清华大学热能工程系教授 狄洪发

 

      建筑环境与设备工程研究所主要从事有关人工环境工程的系统设计、运行控制管理及新型设备的研究开发这一领域的教学和科研，属于工程技术应用型专业。改革开放以来，随着国民经济的飞速发展和人民生活水平的不断提高，人工环境工程这一领域发展极快。1985年至1995年十年间仅空调设备的年产值就增加了十倍；商业和工业建筑投资中用于环境控制系统的投资也从以前的不足5%增加到10%~20%；人工环境控制系统的运行能耗占国家常规能源总量中的比例不断提高；人工环境工程已成为国民经济发展中一个重要领域。这种发展状况为我们的学科发展提供了一个极好的机遇和外部环境。

 

      出于这种考虑，1989年以原热能系空调研究所(现称为建筑环境与设备工程研究所)的技术支持为依托，成立了清华人工环境工程公司，尝试通过这一方式，将此领域的科研成果直接转化为生产力，促进人工环境工程的技术进步。为了更好地促进产学研的紧密结合，1992年成立了以原空调研究所为主的清华同方人工环境研究室，在此基础上，2000年建筑环境与设备研究所和清华同方又组建了清华同方建筑环境联合实验室，承担建筑环境工程中长期的研究任务。目前该联合实验室包括研究所的教师、研究生、因材施教的本科生和一些公司编制的人员，成为一个承担教学、科研、开发和部分生产任务的实体。

 

      经过几年的磨合及体制上、机制上的不断探索，逐步找到一条产学研紧密结合，促进学科发展之路。依靠这种机制，几年来研究所初步在原来供热通风空气调节这一学科的基础上发展扩充，成为以建筑环境学为基础，以模拟分析方法和可持续发展的思想进行人工环境工程的系统设计，以在线的计算机系统为辅助手段完善人工环境系统的运行控制和管理这样一套人工环境工程学科体系；完成了一系列重要科研成果获得国家级和省部级科技进步奖12项；完成了教学体系的大规模改革，获得建设部建筑环境与设备工程学科指导委员会等有关部门的好评。在此期间，清华同方人工环境事业也获得飞速发展，成为我国人工环境工程领域中有较大影响的高技术产业。

 

      以下是我们研究所在生产、教学和科研相结合的过程中得到的几点体会：

      几年来，研究所三分之一以上的博士课题，一半以上的硕士及本科生毕业论文课题为人环工程的研究项目，由同方人环公司或联合实验室提供经费，支持设备，组织建造实验台，安排各种实验条件，为这些研究生和本科生顺利地高水平完成研究课题有了保障。本科生的运行实习等教学实践环节也有一半以上为工程项目服务。国内兄弟院校的本科生运行实习都因为选点困难和经费不足而难以落实，而我们却可以从清华同方人环公司工程项目表中挑选最适合于实习要求，时间又最恰当的工程。经费也再不成为问题。这样即解决了选点和经费的困难，又保证了教学效果。结合大量的工程实践，研究所年轻的副教授、人环公司的总经理还为本科生还组织开出“典型工程实例分析”的选修课，吸引博士、硕士研究生和青年教师来听课，受到好评。

      联合实验室不能仅为了工程项目服务，而且应该为学科发展提供良好的环境。因此，联合实验室每年都拿出一部分经费支持基础研究，即使这些研究可能不会对清华同方产生直接效益，但有利于学科长远发展的基础项目也得到坚决支持。例如建筑热环境随机分析一题，十年前仅获科学院五千元青年基金的支持，但清华同方人环公司却长期给予了经费和人员的支持。经历八年研究，终于拿出较好的成果，获教委科技进步(甲类)二等奖。

 

      对于应用型和应用基础型研究，与产业的结合既解决了经费与人员的不足，又提供了工程实践条件与应用实践的机会，同时工程应用的实践又会激励研究人员不断深入和完善研究成果，并产生新的课题和学科的生长点。我研究所承担的国家自然科学基金项目“热网参数识别与最优控制”在取得初步成果后，即通过清华同方在实际工程中实施，结合实施中出现的实际问题，又深入进一步研究解决。为配合我们的研究，清华同方专门投入力量从实际工程中测取大量数据，并组织在若干个不同形式的工程中实施和实验。历经八年终于高水平地完成了这一项目，提出一整套新的控制策略和具体的方法，研究成果获国家科技进步二等奖和国家教委科技进步一等奖。在实际工程应用中，仅沈阳二热一个热网在保证供热效果的前提下，每年即可节省运行费一千六百多万元。没有与产业结合这样的机制，不可能在这样多个实际工程中试用和摸索，从而产生真正实用的成果。清华同方公司也依靠推广应用这一成果获得可观的效益。

 

      建筑环境与设备工程研究所承担的另一项应用基础研究“供热空调系统的实时故障诊断”，同时作为国际合作项目IEAAnnex25，与十五个国家共同合作进行。这种诊断系统如果在实际系统上研究和验证，要在一定程度上影响实际系统的正常运行，对故障的误报还会导致一些其它的不良后果。鉴于这一状况，国外的这些合作单位都是依靠模拟实验，在计算机上做诊断，最多也只是利用采集来的一段实测数据做分析，而我们却具有与产业紧密结合的条件，从而可以专门安排在一些实际工程中进行实时实验。这就使我们获得了得天独厚的实验条件，并可使所研究的方法充分考虑工程中可能出现的各种实际问题。1995年在IEA Annex25举行的第一次空调系统故障诊断竞赛中，我们提出的方法以100％正确率获十个参赛单位中的第一名，而第二名的美国NIST的成绩仅为60％正确，这一成功的原因之一是我们具有在多个实际系统中进行实验的这种条件。而没有产业的密切合作，这种实验完全是不可能的。

      近十年来我们完成了几个比较完整的科研项目，都是依靠这种产学研一体化的模式，才从理论研究、应用研究、工程实验直至推广应用并转化为生产力创造经济效益，从而促进了学科的发展和行业的进步，这里举两个典型项目为例：

“地铁热环境研究”是我研究所从1979年开始的题目，至87年，有了一些理论和应用成果，也得了奖，在一般情况，这项研究就该结束了。但八十年代末和九十年代初，正是我国城市地铁建设大发展的时期，十余个城市开始地铁可行性研究和初步设计工作，地下热环境分析是这些工作的重要一部分，针对这一状况，我们进一步组织队伍，花很大的投入，完成了增强版的环境模拟分析程序，并且为十余个地铁建设工程做了环境控制方案分析，创收一百多万元，为建设部门节省了上千万的分析费用。通过这些工作，与各地铁建设部门建立了很好的关系并获得信誉，于是又承接了地铁环控系统的计算机控制管理系统的项目，从而将地铁环控的一些成果通过计算机在线系统得以具体实施。这样研究所和清华同方成为国内唯一的可以设计和实施地铁环境控制计算机控制管理系统的单位。国内多项工程已完工，目前还有几个大项目也已在投标和技术论证。作为中国对外工程承包的一部分，承担了德黑兰地铁环境控制方案分析与系统计算机控制的项目，方案分析10万美元，计算机控制系统230万美元，成为我研究所最大的分析项目和控制项目。在进行这些工作中，为了进一步验证分析模型并获取一些计算用数据，我研究所又投资20万元购置大量仪器并组织人员在北京、上海2个地铁工程中进行大规模环境测试，获得了一大批基础数据。实验结果验证了模型，许多数据对我国今后的地铁建设有重要意义。为配合我们的测试，清华同方组织专门的开发人员研制了一批在隧道中无人值守自动测量和记录风速、热流、温度和列车位置的专用仪器。这样规模的测试在以前的课题组体制下是难以实现的，在国际上也很少见到类似规模现场测试的报道。

 

      这样，经过十多年的实践，完整地完成了地铁热环境基础数据，地下不稳定传热，列车活塞风流动，火灾下烟气流动，热环境控制模式，通风系统优化，环控计算机控制系统，火灾下计算机辅助救灾系统等一系列从基础理论到实践应用的一套完整成果并在工程中实施，为我国地铁建设作出了重大贡献。在1999年该课题获教育部科技进步二等奖。所有这些研究工作仅获得过国家一项自然科学基金和一项教委贷款的支持，其余全部经费自筹。有三名博士生，三名硕士生和六名本科生的毕业研究论文涉及此项目，教研室由此还发展出示踪气体分析技术，空气置换理论等新的研究方向。

 

    “冰蓄冷空调技术”是九十年代起我国为解决电力供应负荷不平衡，削峰填谷而推广的一项重要的技术措施。由于这是空调领域很热门的课题，许多人都在做，各兄弟院校出了许多模拟分析方案计算的论文，设计院探讨可能的工程实施，许多公司则热衷于代理，引进国外有关设备。我们不是抓住某个环节急于出成果或获得横向经费，而是全面规划，全方位开展工作。研究所组织队伍，研制冰蓄冷专用设备；实验室建立大型冰蓄冷实验台测试冰蓄冷设备性能；组织研究生本科生从结冰和融冰机理，球内，管外冻与融的过程等基础问题着手开展基础理论研究；开发冰蓄冷工程设计和分析专用软件；研究和实验冰蓄冷空调系统的优化运行控制方法。多名教师、一名博士生、五名硕士生与清华同方公司的工程技术人员合作开展研究工作。目前我们已经完成了一本专门教材，并到国内各设计院讲课，设备开发和软件开发已有多项成果，对冰蓄冷空调的推广应用起了较大的作用。这样一种从基础研究到最终工程实施的全方位研究推广新技术的方式对社会发展的作用是单纯几篇论文或几个成果所无法比拟的，对于这种工程性应用技术的开发推广也只有靠这种产学研紧密结合的模式才能够真正少走弯路，高效高速地推广实施。

      对于校办科技产业，它最大的优势就是学校的技术资源和人才资源。我研究所由教师、研究生以及本科生构成的研究队伍成为人工环境公司的重要依托。人环公司的大部分核心技术来源于研究所，它们或是我研究所长期基础研究或应用基础研究的延伸，或是由公司组织由研究所研究开发出的新成果。公司每次准备开辟的新的业务领域，也都是由研究所首先开展试点工程，摸索经验，逐步由公司在面上转化推广。研究所教师在国内暖通空调界有很大影响，这对开辟清华同方的市场也起了重大作用。几年来清华同方人环公司接到大的合同多数是直接或间接通过有关教师的努力而获得。研究所同时还为公司提供了大量的高技术人力资源。例如，我们开始承接中央电视台空调改造项目，研究所集中力量，一下子派出近二十名由教授、副教授、博士、硕士研究生组成的班子对中央电视台系统进行全面的调查和测试。这种规模是任何一个设计院或公司不可能办到的。

 

      研究本世纪科学技术发展过程，可以看到，新思想，新概念诞生于学校或研究机构，而技术进步如汽车的发展，飞机的发展，计算机技术的发展及至我们暖通空调行业的技术进步无一不通过大型企业内研究开发与生产部门相互结合，由大型企业完成。发达国家最好的工程技术实验设备和工程技术研究人员大都在大企业内，这些企业内就具有这种研究、开发、应用相结合的机制。我国刚从计划经济过渡到市场经济，原有的大中型企业仅承担国家指令性任务，没有研究开发新产品新技术的需求，因此也就没有国外大型企业中研究开发力量。在改革开放前，中国最好的工程技术研究开发人员及研究开发设备都聚集在学校和专门的研究院所，这样就缺少一种研究开发与工程实施紧密结合的机制。研究所与校办企业紧密结合的存在着这种机制。搞好产学研结合，可以在某种程度上弥补我国技术开发力量分布不合理的状况，对我国经济建设和完善市场经济体制有重要作用。

 

      研究所通过经过数年摸索与实践，深刻体会到产学研紧密结合的基础是要有共同的奋斗目标，这就是把我国国民经济搞上去，或者具体些就是把我们所从事的我国人工环境工程事业搞上去，做到“心系天下冷暖”，使我国人工环境工程事业适应我国工农业建设的发展和人民生活水平提高的需要，并且使人工环境工程的市场不再充斥洋货。要认识这三者的特殊性，协调三者间的矛盾，就要突出“把我国人工环境工程事业搞上去”这一共同出发点，将其作为产学研紧密结合的基本条件，提倡奉献精神。在此前提下，通过各种方式，加强产学研三者间的互补性，通过协调消弱其互斥性，使这三者有机的结合在一起，才能真正为我国的国民经济建设做出实实在在的贡献。