——北京工业大学教授张伟荣的“暖通”进化论
　　
庞红硕

　　
　　走进一幢商用大楼，夏天通常会瞬感温度骤降，被呼呼的冷气包围；冬天则被暖烘烘的热潮直接“糊”一脸。在这类大型公用建筑中，制冷、制热的设备往往带着极端化情绪，靠一个设定温度横扫全场。这不仅让空气的舒适度大打折扣，还无疑增加了建筑能耗。
　　15年前，北京工业大学教授张伟荣还是清华大学的一名硕士研究生，开始在导师江亿院士的指导下研究怎样将建筑能耗降下来，如今，她又琢磨起如何利用智能技术和分布式技术来同时提升室内舒适度。她说，掌管建筑内热环境，提供热量、冷量的设备系统，坊间称为“暖通”，含供热、通风、空气调节3项主要功能。而这个不外露、看不着，却影响温度、空气流通的大家伙里边却藏着大学问。
　　
从“修理工”到“海归”
　　2000年，张伟荣初到清华大学建筑环境与设备工程专业报道，在师兄师姐的调侃中，差点儿以为自己要向一名修理工发展。
　　当时，在清华大学招生办老师的介绍下，她报考了该专业。但又听闻“暖通”，与修空调、烧锅炉挂钩，一度有些迷茫。“真正学起来，才知道原来它和热学的关联性很大，早年隶属土木工程，后来并入热能与动力工程系，现在又合并到建筑学院。”张伟荣回忆说，同学院的其他班级都在搞设计，他们则不一样，一开始学纯工科的知识，大学物理、微积分皆没落下，等到基础夯实了，才慢慢向专业靠拢。
　　专业了解越深，张伟荣越喜欢。后来，她被直推学校硕士，进入江亿院士课题组。在建筑节能刚刚兴起的那个年代，江院士主推从政府机关办公建筑着手降能耗，认为这样更有利于形成一些政策条文，指导更广泛的建筑节能改造。于是，张伟荣硕士三年，有两年多的时间都在往国务院机关事务管理局跑，从清华大学到府右街的路走了一遍又一遍，中央体系的大楼摸底了一小半。拿到一些数据后，她就去做横向比较、数据分析，最终这些工作成果形成了一篇题为“政府机构建筑节能相关研究”的硕士毕业论文。
　　如果说搜集数据、进行分析、再提出政策建议的研究模式，可以称作“软性作业”，那么攻读博士学位期间，张伟荣要啃下的就是块硬骨头。
　　她于2008年赴日本东京大学建筑系，2012年取得工学博士学位，并继续留任东京大学生产技术研究所开展博士后研究工作。张伟荣说，初到日本的时候，导师加藤信介教授曾明确问她想研究什么。她对自己的博士研究方向有两个明确的想法：一是要区别于硕士阶段的偏软研究，来点儿数值计算、模拟仿真等“硬货”挑战一下；二是希望可以与原来的能耗研究联系到一起。“因为我的导师的研究方向是基于仿真模拟的室内通风，比如温度如何分布、室内污染物怎样分布……如果能够把这些和建筑能耗结合，我觉得可以更好。”
　　巧合的是，加藤教授也有类似想法，以“考虑室内温度分布的建筑能耗模拟方法”为题申请了日本学术振兴会的重点项目。张伟荣顺理成章地包揽下该项目的绝大部分工作，只不过，“开始决定的时候很愉快，做起来却很是痛苦”。
　　“博士课题没有轻松的，流泪过，迷惘过，也怀疑过，更不要说用非母语来沟通交流。”不过，张伟荣也在聊天中直言庆幸，语言天赋让她很快地适应了环境，第二年已经开始讲日语并尝试用日语写论文。当然，这个过程中该有的磨合、磕磕绊绊，一样没少。项目书最开始读不懂，就一点点抠细节；仪器使用不熟练，自己动手外，用问来的经验补充……在张伟荣看来，研究室为她提供了不少便利。“我们从正教授、副教授、研究员、硕博生到科研秘书，人员非常齐备，管理上也特别高效，有各式各样的明文条例。”这种事无巨细的高效管理模式，和求学收获一样，成为张伟荣带回国内的宝贵财富。现在，凡是她自己学生经手的事情，无论大小都会尽可能形成书面文档，这让实验室管理更显井井有条。
　　张伟荣是在2018年举家回国的，当时距离她离开国土恰好10年。“为什么要回来？这个问题，我被问了无数遍。”她笑着解释，“在外界看来，自己和爱人都工作稳定，买了房子、车子，孩子也上了幼儿园”。更何况，她还担任了4年东京工艺大学建筑系的副教授，有2012年日本学术振兴会JSPS特别研究员资格认定、2014年日本暖通空调学会最高学术荣誉论文奖、功绩奖，以及多个学术委员会委员等荣誉加持。
　　但这些，都没能阻止她回国的步伐。张伟荣直言，待的时间久只是因为在犹豫什么时间回来。“我们从没想过永远留在日本”“我不希望我的女儿成为日本人”……言谈间不难发现，她的思考充分、理性，可以清醒地例数异国发展的个人价值实现、子女教育、父母赡养等问题，“更重要的是，我想把在日本的所学所见带回来，提高我们自己的学科发展”。顺着这个思路，也就很容易理解，回国对这位科研工作者来说，一直是个必选项。
　　
有价值的挑战
　　从清华大学“走出去”，最终落脚北京工业大学。张伟荣对于这一举动，毫不避讳自己的务实，坦言这是综合考虑后的决定。不论是学校平台、专业优势还是留给自身的施展空间，她说，北京工业大学是最合适的选择。
　　在那里，建筑环境与能源应用工程专业在刘加平院士的带领下，正是风头强劲。张伟荣看准机遇，准备大展拳脚，回国后迅速转换角色、适应新的研究环境，先后参与到两项科技部“十三五”国家重点研发计划项目中，负责子课题研究。“从大方向来讲，原来做通风也好，节能也好，实际上都是局限在建筑内部，是比较微观级别的，甚至只是一个房间。”两项课题打破这种惯例，尺度从室内跃升到城市住区，从住区扩展到国家级新区。
　　这种由小到大的跨尺度跳跃，挑战虽大，但却更符合国家需要、时代需求。2019年，《近零能耗建筑技术标准》作为我国首部引领性建筑节能国家标准问世，也让“近零能耗建筑”这一概念置于聚光灯下。让建筑节能成为大势所趋，同时业内也发出讨论：建筑物如何迈向更舒适、更节能、更高质量、更好环境？
　　既有住房的改造首当其冲。在“既有城市住区功能提升与改造技术”项目中，张伟荣指出，老旧小区的升级绝不止刷墙美化等“表面功夫”。“比如说，如何建设海绵城市？如何在有限的空间里加装电梯？又或者是，如何为能源形式单一的城市住区提供更多的可再生能源利用……”在中国建研院王清勤院长牵头的既有住区改造项目中，张伟荣负责住区能源负荷强度预测的研究。她指出：“住区的复杂性在于使用者的行为太多样、太随机，建筑的使用模式特别复杂。”她提出了像拼搭乐高玩具一样，把不同人的行为模式包含在房间模块上，通过简单输入小区人员结构、人口比例等信息，快速叠加出建筑负荷——基于模块重构的建筑负荷预测方法，再进一步叠加改造给住区微气候带来的变化影响，从而准确预测住区负荷强度。
　　假如既有住区的研究是张伟荣向空间尺度拓展的一小步，城市新区低碳规划设计就是又一大步。由同济大学吴志强院士牵头的“城市新区规划设计优化技术”，共有15家单位参与。张伟荣负责的工作简单来说就是，如何获取碳排放监测数据，支撑规划设计做得更扎实。
　　“国家的19个新区，像浦东、滨海、雄安等承载着不同的功能和战略需要。在整体规划上，推动城市新区绿色发展是我国集约、智能、绿色、低碳新型城镇化的应有之义。”为了能够圆满完成城市新区碳排放监测核算方法与模拟分析技术研究，张伟荣在现场调研、数据获取、统计分析等方面下足功夫。由于碳排放数据不同于人口、GDP等常规统计数据容易获取，张伟荣只能另想办法。“相对成熟的新区，数据公开做得比较好的，统计年鉴或者公报中会有数据记载，可以直接取用。没有统计年鉴的，我们就先借用所属城市的数据。又或者数据时间不统一，就按照GDP发展去推算碳排放量变化，毕竟碳排放一般跟着GDP走势。反正，各种各样的方法都用了。”这份用心得到了吴志强院士的肯定。用数据说话，也为未来更多有价值的分析提供了科学化的地基。
　　
二度创业，忙是常态
　　除了两项“十三五”子课题，张伟荣回国两年多，还接连拿下了国家自然科学基金青年项目1项、面上项目1项、日本文部科学省合作研究1项。她目的明确，想趁年轻多拼出些成绩。
　　她坦言，作为女性科研人员，总会有一段时期必须将更多注意力转移到家庭，陪伴孩子成长。但家庭和事业并不绝对是对立的，也不应该成为阻挡女性追求事业发展的壁垒。“所以现在更要拼尽全力，回国的高起点是国家给我的二次创业的机会”，她说道。
　　对张伟荣来说，科研更像是一种乐趣，一个有趣的发现问题、解决问题的过程。特别是近年来，绿色建筑节能技术不断发展，张伟荣深感，机会在大环境中涌出。降低建筑能耗、提升建筑能效已经是产业发展的必然要求，也即将成为应对全球能源危机和实现绿色低碳与可持续发展的重要手段。
　　面对温湿度独立控制空调、新式风机盘管、辐射末端等各种新型环境调控形式层出不穷，她认识到新技术、新产品的利弊共存。一方面，这些末端设备促进了由传统的空气调节方式向分布式末端调节的转化，提高了舒适性和建筑能效；另一方面，它们也带来了负荷分配、调控复杂等挑战。这种情况下，在建筑内部的细微控制上便大有文章可做。于是，张伟荣重拾建筑内部能源研究的老本行，引入大数据、人工智能等火热技术，定下了为建筑物“提供全空间热环境信息”的目标。
　　在国家自然科学基金的支持下，她主导了青年项目“基于移动传感器信息的建筑热环境预测方法研究”，利用移动传感器采集系统收集的使用者高度内的时间、空间不连续数据，开发出可以实时、快速、高准确度预测室内温度分布的智能算法。在她主导的面上项目“需求导向型可变动态通风系统研究”中，她进一步创新性地将动态可变通风系统引入室内环境控制，打破传统的固定风口、送回风模式固定，通过合并分析需求侧的特征，开发可变、动态通风优化策略和评价指标，充分探讨需求导向型可变动态通风的应用可能，为室内环境的调控提供全新的手段。
　　一项一项课题研究有条不紊地进行，忙碌是常态。不过即便再忙，有一项活动，张伟荣始终没放下，那就是运动。在她看来，瑜伽、普拉提，以及适当的力量训练，这些都是保持精力充沛的法门。
　　张伟荣的工作态度和生活状态也极大地影响着她的团队。在人才培养上，她惯用粗放型管理，但十分看重素质的养成。她认为，学生阶段最重要的是形成自主学习的习惯、发现问题的能力。“我培养出来的学生，无论以后是在高校继续深造，还是进入企业，我希望他们始终要保持一个能够学习的状态。”
　　除此之外，责任心也是张伟荣特别提到的。她强调待人接物中，换位思考的重要性，“一件事情做不到自己觉得满意，交出去时，要想想别人的感受”。既做得了严师，也当得起益友，张伟荣恰到好处地拿捏着这两种角色。学生们将她视作榜样，但这并不妨碍他们也喜欢找这位年轻的老师聊天，聊工作、聊恋爱烦恼，听她“短平快”的观点。如今，张伟荣的团队虽然规模不大，但人员各司其职，任务多、机会也多。在进一步的规划中，这个年轻的队伍要踏踏实实做项目，追求更高产，拼出亮眼的成绩。