曾自強：創(chuàng)新需要不斷突破“舒適區(qū)”

王艷敏

運用公理化思維，從本質(zhì)出發(fā)構(gòu)建創(chuàng)新系統(tǒng)

曾自強出生在山城重慶，對數(shù)學(xué)情有獨鐘，是典型的“85后”。2005年進入四川大學(xué)攻讀數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)。從數(shù)學(xué)學(xué)士到管理學(xué)博士，再到從事管理科學(xué)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用研究，曾自強可以說一直在不斷突破“舒適區(qū)”的創(chuàng)新之路上乘風破浪。

說起最初選擇數(shù)學(xué)專業(yè)，曾自強拿出了他的“鎮(zhèn)宅之寶”——《幾何原本》《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》《物種起源》《相對論》。他的故事要從《幾何原本》講起——

在中學(xué)時，曾自強讀到過一本介紹《幾何原本》的課外讀物。雖然大部分內(nèi)容看不懂，但從這本書中，他了解到，真正的高手是不需要去死記硬背那么多數(shù)學(xué)公式的，因為“歐幾里得僅僅根據(jù)5條公理和5條公設(shè)，就推出了幾何學(xué)的467個命題，建立了一整套歐式幾何公理化理論體系”。曾自強深深地感受到，問題的關(guān)鍵是找到最根本的公理和公設(shè)，然后以此為基礎(chǔ)，通過推理，演繹出一系列命題，形成一整套理論。他把這個過程形容為“無招勝有招”，即最高的境界并不是要去記住所有的招式，而是從本質(zhì)出發(fā)，自然而然地演化出無窮無盡的變換。也就是從《幾何原本》開始，曾自強對數(shù)學(xué)之玄妙產(chǎn)生了濃厚的興趣。他希望能研究探索其中的奧秘。

曾自強頓了頓，接著講述“鎮(zhèn)宅之寶”的故事：“《幾何原本》對人類科學(xué)發(fā)展的影響是巨大的。牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》也基本是參照《幾何原本》的模式來寫的。牛頓通過多個公理和公設(shè)，推導(dǎo)出經(jīng)典力學(xué)的一系列命題。”“直到今天，特斯拉創(chuàng)始人埃隆·馬斯克常常提到的‘顛覆式創(chuàng)新’思想，也是通過改變邏輯基點——即公理和公設(shè)，產(chǎn)生不同的創(chuàng)新模式，打破連續(xù)性創(chuàng)新的發(fā)展瓶頸，從而產(chǎn)生十倍甚至百倍效益的顛覆式創(chuàng)新?！?/p>

隨著本科階段對數(shù)學(xué)認識的不斷深入，曾自強越來越發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)理論需要在實踐中去不斷應(yīng)用才能發(fā)揮更大的社會價值。通過研究生推免，曾自強被保送到了四川大學(xué)商學(xué)院管理科學(xué)與工程專業(yè)，碩博連讀，師從徐玖平教授?！靶炖蠋熆梢哉f是對我科研之路影響至深的人?！痹詮婎H為感觸地說，“徐老師是我國管理學(xué)界的領(lǐng)軍人物，獲得過多項學(xué)術(shù)榮譽，包括國際系統(tǒng)與控制科學(xué)院院士、蒙古國家科學(xué)院外籍院士、摩爾多瓦國家科學(xué)院榮譽院士、國家‘萬人計劃’哲學(xué)社會科學(xué)領(lǐng)軍人才、國家杰出青年科學(xué)基金獲得者、教育部長江學(xué)者特聘教授等。在他的影響和嚴格要求下，我逐漸形成了無比堅毅、超強自律以及不斷突破‘舒適區(qū)’的個性和特點?！?/p>

曾自強剛到徐玖平教授課題組時，正好趕上徐教授的國家自然科學(xué)基金重點項目“大型水利水電工程建設(shè)項目集成管理理論與方法研究”立項。曾自強作為團隊成員，積極地投入研究中。他深知，“工程類的雜志發(fā)表難度很高，而且這個研究方向不利于快速高產(chǎn)地出論文”，但是最后他還是勇敢地承擔下了這個重任。

一開始，由于很多細節(jié)問題需要從工程實際需求中進一步深挖探索，研究曾一度陷入停滯。為了突破瓶頸，曾自強去圖書館借閱了大量水利水電工程的相關(guān)資料，開始埋頭攻關(guān)。同時，在徐老師的帶領(lǐng)下，他參加了與中國長江三峽集團公司、雅礱江流域開發(fā)有限公司、國電大渡河流域水電開發(fā)有限公司等進行的多次調(diào)研、交流，探討大型水利水電工程建設(shè)復(fù)雜系統(tǒng)中的管理問題。經(jīng)過幾個月的不懈努力，他終于在“水布埡面板堆石壩工程中施工機械的動態(tài)分配問題”上找到了切入口，提出通過構(gòu)建動態(tài)最優(yōu)控制模型的思路對施工機械的分配進行優(yōu)化。

“該問題的難點在于施工機械在工作中往往會突然發(fā)生故障，從而打亂施工安排計劃，使得整個系統(tǒng)發(fā)生較大的不確定性。”曾自強回憶道，“那么如何減少這種不確定性帶來的施工成本的損失和工期的延誤，就成為研究的目標。”通過對大量施工機械故障發(fā)生時間數(shù)據(jù)的分析，他發(fā)現(xiàn)兩參數(shù)威布爾分布能夠很好地擬合故障數(shù)據(jù)。于是，他建立了施工機械故障發(fā)生時間與工作時間的關(guān)系方程，從而求解出最優(yōu)控制模型。更加可喜的是，他在美國土木工程師學(xué)會的旗艦期刊上發(fā)表了這一研究成果。這成為團隊在該領(lǐng)域的一篇突破性成果。

關(guān)鍵時候，還是歐幾里得的公理化思想幫了大忙。曾自強告訴記者：“不同的問題有不同的邏輯基點，如果能找出各類問題的邏輯基點，便可在其基礎(chǔ)上推演出相應(yīng)的決策優(yōu)化理論體系。進一步地，如果改變其邏輯基點，或者找到更好的邏輯基點，便能推演出更加完善的決策優(yōu)化理論體系。因此，關(guān)鍵便在于如何能找到這些問題的正確的邏輯基點。我就是應(yīng)用這一思想，不斷地攻克難關(guān)的?！?/p>

兩赴美國深造，看好中國發(fā)展

第一次到美國，還是在曾自強攻讀博士學(xué)位期間。他受國家留學(xué)基金委資助赴美國佛羅里達大學(xué)建設(shè)管理系做聯(lián)合培養(yǎng)博士。

初到蓋恩斯維爾小鎮(zhèn)，一切都是新鮮的。曾自強還沒來得及熟悉一下小鎮(zhèn)，就和外導(dǎo)Abdol Chini教授討論起了研究課題。當?shù)弥詮姷难芯糠较蚴菦Q策優(yōu)化后，Abdol教授很快給了他一堆數(shù)據(jù)。同時，教授還分配給他一間獨立辦公室，門牌上用英文寫了“Ziqiang Zeng”。

拿到數(shù)據(jù)后，曾自強發(fā)現(xiàn)這些來自佛羅里達州各大型能源電力公司建設(shè)和運營的風險評估調(diào)查問卷數(shù)據(jù)，在調(diào)查問卷本身的設(shè)計上存在一定的問題，邏輯條理不清晰，使得數(shù)據(jù)結(jié)果不能準確反映真實情況，而且一些重要內(nèi)容沒有設(shè)計進入問卷中，導(dǎo)致部分對分析至關(guān)重要的數(shù)據(jù)缺失。

曾自強（前排中）與王印海教授（前排右三）及團隊成員等在美國阿拉斯加大學(xué)參加PacTrans學(xué)術(shù)年會

為解決這一問題，曾自強開始重新設(shè)計調(diào)查問卷，并加入能源電力公司投資不同類型的能源的成本范圍數(shù)據(jù)。用他的話說：“這樣可將單純的風險分析問題拓展為一個多目標能源投資組合問題，即如何選擇投資能源的類型，能夠既減少總的成本，又降低總的風險。”目標確定后，他開始沒日沒夜地工作，一邊進行問卷調(diào)查，一邊構(gòu)建能源投資組合的優(yōu)化模型，并編程設(shè)計出多目標粒子群算法實現(xiàn)對模型的有效求解。

功夫不負有心人！不到4個月時間，曾自強完成了這一課題。當接過這一研究成果時，Abdol教授十分驚訝，贊賞有加，特意邀請他在學(xué)院作了一次正式的學(xué)術(shù)報告。這在中國留學(xué)生中還是頭一次。

2015年，曾自強再赴美國。這一次，他是到華盛頓大學(xué)西雅圖分校土木與環(huán)境工程系從事博士后研究，師從王印海教授。王教授是美國土木工程師學(xué)會交通與發(fā)展分會主席，是美國華人交通界的領(lǐng)軍人物。3年的博士后經(jīng)歷，讓曾自強的研究從“偏軟”轉(zhuǎn)向更接地氣的“硬性”研究，科研水平有了質(zhì)的飛越。

在華盛頓大學(xué)期間，曾自強最難忘的事是作為核心成員參與了王教授負責的“成都市交通排放大數(shù)據(jù)分析平臺”的研發(fā)項目?！俺啥际惺翘卮笾行某鞘?。近年來的數(shù)據(jù)顯示，成都市的PM2.5中移動源貢獻最大。碧水藍天工程，需要綠色交通的支持。但是，成都市的交通大數(shù)據(jù)平臺不是基于環(huán)境相關(guān)指標的，而在市內(nèi)全面布設(shè)交通排放監(jiān)測設(shè)備成本過高，所以面臨動態(tài)監(jiān)測難的問題”，曾自強解釋道。

成都市交通排放大數(shù)據(jù)分析平臺正是為此而生的。因此，清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院設(shè)立了該種子基金項目，中國節(jié)能環(huán)保集團公司和滴滴出行分別提供了設(shè)備和數(shù)據(jù)支持，由華盛頓大學(xué)負責研發(fā)，旨在構(gòu)建面向政府、企業(yè)、公眾和研究人員的綜合性交通排放大數(shù)據(jù)分析與共享平臺。具體來說，即面向政府，提供城市交通排放實時預(yù)測和可視化分析功能，評估交通規(guī)劃決策的環(huán)境和節(jié)能效益；面向公眾，提供人性化的綠色出行信息服務(wù)；面向企業(yè)，通過與共享單車、網(wǎng)約車、公交系統(tǒng)、地鐵系統(tǒng)、金融銀行系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)公司、數(shù)據(jù)傳感設(shè)備生產(chǎn)商等形成對接，建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口標準，進行決策分析；面向研究人員，提供交通數(shù)據(jù)深度分析和數(shù)據(jù)共享服務(wù)。

作為華盛頓大學(xué)土木與環(huán)境工程系的教職工代表參加2018年度華大的學(xué)生畢業(yè)典禮

研發(fā)過程中，研究團隊通過利用城市路網(wǎng)中不同類型車輛交通流量及流速的實時數(shù)據(jù)，構(gòu)建交通污染排放大數(shù)據(jù)分析平臺，并通過采集部分重要定點路段的實時污染排放數(shù)據(jù)，與大數(shù)據(jù)分析平臺的預(yù)測值進行對比，以校準模型參數(shù)，并建立“成都本地”交通排放因子庫，實現(xiàn)對城市交通排放的低成本、高精度、精細化預(yù)測。目前，這一項目已進入產(chǎn)業(yè)孵化初期階段。未來還將進一步實現(xiàn)路段化交通污染排放溯源分析，即基于深度學(xué)習(xí)算法，通過大數(shù)據(jù)分析定位可能的高污染路段或區(qū)域，動態(tài)分析交通污染排放的形成、傳輸和擴散情況，在判斷高污染形成的基礎(chǔ)上，進一步分析高污染的成因和變化，為環(huán)保追責、處罰和整改等管理決策提供支撐。

此外，曾自強還參與了關(guān)于構(gòu)建“人-車-路”交互式交通安全數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)以提高道路交通安全性的研究，得到了華盛頓大學(xué)土木與環(huán)境工程系官網(wǎng)以及西雅圖電視臺的正面報道，并在每年超過1.4萬人參會的美國交通研究年會上做分會報告，并促成后續(xù)與華盛頓州交通部的合作研究項目。

2018年年底，曾自強婉拒了王教授的續(xù)聘邀請，毅然決定回到母校四川大學(xué)，為我國西部發(fā)展貢獻力量?！拔疫€是比較看好中國的發(fā)展前景”，他說出內(nèi)心的原因，“因為創(chuàng)新之后就是創(chuàng)新的擴散。中國體量大，雖然我們的一些高精尖創(chuàng)新是從別人那學(xué)來的，技術(shù)稍微差些，但是因為體量大，創(chuàng)新擴散之后產(chǎn)生的社會價值就大。隨著中國創(chuàng)新發(fā)展制度與環(huán)境的不斷改善，這種效果還會進一步放大?！?/p>

聚焦智慧工程系統(tǒng)優(yōu)化，助力基礎(chǔ)設(shè)施智能網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展

大數(shù)據(jù)作為互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、移動計算、云計算之后IT產(chǎn)業(yè)又一次顛覆性的技術(shù)變革，正在重新定義社會各個層面復(fù)雜系統(tǒng)的管理與決策的過程與方式。這種數(shù)據(jù)密集型科學(xué)范式也深刻影響著基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的建設(shè)與運營，逐步形成了智慧城市、智慧流域、智能交通、智能電網(wǎng)等數(shù)據(jù)、技術(shù)、設(shè)施相集成的復(fù)雜系統(tǒng)。因此，發(fā)展智慧工程是國家經(jīng)濟發(fā)展的戰(zhàn)略需要，也是行業(yè)革新的必然趨勢，正逐漸成為基礎(chǔ)設(shè)施升級的源動力。如何超越傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施體系的建設(shè)與運營，構(gòu)建面向智慧工程的大數(shù)據(jù)驅(qū)動的決策分析理論體系及應(yīng)用方法成為學(xué)術(shù)界共同關(guān)注的科學(xué)問題。

基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與運營的管理實踐中，系統(tǒng)的實時優(yōu)化是核心難題。雖然大數(shù)據(jù)決策分析方法與技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，但是面向智慧工程的理論研究相對滯后，大部分應(yīng)用由于缺乏理論參照，實際運行效果并不理想。為解決這一問題，曾自強目前主要針對智能化基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)建設(shè)及運營中的管理問題，重點研究解決基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)建設(shè)及運營的系統(tǒng)建模、預(yù)測與優(yōu)化等瓶頸，進一步完善和豐富大數(shù)據(jù)驅(qū)動的決策分析理論體系。

“信息革命的發(fā)展帶來了前所未有的變革。尤其是大數(shù)據(jù)的涌現(xiàn)，給社會發(fā)展和人民生活帶來了更加舒適、便利和經(jīng)濟的智慧化城市生活的可能”，曾自強認為這正是“顛覆式創(chuàng)新”涌現(xiàn)的機遇。他的研究是將數(shù)據(jù)分析技術(shù)與決策優(yōu)化理論相結(jié)合，構(gòu)建大數(shù)據(jù)驅(qū)動的系統(tǒng)動態(tài)優(yōu)化等模型，突破系統(tǒng)實時優(yōu)化的難點和瓶頸，建立適用于智慧工程復(fù)雜系統(tǒng)管理的決策范式，并搭建具有理論創(chuàng)新和應(yīng)用價值的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)優(yōu)化平臺，進一步幫助提升智慧工程系統(tǒng)的建設(shè)與運營管理效率，推動基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)向智慧化發(fā)展的轉(zhuǎn)型升級。

2019年回國后，曾自強承擔了國家自然科學(xué)基金面上項目“基于智能網(wǎng)聯(lián)架構(gòu)的‘交通-通信-應(yīng)急’關(guān)聯(lián)基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分析及協(xié)同優(yōu)化研究”。交通、通信和應(yīng)急服務(wù)系統(tǒng)是相互關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并在應(yīng)急救援中發(fā)揮重要作用。這些系統(tǒng)通常設(shè)計為具有基本固定的容量范圍，使得它們因無法滿足突發(fā)事件引起的需求激增而導(dǎo)致系統(tǒng)級聯(lián)失效。在“基于智能網(wǎng)聯(lián)架構(gòu)的‘交通-通信-應(yīng)急’關(guān)聯(lián)基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分析及協(xié)同優(yōu)化研究”中，他的團隊提出了構(gòu)建基于智能網(wǎng)聯(lián)架構(gòu)的“交通-通信-應(yīng)急”基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化體系，將內(nèi)部容量控制與外部需求引導(dǎo)相結(jié)合，抑制系統(tǒng)中的級聯(lián)失效，以增強系統(tǒng)可恢復(fù)性，實現(xiàn)精準高效的應(yīng)急救援體系。曾自強說：“這將為我國智能網(wǎng)聯(lián)化基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化控制及應(yīng)急救援管理提供理論支持?！?/p>

未來創(chuàng)新模式：單點創(chuàng)新連成“創(chuàng)新之網(wǎng)”

當代著名科學(xué)史研究者默頓曾說過，當諾貝爾獎把每一個科學(xué)成果歸因到每一個人的時候，這就是諾貝爾獎的一個結(jié)構(gòu)性缺陷。原因是把一個人的功勞從整個協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中切割出來或分辨出來，幾乎已經(jīng)不可能了。

提起研究團隊，曾自強娓娓道來：“我們團隊不刻意強調(diào)‘點狀創(chuàng)新’，而是更為注重能出涌現(xiàn)性成果的‘網(wǎng)狀創(chuàng)新’?！痹詮姲丫W(wǎng)狀創(chuàng)新比喻為“燒開水”——

一鍋開水放到火爐上后，剛開始僅僅是平均升溫，看不到什么氣泡現(xiàn)象。但是，在一個特定階段，會看到一個一個燦若星辰的小氣泡冒出來，我們能夠識別出這些氣泡。然而，隨著溫度進一步升高，氣泡就連成了一片，再也分不清楚各個氣泡了。

在曾自強看來，人才培養(yǎng)就像燒水，溫度太低冒不了氣泡，出不來人才?；鸷蛞坏?，連成片的氣泡就出來了。但是，這事也急不得，火候一過，水很快燒干，人受不了也不行。曾自強認為，這是一門藝術(shù)。他說，卡文迪許實驗室就是這樣，從1904年至1989年的85年間，一共涌現(xiàn)出29位諾貝爾獎得主，關(guān)鍵在于涌現(xiàn)性人才梯隊的形成。

回到四川大學(xué)帶團隊，曾自強最感恩的是恩師徐玖平教授。以前在徐教授團隊中的實踐，現(xiàn)在全部派上了用場。曾經(jīng)，他是“哪里需要哪里搬”的一塊磚。他從不計較得失，做遍了“各種雜活”——寫報告、寫論文、寫專著、申請專利，協(xié)助團隊進行成果鑒定，成果報獎，還承擔了2個英文期刊的編輯和1個國際會議的秘書工作。為了不落下任何一項工作，曾自強常常三四個晚上不睡覺，幾乎每個春節(jié)都是除夕當天才從學(xué)校趕回家，初二就從家返回實驗室工作。而現(xiàn)在，過往的一切苦和累，都成為他成長路上的奠基石。

面對自己的研究團隊，曾自強充滿了信心和力量：“我的首要作用，就是給團隊提供安全感和必要的指導(dǎo)，讓每個人的才能得到最大限度的自由生長。未來的創(chuàng)新模式將更依賴于單點創(chuàng)新所連成的‘創(chuàng)新之網(wǎng)’。”

一有時間，曾自強就對研究生講：“首先要認識自我，要了解自己的興趣是什么，自己的優(yōu)勢在哪，然后要對社會發(fā)展的趨勢有較為準確的判斷，要根據(jù)社會發(fā)展的主要趨勢，結(jié)合自身的興趣和優(yōu)勢，看看自己在什么地方最能發(fā)揮自身的價值，從而優(yōu)化選擇自己的職業(yè)，合理規(guī)劃自己的發(fā)展?！彼Ｍ恳晃煌瑢W(xué)都能夠在這里成才，“遇到困難時，要多路徑準備，一條路走不通，要迅速另辟蹊徑。做科研需要鍥而不舍、永不放棄的精神，但更需要的是突破瓶頸的智慧，只要能堅持到最后，就一定能看到‘后天升起的太陽’?！?/p>

“我們有幸遇見這樣的時代，時代更有幸遇見這樣的你們！”曾自強一直這樣鼓勵他的“后浪們”，“創(chuàng)新之路，必將是一條乘風破浪、波瀾險阻之路，唯有堅定決心、無懼風雨，不斷突破‘舒適區(qū)’，才能披荊斬棘、行穩(wěn)致遠?！彼麄円黄鹌诖瞬盘蓐牭挠楷F(xiàn)！