清华大学曲小波：城市公共出行的终极解决方案是什么？｜甲子光年

技术ready，时机已至，信心与生态构建才是待解的必答题。

作者｜涂明

编辑｜赵健

在清华大学的李兆基楼中，一位看上去有些普通的科学家，在一间普通的办公室里，为我们描述了一个与所有城市居民都息息相关的“大计划”。

在他的设想中，长长的公交车可以“像切蛋糕一样被切成几块”，每块都是一辆单独的小车。这些小车既可以拼接在一起组成一辆大车，也能够自由分散开。

通过智能算法的编排，这种可聚可散的小车能将公交车（道路资源利用效率高、人均碳排放少）与私家车（行程时间短、乘坐体验好）的优势融汇在一起，为每一位乘客提供近乎定制化的出行服务——如果操作得当，这一产品可能会冲击公交、乘用车、出租与网约车三大市场。

如果不是这位讲述者恰好是智能交通领域顶尖的学者，如果不是在清华大学里谈论这件事情，这种听起来充满科幻感的目标很容易被认为是电影中才会出现的场景。

但这位清华大学的教授，正在努力让其成为现实。

这个人叫曲小波。他是全球范围内首位凭借在智慧交通领域的科研成果入选欧洲科学院院士（Academia Europaea）的科学家。

欧洲科学院由欧洲各国科技部部长提议组建，由英国皇家学会和其它欧洲国家的科学院共同发起，是欧盟的官方科学顾问，有资格向欧盟委员会提供独立的咨询建议。曲小波位列其中，其人在欧洲智慧交通领域的影响力可见一斑。

2021年底，曲小波离开欧洲回国，加入清华大学车辆与运载学院，准备在国内开启新的事业。

曲小波告诉「甲子光年」，此次加入清华，实际上是为了推动一些新的智能交通产品落地。近零碳城市乘客出行（运人）、近零碳城市包裹货运（运货）、路空协同交通是他的三大重点研究方向，希望其中的一些产品为城市交通效率带来数倍的提升。

虽然概念听起来有些“科幻”，但曲小波表示，“很多技术已经ready，关键在市场化的过程”。他还表示，针对目前高清地图、车路协同等技术落地成本较高的问题，他也有成熟的解决方案，“利用公共交通在城市场景感知上的便利，我的技术能够高效、低成本的收集数据，并把数据共享到云端，在数据层面上有效补足二者短板，帮助自动驾驶技术走向更成熟的阶段”。

在当前环境下，曲小波的到来对国内智能交通产业发展而言，无疑是个好消息。

为了探究当下城市公共出行领域所面临的困境如何破解，「甲子光年」独家专访了曲小波及其团队，聊了聊他对自动驾驶、智慧交通赛道的看法，他的个人经历与研究方向，回国至今的工作情况，以及未来的事业发展规划。

1.“做交通的人，心里要有路”

在过去的十余年里，清华大学李兆基楼孕育出十多位车辆与运载领域的杰出人才，其中代表国内最顶尖学术水平的两院院士（中国科学院、中国工程院）就足足有5位。以这些学界巨擘为支撑，由清华大学车辆与运载学院孵化的相关科技企业，总市值超过数百亿元。

这里既是科学研究的清净之地，也是孕育商机与产业变革的实践之所。「甲子光年」就是在这里见到的曲小波。

他的办公室装潢非常简单，屋内看不到太多的“饰品”，只有一套办公桌椅、一套用于会客的黑色沙发与茶几，以及一排书柜，这些通通都是清华办公室的标配，没有任何特殊。如果不是曲小波本人正在其中的话，你很难相信这间办公室的主人是一位欧洲科学院院士、国家引进的世界顶尖学者。

但曲小波很喜欢办公室里的那扇窗户，因为“从窗户看出去正好能看到一条马路，做交通的人，心里要有路。”

2017年，年仅34岁的曲小波收到了来自查尔姆斯理工大学第一副校长、瑞典皇家科学院院士马茨·韦伯格（Mats Viberg）颇为热情的入职邀请，并在不久后担任该学校的终身正教授。此后，曲小波的科研之路一帆风顺，先是在2020年3月晋升为该学校的讲席教授，而后仅四个月时间便进一步入选欧洲科学院院士（Academia Europaea）。

2021年12月，曲小波决定离开工作了4年的瑞典查尔姆斯理工大学，回国加入清华大学车辆与运载学院，准备开启一片新的事业。

在别人眼里，曲小波是位拥有很多颠覆性科研想法的学者。而在他本人看来，他只不过是拥有一些好奇心、欣赏多样性、谦逊好学，以及能够坚持深入思考，“大家都要做自己喜欢的事，把自己的工作做完美”。

曲小波的求学之旅横贯交通、工业工程、土木与环境等多个学院，但在曲小波眼中，“交通系统建模是工业工程的重要应用，交通系统所需要的大部分方法论，都来源于工业工程”，这更像是接近学科本源的过程，只有接近本源，研究才能深下去。

什么是“接近本源”？曲小波举了个例子：“比如勾股定理，在中国叫‘勾三股四弦五’，这种表达方法其实是个例，而真正做学问，要尽力把个例再深挖一下，看看能不能证明a²+b²=c²，这样放之四海而皆准。”

数学工具、工业工程学的方法论，共同垒起了曲小波的学术基石，让他得以在交通领域走得更远。

林泓熠是曲小波来到清华以后的首批博士生之一，他这么评价汽车、交通与数学的关系，“现在的汽车智能化，像是从0-1创新出行载体，而智慧交通则是在智能汽车的基础上优化整个出行系统，是从1到∞（无穷）的过程，数学正是走向无穷时最关键的钥匙。”

谈到做科学研究的动力和终极目标，曲小波表示，他总是希望自己的研究“能真正解决一些更大的事情”。在曲小波的概念里，“更大的事”是能对交通效率进行“数倍的实质性提升”，而“真正解决”则是指他研究出来的方法真的能落地，行之有效，而不是悬在空中。

“去真正解决一些更大的事情”，这种想法像是曲小波发自本心的愿望，在他的科学思想还没有建立之前就已露雏形，并贯穿了其人生中的数次重大选择。

从本科就读的吉林大学交通学院出发，曲小波先后在清华大学工业工程系、新加坡国立大学土木与环境学院求学，分别完成了硕士与博士学业，而后又在澳大利亚执教6年。“解决大事”的想法，推着他从澳大利亚前往工业基础更好的瑞典，也推着他回到了清华，回到了中国。

2.回国，做在欧洲做不成的事

从清华毕业后，曲小波前往新加坡国立大学土木与环境学院读博，做的还是交通，但是补齐了与“基建”相关的知识。博士毕业后，曲小波又前往澳大利亚的悉尼科技大学和格里菲斯大学任教。在澳洲，曲小波在不改变载具的情况下，完成了许多公路出行优化研究，直到今天，他的优化方法还奔驰在澳大利亚昆士兰州两个最大城市——黄金海岸和布里斯班之间的M1高速公路上。

这些研究卓有成效，但曲小波并不满意。“在澳洲的产业没有改变载具的条件，当时智能网联和自动驾驶的技术也不是很成熟，所以我能做的只是优化基础设施，效率提升只有百分之几，相对较小。”

真正让曲小波决定将“智慧交通”变成自己一生事业，是从瑞典开始的。

“当时韦伯格院士想把我引进到瑞典，也是从国家层面考虑，汽车和通讯是瑞典的支柱产业，瑞典拥有如汽车巨头沃尔沃集团、通讯巨头爱立信等一批企业。他希望在这些领域，有更多的来自不同国家的“他山之石”。这能为一个相对homogeneous（同质化）的国家和文化引入一些多样性和新空气，能为瑞典的这两大产业带来变革，而瑞典的这些优势又能帮助我把所学付诸实践。”

查尔姆斯理工大学为曲小波提供了充裕的科研与实践空间，谈到在这段经历中的收获，曲小波感到很振奋，“在澳大利亚，我对交通系统的优化更多基于仿真和想象，但在哥德堡，我一定程度上能去改善载具，把它投入实验，并由此重新设计交通系统。最后发现，经过我们改善后的载具出行优化效率较之前能有实质性的提升。”

曲小波表示，这个系统听起来确实有些不可思议，“如果能推行下去，整个交通行业都会迎来质变”。

这个令曲小波倍感兴奋的新载具，名为“魔方公交”。据曲小波介绍，“这种车可以像切蛋糕一样，把一个长长的大巴车切成几个模块。模块可以通过自动驾驶技术自由组合，彼此跟随，如果能完全取代路面上的公交车，就能打造出一个充满弹性的公共出行系统。”

但是，曲小波向「甲子光年」表达了这款产品在欧洲推行的难度。“魔方公交”瞄准的是公共汽车市场，但瑞典乃至全欧洲政府在这一领域的投入一向是保守的，这会让项目的推进受到重重阻力。

中国则完全不同，在这片土地上，政府对公共设施建设的积极性一向非常高，因为交通效率、城市运行效率提升背后，最大的受益方还是这片土地上的人民。另外从市场需求的角度出发，中国一线城市人口众多，人均道路面积较小，所以公共出行市场十分庞大。在京、沪等特大城市中，公共交通畅通与否，是满足市民通勤需求的关键。

既为了践行所学，也为了将先进的技术、产品理念带回故土，曲小波选择在2021年底加入清华大学车辆与运载学院。在清华，曲小波致力于推动他的“魔方公交”产品量产落地。

清华大学给曲小波的支持很大，为他的团队提供了五位教师编制，加上博士生等其他研究人员，团队总人数多达十余人。

助理教授王凯，加入曲小波团队前是麻省理工学院（MIT）博士后、卡内基梅隆大学（CMU）研究科学家，在智能交通算法领域积累深厚。王凯在美国工作期间，曾帮助Uber解决车辆调度问题，他制作的模型在纽约市场中每年可为Uber节约2000万美元。

另一位成员刘洋是AI领域的资深专家，瑞典查尔姆斯大学博后，曾获欧洲玛丽居里奖学金，并在KDD Cup比赛中斩获冠军。KDD Cup是全球数据挖掘领域最有影响力的赛事，在这场比赛中取得最高荣誉足以证明参赛者的技术水平。

这十余人的团队构成十分多元，其中包含了人工智能与大数据、自动驾驶、系统运筹与优化、无人机控制、地空协同物流等多个领域的一流人才，跨领域合作能力很强。

拥有这样的团队规模，曲小波表示“压力很大，因为团队里的老师都是最顶尖的人才”，但他也有信心，“只要选准方向，全力以赴，事情总能做成。”

3.“不要把时间花在路上”

“魔方公交”似乎是那种听起来有点炫酷，但是想象不到具体有什么用的产品。

市场为什么会需要“魔方公交”？这是大部分人听到这个产品介绍以后的第一反应。

在曲小波眼中，目前的城市路面交通系统主要包含公交车与私家车（包括出租车、共享汽车）两种模式，但这两种模式均未充分利用道路资源。在城市公路面积有限的情况下，这种对“道路资源”的浪费会造成拥堵，出行效率因此降低，交通的时间成本大幅增加。

一个典型的案例是大城市通勤时长过长的问题。2022年，高德地图曾联合智慧交通业务中心数据分析团队、国家信息中心大数据发展部、清华大学交通研究所等机构发布《中国主要城市交通分析报告》，该报告监测了中国50个主要城市的交通情况。报告指出，在2022年Q2季度中，深圳、无锡、北京等城市拥堵现象较为严重。其中，深圳市的香蜜湖路，工作日累计严重拥堵时长144小时，相当于平均每日严重拥堵2.3小时。

谈到私家车，曲小波做了个简单的比较，“不妨稍微计算一下，在城市道路上，私家车哪怕慢速行驶，车间距也至少要达到10米。按一辆车车长5米，平均乘坐1.3人计算，一段60米长的道路一般乘载5人左右，而一辆10米长的客车座位数通常在16-39座之间，这就是公交与私家车的差距”。

公交车同样也有问题，“公交车有三大痛点，第一个是公交车资源高峰拥挤、低峰闲置，早晚高峰时人多到挤上不去，低峰时又乘客又很少；第二则是换乘问题大，超过41%乘客需要通过换乘来完成出行，换乘、等车时间长且不确定性大；第三则是公交车要站站停，即使只有一位乘客要上车或者下车，其他所有的乘客都需要浪费自己的出行时间。”

一言以蔽之，在交通领域，“一直在变化的动态出行需求，和非常稳定的交通系统供给是一对根本矛盾”，空闲时浪费，繁忙时拥堵，这对矛盾困住了城市的出行，也进一步困住了城·市的发展。

在曲小波看来，“优化交通是一件外部性很强的事情。现在在一线城市，每人每天要花一个小时通勤，如果每人每天能节省三十分钟，那整个城市的运转效率能翻倍提升”。解决拥堵问题也是曲小波设计“魔方公交”产品的初衷，“还是希望能解放城市和市民，让他们能自由的做想做的事，提高生产力，享受精神生活，陪伴家人，学习进步等，而不是把时间花在路上。”

一些智能交通领域的从业人士和专家学者曾评价，“魔方公交”方案是公交系统的“终极解决方案”。之所以能收获这样的评价，关键在于“魔方公交”改变了交通系统的供给端——从“稳定的供给”变成“动态的供给”。

通过自动驾驶功能，几辆体积较小的“魔方车”可以在行进间自由组合、实体相连成或长或短的车队，变成一个“大魔方”，车队长短取决于当时的出行需求总量多寡。凭借智慧交通的算法设计，组合起来的“魔方车”还可以根据不同的出行路径分散开，乘客可根据自己的出行需求在不同“魔方”间实现车内换乘，节约时间成本；在路线设计上，也不必为了覆盖更多人群而特地绕路。

根据统计，北京市在通勤高峰时期，公交车的平均行驶速度约为18公里/小时。而在曲小波的设计中，“魔方公交”的计划平均速度为40公里/小时。

对绝大多数普通人而言，“魔方公交”这个概念太过前卫。曲小波的学生形容这个项目是“听起来很科幻，但在技术上是可以实现的”。

“魔方公交”更像是私家车的“公共升级版”，同时切中了公交车出行时间长、服务水平低，与私家车道路资源浪费及人均能源消耗大的两大痛点。设想或许美好，但产品能否走出实验室，走到公路上，尚需检验。

4.一个超万亿市场的宏图

回国以后，曲小波已经在心中做好了未来几年的规划，而第一件事情，就是把“魔方公交”推向公交车市场。

公交车是一个万亿级市场。据交通运输部科学研究院统计，截至2019年底，我国运营公交车总量约为70万辆，年均增速为28%。其中，不算公交运营系统、公交车站等基础设施搭建，仅公交车本身的市场空间就接近7000亿元。

对公交系统来说，满载率、有效运营时长和单车容量是决定其运营效率高低的关键指标，但目前公交系统普遍存在单车空载率高、整体运营收益率低的情况。

以南京和苏州的公交系统为例，公交班次分为高峰班和正常班。其中高峰班仅在早晚高峰时运营，平峰时停运，每日停运时长超5个小时；正常班运营时间可高达16小时，但缺乏乘客，空置率较高。综合算下来，整体运营效率有限，加之公交车客单价低，人均价格在2元左右，所以难以离开政府的财政补贴支持。

而“魔方公交”则恰好可以解决公交系统目前面临的难题，它最大的特点是弹性大，可以按需供给，能有效解决发车空置率高的问题，闲下来停在车库里的车也不会浪费，能作为储能单元与电网互动，赚取储能收益。而另一方面，“魔方公交”在理想情况下可以“定制服务”，避免乘客换乘，一路直达，因此客单价也能比普通的公交车更高。

“不妨做一个假设，在北京，乘出租车出行，20公里至少要花50元钱，乘车时间40分钟，不需要步行；乘公交车出行，20公里要花5元钱，但是出行时间翻倍，且需要步行1~2公里；而‘魔方公交’车程与出租车相近，只需要短距离步行，客单价能定到多少？”

谈到“魔方公交”的优势，曲小波认为，它不只是政策导向的逻辑，还有着很强的市场驱动。随着“魔方公交”渗透率的增加，出租车、私家车的交通量会明显减少，从而使得城市交通平均速度、交通效率的进一步提升，行程时间进一步降低。

曲小波表示，“相比于公交市场需要长期依靠政府补贴来实现盈利，我们希望绝大部分的钱都由用户支付，用户也能从中获益，解放自己，有更多时间专注于自己的学业、工作、社交、娱乐等。”

在曲小波的脑海中，“魔方公交”可以重构公共出行模式，尽管这款产品在当下看来充满科幻感，但曲小波认为，“它们所需的技术已经ready了，难的是把技术落地到产业。但只要一步步去做，我相信一切都是能打通的”。

另外，作为公共车辆的“魔方公交”，在政府的协调下，可以对城市赋能：如配合传感器，利用公交车对城市道路的全覆盖，进行城市体检、地域环境监测等等。

5.“信心与生态构建是待解的必答题”

在清华大学的李兆基楼中，曲小波为「甲子光年」描述了一个“科幻”色彩十足的产品思路。他向「甲子光年」表示，这件事情最大的难题不是技术，而是市场对这件事情的信心。

信心问题通常和时机挂钩，现在是做这件事的好时机吗？

曲小波表示，时机已然成熟，“一方面是技术本身就绪，只是需要从实验室走到公路上；另一方面，中国的新能源汽车市场非常发达，自动驾驶概念普及度和接受度很高，所以最大的难题只是进一步让更多人了解，然后产生认同与信心。”

曲小波还举了个例子，“在2016年时，公交系统大力推动新能源公交取代燃油公交，在那个时间点，人们认为这件事情不可能做到，因为成本太高。但此后短短五年内，新能源公交的市占率从0增长到了64%，全球92%的电动公交都奔驰在中华大地上，这种惊人的发展速度就是我做这件事的底气。”

对于如何把事情落实，曲小波认为关键在于解决两个核心问题，一个是产品是否可靠、使用体验是否足够好，这更多靠技术来解决；另一个则是如何搭建好生态，为各个企业提供好发挥专业的空间。

“魔方公交”目前所涉及的生态链包括汽车芯片、算法、云计算、整车、公交运营以及基建，每一个部分都需要一个强大的合作伙伴做支撑，而曲小波团队已经在大部分领域找到了恰当的合作者。

车辆速控、安全算法、车辆调度等技术，是实现“魔方公交自由组装拼接，行进路线个性化定制”的最核心技术，由曲小波团队自研，目前已攻克全部技术难题。

比如车辆调度技术，去年曲小波的助理教授王凯曾与Uber团队合作，帮助优化Uber的拼车算法。王凯团队设计的算法成功对复杂问题进行了拆解，利用大规模拆解式算法和并行计算，大大降低了复杂度。Uber原本提出的要求是，算法团队需要在5秒内完成对纽约市级数据的求解，而王凯团队设计的新算法仅需花费1秒。同时基于纽约市的实测，这个项目能帮助Uber每年节省运作成本2000万美元。

实际上，Uber的算法需求和“魔方公交”的算法要求非常相似：实时的人车协同 vs 实时的车队-车厢-乘客协同，可以看作是“魔方公交”的在算法层面的落地预演。曲小波表示，“与Uber项目相比，‘魔方公交’的工程复杂度要再提高十倍，但是技术本质没有区别。”

而在算力与云计算上，曲小波团队目前主要与国内云厂商合作。曲小波团队希望能够最大程度地压缩云资源租赁成本在全部成本中的占比，“云是基础资源，不可或缺，但价格一定要打下来”。

在产品落地方面，推动“魔方公交”从实验室样车走向市场的，是上海知而行科技有限公司。

知而行是一家新型智能交通系统提供商，曾于2022年8月获得由晨晖创投领投的首轮融资。该公司拥有全栈自动驾驶研发能力以及整车设计试制能力，创始人兼CEO刘海全毕业于清华大学汽车系，创业之前曾任吉利汽车研究院高级技术专家，拥有丰富整车制造经验；联合创始人王亚飞则是上海交通大学副教授、智能汽车研究所书记，拥有超十年的自动驾驶技术经验。

从整车设计到车辆调度再到用户使用，知而行提供了“车云一体”的整套方案，包含魔方车端、云控平台和交互前端三部分，确保“魔方公交”的运营可靠性及用户体验度。知而行设计开发了“魔方公交”特有的车体和连接系统，同时开发了智能网联功能，支持L4级的自动驾驶架构，使“魔方公交”能响应云端调度并自主规划行车路线。云控平台能运行曲小波团队开发的“魔方公交”调度算法，并将调度指令下发到交互前端和魔方车端。

曲小波自瑞典归来已有17个月。在这17个月中，曲小波的“魔方公交”生态已见雏形。

在他的计划里，“魔方公交”要分三步走，第一步是按照传统公交车的固定线路发车，先实现“魔方公交”的自由组合与拼装；第二步是路线定制化，能根据乘客需求制定行车路线；第三步则是真正的共享式交通，车辆的路线和车队的长短都可以适时调整。

第一步的实现不需要新基建，算法、车辆完备即可，第二步则需要结合高清地图，对特定地区进行标注，属于“轻基建”，只有到了第三步，才涉及相对较大的基础设施建设问题。

目前，曲小波的计划已经得到了多地政府政策和资金上的支持，并与知名公交车企业达成战略合作，预计到2023年底，第一批车辆将实现落地。完成第一步，“魔方公交”将从实验室走到公路上。下一步，曲小波计划在2024年底之前，在若干城市实现落地示范，让“魔方公交”做到可以根据乘客需求定制路线。

谈及曲小波个人在整个项目推进时所扮演的角色，谈及他是否会自己成立企业推动事情落地，曲小波淡淡地笑了笑，“企业的事情我并不擅长，我更喜欢做学者，做架构师，更喜欢技术顾问这个位置。让专业的人做专业的事情。”

采访过程中，曲小波曾笑谈汽车圈的“风云人物”。他多次表露出对马斯克的欣赏。“马斯克是个企业家，他要处理的事情和盘子太大了，其实很辛苦。如果有的选，我还是希望处理自己专业上的事情，把生态的机会、商业的机会留给企业家与创业者。”