王雅然及其团队 | 头顶数理星空 温暖千家万户

在城市的脉络中，热网如同一条条生命线，为千家万户输送着温暖与舒适。它们是现代文明的温暖臂膀，是科技进步给予我们的温柔呵护。然而，随着时代的变迁和科技的演进，这些生命线正被赋予新的使命——智能化与低碳化。

▲王雅然

“花堤蔼蔼，北运滔滔，巍巍学府北洋高……”在历史悠久、理工科底蕴深厚的天津大学，环境科学与工程学院副教授王雅然及其团队正涌入一场对传统能源利用方式的变革之中，发挥着聪明才智——历时10年，他们陆续突破了多项关键技术瓶颈，形成了一套完整的“智能热网理论与技术体系”。他们开发的城市级热网优化调度软件系统Tensok在天津、石家庄等地实现落地应用，累计服务供热面积超1亿平方米，为超过100万户居民舒适过冬提供可靠保障。成果先后荣获省部级科技进步奖一等奖2项，二等奖4项等。

在王雅然及其团队的科技笔触之下，热网不再是单一的能量传输系统，而是变成了一个能够自我学习和进化的智能体，它能够感知环境的变化，预测未来的需求，实现更加精准和高效的能源分配；在人工智能的浪潮中，他们将智能的种子播撒在热网的每一个节点，让它们学会思考，学会自我调节，以最优化的方式服务于人类社会；他们的研究，不仅提升了热网的运行效率，更在节能减排的道路上迈出了坚实的步伐。

以数理之钥开启应用之门

别看王雅然如今在热网研究领域干劲十足且收获累累硕果，但最初他开启供热研究之旅并非个人所愿。

从小到大，王雅然展露出了卓越的数理天分。他自幼对数学和物理的热爱就如同孩童对宇宙星辰的向往。闲暇时，他会抽很多时间去学习数理化知识，尽情享受数学之美。初中时，他便对微积分产生了浓厚的兴趣。到高中一年级上半年，他已经掌握了大学阶段的所有基础数学课程，包括微积分、线性代数和概率论等，并尝试用数学工具推导和解决各种各样的物理问题，如地球卫星的轨道形状等。在王雅然的世界里，数学不仅是公式和定理的记忆，更是对数学思维的深刻领悟，总是能让他在解决问题时找到最简洁、最优雅的解决方案，从而获得一个更加理性和高效的结果。

进入天津大学后，虽然专业选择并不随其所愿，但王雅然并没有气馁，抓住一切可能进一步探索数理知识。大学期间，他深入学习了数学系的众多基础课程，包括数学分析、拓扑学和微分几何等。这些课程不仅丰富了他的数学知识谱系，也为他下一步的科研打下了坚实的基础——他可以很不费劲地去解决复杂的数学计算问题，构建模型，以及处理与数理相关的种种挑战。

▲王雅然（左一）与学术引路人张欢教授

王雅然扎实的数理基础和解决问题的能力引起了本科导师张欢老师的注意，在张老师的引荐下，他得以进入由世俊教授与张欢教授的课题组，由此开启了他的研究生涯。可以说，他的学术之路，始于恩师的慧眼与引领。

由世俊教授不仅在暖通行业享有崇高的学术地位，更以其深厚的学术修养和道德修养，在业界赢得了广泛的尊重与影响力。最初选择课题方向时，王雅然出于自己的兴趣爱好，更倾向于探索“看起来更现代化、智能化”，且在学术界拥有更广泛关注度的中央空调系统。但由教授以其远见卓识，洞察到了供热领域的广阔前景和重要性，建议王雅然投身于此。尽管有所犹豫，王雅然还是尊重并接受了导师的建议，开始在供热领域深耕细作。

恩师如灯，照亮前行。这句话用在王雅然身上再合适不过。在科学探寻初起时，王雅然也曾面临不少的困难，是恩师一步一步的指引，为他找到了方向。难忘博士阶段开展的课题研究，他和导师深入天津能源集团开展一系列的调研活动。企业方抛出很多问题，希望学校能配合他们解决城市级热网的运行调控、多热源联网并网面临的调峰问题等。要知道，天津市大热网供热面积近1亿平方米，供热半径长达数十公里，管道粗大，换热站末端数量超过2000个。这些因素构成了一个高度复杂、难以调控的巨系统。怎么去精确调控每一个站点、每一个阀门？成为摆在王雅然和他所在团队面前的难题。

在少有经验可以借鉴的情况下，从2012年开始，王雅然投身于复杂系统理论、动态系统分析、线性与非线性控制理论等知识的学习中，阅读了大量的英文文献和二三十本厚重的英文专著，这些书籍每本都不少于八九百页，甚至达到一千页，涵盖丰富，为他提供了丰富的知识储备。有了它们的助力，王雅然最初的理论探寻十分顺利。无论是复杂的计算，还是模型的构建，数理的奥秘在他面前似乎总能迎刃而解。然而，这种轻松驾驭数学的能力，也带来了将数理思维与工程实践相结合的难题。他的导师——由世俊教授，洞察到了这一点，指出他需要将数学问题与工程实际相结合，而不是仅仅停留在抽象层面。这一指导，成为他科研转型的关键。

▲王雅然（左一）与博士导师由世俊教授

到2014年，在由老师的引导下，王雅然开始尝试将所学理论应用于实际问题的解决。他深入工程界，从真实的工程问题中抽象出科学问题，并将其转化为数学问题，用方程描述并求解。这一过程对他来说是痛苦而充满挑战的——他不得不放弃数学的“纯粹与优雅”，转而面对工程问题的复杂与现实。2016年起，他投入两年多的时间，从零开始构建系统的水力工况和热力工况动态耦合仿真，优化控制的一系列理论基础和计算工具等。这些卓有成效的工作成为他后期构建起智能热网理论与技术体系的基石。

从工程实践中提炼出具有深刻理论意义和广泛应用价值的科学问题；用沉淀的数理科学知识去解决科学问题后沉淀成工程应用需要的工具，形成经济效益；由此产生的科技成果也可以指导并引领一大批类似工程的实践，从而达到“源于工程、服务工程、高于工程、引领工程”的目的。如同打通任通二脉，当王雅然的科学研究步入良性的轨道，一个又一个创新成果接踵而至。

数理交叉融合编织低碳智能热网

工欲善其事，必先利其器。早年单凭一腔热爱钻研数理知识的时候，王雅然并没有意识到有朝一日它们能成为自己打开复杂工程问题大门的钥匙。随着理论和应用结合之路越走越深入，他越来越庆幸于自己早年的积累。扎实的理论基础不仅给了他创新思维的勇气和底气，也让他在面临多学科交叉运用难题时显得更游刃有余。将数学、物理、计算机科学和工程学等领域的知识融合在一起，他和团队创造出一套又一套全新的方法论，不断编织扩大着那张低碳智能热网。

我国北方大型城市的热网是全世界规模最大、最复杂的热网，如何对这类超大型热网中成千上万的电动调节阀和变频泵实施高效的调度控制，确保热网安全稳定运行、满足末端用户群供热负荷需求、降低供热能耗，是国际供热界亟待解决的关键难题。

在投入工作的过程中，王雅然得以亲自感受到相关专业发展的脉动，体会到社会发展对领域专业成果的迫切需要。凭借敏锐的洞察力和观察力，他瞄准社会和行业发展的痛点，结合自己所长，在超大规模热网动态水力-热力耦合建模及高性能仿真、超大规模热网快速水力优化调度、热力站及二次网动态运行稳定性分析及鲁棒控制这三方面关键问题上下苦功夫，形成了5项创新成果，而每项创新成果中都包含独创的新理论、新技术、新装备，构建了完整的热网理论与技术体系。

在大热网动态水力-热力耦合特性高性能仿真关键技术方面，王雅然及其团队创新提出供热管线热动态快速仿真的无条件稳定格式，以及热网水力-热力耦合特性高性能动态仿真的“拓扑排序-隐式迎风-牛拉迭代”技术等，使得计算和仿真的速度大幅提高。他们研发的Tensok软件平台，首次实现了大热网非稳态热过程的快速计算，为热网动态运行过程的实时诊断、运行方案制订提供重要的工具支撑。技术在石家庄热网调度分析中成功应用，并取得良好的效果。

在大热网高频压力震荡特征快速解析与故障诊断关键技术方面，王雅然及其团队在国际上率先开拓了复杂大热网动态水力过程快速仿真研究的新领域。他们还首创了系列算法，实现复杂热网爆管位置的快速定位和能够快速分类识别长输供热系统爆管、停泵、阀门失效故障等，为热网的安全可靠运行奠定了坚实的基础。

在大热网水力-热力工况动态优化调度关键技术方面，王雅然及其团队也有诸多创新之举。他们首创的基于动态水力-热力耦合仿真的大型城市级热网滚动时域优化调度方法，可以对大热网多个热源、中级泵站及热力站实现全局动态优化，节省热网输配损耗达20%，每年创造经济效益超2000万元人民币。他们首创的超大型热网闭式水力计算的快速双牛顿迭代技术，不仅颠覆了20世纪90年代后热网水力计算方法再无创新这一认知，更一举解决了大热网闭式仿真中遇到的数值困难，使得大热网的闭式在线仿真与优化成为现实。他们还首创了高效水力优化调度理论，解决了三级泵频繁震荡的难题，可为动力分布式热网的安全稳定运行提供可靠保障。

在大热网低碳热源高效替代与转型关键技术方面，王雅然及其团队研发了首套基于地下换热过程3D仿真的中深层地热能供热系统优化控制平台，研制了世界首台DEGDME-RX工质燃气吸收式空气源热泵样机，还构建了燃气驱动吸收式空气源热泵系统的数值仿真与优化设计方法，为相关装备的落地应用提供了重要理论和计算工具。方法使得整机效率可达150%，刷新了人们对燃气供热系统热效率的固有认知，具有巨大的应用前景，是未来实现热网低碳转型的重要途径。

在中央空调系统冷机群控领域，王雅然及其团队研发的自适应主动优化算法以15%的节能优势击败了美国霍尼韦尔公司研发的算法，并成功应用于多个商业楼宇，也与霍尼韦尔等多家工控龙头企业形成了深度的产品和战略合作关系，为我国中央空调系统的节能控制提供了重要的解决方案。

研究成果唯有搬下高阁，惠及普通老百姓才能真正实现其价值。投入热网研究的时间越久，王雅然对此越有感触，所以竭尽所能将所学研究用于温暖千家万户。多年来，他先后带领团队搭建了多个支撑城市热网运行的系统和平台，包括城市级供热系统在线仿真与优化调度关键技术及平台、大型城市级热力输配系统优化设计与调节策略分析技术及软件系统、热力站运行健康性智慧诊断平台、智慧供热二次网优化调控关键技术及平台等，将“智慧的大脑”植入城市的热网脉络，为千家万户带去温暖与舒适。为了助推成果的转化应用，王雅然还跟随导师先后创办了4家科技型企业，从算法研发，到软件系统，再到硬件产品，打通产学研用多个环节，润泽一方百姓，虽然也面临很多来自资金、商务、维护等方面的困难，但他们会坚持走下去。

既能仰望星空，又能脚踏实地。王雅然的工作赢得众人的肯定和赞誉，学术上，他的工作得到国内外专家学者的广泛引用和较高评价。成果累计创造经济效益超过20亿元人民币。

哲学思辨助力守正创新

“有两种东西，我对它们的思考越是深沉和持久，它们在我心灵中唤起的赞叹和敬畏就会越来越历久弥新：一是我们头顶浩瀚灿烂的星空，一是我们心中崇高的道德法则。”

这句著名哲学家康德的名言，以其深邃的内涵和广博的外延，激励了无数在科学探索和内心修为中不懈追求的探索者，包括王雅然。

▲王雅然（右三）带学生们参加学术会议

王雅然和他的研究同伴是站在人工智能与能源科技融合浪潮之尖的探索者。这些年，他们一方面始终保持着对科学前沿热点方向和技术方法的敏锐洞察和不懈追求，并坚持致力于将这些尖端的科学成果转化为实际应用，以期为社会带来深远的影响和积极的变化；另一方面，尽管所遇再纷繁复杂，再忙再累，他们也并未让外界的喧嚣扰乱自己内心的宁静。“但行好事，莫问前程”，以一颗纯净的心，静心追索科学的本源，这是王雅然从导师那里学到的精神财富，也是他特别想要传承给后辈的宝贵品格。

王雅然所在的团队是一支拥有良好传承底蕴的团队。早年沐浴在多位恩师的教诲之下，让他实现了茁壮成长。由世俊教授和张欢教授的教导，如同春风化雨，潜移默化中塑造了王雅然的品格。他的无私帮助和对学问的执着追求，成为王雅然心中永远的灯塔，指引他不断攀登科研的高峰。张欢教授对待每一个学术问题的锲而不舍，对待教学问题的认真，每一个知识点和观点的不断更新，也让王雅然深感知识带来的震撼和学术探索的无穷魅力……这些宝贵的品质，如同种子，在王雅然心中生根发芽，让他在科研和教学的道路上越走越坚定，越走越宽广。让王雅然感到幸运的是，一路走来，他还得到了学校、学院多位领导、前辈、同事甚至是学生的无私帮助。他们是推动王雅然前行的力量。如今，他也愿将这份力量转化为行动，以同样的方式，去扶持和引导那些刚刚步入学术殿堂的后辈们。

▲王雅然（右一）作为师友导师走访本科生宿舍

“三尺讲台写春秋，一片丹心育桃李”，成为一名高校园丁以来，王雅然用心用情来对待这份职业，做了很多卓越的工作。他身兼数职，既是悉心指导的班主任，又是启迪思维的全员导师，更是心灵相通的师友导师，凭借出色表现，他赢得了2023年校级优秀师友导师的荣誉。因为曾经感受过恩师尽心备课所带来的震撼，王雅然如今也竭尽全力给自己的学生带去同样的感受和影响。他的课堂，是知识的海洋，也是智慧的殿堂。他先后为本科生和研究生开设了“热质交换原理与设备”“吸收式制冷”等专业课程，用深入浅出的方式，传授专业知识。同时，他还引入“人工智能理论与应用”“Java语言程序设计”“数值传热传质学”等中英双语课程，为学生打开了国际视野的窗口。他不仅在教学上有所建树，更致力于将建筑环境与能源应用专业与人工智能深度融合，推动课程体系的创新与完善。

王雅然深知，知识与实践的结合，是培养学生能力的关键。他平均每年指导5名学生参与大学生创新创业训练计划，引导他们在“未来30年”等校外科技竞赛中屡获佳绩。他还带领学生深入省市百余个工程项目现场考察，让学生在实践中学习，在探索中成长。他的3名研究生的学位论文荣获天津大学优秀硕博士论文（2023年），1名本科生的毕业设计被评为优秀毕业设计（2023年）。此外，2名硕士生和1名博士生在他的悉心指导下荣获国家级奖学金，这是对他教学成果的最好证明。

投身杏坛这些年，在传承前辈优良教学传统的同时，王雅然也逐渐形成了自己独特的教育理念和方式，在他看来，教育的首要任务是培养学生的能力。“事实上，在选择学生的时候，我仿佛是在寻找另一个自己”，他致力于以严格的选拔标准和高标准的要求，确保每一位学生在科研技能、学习能力和数理基础上得到充分的锻炼，期待他们能像自己一样找到科研的乐趣，因爱而不觉得累。他会想尽办法提高学生的积极性，比如通过各种科研奖励和认可，激励学生不断进步。在他看来，这种认可，比金钱更有价值，能够激发学生的内在动力，形成正向的反馈循环。他相信只有当学生获得认可，感受到自己的进步，才能真正对团队产生归属感和追随感。这是王雅然教育哲学的核心，也是他培养学生、凝聚团队的撒手锏。

业余时间，王雅然是一个充满哲思与追求的人。他喜欢沉浸在对中国古典文化和哲学思想的探寻中，从阳明心学到禅宗思想，从《四书五经》《传习录》到《起信论》再到《瑜伽师地论》；从康德的三大批判到维特根斯坦的逻辑哲学论，从柏拉图到马可·奥勒留再到叔本华……这些国内外的经典著作、名家大师和文化深深影响了他的人生观和价值观。此外，音乐也是他生活中不可或缺的一部分，为他提供了心灵的慰藉和平静。尽管外部世界常常纷繁复杂，但王雅然依然努力保持住自己内心的一泓清泉和一片港湾，那就是对科学的不懈追索之心。“以一个很平静的状态去处理所有的事情，你的效率会变得非常高。”他说。