中國科學院院士管曉宏：杰青項目賦能，復雜“交響樂”有了“指揮棒”

　　中國科學院院士、西安交通大學電子與信息學部主任管曉宏是我國著名系統工程學家。20世紀70年代，管曉宏曾是文工團樂隊的笛手，同行和學生中流傳著這樣一句話——“不會吹長笛的教授不是好院士”。

　　從能源電力系統優化到網絡安全，管曉宏數十年如一日，瞄準國家重大需求和重點領域，勇攀科學高峰。如同交響樂團中不可或缺的指揮，他運用數學模型與優化算法這根“指揮棒”，精準調控著復雜系統的每一個“音符”，讓看似雜亂無章的數據在算法的引導下演繹出和諧美妙的旋律。

　　1997年，管曉宏獲得國家杰出青年科學基金項目（以下簡稱杰青項目）資助。“杰青項目當時認可了我的研究方向的重大意義，為我沿著這條路繼續從事科研建立了十足的信心。”管曉宏告訴《中國科學報》。

　　迎難而上延續創新

　　1997年，管曉宏提交了杰青項目申請書。他在美國康涅狄格大學讀博期間，在與美國東北電力公司的合作項目中，提出并實現了創新的電力調度決策優化方法，置換了軟件的關鍵部分，這項工作被合作企業稱贊為“置換原有程序的心臟”。

　　“我們發現原有軟件的功能還處于初級階段。”管曉宏說，“通過建立先進的數學模型，引入最優化算法，我們在考慮復雜外部因素的同時，實現了對電力系統資源的優化調度。”

　　最終，這一創新方案將原本耗時一周的人工加計算機輔助決策周期縮短至一分鐘內，顯著降低了系統運行成本并極大提高了效率。

　　杰青項目申請中，管曉宏計劃延續此前的創新工作，繼續在電力系統優化方面開展深入研究。這一次，他的視野聚焦于中國，特別是西北地區復雜多樣的電力網絡。

　　西北電網涵蓋水電、火電等多種電源類型以及各類負載，其規模之大、結構之復雜在當時全球范圍內位居前列。

　　在管曉宏看來，當時盡管風電和光伏發電尚未形成規模，但西北地區電力系統的協調優化已面臨嚴峻挑戰，尤其是黃河流域的水火電協調優化調度，復雜度遠超美國同類系統。

　　“解決這個問題是國家重大需求，對我國國民經濟發展有著重大意義。”管曉宏表示。

　　經過嚴格評審，管曉宏順利獲得杰青項目資助。在杰青項目資助下，他帶領團隊迎難而上，綜合考慮各種電源特性和負載需求，力求在保障穩定供電的同時，實現電力系統資源的高效利用和成本的有效控制。

　　最終，通過不懈努力，他們提出的電力系統優化調度理論和方法在復雜性與創新性方面達到了世界一流水平。

　　令管曉宏感到欣慰的是，這項成果不僅解決了西北地區電力系統面臨的難題，也為我國能源行業的可持續發展開辟了新路徑。

　　如今，回顧杰青項目的研究成果，管曉宏認為，這項研究與當前倡導發展綠色生產力的理念不謀而合，尤其在實現“雙碳”目標方面，其價值越發凸顯。

　　“面向未來，隨著原有問題的解決，應當把重點轉向如何有效整合可再生能源，以及應對儲能技術突破等高度不確定的挑戰上。”為此，他提出了“氫賦能零碳智慧能源系統”，并擔任國家自然科學基金重大項目“含氫多能源供需系統協同運行的基礎理論與關鍵技術”負責人。

　　2022年7月，他帶領團隊在陜西榆林建成了世界領先的氫賦能零碳智慧能源站并投入使用，實現了零碳和經濟性的雙示范。

　　見證與書寫歷史

　　回憶起20多年前申請杰青項目的點滴，管曉宏至今仍記憶猶新。彼時，距離他從美國當時最大的電力公司太平洋燃氣與電力公司辭職回國工作剛剛兩年。

　　“當時杰青項目啟動不久，我剛回國，對項目的相關事宜不了解。”管曉宏回憶說，“我對答辯一無所知，對答辯的要求、流程、重點完全沒有把握。”

　　一個小插曲是，1997年夏天，正在國外參加學術會議的管曉宏突然接到答辯的通知。他迅速行動，馬上訂票，直飛北京，又馬不停蹄地轉機前往蘭州。答辯結束后，他從蘭州返回西安的途中，經歷了一個特別的歷史時刻——乘坐我國最后一班由“圖-154”客機執飛的航班，見證了我國航空史的重要時刻。

　　他記得，答辯現場沒有如今的電腦PPT演示，演講材料都印刷在透明膠片上，需要通過投影儀逐頁投射在屏幕上。就在這樣的答辯條件下，管曉宏書寫了自己科研生涯中的一段重要歷史。

　　答辯中，由我國著名系統科學家于景元等組成的評審專家組對管曉宏的研究工作給予了高度評價，認為他的研究植根于國內的實際應用場景，其復雜性甚至超過國外案例，保證了未來產出的創新性和實用性。

　　“這些此前出現在教科書中的專家的認可，不僅是對我個人工作的肯定，還是對我未來科研方向的支持。”管曉宏表示，“這堅定了我在國家自然科學基金資助下開展更深層次研究的決心。”

　　藝術啟迪科學人生

　　作為一位科學家，管曉宏深受藝術的影響。少年時期，他只上了四年小學和一年半小學附設的初中班。

　　在沒有任何家人從事藝術工作的情況下，管曉宏不知道從哪里獲得了“藝術細胞”，找家里要了幾塊錢買了竹笛，學吹笛子且無師自通，進步還很快。

　　就這樣，不滿15歲的管曉宏，有幸以笛手身份由臨時工轉正成為工廠的正式職工，后來當了木工、鉗工、車工，其間自學了初中和高中的數理化全部課程，最終在1977年恢復高考時脫穎而出，被清華大學錄取。

　　“我感謝音樂，第一次改變了我的命運；1977年恢復高考，則徹底改變了我的人生。”他曾在接受媒體采訪時表示。

　　管曉宏善于反向思考，這一思維方式不僅助力他解決科學研究中的困難與挑戰，也為探尋藝術與科學的交叉結合提供了新機遇。真正以科研為職業后，他依然堅持以藝術啟迪科學。

　　管曉宏團隊發現，音樂旋律的統計特性與自然界現象和工程系統呈現相同的“冪律分布”。這促使他們深入探討音樂旋律的數學本質以及作曲家在創作時無意識追求的模式。在總結出音樂作曲理論中的3個數學特征后，他們構建了一個新的數學模型，推導出音樂旋律的冪律。

　　基于上述研究，他們正在承擔國家自然科學基金委員會交叉科學部專項項目“音樂智能量化和腦科學認知研究”，期待在音樂人工智能領域取得創新成果。

　　近年來，管曉宏致力于通過教學實踐，讓學生在科學探索中融入藝術思維，從而推動創新人才培養，為社會進步貢獻力量。

　　（楊曦單位：國家自然科學基金委員會科學傳播與成果轉化中心）