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暖通行业的钱学森之问 精选

已有 4970 次阅读 2019-10-12 21:01 |系统分类:科研笔记

暖通行业的钱学森之问


又是每年的诺贝尔奖公布的季节,忍不住让人想起来有名的钱学森之问。为什么中国会有钱学森之问?涉及的面太广,从文化到历史的,我不敢发表评议。 其他行业我不了解,但是对于我熟悉的暖通行业,我可以就这个问题进行一些讨论。


我给出的暖通行业的钱学森之问就是,为什么过去几十年我国暖通行业的重大变革和技术进步大多不是暖通学者原创性提出的?特别不是中国学者提出的。


应该说我国的暖通行业跟着国力的成长和建筑行业的兴旺发达,在过去几十年里是获得了长足的发展。暖通在改革开发初期,基本只涉及到北方采暖和工艺通风空调。到今天空调和采暖普及到千家万户。各种新技术,新理念层出不穷。建筑越盖越好,系统的整体性能越来越高。我们今天普遍使用的大量技术,在几十年前都是没有的。 


我这里列了行业影响最大相关的技术,从空调系统本身当建筑的构造方式


空调系统本身的改进技术包括:

磁悬浮离心机, VRV空调,VFD变频器,地源热泵, 辐射系统。


建筑材料的相关技术,包括:

LOW-E镀膜玻璃, 高性能外墙保温。


然而上面这些技术变革,没有一个是搞暖通的中国学者原创性地提出的。当然你可以争论说,这些或者涉及建筑材料的研究,或者是制冷设备的研制。我们暖通空调的人不擅长这个。暖通专业本质上是一个系统集成的专业,我们只是把各种好的产品和技术,集成在一起,然后让一个建筑的整体制冷和采暖效果变得更好。单个产品开发我们不会,也不是我们的责任。


那么我们看看相关于系统集成的一些重大变革。系统提升的几个重大影响的理念包括: 

绿色建筑、被动式建筑、(近)零能耗建筑、健康建筑 


过去几十年里最大的变革就是绿色建筑。绿色建筑就是把各种提升建筑性能的技术集成在一起。绿色建筑的大量从业者是搞暖通出身的。可惜绿色建筑这个理念的提出,不是我们做暖通的人,更不是我国做暖通的人。


如果你说绿色建筑涉及的面太广很多,超越了暖通行业范围。 那么在暖通行业范围里的系统集成技术。影响最大的是内容是被动式建筑、健康建筑、零能耗建筑。 在三个理念对我国建筑产业都形成一定的产业影响。 然而这三个理念也不是我们搞暖通的学者原创性提出的。


我们暖通学者不要说没有原创性地提出这些理念,就连南方地暖采暖的普及和推广, VRV取代传统集中式空调这样的行业大趋势都没能预见到。总的来说,学者是跟着行业在走,什么流行研究什么,而不是领先于行业。


当然我不是贬低暖通空调的学者,因为我也是其中的学者之一。我只是想到底是哪个环节出了问题,导致我们这些本应该站在行业最前沿的人,似乎和行业的发展严重脱节。下面是我的一些不成熟的初步想法,仅仅是为了讨论而写,甚至有很多错误,对事不对人,请读者不要展开联想。应该说写这些内容也是我自己进行自我检讨的过程。


作为学者,成就高低的最终评价既非科技奖、也非帽子和高引的论文,甚至可能不是国际影响力。但是如果一生对一个学者对所在的行业没有原创性的科研贡献,那很难说一个他的时间用对了地方。评价一个科研团体,或者一个国家的科研团体科研成果的好坏,最终还是要看他们对社会和行业产生多少影响?

换句话说,世界有没有因为你而变得不一样。你有没有改变世界。 不然科研就会像中华武术一样,只有花拳绣腿,没有真功夫,写了一圈数学公式,看着好看,不知道哪天就会有徐晓东这样的人来打假的。


因为你做的一切,或者是在你想象的世界里面自说自话,或者只是把别人的理念进行传播发扬。你不是知识的创造者,而只是知识的传播者。知识的传播者当然也重要。但毕竟不是科研工作者,特别是大学进行探索性科研工作者应该做的全部。


大学的科研和企业单位的科研不一样的地方就在于大学需要原创性的提出新的理念和理论。理论和方法转化到实践过程中去当然需要时间。这个可以理解,但是如果几十年只是抄抄弄弄那就很可惜了。


应该说,暖通行业的学者最近几十年里,是做了大量的扎扎实实的科研工作。我们在国际主要期刊上将近1/3的论文,都是中国的学者发表的。这比几十年前取得了相当的大的进步。因为几十年前,国际期刊发表论文的门都摸不着。  随便来一个外国学者,提出的理念和研究,都看得我们眼花缭乱。现在我们至少可以自信地说,我们最好的大学和科研机构,在暖通领域和国际主要的研究机构和大学基本上是比肩的。这和暖通行业内众多学者和同学几十年的努力分不开,和国家快速发展和国力增强分不开。


然而从业者这么多,我们可能又是世界上最辛勤的劳动者,没有哪个国家的科技工作者像我们这样加班加点,周末都没有的。付出了这么多的努力。为什么我们原创的科研,原创的理论和理念贡献那么少?


我也想的不是特别明白,只能把我看到的,想到的简单整理一下。


首先可能是一定时间的科研积累。凡事需要一个过程。毕竟我们还是比国外发达国家要落后几十年。虽然我们今天暖通行业在科研领域可以比肩世界主要的研究机构。但是一些新的理念,新的理论到产品的突破,需要一个时间过程。今天研究的东西,或者发展出来的理论需要在几十年后才能够开花结果,而我们追赶上国际同行业的科研水平,也仅仅是在这最近10年的事情。


其次,可能是我们的学者可能过分强调科研理论深度,而忽略了应用层面的问题。

在设计院和工程第一线工作的同行,对我们大学科研最大的意见就是离工程实际太远。似乎太多的研究云里雾里一大堆,可是没有解决工程实际问题。理论和实践严重脱节,论文数学太复杂,真正有用的研究反而没人去做。不是我们想搞那么多深奥的学问,放在具体问题不问。而是大学的科研机制把大家逼着去研究科学问题。


暖通这个学科,本质上是一个交叉学科。是一个系统集成的学科。如果一味强调科研深度而不强调横向集成。那么最终的努力可能是为别的学科发展做贡献。


比如说做人体相关研究的学者,随着研究的深入,渐渐研究就变成了医学。而做空气污染物相关的研究,最终又变成了材料科学。关于产品的研究,最终就变成了制冷压缩循环的研究。做关于建筑流体模拟方面的研究。但那些研究最终就变成了流体力学的研究。做控制和智能化相关的研究,底层的基本科学问题是计算机和电子专业的问题。其他领域的研究我们最终无法特别深入,不然就变成改行了。


在每一个研究方向上,一旦过分强调学科的深度。就会失去广度。所以看到那些关于系统集成的理念,基本都是外国人提出的,或者是外国非暖通人士跨界提出的。比如LEED和健康建筑,理念和背后的推手或者是律师或者是商人。


这和我国理工不分的科研管理体系有一定的关系。大家都是按照国家自然科学基金的思路,纯理科的思路去做工科的研究。而事实上工科和理科不一样。工科往往只是把一个产品做好,做到极致。并不一定都需要那么多理论深度的东西。工科的楷模是爱迪生、瓦特、贝尔、法拉第而非爱因斯坦、牛顿。爱迪生可能一个像样的公式都写出不,可是没人能质疑他的原创贡献。 我们暖通专业作为一个系统集成为主专业,横跨多个基础学科,涉及土木、机械、EE、化工、管理五个工科的大门类。最重要的问题往往不一定在某个问题的深度研究上。


我举一个例子,暖通行业的人都知道建筑能耗模拟软件EnergyPlus。 这是目前功能最强大的建筑模拟软件。对我们行业的影响很大。 而这个模拟软件的开发,涉及了大量的美国和欧洲的科研院所。也是因为这个模拟工具改变了我们科研的方法。应该说,影响比很多人做的科研都要更大一些。可是Energyplus的研制,并没有什么科学问题。软件的开发工作只是把各种模拟的模块集成在一起。类似这样软件开发在我国理工不分的管理体系下,很难获得国家的资源予以支持。


所以行业里还是要实事求是,有科学问题的研究当然很好。没有科学问题的研究,一样有价值,一样重要。强调深度听起来好像很好听,但是最终结果就是在细枝末节和修修补补的既定框架里面打转转。 甚至对于我们这个交叉学科行业来说,有广度没有深度的研究可能更有价值。


在脱离实践、自说自话编制的理论体系中搞科研的特点,就是大家会渐渐发展出一整套和实际脱节的语言,概念和方法。举个文科的例子就是我国的英语教育。搞英语教育的人,他们在过去30年,渐渐弄出一套脱离英语实际应用的教育体系。教出来的学生英语不能说,不会写。可是考起语法来头头是道。我们暖通行业也有这个倾向,就是大学的研究者渐渐制造出一套和实践脱节的教育与语言体系。经常一个一线工作了十几年的暖通工程师,读不太懂一个本科刚毕业的直博生写的期刊论文。


第三也许是原创型科研的鼓励机制出了问题。

东方国家共同特点就是在教育过程中强调学生服从命令听指挥。不喜欢特别有个性的人。也不鼓励,特别有个性的思维方式。


设想一下,如果在20年前,中国有一个学者提出零能耗建筑,或者是被动建筑这样的理念。估计会被大部分学者嗤之以鼻,认为他是痴心妄想。如果以零能耗或者是被动建筑为题,书写一个自然科学基金的申请书。估计他凝练几个晚上也憋不出来科学问题是什么。 我们那么多学者做IAQ的研究,非常可惜没有率先大胆地提出健康建筑的理念。可能的一个原因就是大家没有广度思维,已经习惯了只想往深里做。


一个行业,行业内的人往往趋于保守,只喜欢做改进性的科研。很难让行业内的人提出颠覆性的科研理念。这并不是行业内的人笨,或者是看不到。是因为他们没有这个勇气。因为他们要面对行业内同行相对保守的意见,和他们的评价。我们行业整体是偏保守的,大家推崇脚踏实地的工作方式,不是很欣赏有异想天开的人。脚踏实地当然很重要,但是0-1的突破,往往依靠的是异想天开的人。


第四点就是这个合群文化的伤害

强调集体性与合群的文化氛围,可能对原创性的科研有一定的抑制作用。一个行业内的人,如果形成比较紧密的圈子。这个圈子形成的观点就会渐渐趋同化。很难让这个圈子里的人提出评判性意见。 我们在各种会议场合经常会看到,大家的发言通常喜欢说,我非常同意某某人的意见。参加学术会议这么多年,我们似乎从来没有听过任何争论。大家喜欢把不同意见搁在肚子里,秘而不发。


Pierre Azoulay,是MIT的教授,他最近在American Economic Review上发表了一篇Does Science Advance One Funeral at a Time? 在生物领域,当star scientist因为去世之后,这个领域反而比之前的成果更多,更能前进一步。他的研究结论简直是耸人听闻。什么样的胆子和道德居然敢庆祝他人生命消失。有这样的研究动机本身可能就说明他心怀叵测。


他的论文的逻辑是这样的。star scientist通过在行业的影响,他的学生和离他比较关系比较近的人会形成对学术的垄断。这个垄断不单指的是科研经费的资源。还包括主要的行业期刊的垄断和学术观点的垄断。 因为同样一个圈子的人会把持各种各样的同行评价。并不是这个圈子的人有什么恶意。 他们往往都是善良和成功的学者,只是他们自己都没意识到,在不知不觉之间,他们的思维方式变得越来越一致。另外,他们也很难意识到,新人出于这个圈子本身的畏惧,很难敢于挑战他们的权威。


因为有这样的一个或者多个学术圈子。导致每一个新的学者,要想在一个行业崭露头角,他首先要做的是,就是尽可能的接近这个学术圈子。离这个学术圈子的核心人物越近,他就生存的空间越大,获得的资源就越多。当然离这个圈子越近的时候,他也就渐渐变成了这个圈子的一部分,也就越难提出,颠覆性的和批判性的观点。


一个行业被一个或者多个这样的圈子把持的时候。特别是混圈子文化已经从台下潜规则变成台面上工作职责一部分的时候,这个领域的创新性会停滞。Pierre Azoulay用452 位著名的Star Scientists在1975和2003的数据来支持他们的结论。证明美国是这样。事实上,你看看美国的大学学者拿终身教职的过程,不难明白其中的道理。因为连他们的评价推荐信都需要这个star scientist圈子的人给他写。 当然我们国家国情不同,生物领域的研究和工程领域也不一样。不能简单套用Pierre的研究结果。如果大部分年轻学者在他们最有创造力的时候,并不是拿出自己的创造力,进行独立思考和批判性的思维。而是耗尽自己的精力,去申请科研经费,或者投身交际,的的确确是令人可惜的事情。


最后可能是我们培养人的时候没有强调批判性思维的训练。

我们培养人很少强调批判性思维的训练。无论是硕士生还是博士生的培养。往往都是强调对知识的掌握。最近十年才渐渐强调独立思考能力和独立科研能力的培养。从来很少鼓励学者拥有批判性的思维(Critical thinking)。既然没有批判性的思维,那又何来创新呢?


所以我们培养了大量的科研工作者。他们都很聪明,都很努力。 可是他们从小就被教育要满头苦干,不要胡思乱想。更没有勇气和主流与权威意见相左。所以他们中间的大部分人都热衷做修修补补的科研工作。因为修修补补的科研工作很安全。不用担心科研本身会失败。不会被大家看笑话。论文也容易发表。经费也容易拿到。行业里又觉得他是一个不张狂的老实人。大家又何乐而不为呢?


可能这就是我对暖通行业钱学森之问的最后一条答案吧。


(本文只是出于对于行业热爱,对业内科研的一些初浅的思考,还很不成熟,抛砖引玉,不针对任何人和事,请勿展开联想,对号入座)







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