曾自强：创新需要不断突破“舒适区”

王艳敏

运用公理化思维，从本质出发构建创新系统

曾自强出生在山城重庆，对数学情有独钟，是典型的“85后”。2005年进入四川大学攻读数学与应用数学专业。从数学学士到管理学博士，再到从事管理科学在不同领域的应用研究，曾自强可以说一直在不断突破“舒适区”的创新之路上乘风破浪。

说起最初选择数学专业，曾自强拿出了他的“镇宅之宝”——《几何原本》《自然哲学的数学原理》《物种起源》《相对论》。他的故事要从《几何原本》讲起——

在中学时，曾自强读到过一本介绍《几何原本》的课外读物。虽然大部分内容看不懂，但从这本书中，他了解到，真正的高手是不需要去死记硬背那么多数学公式的，因为“欧几里得仅仅根据5条公理和5条公设，就推出了几何学的467个命题，建立了一整套欧式几何公理化理论体系”。曾自强深深地感受到，问题的关键是找到最根本的公理和公设，然后以此为基础，通过推理，演绎出一系列命题，形成一整套理论。他把这个过程形容为“无招胜有招”，即最高的境界并不是要去记住所有的招式，而是从本质出发，自然而然地演化出无穷无尽的变换。也就是从《几何原本》开始，曾自强对数学之玄妙产生了浓厚的兴趣。他希望能研究探索其中的奥秘。

曾自强顿了顿，接着讲述“镇宅之宝”的故事：“《几何原本》对人类科学发展的影响是巨大的。牛顿的《自然哲学的数学原理》也基本是参照《几何原本》的模式来写的。牛顿通过多个公理和公设，推导出经典力学的一系列命题。”“直到今天，特斯拉创始人埃隆·马斯克常常提到的‘颠覆式创新思想，也是通过改变逻辑基点——即公理和公设，产生不同的创新模式，打破连续性创新的发展瓶颈，从而产生十倍甚至百倍效益的颠覆式创新。”

随着本科阶段对数学认识的不断深入，曾自强越来越发现数学理论需要在实践中去不断应用才能发挥更大的社会价值。通过研究生推免，曾自强被保送到了四川大学商学院管理科学与工程专业，硕博连读，师从徐玖平教授。“徐老师可以说是对我科研之路影响至深的人。”曾自强颇为感触地说，“徐老师是我国管理学界的领军人物，获得过多项学术荣誉，包括国际系统与控制科学院院士、蒙古国家科学院外籍院士、摩尔多瓦国家科学院荣誉院士、国家‘万人计划哲学社会科学领军人才、国家杰出青年科学基金获得者、教育部长江学者特聘教授等。在他的影响和严格要求下，我逐渐形成了无比坚毅、超强自律以及不断突破‘舒适区的个性和特点。”

曾自强刚到徐玖平教授课题组时，正好赶上徐教授的国家自然科学基金重点项目“大型水利水电工程建设项目集成管理理论与方法研究”立项。曾自强作为团队成员，积极地投入研究中。他深知，“工程类的杂志发表难度很高，而且这个研究方向不利于快速高产地出论文”，但是最后他还是勇敢地承担下了这个重任。

一开始，由于很多细节问题需要从工程实际需求中进一步深挖探索，研究曾一度陷入停滞。为了突破瓶颈，曾自强去图书馆借阅了大量水利水电工程的相关资料，开始埋头攻关。同时，在徐老师的带领下，他参加了与中国长江三峡集团公司、雅砻江流域开发有限公司、国电大渡河流域水电开发有限公司等进行的多次调研、交流，探讨大型水利水电工程建设复杂系统中的管理问题。经过几个月的不懈努力，他终于在“水布垭面板堆石坝工程中施工机械的动态分配问题”上找到了切入口，提出通过构建动态最优控制模型的思路对施工机械的分配进行优化。

“该问题的难点在于施工机械在工作中往往会突然发生故障，从而打乱施工安排计划，使得整个系统发生较大的不确定性。”曾自强回忆道，“那么如何减少这种不确定性带来的施工成本的损失和工期的延误，就成为研究的目标。”通过对大量施工机械故障发生时间数据的分析，他发现两参数威布尔分布能够很好地拟合故障数据。于是，他建立了施工机械故障发生时间与工作时间的关系方程，从而求解出最优控制模型。更加可喜的是，他在美国土木工程师学会的旗舰期刊上发表了这一研究成果。这成为团队在该领域的一篇突破性成果。

关键时候，还是欧几里得的公理化思想帮了大忙。曾自强告诉记者：“不同的问题有不同的逻辑基点，如果能找出各类问题的逻辑基点，便可在其基础上推演出相应的决策优化理论体系。进一步地，如果改变其逻辑基点，或者找到更好的逻辑基点，便能推演出更加完善的决策优化理论体系。因此，关键便在于如何能找到这些问题的正确的逻辑基点。我就是应用这一思想，不断地攻克难关的。”

两赴美国深造，看好中国发展

第一次到美国，还是在曾自强攻读博士学位期间。他受国家留学基金委资助赴美国佛罗里达大学建设管理系做联合培养博士。

初到盖恩斯维尔小镇，一切都是新鲜的。曾自强还没来得及熟悉一下小镇，就和外导Abdol Chini教授讨论起了研究课题。当得知曾自强的研究方向是决策优化后，Abdol教授很快给了他一堆数据。同时，教授还分配给他一间独立办公室，门牌上用英文写了“Ziqiang Zeng”。

拿到數据后，曾自强发现这些来自佛罗里达州各大型能源电力公司建设和运营的风险评估调查问卷数据，在调查问卷本身的设计上存在一定的问题，逻辑条理不清晰，使得数据结果不能准确反映真实情况，而且一些重要内容没有设计进入问卷中，导致部分对分析至关重要的数据缺失。

为解决这一问题，曾自强开始重新设计调查问卷，并加入能源电力公司投资不同类型的能源的成本范围数据。用他的话说：“这样可将单纯的风险分析问题拓展为一个多目标能源投资组合问题，即如何选择投资能源的类型，能够既减少总的成本，又降低总的风险。”目标确定后，他开始没日没夜地工作，一边进行问卷调查，一边构建能源投资组合的优化模型，并编程设计出多目标粒子群算法实现对模型的有效求解。

功夫不负有心人！不到4个月时间，曾自强完成了这一课题。当接过这一研究成果时，Abdol教授十分惊讶，赞赏有加，特意邀请他在学院作了一次正式的学术报告。这在中国留学生中还是头一次。

2015年，曾自强再赴美国。这一次，他是到华盛顿大学西雅图分校土木与环境工程系从事博士后研究，师从王印海教授。王教授是美国土木工程师学会交通与发展分会主席，是美国华人交通界的领军人物。3年的博士后经历，让曾自强的研究从“偏软”转向更接地气的“硬性”研究，科研水平有了质的飞越。

在华盛顿大学期间，曾自强最难忘的事是作为核心成员参与了王教授负责的“成都市交通排放大数据分析平台”的研发项目。“成都市是特大中心城市。近年来的数据显示，成都市的PM2.5中移动源贡献最大。碧水蓝天工程，需要绿色交通的支持。但是，成都市的交通大数据平台不是基于环境相关指标的，而在市内全面布设交通排放监测设备成本过高，所以面临动态监测难的问题”，曾自强解释道。

成都市交通排放大数据分析平台正是为此而生的。因此，清华四川能源互联网研究院设立了该种子基金项目，中国节能环保集团公司和滴滴出行分别提供了设备和数据支持，由华盛顿大学负责研发，旨在构建面向政府、企业、公众和研究人员的综合性交通排放大数据分析与共享平台。具体来说，即面向政府，提供城市交通排放实时预测和可视化分析功能，评估交通规划决策的环境和节能效益；面向公众，提供人性化的绿色出行信息服务；面向企业，通过与共享单车、网约车、公交系统、地铁系统、金融银行系统、大数据公司、数据传感设备生产商等形成对接，建立统一数据接口标准，进行决策分析；面向研究人员，提供交通数据深度分析和数据共享服务。

研发过程中，研究团队通过利用城市路网中不同类型车辆交通流量及流速的实时数据，构建交通污染排放大数据分析平台，并通过采集部分重要定点路段的实时污染排放数据，与大数据分析平台的预测值进行对比，以校准模型参数，并建立“成都本地”交通排放因子库，实现对城市交通排放的低成本、高精度、精细化预测。目前，这一项目已进入产业孵化初期阶段。未来还将进一步实现路段化交通污染排放溯源分析，即基于深度学习算法，通过大数据分析定位可能的高污染路段或区域，动态分析交通污染排放的形成、传输和扩散情况，在判断高污染形成的基础上，进一步分析高污染的成因和变化，为环保追责、处罚和整改等管理决策提供支撑。

此外，曾自强还参与了关于构建“人-车-路”交互式交通安全数据分析系统以提高道路交通安全性的研究，得到了华盛顿大学土木与环境工程系官网以及西雅图电视台的正面报道，并在每年超过1.4万人参会的美国交通研究年会上做分会报告，并促成后续与华盛顿州交通部的合作研究项目。

2018年年底，曾自强婉拒了王教授的续聘邀请，毅然决定回到母校四川大学，为我国西部发展贡献力量。“我还是比较看好中国的发展前景”，他说出内心的原因，“因为创新之后就是创新的扩散。中国体量大，虽然我们的一些高精尖创新是从别人那学来的，技术稍微差些，但是因为体量大，创新扩散之后产生的社会价值就大。随着中国创新发展制度与环境的不断改善，这种效果还会进一步放大。”

聚焦智慧工程系统优化，助力基础设施智能网联化发展

大数据作为互联网、物联网、移动计算、云计算之后IT产业又一次颠覆性的技术变革，正在重新定义社会各个层面复杂系统的管理与决策的过程与方式。这种数据密集型科学范式也深刻影响着基础设施系统的建设与运营，逐步形成了智慧城市、智慧流域、智能交通、智能电网等数据、技术、设施相集成的复杂系统。因此，发展智慧工程是国家经济发展的战略需要，也是行业革新的必然趋势，正逐渐成为基础设施升级的源动力。如何超越传统基础设施体系的建设与运营，构建面向智慧工程的大数据驱动的决策分析理论体系及应用方法成为学术界共同关注的科学问题。

基础设施建设与运营的管理实践中，系统的实时优化是核心难题。虽然大数据决策分析方法与技术已得到广泛应用，但是面向智慧工程的理论研究相对滞后，大部分应用由于缺乏理论参照，实际运行效果并不理想。为解决这一问题，曾自强目前主要针对智能化基础设施系统建设及运营中的管理问题，重点研究解决基础设施系统建设及运营的系统建模、预测与优化等瓶颈，进一步完善和丰富大数据驱动的决策分析理论体系。

“信息革命的发展带来了前所未有的变革。尤其是大数据的涌现，给社会发展和人民生活带来了更加舒适、便利和经济的智慧化城市生活的可能”，曾自强认为这正是“颠覆式创新”涌现的机遇。他的研究是将数据分析技术与决策优化理论相结合，构建大数据驱动的系统动态优化等模型，突破系统实时优化的难点和瓶颈，建立适用于智慧工程复杂系统管理的决策范式，并搭建具有理论创新和应用价值的大数据系统优化平台，进一步帮助提升智慧工程系统的建设与运营管理效率，推动基础设施系统向智慧化发展的转型升级。

2019年回国后，曾自强承担了国家自然科学基金面上項目“基于智能网联架构的‘交通-通信-应急关联基础设施网络系统分析及协同优化研究”。交通、通信和应急服务系统是相互关联的关键基础设施网络系统，并在应急救援中发挥重要作用。这些系统通常设计为具有基本固定的容量范围，使得它们因无法满足突发事件引起的需求激增而导致系统级联失效。在“基于智能网联架构的‘交通-通信-应急关联基础设施网络系统分析及协同优化研究”中，他的团队提出了构建基于智能网联架构的“交通-通信-应急”基础设施网络系统协同优化体系，将内部容量控制与外部需求引导相结合，抑制系统中的级联失效，以增强系统可恢复性，实现精准高效的应急救援体系。曾自强说：“这将为我国智能网联化基础设施系统协同优化控制及应急救援管理提供理论支持。”

未来创新模式：单点创新连成“创新之网”

当代著名科学史研究者默顿曾说过，当诺贝尔奖把每一个科学成果归因到每一个人的时候，这就是诺贝尔奖的一个结构性缺陷。原因是把一个人的功劳从整个协作网络中切割出来或分辨出来，几乎已经不可能了。

提起研究團队，曾自强娓娓道来：“我们团队不刻意强调‘点状创新，而是更为注重能出涌现性成果的‘网状创新。”曾自强把网状创新比喻为“烧开水”——

一锅开水放到火炉上后，刚开始仅仅是平均升温，看不到什么气泡现象。但是，在一个特定阶段，会看到一个一个灿若星辰的小气泡冒出来，我们能够识别出这些气泡。然而，随着温度进一步升高，气泡就连成了一片，再也分不清楚各个气泡了。

在曾自强看来，人才培养就像烧水，温度太低冒不了气泡，出不来人才。火候一到，连成片的气泡就出来了。但是，这事也急不得，火候一过，水很快烧干，人受不了也不行。曾自强认为，这是一门艺术。他说，卡文迪许实验室就是这样，从1904年至1989年的85年间，一共涌现出29位诺贝尔奖得主，关键在于涌现性人才梯队的形成。

回到四川大学带团队，曾自强最感恩的是恩师徐玖平教授。以前在徐教授团队中的实践，现在全部派上了用场。曾经，他是“哪里需要哪里搬”的一块砖。他从不计较得失，做遍了“各种杂活”——写报告、写论文、写专著、申请专利，协助团队进行成果鉴定，成果报奖，还承担了2个英文期刊的编辑和1个国际会议的秘书工作。为了不落下任何一项工作，曾自强常常三四个晚上不睡觉，几乎每个春节都是除夕当天才从学校赶回家，初二就从家返回实验室工作。而现在，过往的一切苦和累，都成为他成长路上的奠基石。

面对自己的研究团队，曾自强充满了信心和力量：“我的首要作用，就是给团队提供安全感和必要的指导，让每个人的才能得到最大限度的自由生长。未来的创新模式将更依赖于单点创新所连成的‘创新之网。”

一有时间，曾自强就对研究生讲：“首先要认识自我，要了解自己的兴趣是什么，自己的优势在哪，然后要对社会发展的趋势有较为准确的判断，要根据社会发展的主要趋势，结合自身的兴趣和优势，看看自己在什么地方最能发挥自身的价值，从而优化选择自己的职业，合理规划自己的发展。”他希望每一位同学都能够在这里成才，“遇到困难时，要多路径准备，一条路走不通，要迅速另辟蹊径。做科研需要锲而不舍、永不放弃的精神，但更需要的是突破瓶颈的智慧，只要能坚持到最后，就一定能看到‘后天升起的太阳。”

“我们有幸遇见这样的时代，时代更有幸遇见这样的你们！”曾自强一直这样鼓励他的“后浪们”，“创新之路，必将是一条乘风破浪、波澜险阻之路，唯有坚定决心、无惧风雨，不断突破‘舒适区，才能披荆斩棘、行稳致远。”他们一起期待着人才梯队的涌现！

专家简介

曾自强，现任四川大学商学院副研究员，硕士生导师，四川省特聘专家，四川大学“双百人才工程”入选者、“好未来优秀学者奖”获得者。分别于2009年、2014年在四川大学获得理学学士、管理学博士学位。曾赴美国University of Florida作为联合培养博士生学习1年，并在美国University of Washington从事博士后研究3年。长期致力于复杂工程系统优化与大数据决策分析领域的研究，先后主持美国交通部、国家自然科学基金面上和青年项目等10项课题。近年来，在本领域知名期刊发表论文40余篇，其中SCI/SSCI检索论文35篇（ESI热点论文1篇），SCI他引400余次，出版学术专著3部（英文专著2部），获多项国家发明专利授权，研究成果获省部级科技奖励一等奖3项、国际学术论文奖2项。担任国家自然科学基金委项目评审专家、两本SCI期刊的编委及20余种国内外期刊的审稿人。多次担任国际会议分会主席及论文集领域编委，并赴美国、德国、加拿大、澳大利亚、日本、阿塞拜疆等做国际会议特邀及分会报告10余次。曾获教育部“博士学术新人奖”、四川省高层次留学人才等荣誉。