頭頂數理星空 溫暖千家萬戶

在城市的脈絡中，熱網如同一條條生命線，為千家萬戶輸送著溫暖與舒適。它們是現代文明的溫暖臂膀，是科技進步給予我們的溫柔呵護。然而，隨著時代的變遷和科技的演進，這些生命線正被賦予新的使命——智能化與低碳化。

“花堤藹藹，北運滔滔，巍巍學府北洋高……”在歷史悠久、理工科底蘊深厚的天津大學，環境科學與工程學院副教授王雅然及其團隊正涌入一場對傳統能源利用方式的變革之中，發揮著聰明才智——歷時10年，他們陸續突破了多項關鍵技術瓶頸，形成了一套完整的“智能熱網理論與技術體系”。他們開發的城市級熱網優化調度軟件系統Tensok在天津、石家莊等地實現落地應用，累計服務供熱面積超1億平方米，為超過100萬戶居民舒適過冬提供可靠保障。成果先后榮獲省部級科技進步獎一等獎1項，二等獎2項等。

在王雅然及其團隊的科技筆觸之下，熱網不再是單一的能量傳輸系統，而是變成了一個能夠自我學習和進化的智能體，它能夠感知環境的變化，預測未來的需求，實現更加精準和高效的能源分配；在人工智能的浪潮中，他們將智能的種子播撒在熱網的每一個節點，讓它們學會思考，學會自我調節，以最優化的方式服務于人類社會；他們的研究，不僅提升了熱網的運行效率，更在節能減排的道路上邁出了堅實的步伐。

以數理之鑰開啟應用之門

別看王雅然如今在熱網研究領域干勁十足且收獲累累碩果，但最初他開啟供熱研究之旅并非個人所愿。

從小到大，王雅然展露出了卓越的數理天分。他自幼對數學和物理的熱愛就如同孩童對宇宙星辰的向往。閑暇時，他會抽很多時間去學習數理化知識，盡情享受數學之美。初中時，他便對微積分產生了濃厚的興趣。到高中一年級上半年，他已經掌握了大學階段的所有基礎數學課程，包括微積分、線性代數、高等數學和概率論等，并嘗試用數學工具推導和解決各種各樣的物理問題，如地球衛星的軌道形狀等。在王雅然的世界里，數學不僅是公式和定理的記憶，更是對數學思維的深刻領悟，總是能讓他在解決問題時找到最簡潔、最優雅的解決方案，從而獲得一個更加理性和高效的結果。

進入天津大學后，雖然專業選擇并不隨其所愿，但王雅然并沒有氣餒，抓住一切可能進一步探索數理知識。大學期間，他深入學習了數學系的眾多基礎課程，包括數學分析、拓撲學和微分幾何等。這些課程不僅豐富了他的數學知識譜系，也為他下一步的科研打下了堅實的基礎——他可以很不費勁地去解決復雜的數學計算問題，構建模型，以及處理與數理相關的種種挑戰。

王雅然扎實的數理基礎和解決問題的能力引起了本科導師張歡老師的注意。在張歡老師的引薦下，他得以進入由世俊教授的課題組，由此開啟了他的研究生涯?？梢哉f，他的學術之路，始于恩師的慧眼與引領。

由世俊教授不僅在暖通行業享有崇高的學術地位，更以其深厚的學術修養和道德修養，在業界贏得了廣泛的尊重與影響力。最初選擇課題方向時，王雅然出于自己的興趣愛好，更傾向于探索“看起來更現代化、智能化”，且在學術界擁有更廣泛關注度的中央空調系統。但由教授以其遠見卓識，洞察到了供熱領域的廣闊前景和重要性，建議王雅然投身于此。盡管有所猶豫，王雅然還是尊重并接受了導師的建議，開始在供熱領域深耕細作。

恩師如燈，照亮前行。這句話用在王雅然身上再合適不過。在科學探尋初起時，王雅然也曾面臨不少的困難，是恩師一步一步的指引，為他找到了方向。難忘博士階段開展的課題研究，他和導師深入天津能源集團開展一系列的調研活動。企業方拋出很多問題，希望學校能配合他們解決城市級熱網的運行調控、多熱源聯網并網面臨的調峰問題等。要知道，天津市大熱網供熱面積近1億平方米，供熱半徑長達數十公里，管道粗大，換熱站末端數量超過2000個。這些因素構成了一個高度復雜、難以調控的巨系統。怎么去精確調控每一個站點、每一個閥門？成為擺在王雅然和他所在團隊面前的難題。

在少有經驗可以借鑒的情況下，從2012年開始，王雅然投身于復雜系統理論、動態系統分析、線性與非線性控制理論等知識的學習中，閱讀了大量的英文文獻和二三十本厚重的英文專著，這些書籍每本都不少于八九百頁，甚至達到一千頁，涵蓋豐富，為他提供了豐富的知識儲備。有了它們的助力，王雅然最初的理論探尋十分順利。無論是復雜的計算，還是模型的構建，數理的奧秘在他面前似乎總能迎刃而解。然而，這種輕松駕馭數學的能力，也帶來了將數理思維與工程實踐相結合的難題。他的導師——由世俊教授，洞察到了這一點，指出他需要將數學問題與工程實際相結合，而不是僅僅停留在抽象層面。這一指導，成為他科研轉型的關鍵。

到2014年，在由老師的引導下，王雅然開始嘗試將所學理論應用于實際問題的解決。他深入工程界，從真實的工程問題中抽象出科學問題，并將其轉化為數學問題，用方程描述并求解。這一過程對他來說是痛苦而充滿挑戰的——他不得不放棄數學的“純粹與優雅”，轉而面對工程問題的復雜與現實。2016年起，他投入兩年多的時間，從零開始構建系統的水力工況和熱力工況動態耦合仿真，優化控制的一系列理論基礎和計算工具等。這些卓有成效的工作成為他后期構建起智能熱網理論與技術體系的基石。

從工程實踐中提煉出具有深刻理論意義和廣泛應用價值的科學問題；用沉淀的數理科學知識去解決科學問題后沉淀成工程應用需要的工具，形成經濟效益；由此產生的科技成果也可以指導并引領一大批類似工程的實踐，從而達到“源于工程、服務工程、高于工程、引領工程”的目的。如同打通任通二脈，當王雅然的科學研究步入良性的軌道，一個又一個創新成果接踵而至。

數理交叉融合編織低碳智能熱網

工欲善其事，必先利其器。早年單憑一腔熱愛鉆研數理知識的時候，王雅然并沒有意識到有朝一日它們能成為自己打開復雜工程問題大門的鑰匙。隨著理論和應用結合之路越走越深入，他越來越慶幸于自己早年的積累。扎實的理論基礎不僅給了他創新思維的勇氣和底氣，也讓他在面臨多學科交叉運用難題時顯得更游刃有余。將數學、物理、計算機科學和工程學等領域的知識融合在一起，他和團隊創造出一套又一套全新的方法論，不斷編織擴大著那張低碳智能熱網。

我國北方大型城市的熱網是全世界規模最大、最復雜的熱網，如何對這類超大型熱網中成千上萬的電動調節閥和變頻泵實施高效的調度控制，確保熱網安全穩定運行、滿足末端用戶群供熱負荷需求、降低供熱能耗，是國際供熱界亟待解決的關鍵難題。

在投入工作的過程中，王雅然得以親自感受到相關專業發展的脈動，體會到社會發展對領域專業成果的迫切需要。憑借敏銳的洞察力和觀察力，他瞄準社會和行業發展的痛點，結合自己所長，在超大規模熱網動態水力-熱力耦合建模及高性能仿真、超大規模熱網快速水力優化調度、熱力站及二次網動態運行穩定性分析及魯棒控制這三方面關鍵問題上下苦功夫，形成了5項創新成果，而每項創新成果中都包含獨創的新理論、新技術、新裝備，構建了完整的熱網理論與技術體系。

在大熱網動態水力-熱力耦合特性高性能仿真關鍵技術方面，王雅然及其團隊創新提出供熱管線熱動態快速仿真的無條件穩定格式，以及熱網水力-熱力耦合特性高性能動態仿真的“拓撲排序-隱式迎風-牛拉迭代”技術等，使得計算和仿真的速度大幅提高。他們研發的Tensok軟件平臺，首次實現了大熱網非穩態熱過程的快速計算，為熱網動態運行過程的實時診斷、運行方案制訂提供重要的工具支撐。技術在石家莊熱網調度分析中成功應用，并取得良好的效果。

在大熱網高頻壓力震蕩特征快速解析與故障診斷關鍵技術方面，王雅然及其團隊在國際上率先開拓了復雜大熱網動態水力過程快速仿真研究的新領域。他們還首創了系列算法，實現復雜熱網爆管位置的快速定位和能夠快速分類識別長輸供熱系統爆管、停泵、閥門失效故障等，為熱網的安全可靠運行奠定了堅實的基礎。

在大熱網水力-熱力工況動態優化調度關鍵技術方面，王雅然及其團隊也有諸多創新之舉。他們首創的基于動態水力-熱力耦合仿真的大型城市級熱網滾動時域優化調度方法，可以對大熱網多個熱源、中級泵站及熱力站實現全局動態優化，節省熱網輸配損耗達20%，每年創造經濟效益超2000萬元人民幣。他們首創的超大型熱網閉式水力計算的快速雙牛頓迭代技術，不僅顛覆了20世紀90年代后熱網水力計算方法再無創新這一認知，更一舉解決了大熱網閉式仿真中遇到的數值困難，使得大熱網的閉式在線仿真與優化成為現實。他們還首創了高效水力優化調度理論，解決了三級泵頻繁震蕩的難題，可為動力分布式熱網的安全穩定運行提供可靠保障。

在大熱網低碳熱源高效替代與轉型關鍵技術方面，王雅然及其團隊研發了首套基于地下換熱過程3D仿真的中深層地熱能供熱系統優化控制平臺，研制了世界首臺DEGDME-RX工質燃氣吸收式空氣源熱泵樣機，還構建了燃氣驅動吸收式空氣源熱泵系統的數值仿真與優化設計方法，為相關裝備的落地應用提供了重要理論和計算工具。方法使得整機效率可達150%，刷新了人們對燃氣供熱系統熱效率的固有認知，具有巨大的應用前景，是未來實現熱網低碳轉型的重要途徑。

在蓄熱型輻射板式空氣源熱泵零碳供暖裝備方面，王雅然及其團隊先后創新性地提出了蓄熱型輻射板式冷凝器的數值仿真方法，研制了蓄熱型輻射板式冷凝器供暖裝備等，裝備可實現無吹風感的舒適供熱、供冷，是實現分散式零碳供暖的重要途徑。成果在天津薊縣、河南偃師和山東棗莊先后落地應用，應用效果優異，得到了用戶的高度認可。

在中央空調系統冷機群控領域，王雅然及其團隊研發的自適應主動優化算法以15%的節能優勢擊敗了美國霍尼韋爾公司研發的算法，并成功應用于多個商業樓宇，也與霍尼韋爾等多家工控龍頭企業形成了深度的產品和戰略合作關系，為我國中央空調系統的節能控制提供了重要的解決方案。

研究成果唯有搬下高閣，惠及普通老百姓才能真正實現其價值。投入熱網研究的時間越久，王雅然對此越有感觸，所以竭盡所能將所學研究用于溫暖千家萬戶。多年來，他先后帶領團隊搭建了多個支撐城市熱網運行的系統和平臺，包括城市級供熱系統在線仿真與優化調度關鍵技術及平臺、大型城市級熱力輸配系統優化設計與調節策略分析技術及軟件系統、熱力站運行健康性智慧診斷平臺、智慧供熱二次網優化調控關鍵技術及平臺等，將“智慧的大腦”植入城市的熱網脈絡，為千家萬戶帶去溫暖與舒適。為了助推成果的轉化應用，王雅然還跟隨導師先后創辦了4家科技型企業，從算法研發，到軟件系統，再到硬件產品，打通產學研用多個環節，潤澤一方百姓，雖然也面臨很多來自資金、商務、維護等方面的困難，但他們會堅持走下去。

既能仰望星空，又能腳踏實地。王雅然的工作贏得眾人的肯定和贊譽，學術上，他的工作得到國內外專家學者的廣泛引用和較高評價。成果累計創造經濟效益超過20億元人民幣。

哲學思辨助力守正創新

“有兩種東西，我對它們的思考越是深沉和持久，它們在我心靈中喚起的贊嘆和敬畏就會越來越歷久彌新：一是我們頭頂浩瀚燦爛的星空，一是我們心中崇高的道德法則。”

這句著名哲學家康德在《實踐理性批判》一書中的名言，以其深邃的內涵和廣博的外延，激勵了無數在科學探索和內心修為中不懈追求的探索者，包括王雅然。

王雅然和他的研究同伴是站在人工智能與能源科技融合浪潮之尖的探索者。這些年，他們一方面始終保持著對科學前沿熱點方向和技術方法的敏銳洞察和不懈追求，并堅持致力于將這些尖端的科學成果轉化為實際應用，以期為社會帶來深遠的影響和積極的變化；另一方面，盡管所遇再紛繁復雜，再忙再累，他們也并未讓外界的喧囂擾亂自己內心的寧靜。“但行好事，莫問前程”，以一顆純凈的心，靜心追索科學的本源，這是王雅然從導師那里學到的精神財富，也是他特別想要傳承給后輩的寶貴品格。

王雅然所在的團隊是一支擁有良好傳承底蘊的團隊。早年沐浴在多位恩師的教誨之下，讓他實現了茁壯成長。由先生的教導，如同春風化雨，潛移默化中塑造了王雅然的品格。他的無私幫助和對學問的執著追求，成為王雅然心中永遠的燈塔，指引他不斷攀登科研的高峰。張歡教授對待每一個學術問題的鍥而不舍，對待教學問題的認真，每一個知識點和觀點的不斷更新，也讓王雅然深感知識帶來的震撼和學術探索的無窮魅力……這些寶貴的品質，如同種子，在王雅然心中生根發芽，讓他在科研和教學的道路上越走越堅定，越走越寬廣。讓王雅然感到幸運的是，一路走來，他還得到了學校、學院多位領導、前輩、同事甚至是學生的無私幫助。他們是推動王雅然前行的力量。如今，他也愿將這份力量轉化為行動，以同樣的方式，去扶持和引導那些剛剛步入學術殿堂的后輩們。

“三尺講臺寫春秋，一片丹心育桃李”，成為一名高校園丁以來，王雅然用心用情來對待這份職業，做了很多卓越的工作。他身兼數職，既是悉心指導的班主任，又是啟迪思維的全員導師，更是心靈相通的師友導師，憑借出色表現，他贏得了2023年校級優秀師友導師的榮譽。因為曾經感受過恩師盡心備課所帶來的震撼，王雅然如今也竭盡全力給自己的學生帶去同樣的感受和影響。他的課堂，是知識的海洋，也是智慧的殿堂。他先后為本科生和研究生開設了“熱質交換原理與設備”“吸收式制冷”等專業課程，用深入淺出的方式，傳授專業知識。同時，他還引入“人工智能理論與應用”“Java語言程序設計”“數值傳熱傳質學”等中英雙語課程，為學生打開了國際視野的窗口。他不僅在教學上有所建樹，更致力于將建筑環境與能源應用專業與人工智能深度融合，推動課程體系的創新與完善。

王雅然深知，知識與實踐的結合，是培養學生能力的關鍵。他平均每年指導5名學生參與大學生創新創業訓練計劃，引導他們在“未來30年”等校外科技競賽中屢獲佳績。他還帶領學生深入省市百余個工程項目現場考察，讓學生在實踐中學習，在探索中成長。他的3名研究生的學位論文榮獲天津大學優秀碩博士論文（2023年），1名本科生的畢業設計被評為優秀畢業設計（2023年）。此外，2名碩士生和1名博士生在他的悉心指導下榮獲國家級獎學金，這是對他教學成果的最好證明。

投身杏壇這些年，在傳承前輩優良教學傳統的同時，王雅然也逐漸形成了自己獨特的教育理念和方式，在他看來，教育的首要任務是培養學生的能力?！笆聦嵣希谶x擇學生的時候，我仿佛是在尋找另一個自己”，他致力于以嚴格的選拔標準和高標準的要求，確保每一位學生在科研技能、學習能力和數理基礎上得到充分的鍛煉，期待他們能像自己一樣找到科研的樂趣，因愛而不覺得累。他會想盡辦法提高學生的積極性，比如通過各種科研獎勵和認可，激勵學生不斷進步。在他看來，這種認可，比金錢更有價值，能夠激發學生的內在動力，形成正向的反饋循環。他相信只有當學生獲得認可，感受到自己的進步，才能真正對團隊產生歸屬感和追隨感。這是王雅然教育哲學的核心，也是他培養學生、凝聚團隊的撒手锏。

業余時間，王雅然是一個充滿哲思與追求的人。他喜歡沉浸在對中國古典文化和哲學思想的探尋中，從陽明心學到禪宗思想，從《四書五經》《傳習錄》到《起信論》再到《瑜伽師地論》；從康德的三大批判到維特根斯坦的邏輯哲學論，從柏拉圖到馬可·奧勒留再到叔本華……這些國內外的經典著作、名家大師和文化深深影響了他的人生觀和價值觀。此外，音樂也是他生活中不可或缺的一部分，為他提供了心靈的慰藉和平靜。盡管外部世界常常紛繁復雜，但王雅然依然努力保持住自己內心的一泓清泉和一片港灣，那就是對科學的不懈追索之心?！耙砸粋€很平靜的狀態去處理所有的事情，你的效率會變得非常高。”他說。