引領產業發展！國家重大科技基礎設施系統盤點分析

2022-10-27 11:44

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主要分類：三類設施、差異部署

國家重大科技基礎設施（亦稱“大科學裝置”“大設施”）是指為提升探索未知世界、發現自然規律、實現科技變革的能力，由國家統籌布局，依托高水平創新主體建設，面向社會開放共享的大型復雜科學研究裝置或系統，是長期為高水平研究活動提供服務、具有較大國際影響力的國家公共設施。

按照不同的用途，國家重大科技基礎設施一般分為專用基礎設施、公共實驗平臺和公益基礎設施三類，各類設施設立目的和相關設施舉例見下圖。

圖1 國家重大科技基礎設施分類、目的

來源：火石創造根據公開資料整理

重要作用：國之重器、科技利器

重大科技基礎設施是國家基礎設施的重要組成部分，為我國深入實施創新驅動發展戰略和建設世界科技強國提供了重要支撐。但它不同于一般的基本建設項目，其具有科學和工程雙重屬性并具有明確的科學目標，體現了國家意志和國家需求，是“國之重器”、“科技利器”。重大科技基礎設施在解決重點領域和戰略產品“卡脖子”問題等方面發揮了重要作用，推動解決了一批關鍵核心技術、引領帶動了相關產業發展。

近年來，有關部門將重大科技基礎設施作為國家創新高地建設的核心內容，不斷推動建設北京、上海、粵港澳大灣區科技創新中心。特別是通過上海張江、安徽合肥、北京懷柔和粵港澳綜合性國家科學中心的建設，不僅加快了重大科技基礎設施的建設進程，也顯著提升了這些國家創新高地的科技實力和創新能力。

政策體系：規劃明確、管理細化

圍繞國家重大科技基礎設施的規劃、建設、運行，國務院聯合教育部、科技部、財政部、中科院、工程院、國家自然基金委、國防科工局、中央軍委裝備發展部等有關部門，先后研究出臺了系列規劃和政策文件，有效保障了國家重大科技基礎設施的布局建設和運行管理。例如，《國家重大科技基礎設施建設中長期規劃（2012—2030年）》、《國家重大科技基礎設施管理辦法》、《國家重大科技基礎設施建設“十三五”規劃》等。

表1 國家重大科技基礎設施相關政策文件

來源：火石創造根據公開資料整理

建設情況：正處快速發展期

（一）建設歷程：已進入第四階段

我國重大科技基礎設施建設共經歷了四個階段，包括萌芽階段、起步階段、發展階段和快速發展階段。其起步于上世紀60年代，六十多年來，走過了從無到有、從小到大、從跟蹤模仿到自主創新的艱難歷程。大設施技術水平和性能不斷提升，學科領域和地域布局不斷優化，從一個側面反映出我國科學技術事業發展的巨大進步和成就。

圖2 國家重大科技基礎設施建設歷程

來源：火石創造根據公開資料整理

（二）建設數量：進入批復高位期

截至2022年10月，我國已建成和在建設的重大科技基礎設施項目共有57個（剔除已退役），其中31個已建成、26個在建設。按照大設施批復的年份統計（剔除未披露批復年份），2015年后進入批復高位期，基本保持每年3－5個，其中2018年全國共計批復10個大設施，創下歷史新高。

圖3 國家重大科技基礎設施歷年批復數量（剔除未披露批復年份大設施）

來源：火石創造根據公開資料整理

（三）建設資金與周期：重資金和長周期

重大科技基礎設施不同于一般的科研儀器中心或者平臺，其需要自行設計研制專用的設備，一般而言體量大、投資大、技術復雜先進、建設周期長。對57個大設施的建設資金統計分析后（剔除未披露建設資金的大設施），平均建設資金高達12．4億元，例如中國散裂中子源的批復建設資金為23億元、硬X射線自由電子激光裝置（SHINE）批復建設資金近100億元。以驗收時間和批復時間的時間差對57個大設施的建設周期統計分析后（剔除未驗收的大設施），平均建設周期為7．5年，例如重大工程材料服役安全研究評價設施歷時近15年建成。

圖4 國家重大科技基礎設施平均建設資金、建設周期

來源：火石創造根據公開資料整理

（四）區域分布：北京上海資源集聚

我國重大科技基礎設施存在一設施雙位置或一設施多位置布局情況，其中13個大設施在2個以上城市分別部署，但部分大設施在不同城市的部署重點存在差異、互補、協同作用。不完全統計57個國家重大科技基礎設施共建設在78個地點，因此平均每個大設施存在1．7個建設點。

圖5 國家重大科技基礎設施建設點（城市）

來源：火石創造根據公開資料整理

按照建設點所在省份、直轄市來看，北京市、上海市得益于優質高校和科研機構，分列第一、第二，且較其他省市領先頗多。其中，共有18個設施建在北京市，是整個江蘇省的6倍；安徽省、廣東省并列第三，但也僅為北京市的1／3和上海市的1／2水平；四川省、云南省等緊隨其后。

圖6 國家重大科技基礎設施建設點分布（省、直轄市）

來源：火石創造根據公開資料整理

按照建設點所在城市來看，TOP5城市分別是北京市、上海市、合肥市、深圳市、武漢市和昆明市。

圖7 國家重大科技基礎設施建設點分布（城市）

來源：火石創造根據公開資料整理

（五）主體類型：科研機構占據主導，中科院卓越領航

按照承擔單位（包括牽頭單位、法人單位，不含共建單位）的類型來看，科研機構是最主要的承擔單位，其次是高校，無企業作為承擔單位（以共建單位形式）。其中，科研機構作為唯一承擔單位或與高校共同作為承擔單位的共計43個，占總量的75％；而高校作為唯一承擔單位或與科研機構、醫療機構共同作為承擔單位的共計18個，占總量的32％。

中科院是我國重大科技基礎設施建設的最早發起者，也是設施建設和運行的主要力量，一代又一代科學家和工程技術人員，為此付出了長期艱苦的努力，做出了許多重大卓越的貢獻。目前，中科院系統承擔單位的大設施共計34個，占據總量的60％。中科院與國內科教界廣泛合作，開展規劃和建設，已建成運行的設施更面向國內外開放，吸引廣大科研人員充分利用設施開展科學研究。在包括重大科技基礎設施在內的大型科研設施和儀器設備開放共享方面，在財政部、科技部組織的評估中，中科院長期在全國科教單位中排名第一。

高校方面，中國科學技術大學、華中科技大學、同濟大學、哈爾濱工業大學、中國農業大學、北京大學、上海科技大學、天津大學、南方科技大學、浙江大學、南京農業大學、北京科技大學、中國人民解放軍第二軍醫大學、復旦大學、上海交通大學、清華大學等均有承擔建設運行。

圖8 國家重大科技基礎設施承擔單位分布

來源：火石創造根據公開資料整理

（六）領域分布：材料科學和生命科學領域最多

根據重大科技基礎設施發展的國際趨勢和國內基礎，瞄準科技前沿研究和國家重大戰略需求，《國家重大科技基礎設施建設中長期規劃》（國發﹝2013﹞8號）明確我國重點在材料科學、生命科學、地球系統與環境科學、工程技術科學、空間和天文科學、能源科學、粒子物理和核物理科學7個領域展開部署，從預研、新建、推進和提升四個層面逐步完善我國重大科技基礎設施體系。按照所處領域來看，材料科學領域最多，高達14個，其次為生命科學領域，共計12個。地球系統與環境科學和工程技術科學領域并列第三，分別為8個。

圖9 國家重大科技基礎設施建設點分布（城市）

來源：火石創造根據公開資料整理

生命科學領域：多設施助推產業加速

生命科學領域大設施以探索生命奧秘和解決人類健康、農業可持續發展的重大科技問題為目標，面向綜合解析復雜生命系統運動規律、生物學和醫學基礎研究向臨床應用轉化、種質資源保護開發與現代化育種等方向，重點建設以大型裝置為核心、多種儀器設備集成的綜合研究設施，完善規模數據資源為主的公益性服務設施，支撐生命科學向復雜宏觀和微觀兩極發展并實現有機統一，突破生命健康、普惠醫療和生物育種中的重大科技瓶頸。包含現代醫學、農業科學、生命科學前沿和生命科學研究基礎支撐四個方面，包括轉化醫學研究設施、國家農業生物安全科學中心、蛋白質科學研究設施和模式動物表型與遺傳研究設施等多個設施。

（一）轉化醫學研究設施（上海）

1．建設內容：總建筑面積超11萬平，瑞金和閔行兩基地協同

囯家分別在上海（上海交通大學及其附屬瑞金醫院）、四川成都（華西醫院）、北京（協和醫院、中國人民解放軍總醫院）和陜西西安（空軍軍醫大學）布局建設轉化醫學研究設施。其中，轉化醫學國家重大科技基礎設施（上海）（以下簡稱“大設施（上海）”）于2013年7月由國家發改委正式批準建設（發改高技［2013］1461號），2016年9月啟動全面建設，2019年率先進入試運行，項目批復總投資9．86億元。

大設施（上海）依托上海交通大學及其附屬瑞金醫院為建設主體，整合復旦大學、同濟大學和中國科學院上海生命科學研究院等上海地區高校和科研機構以及企業的生物醫學優勢力量，是以腫瘤、代謝疾病、心腦血管疾病等三類重大疾病轉化研究，藥物，試劑，材料有效驗證，大型高端醫療裝備關鍵共性技術轉化應用為目標進行設計建設的規模化、集成化、系統性綜合研究設施。

項目總建筑面積11．4 萬平方米，其中瑞金基地5．4萬平方米，建有300張研究型床位，全部開放可以滿足同時進行20－30項臨床研究。

表2 轉化醫學研究設施（上海）建設內容

來源：火石創造根據公開資料整理

2．運行效果：開放程度和成果產業化有待進一步加強

根據大設施（上海）官網不完全統計，大設施（上海）在站科研用戶共42家，工作站目前累計取得發明專利超過223項，發表高水平科技論文超665篇。

（1）成果轉化方面：成果產業化仍需打通

從大設施（上海）2019年率先投入運行至今，依托該設施進行科研活動的團隊孵化出的學術論文和專利總數量遠超過800項，越來越多的科研團隊取得技術突破性進展，但真正實現成果產業化項目少之又少，從基礎研究、應用基礎研究到成果產業化仍是亟待解決的一大難題。

（2）開放程度方面：仍處于探索階段

從設施依托主體參與建站數量來看，上海交大及其附屬單位參與共建站數約占總數1／2；從共建單位所屬區域來看，約3／4工作站共建單位位于上海市內；從國際開放合作來看，國際共建型工作站不足總數1／10水平。因此，認為大設施（上海）的用戶主體及其成果產出主體仍同屬于其依托主體——上海交大及其附屬醫院，其他上海市內科研主體或市外各類主體參與度有待提高。總的來說，大設施（上海）的信息化運營管理和開放共享機制在現有基礎上仍在不斷進行探索完善，仍處于探索階段。

（二）蛋白質科學研究設施

2006年，軍事醫學科學院正式向國家發改委呈報了國家蛋白質科學中心（北京）方案。同年，國家決定在北京和上海分別建設蛋白質科學基礎設施。（以下分別簡稱“北京設施”和“上海設施”）。

1．建設內容：建設南北兩大設施

（1）上海設施

2008年11月，國家發改委正式批復上海設施建設，總投資7億元，于2010年12月全面啟動建設，由中國科學院上海生命科學研究院負責，于2015年7月通過國家驗收，正式投入運行。成為我國蛋白質科學和技術的重要創新基地，與上海光源、上海高等研究院、新藥創制研發基地，上海科技大學等在中科院浦東科技園形成國家級科技基礎設施與研究集群。

上海設施兩大園區：（1）海科路園區技術系統（規模化蛋白質制備系統、核磁分析系統、電鏡分析系統、質譜分析系統、復合激光顯微鏡系統、分子影像系統、動物設施）；（2）五線六站（高通量晶體結構實驗站－17B、蛋白質微晶體結構實驗站－18U1、蛋白質復合物晶體結構實驗站19U1、X射線小角散射線站－BL19U2、時間分辨與譜學顯微紅外光束線站－BL01B）。

（2）北京設施

2012年11月，國家發改委、總后勤部、教育部和北京市政府共同投資12．22億元，以軍事醫學科學院為法人單位，聯合清華大學、北京大學和中國科學院生物物理研究所等單位共同啟動建設，于2015年10月投入試運行，2018年11月國家蛋白質科學研究（北京）設施整體通過國家發展改革委驗收，成立“國家蛋白質科學中心（北京）”。

根據規劃，軍事醫學科學院承擔“鳳凰工程”總部設施建設，清華大學、北京大學分別承擔以冷凍電鏡、高頻核磁為主的輔助設施建設，并吸納中科院生物物理研究所現有的蛋白質研究平臺，組建國家蛋白質科學中心（北京）。

2．運行效果：轉化效果突出但開放機制仍需完善

（1）成果轉化方面：學術成果和科研項目突出

據蛋白質科學中心相關機構官網資料不完全統計，北京設施和上海設施運行至今累計產出學術科技論文和專利數遠超800項（北大論文＞250，專利6；清華論文＞581；上海論文＞25），軍事醫學科學院數據不詳）。

除去軍事醫學科學院取得的科研成果（不詳），可以認為蛋白質科學中心各基地中，以清華基地為主要學術產出主體，其次是北大基地，兩者產出接近總量。科研項目方面，清華基地和上海設施累計取得超100項科研進展，包括X射線晶體學平臺助力復宏漢霖抗體藥物上市、清華大學王新泉與張林琦課題組深度解析人體中和抗體抑制新冠病毒的分子機制等。

（2）開放程度方面：相關制度仍需完善

綜合來看，蛋白質科學中心設施均設有儀器設備預約平臺，用戶在具備操作設備能力的前提下，需要履行相關手續后進行平臺預約，經核準后方可使用。目前來看，清華基地平臺在用戶服務體系上的相關制度制備得較為完善。在用戶使用平臺預約方面，除在線預約外還可電話預約，預約平臺上包括了設備的基本信息、技術參數、功能特色以及收費標準。

但蛋白質科學中心在面向基地外部科研工作者的相關制度上比較分散。比如上海設施中不同儀器設備需要在不同平臺上預約，而不同平臺預約核準使用機制不盡相同，使用手續辦理上可能造成不便。

表3 生命科學領域國家重大科技基礎設施