовку инженеров нового типа, которые смогут реализовать свои научные знания и практический опыт при решении технических задач в условиях совместной работы над проектами строительных объектов в процессе цифровизации отрасли. Для совершенствования процесса подготовки проектировщиков для строительной отрасли в условиях ее цифровизации необходимо реализовать междисциплинарный подход, основанный на конвергенции педагогических идей, связанных с цифровыми технологиями, в процесс проектирования и эксплуатации объектов строительства. Такой подход позволит организовать обучение студентов строительных вузов, ориентированное на практическое взаимодействие с развитыми в плане применения цифровых технологий проектными компаниями, а выпускники строительных институтов будут готовы к работе в условиях цифровой трансформации строительной отрасли.