一、重大科学基础设施特点和意义

2020年初开始，国家各种政策中“新基建”成为一个热点话题，直到4月20日，国家发改委给出了一个权威的定义和范围，明确了创新基础设施作为新基建三个重要领域之一，特别在创新基础设施里面，重大科学基础设施是其中能级最高、技术含量最大的一个设施。

上海投资咨询公司相关课题组近期收集了全国26个省市自治区以及一些经济开发区出台的涉及“新基建”相关内容的政策、文件、行动方案以及项目清单等。其中，科学基础设施出现的频率一共有两次。一次是在北京，在2020年6月中旬出台的北京市新基建行动方案中，列出了六大领域，其中第四大领域提到了重大科学基础设施。另一次是在上海，4月上海第一个出台了新基建的行动方案，在四个新领域中出现了新设施。为什么出现的频率这么低？是不重要吗？回答当然是否定的。从国家出台的三大领域来看，国家发改委把创新基础设施放在了“新基建”的三大领域之一，并不是应对这短短几个月的舆情，也不是考虑短暂的投资拉动这一两年的GDP，它考虑更多的是面向十几年乃至几十年，我们国家经济社会发展真正需要的是什么。是科学技术。但各个省市地区发展阶段不一样，国家对于其定位也不一样，上海作为建设具有全球影响力的科创中心，必须承担起建设国家创新基础设施这样一个重要且艰巨的建设任务。

什么是重大科学基础设施？听说过马约拉纳费米子，或者啁啾吗？我们总结了重大科学基础设施的四大特点。一是特别重。例如，我国合肥的托卡马克装置，是研究磁约束核质变的，重达12500吨，前两年刚刚创造了一个世界纪录。当全球都在研究核聚变的时候，只有合肥的这个装置完成了一次在五千万摄氏度的高温下，持续101.2秒的稳态长脉冲高约束等离子体运行。二是特别大。例如，我国贵州的中国天眼，是全球最大的射电望远镜，它的接收面有25万平方米，相当于30个足球场大。投入运行至今三四年的时间，发现了114颗脉冲中子星。中国天眼更有趣的实验是将在2020年9月开始的探寻地外文明。小说《三体》中提到，我国红岸基地曾经漫无目的地向整个星际发射信号，希望别人来发现我们这样一个文明。但是三体星球是主动去搜寻各星球发出的信号的。从今年9月开始，我们能主动去搜寻地外文明了，这也就意味着地球的科学智慧即将走向与三体星球一样的高度。三是特别贵。科技的成果离不开巨大的资金支持。我国最大的科学基础设施是张江正在建的硬X射线自由电子激光，100亿元以上，但这远远称不上贵。例如，欧盟有两个相关设施，一个是大型强子对撞机（LHC），整个周长是27公里，已经建成，投资75亿欧元。一个是近期欧洲核子中心理事会刚刚决策准备启动的未来超级质子对撞机（FCC），100公里周长，210亿欧元的预算，极有可能会超支。四是特别难。例如，美国的国家点火装置（NIF），从20世纪末开始立项，建设到现在几十年过去了，前后花了35亿美元，但目前都尚未达到设计所需要的点火的亮度、频度。科学基础设施，主要布局在欧盟，然后美国。值得一提的是，日本在筑波的高能加速器研究机构。从1971年开始，现在已经建有8个重大科学基础设施，为日本本世纪前19年获得19个诺贝尔科学奖奠定了重要的基础。

二、我国及上海重大科学基础设施现状与基础

中国有多少重大科学基础设施？从改革开放之后开始成长，到“十三五”进入高速发展阶段，至今已建和再建的设施有55个。这些设施对我们的生活、社会主要有三大方面的作用和意义。一是探索未知世界，发现自然规律，实现技术变革。2017年诺贝尔奖的得主巴里·巴里什（Barry C. Barish）曾经说过，新世纪三大物理学界最重要的理论都离不开大设施。2013年发现希格斯玻色子，2015年发现中微子振荡，2017年发现引力波。2017年3月引力波发现，主要是美国的LIGO装置，但其实同时我们中国发射在太空中的“慧眼”卫星也收集到了这个信号。二是提供极限的研究手段。当下人类经济活动和科学已经走入了深空、深海、深地。深空，就是前文所提及的引力波。2017年发现的引力波，是在1.3亿光年之远的太空中发生的一次中子性碰撞。深海，世界上现有的科学探测设施已经能下潜到海面以下七八千米。深地，我们在国内锦屏建设的一个极限地下物理探测装置，在地表以下的2400米。这些都是靠大设施来开展研究的。三是作为国家创新体系的重要组成。2019年新中国成立70周年，国家发改委总结了大设施的核心作用。我国的载人航天、探月工程、大飞机、高铁等每一项重大技术突破，核心布局和技术，都离不开大设施。同时目前我国相关的高能物理、等离子体物理和结构生物学等学科已经走在世界前列，这些都是结合重大科学基础设施，日积月累产生的。习近平总书记也特别关注我国大设施的建设。在2016年9月给天眼写的贺信中，就提出希望我们的大设施能够“早出成果，多出成果，出好成果，出大成果”。另一个有代表性的例子是1988年我国第一次引入国际光缆，对国际发出的第一封电子邮件。

我国改革开放后的第一个重大科学基础设施，是北京的正负电子对撞机，是在李政道先生的帮助下来建设的。在建设和运行过程中有很多技术数据、实验问题，需要李政道先生与在美国的团队进行时时交流。传统的电报和信件是完全无法满足这个传输需求的。经中央领导同意，我们建设了这样一条海底光缆，北京高能所发出了第一封国际电子邮件。到今天我们每个人几乎都在发电子邮件，这是大设施带来的惠及。还有质子重离子医院，其中国产设备就是上海光源，应用物理所通过上海光源的建设积累出来的技术，转化为一个新型的肿瘤放疗方法，能更小范围减轻对健康组织的伤害，更精准地打击肿瘤组织。这个最先进的诊疗方案也来自于大设施，跟每个人都息息相关。

目前，上海拥有14个重大科学基础设施，数量上占全国比例的1/4（全国55个），投资规模上超过全国的40%。从布局来看，主要聚焦在张江科学城，以及北侧的嘉定和南侧的临港。综合来看，目前我们的设施还有很多不足：一是技术水平。我国的技术水平还处于增长阶段，每一个设施都是国外有了几年甚至十几年，我们才建。二是领域布局，比较分散，未形成集群效应，缺乏高水平成果（至今没有发现一个得诺奖的成果）。三是对产业的支撑效益还不足。同时现有的管理机制对设施的高速发展、高质量发展有一些束缚。

三、推动新设施能级提升

那么这一轮“新基建”我们应该怎么做？我们给出的建议是，首先推动能级提升。以上海为例，承担着国家战略，以及考虑到城市环境承载能力和产业基础，所以一定要聚焦具有比较优势的领域，来实现动力变革、质量变革和效率变革，让重大科学基础设施成为上海未来经济产业的动力源泉。那么聚焦哪两个领域进行先行突破呢？第一是光子领域。之前基础较好，从2009年光源投入使用，建议在“十四五”末，通过15年的建设，希望光子领域从一个设施走向一群设施，率先建造一个重大科学技术设施的集群，目标是建设成为全球规模最大、种类最全、功能最强，大力提升我国在光子科学领域的话语权。第二是专业领域，生命科学领域。它跟我们社会发展、跟上海的基础、跟每个人都密切相关。规划是后续还有一批设施，构建成为全球首个生命科学领域，从基础领域的理论到应用技术到产业技术，打造完整全流程的一个设施群，打通生命科学创新链的研究方法、体系和资源环境。这些我们正在谋划的设施，其中系统生物学、药物标靶以及医学影像集成中的两米长的PETCT，都是由我国率先提出的，这次我们走在了国际前列。除了前两个领域，我们眼光要放更远一些，面向2030年尽早开始谋划布局有关能源、海洋和空天领域的设施区。首先，能源是制约我们发展的一个极大的瓶颈，近期可见的人类能源的解决方案可能是可控核聚变。上海应用物理所在钍基熔盐堆方面有一定的基础；在传统能源方面，临港已开建高效低碳燃气轮机，包括电气集团等都在这个方面有技术基础和产业基础。当然，未来可能还会有很多别的能源，比如说海洋也会给我们产生未来的能源，这些都是我们需要研究的。其次是海洋工程。海洋科学领域是全球的一个热点，上海有极好的基础，并已布局，同济大学在建海底观测网，交通大学也正在策划深远海全天候驻留浮式研究设施。作为航运中心和海洋工程装备的主要生产基地，建议上海优先把这些综合优势放在一起，打造海洋领域的一个科研高地。最后是空间天文。建议探索建设长三角区域协同的大设施群。我国有紫金山天文台，中国最好的天文系南京大学天文系，以及安徽的中电等，长三角这些空间天文的科研资源强强联手，在此基础上，通过长三角一体化的行动来探索建设一个跨区域的设施群。经过这些谋划，希望未来能打造成一个建设布局合理、优势突出的大设施集群，总体技术水平世界先列，实现从跟跑到领跑的跨越。

四、探索新设施机制创新

“新基建”的“新”还体现在机制上的“新”，主要涉及四大方面。第一是新思路。以往的大设施建设基本上是科学家们看看美国欧洲有些什么，我们所里、我们大学想做些什么，然后就提出了一个报到国家，让国家来选。地方政府其实很难起到一些主导作用。现在要改变这样一种发展思路。建议引入国际高端的战略科学家来共同决策咨询。第二，对于科技前沿的，这个是要依靠科学家自由探索精神来研究的，所以这个可以自下而上。但是我们地方政府可以建立项目库，择优向国家推荐。第三类面向经济建设主战场的，我们要走出大学院所等象牙塔，要引入企业家、经济学家共同来研究谋划，多方协同去研究。上海未来的10年20年，我们经济主战场需要的是什么样的基础？什么样的设施？这是新思路。第二是新机制。经过梳理我国现有的政策文件，基本上现有制度主要集中在设施的建设和运营、前期预研以及更新改造还是退役，缺乏两端的政策文件。2011年左右，结合相关项目评估，上咨公司向国家发改委提出过要加强对设施的一个预研工作。国家发改委近期对“十四五”国家重大科学基础设施规划中提出，准备在“十四五”开始布局5个重大设施的预研工作。这走出了一小步，希望上海未来能走出一大步。比如探索专业化的运营管理机制。之前所有的设施都是谁提出，谁来建，谁来管。这会造成什么？很多单位是第一次建，要从头开始摸索，专业化水平不够。又如相关设施依托在某科研院所、某大学里的，其使用终究是先考虑自己机构内部的需求，会导致开放性不足的问题产生。来看看美国GOCO（Government Owner）模式,即政府拥有，但商业化管理。我国已有多年的管理经验，在未来几年也未尝不可开展试点组建一个专业化管理的机构，走在国家前列。第三个新模式主要是多元化投融资模式。5G和云，都是企业投资，但毕竟是基础科学研究，国家还在主导。建议在某些设施里，比如面向经济主战场的领域，引入社会化资本参与。引入的模式也有很多种，比如英国的钻石光源是一个借鉴，它的近半数资金来自于一个生物基金会，另外一半是国家投的。上海作为金融中心的建设，同样可以尝试设立一个科研的基金会，助力我们的科学探索逐步走向全球的前沿。最后一个“新”，是希望我们的设施能在未来产生真正的溢出效应，成为产业发展的研究技术供给。这其中会涉及一系列的政策，比如说设施向企业开放，企业跟科学家共同申报课题，企业深度参与设施的设计工作，使设施在设计之初就满足企业的需求，等等。这一系列的举措，将会为这些设施更好地发挥效益、带动经济社会的发展，做出它应有的贡献。

上咨公司团队从2010年接触重大科学基础设施以来，经过十年时间的工作积累和潜心研究，足迹走到北面大连的深紫外光源，南面贵州的天眼基座，西部兰州和西安的授时中心。我们更接触了一大批科学家，其中有八九十岁的两弹一星元勋，有几十年在装置第一线的资深院士，更有放弃美国国籍、回国开展研究工作的中青年科学家。他们每一个人都告诉我们，科学基础设施和科学研究不同于以往的基础设施，它从来没有一蹴而就，只有长期的厚积薄发。当我们眺望海洋，我们知道蛟龙号、科学号，正在太平洋海底探寻地球生命的起源，告诉我们人类从哪里来。当我们仰望星空，我们知道悟空号、慧眼号，正在太空遨游，寻找人类可以移居的星球，告诉我们将到哪里去。今天的我们需要常常检视内心，时刻抱有敬畏的态度，在国家社会发展到这样一个关键的时刻，不忘初心，砥砺前行，贡献我们的智慧和力量。

（根据录音整理，未经本人审阅）