引领产业发展！国家重大科技基础设施系统盘点分析

2022-10-27 11:44

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主要分类：三类设施、差异部署

国家重大科技基础设施（亦称“大科学装置”“大设施”）是指为提升探索未知世界、发现自然规律、实现科技变革的能力，由国家统筹布局，依托高水平创新主体建设，面向社会开放共享的大型复杂科学研究装置或系统，是长期为高水平研究活动提供服务、具有较大国际影响力的国家公共设施。

按照不同的用途，国家重大科技基础设施一般分为专用基础设施、公共实验平台和公益基础设施三类，各类设施设立目的和相关设施举例见下图。

图1 国家重大科技基础设施分类、目的

来源：火石创造根据公开资料整理

重要作用：国之重器、科技利器

重大科技基础设施是国家基础设施的重要组成部分，为我国深入实施创新驱动发展战略和建设世界科技强国提供了重要支撑。但它不同于一般的基本建设项目，其具有科学和工程双重属性并具有明确的科学目标，体现了国家意志和国家需求，是“国之重器”、“科技利器”。重大科技基础设施在解决重点领域和战略产品“卡脖子”问题等方面发挥了重要作用，推动解决了一批关键核心技术、引领带动了相关产业发展。

近年来，有关部门将重大科技基础设施作为国家创新高地建设的核心内容，不断推动建设北京、上海、粤港澳大湾区科技创新中心。特别是通过上海张江、安徽合肥、北京怀柔和粤港澳综合性国家科学中心的建设，不仅加快了重大科技基础设施的建设进程，也显著提升了这些国家创新高地的科技实力和创新能力。

政策体系：规划明确、管理细化

围绕国家重大科技基础设施的规划、建设、运行，国务院联合教育部、科技部、财政部、中科院、工程院、国家自然基金委、国防科工局、中央军委装备发展部等有关部门，先后研究出台了系列规划和政策文件，有效保障了国家重大科技基础设施的布局建设和运行管理。例如，《国家重大科技基础设施建设中长期规划（2012—2030年）》、《国家重大科技基础设施管理办法》、《国家重大科技基础设施建设“十三五”规划》等。

表1 国家重大科技基础设施相关政策文件

来源：火石创造根据公开资料整理

建设情况：正处快速发展期

（一）建设历程：已进入第四阶段

我国重大科技基础设施建设共经历了四个阶段，包括萌芽阶段、起步阶段、发展阶段和快速发展阶段。其起步于上世纪60年代，六十多年来，走过了从无到有、从小到大、从跟踪模仿到自主创新的艰难历程。大设施技术水平和性能不断提升，学科领域和地域布局不断优化，从一个侧面反映出我国科学技术事业发展的巨大进步和成就。

图2 国家重大科技基础设施建设历程

来源：火石创造根据公开资料整理

（二）建设数量：进入批复高位期

截至2022年10月，我国已建成和在建设的重大科技基础设施项目共有57个（剔除已退役），其中31个已建成、26个在建设。按照大设施批复的年份统计（剔除未披露批复年份），2015年后进入批复高位期，基本保持每年3－5个，其中2018年全国共计批复10个大设施，创下历史新高。

图3 国家重大科技基础设施历年批复数量（剔除未披露批复年份大设施）

来源：火石创造根据公开资料整理

（三）建设资金与周期：重资金和长周期

重大科技基础设施不同于一般的科研仪器中心或者平台，其需要自行设计研制专用的设备，一般而言体量大、投资大、技术复杂先进、建设周期长。对57个大设施的建设资金统计分析后（剔除未披露建设资金的大设施），平均建设资金高达12．4亿元，例如中国散裂中子源的批复建设资金为23亿元、硬X射线自由电子激光装置（SHINE）批复建设资金近100亿元。以验收时间和批复时间的时间差对57个大设施的建设周期统计分析后（剔除未验收的大设施），平均建设周期为7．5年，例如重大工程材料服役安全研究评价设施历时近15年建成。

图4 国家重大科技基础设施平均建设资金、建设周期

来源：火石创造根据公开资料整理

（四）区域分布：北京上海资源集聚

我国重大科技基础设施存在一设施双位置或一设施多位置布局情况，其中13个大设施在2个以上城市分别部署，但部分大设施在不同城市的部署重点存在差异、互补、协同作用。不完全统计57个国家重大科技基础设施共建设在78个地点，因此平均每个大设施存在1．7个建设点。

图5 国家重大科技基础设施建设点（城市）

来源：火石创造根据公开资料整理

按照建设点所在省份、直辖市来看，北京市、上海市得益于优质高校和科研机构，分列第一、第二，且较其他省市领先颇多。其中，共有18个设施建在北京市，是整个江苏省的6倍；安徽省、广东省并列第三，但也仅为北京市的1／3和上海市的1／2水平；四川省、云南省等紧随其后。

图6 国家重大科技基础设施建设点分布（省、直辖市）

来源：火石创造根据公开资料整理

按照建设点所在城市来看，TOP5城市分别是北京市、上海市、合肥市、深圳市、武汉市和昆明市。

图7 国家重大科技基础设施建设点分布（城市）

来源：火石创造根据公开资料整理

（五）主体类型：科研机构占据主导，中科院卓越领航

按照承担单位（包括牵头单位、法人单位，不含共建单位）的类型来看，科研机构是最主要的承担单位，其次是高校，无企业作为承担单位（以共建单位形式）。其中，科研机构作为唯一承担单位或与高校共同作为承担单位的共计43个，占总量的75％；而高校作为唯一承担单位或与科研机构、医疗机构共同作为承担单位的共计18个，占总量的32％。

中科院是我国重大科技基础设施建设的最早发起者，也是设施建设和运行的主要力量，一代又一代科学家和工程技术人员，为此付出了长期艰苦的努力，做出了许多重大卓越的贡献。目前，中科院系统承担单位的大设施共计34个，占据总量的60％。中科院与国内科教界广泛合作，开展规划和建设，已建成运行的设施更面向国内外开放，吸引广大科研人员充分利用设施开展科学研究。在包括重大科技基础设施在内的大型科研设施和仪器设备开放共享方面，在财政部、科技部组织的评估中，中科院长期在全国科教单位中排名第一。

高校方面，中国科学技术大学、华中科技大学、同济大学、哈尔滨工业大学、中国农业大学、北京大学、上海科技大学、天津大学、南方科技大学、浙江大学、南京农业大学、北京科技大学、中国人民解放军第二军医大学、复旦大学、上海交通大学、清华大学等均有承担建设运行。

图8 国家重大科技基础设施承担单位分布

来源：火石创造根据公开资料整理

（六）领域分布：材料科学和生命科学领域最多

根据重大科技基础设施发展的国际趋势和国内基础，瞄准科技前沿研究和国家重大战略需求，《国家重大科技基础设施建设中长期规划》（国发﹝2013﹞8号）明确我国重点在材料科学、生命科学、地球系统与环境科学、工程技术科学、空间和天文科学、能源科学、粒子物理和核物理科学7个领域展开部署，从预研、新建、推进和提升四个层面逐步完善我国重大科技基础设施体系。按照所处领域来看，材料科学领域最多，高达14个，其次为生命科学领域，共计12个。地球系统与环境科学和工程技术科学领域并列第三，分别为8个。

图9 国家重大科技基础设施建设点分布（城市）

来源：火石创造根据公开资料整理

生命科学领域：多设施助推产业加速

生命科学领域大设施以探索生命奥秘和解决人类健康、农业可持续发展的重大科技问题为目标，面向综合解析复杂生命系统运动规律、生物学和医学基础研究向临床应用转化、种质资源保护开发与现代化育种等方向，重点建设以大型装置为核心、多种仪器设备集成的综合研究设施，完善规模数据资源为主的公益性服务设施，支撑生命科学向复杂宏观和微观两极发展并实现有机统一，突破生命健康、普惠医疗和生物育种中的重大科技瓶颈。包含现代医学、农业科学、生命科学前沿和生命科学研究基础支撑四个方面，包括转化医学研究设施、国家农业生物安全科学中心、蛋白质科学研究设施和模式动物表型与遗传研究设施等多个设施。

（一）转化医学研究设施（上海）

1．建设内容：总建筑面积超11万平，瑞金和闵行两基地协同

囯家分别在上海（上海交通大学及其附属瑞金医院）、四川成都（华西医院）、北京（协和医院、中国人民解放军总医院）和陕西西安（空军军医大学）布局建设转化医学研究设施。其中，转化医学国家重大科技基础设施（上海）（以下简称“大设施（上海）”）于2013年7月由国家发改委正式批准建设（发改高技［2013］1461号），2016年9月启动全面建设，2019年率先进入试运行，项目批复总投资9．86亿元。

大设施（上海）依托上海交通大学及其附属瑞金医院为建设主体，整合复旦大学、同济大学和中国科学院上海生命科学研究院等上海地区高校和科研机构以及企业的生物医学优势力量，是以肿瘤、代谢疾病、心脑血管疾病等三类重大疾病转化研究，药物，试剂，材料有效验证，大型高端医疗装备关键共性技术转化应用为目标进行设计建设的规模化、集成化、系统性综合研究设施。

项目总建筑面积11．4 万平方米，其中瑞金基地5．4万平方米，建有300张研究型床位，全部开放可以满足同时进行20－30项临床研究。

表2 转化医学研究设施（上海）建设内容

来源：火石创造根据公开资料整理

2．运行效果：开放程度和成果产业化有待进一步加强

根据大设施（上海）官网不完全统计，大设施（上海）在站科研用户共42家，工作站目前累计取得发明专利超过223项，发表高水平科技论文超665篇。

（1）成果转化方面：成果产业化仍需打通

从大设施（上海）2019年率先投入运行至今，依托该设施进行科研活动的团队孵化出的学术论文和专利总数量远超过800项，越来越多的科研团队取得技术突破性进展，但真正实现成果产业化项目少之又少，从基础研究、应用基础研究到成果产业化仍是亟待解决的一大难题。

（2）开放程度方面：仍处于探索阶段

从设施依托主体参与建站数量来看，上海交大及其附属单位参与共建站数约占总数1／2；从共建单位所属区域来看，约3／4工作站共建单位位于上海市内；从国际开放合作来看，国际共建型工作站不足总数1／10水平。因此，认为大设施（上海）的用户主体及其成果产出主体仍同属于其依托主体——上海交大及其附属医院，其他上海市内科研主体或市外各类主体参与度有待提高。总的来说，大设施（上海）的信息化运营管理和开放共享机制在现有基础上仍在不断进行探索完善，仍处于探索阶段。

（二）蛋白质科学研究设施

2006年，军事医学科学院正式向国家发改委呈报了国家蛋白质科学中心（北京）方案。同年，国家决定在北京和上海分别建设蛋白质科学基础设施。（以下分别简称“北京设施”和“上海设施”）。

1．建设内容：建设南北两大设施

（1）上海设施

2008年11月，国家发改委正式批复上海设施建设，总投资7亿元，于2010年12月全面启动建设，由中国科学院上海生命科学研究院负责，于2015年7月通过国家验收，正式投入运行。成为我国蛋白质科学和技术的重要创新基地，与上海光源、上海高等研究院、新药创制研发基地，上海科技大学等在中科院浦东科技园形成国家级科技基础设施与研究集群。

上海设施两大园区：（1）海科路园区技术系统（规模化蛋白质制备系统、核磁分析系统、电镜分析系统、质谱分析系统、复合激光显微镜系统、分子影像系统、动物设施）；（2）五线六站（高通量晶体结构实验站－17B、蛋白质微晶体结构实验站－18U1、蛋白质复合物晶体结构实验站19U1、X射线小角散射线站－BL19U2、时间分辨与谱学显微红外光束线站－BL01B）。

（2）北京设施

2012年11月，国家发改委、总后勤部、教育部和北京市政府共同投资12．22亿元，以军事医学科学院为法人单位，联合清华大学、北京大学和中国科学院生物物理研究所等单位共同启动建设，于2015年10月投入试运行，2018年11月国家蛋白质科学研究（北京）设施整体通过国家发展改革委验收，成立“国家蛋白质科学中心（北京）”。

根据规划，军事医学科学院承担“凤凰工程”总部设施建设，清华大学、北京大学分别承担以冷冻电镜、高频核磁为主的辅助设施建设，并吸纳中科院生物物理研究所现有的蛋白质研究平台，组建国家蛋白质科学中心（北京）。

2．运行效果：转化效果突出但开放机制仍需完善

（1）成果转化方面：学术成果和科研项目突出

据蛋白质科学中心相关机构官网资料不完全统计，北京设施和上海设施运行至今累计产出学术科技论文和专利数远超800项（北大论文＞250，专利6；清华论文＞581；上海论文＞25），军事医学科学院数据不详）。

除去军事医学科学院取得的科研成果（不详），可以认为蛋白质科学中心各基地中，以清华基地为主要学术产出主体，其次是北大基地，两者产出接近总量。科研项目方面，清华基地和上海设施累计取得超100项科研进展，包括X射线晶体学平台助力复宏汉霖抗体药物上市、清华大学王新泉与张林琦课题组深度解析人体中和抗体抑制新冠病毒的分子机制等。

（2）开放程度方面：相关制度仍需完善

综合来看，蛋白质科学中心设施均设有仪器设备预约平台，用户在具备操作设备能力的前提下，需要履行相关手续后进行平台预约，经核准后方可使用。目前来看，清华基地平台在用户服务体系上的相关制度制备得较为完善。在用户使用平台预约方面，除在线预约外还可电话预约，预约平台上包括了设备的基本信息、技术参数、功能特色以及收费标准。

但蛋白质科学中心在面向基地外部科研工作者的相关制度上比较分散。比如上海设施中不同仪器设备需要在不同平台上预约，而不同平台预约核准使用机制不尽相同，使用手续办理上可能造成不便。

表3 生命科学领域国家重大科技基础设施