作者:肖雯雯,张行勇 来源:中国科学报 发布时间:2025/3/14 22:20:26
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西安建大探索以数学之力赋能建筑科技

 

3月14日,是第6个国际数学日。这一节日已成为全球数学爱好者共同感悟数学魅力、探索数学应用的重要契机。

西安建筑科技大学理学院数学系,作为学校建筑科技链群的重要支撑,依托学校特色学科优势,将数学理论与建筑科技实践深度融合,通过数理建模、算法优化、数据分析等手段,为建筑科技的创新发展贡献力量,致力开启建筑领域的新篇章。

锻造数理思维的复合型建筑人才

西安建大连续六年获全国大学生数学建模竞赛一等奖,其中2022年获一等奖数量位列全国第一。

在新一轮培养方案修订过程中,该校数学系增设了“建筑科技数学”通识选修课程,进一步促进了数学与建筑科技的深度融合,以培养学生的跨学科创新能力。

在“建筑科技数学”课程中,学生通过数学建模解决实际建筑问题,如优化建筑结构设计、预测建筑能耗等。此外,以“课赛一体化”培养模式为核心,借助数学建模竞赛、创新项目等实践平台,培育兼具数理思维与工程能力的复合型人才。

                                                   获奖证书。

为绿色建筑注入数理基础基因

西安建筑科技大学数学系目前设有代数密码学与信息安全、偏微分方程理论与数值计算、概率统计与机器学习、组合优化与决策控制4个学科方向。近年来,该校数学系重点将抽象的数学理论与绿色建筑、城乡规划等领域紧密结合,开展了一系列交叉创新研究,为攻克建筑科技领域的一些关键科学问题提供支撑。

                        西安建筑科技大学数学学科发展沿革。图片均由西安建大提供

何吉欢教授运用分数阶微分方程理论,研究极端环境下的建筑技术,为建筑安全设计提供了全新的数学工具;将数理统计和机器学习方法应用于建筑节能设计基础数据研究,提出数据的缺漏测概念和数据质量控制方法,解决了气象数据的逐时化处理问题,给出了室内外环境的计算方法等,如王玉英教授参与撰写《民用建筑热环境设计室内外计算参数标准》,为建筑热环境设计提供了科学的计算参数;而白燕副教授获得了“热舒适感模型建立方法和用户偏好温度的设定方法及系统”等多项国家发明专利,成功解决了空调环境动态热舒适度调控及系统参数优化等难题。

产学研深度融合成果初显

西安建大数学系将网络优化、模糊决策与预测方法应用于环境管理与评价、节能减排等实际问题,与交通运输工程、智能建筑等应用领域深度融合。他们运用数据科学方法,从海量建筑数据中挖掘规律,优化建筑设计,预测建筑性能,实现建筑的“未建先知”,有力推动智能建造行业的发展。

西安建大数学系与中国中铁一局等企业合作,针对模块化建筑、智能建造等方向,研究铁路无线电通信基站选址、室内设施信息数字化与优化布局问题,解决了以往依赖经验进行基站选址和室内设施布局导致费用过高、后续维护及改造不便的问题;与西安现代控制技术研究所合作,开发了多相合金塑性流动数理模型和毁伤评估算法,攻克了工程实践中的材料强度与结构设计难题;与西安华筑建科工程技术有限公司合作,建立了地铁建造中地面沉降预测模型,为地面建筑的维护提供了理论依据。

致力探索驱动建筑科技新范式

 “通过数学建模和仿真,我们将预测建筑科技的未来发展趋势,为碳中和建筑、太空建筑、生物智能建筑等前沿领域提供前瞻性理论支持。”数学系主任王艳教授说,从智能材料到自适应结构,从数字建造到智慧运维,数学系将把抽象的数学理论转化为实际的建筑应用,在建筑科技创新的各个环节发挥关键作用。

通过开发创新算法,数学系正在探索为建筑设计开拓全新的可能性,让建筑从静态的“石头的史书”转变为动态的“数据的交响”。

目前,西安建筑科技大学数学系正致力于从“计算者”向“创造者”转变,从“服务者”升级为“引领者”,在更加智能、绿色、可持续的未来建筑中赋予更多数学理论应用、

 
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