面向天津戰略性新興產業的應用基礎與前沿技術發展研究

◎文/李 林 郄紅偉

面向天津戰略性新興產業的應用基礎與前沿技術發展研究

◎文/李 林 郄紅偉

戰略性新興產業是推進產業結構升級、加快經濟發展方式轉變，創造新的經濟增長點的重要途徑，代表著科技和產業發展方向，目前世界各國大力發展戰略性新興產業，搶占未來經濟科技的制高點，激烈競爭已前移至基礎研究階段。本文分析了基礎研究對戰略新興產業發展的促進關系，總結了天津戰略性新興產業發展現狀及技術需求，提出了面向天津戰略性新興產業需求的應用基礎與前沿技術支持方向以及對策建議。

戰略性新興產業；基礎研究；前沿技術

當今世界正處在后金融危機時期、全球科技革命的關鍵期，國際競爭也更加激烈。世界各國都集中資源，競相發展戰略性新興產業。而戰略新興產業突破發展的核心在于產業關鍵技術基礎研究的積淀和源頭突破，可以說國際競爭已經前移至科技的基礎研究階段。基礎研究是我國科技創新體系的重要構成，具有戰略性、前瞻性、全局性和帶動性作用。在全球科技創新空前活躍的今天，基礎研究作為 “科學之本、技術之源”，對促進戰略性新興產業突破發展，加快轉變經濟發展方式的作用日益突出。

本文結合天津實際以及研究重點，將應用基礎和前沿技術研究確定為戰略性新興產業領域中可使產業在短時間內實現技術突破的，具有前瞻性、先導性的技術原理、新工藝和新技術等。

一、天津戰略性新興產業發展現狀及技術需求

（一）天津戰略性新興產業發展現狀分析

近年來，天津加快構建高端化、高質化、高新化的產業結構，以航空航天、新一代信息技術、生物技術與健康、新能源、新材料、節能環保、高端裝備制造等戰略性新興產業為主體的高新技術產業呈現出較快發展態勢，2010-2015年，天津高新技術產業繼續保持平穩發展態勢，工業總產值從4781.84億元增加到8208.44億元，年均增長11.4%，約占規模以上工業比重30.0%，為天津調整產業結構、轉變經濟發展方式提供強勁助力。

1.航空航天產業。在空客A320系列飛機天津總裝線等重點項目的帶動下，天津航空航天產業迅速發展壯大，形成了以大飛機、大火箭、直升機、無人機、衛星和航天器為主，航空金融租賃、航空物流、航空培訓、技術服務等配套產業加快發展的產業格局，規模位居全國前列，成為國家重要的航空航天產業基地。

2.新一代信息技術產業。在新一代移動通信、新型元器件、高性能計算機、集成電路、嵌入式電子、物聯網、信息安全、人工智能、光電子等領域形成了較好的產業化基礎，涌現出傳感器芯片、射頻識別 （RFID）、大容量存儲器、LED新型光源等一批在國內外都具有重要影響力的重點產品，產業結構不斷優化升級。在一批新項目和新產品的帶動下，產業逐漸向高端智能手機、光傳感、高端嵌入式軟件等高端領域和物聯網應用、高性能計算機服務、云計算、大數據挖掘等新興領域發展。

3.生物技術與健康產業。基因診斷、干細胞儲存、單克隆抗體、生物芯片等生物技術開發應用居國內領先水平。生物制造、生物農業等領域具備了一定的產業化優勢。健康產業領域開發了一批功能性食品及保健品，正在形成品種多樣、產品門類繁多的大健康產業產品體系。

4.新能源產業。天津是國家重要的綠色能源生產基地，擁有一批具有重要影響力的骨干企業和研發檢測機構。綠色電池領域，基本形成完整的產業鏈以及相關材料、配件的配套產業，新一代三元材料取得突破，其電池單體比能量達180瓦時/公斤、模塊達150瓦時/公斤，電池生產企業近十家，年產車用鋰離子動力電池系統6億Ah；風電領域，形成從零部件到整體機組的較完整產業鏈，達到1320兆瓦風電的生產能力，成為國內規模最大的風電產業基地。光伏電池領域，形成了太陽能電池、蓄電池和電源控制系統的成套能力。

5.新材料產業。天津新材料產業擁有一批市場競爭力強、市場占有率高的名牌產品，在金屬新材料、電子信息材料、化工新材料等領域具有較強的競爭力。硅材料、膜材料、氟材料、納米新材料等多種材料的研發制造能力處于全國領先水平。

6.節能環保產業。經過多年發展，天津節能環保產業形成了節能和環保產品、資源循環利用、節能環保服務等門類比較齊全的產業體系，涌現出一批特色企業和研發機構。節能照明、膜技術產業化、海水淡化及綜合利用等方面的部分產品和設備達到國際先進水平。

7.高端裝備制造業。天津裝備制造業在全國占有重要地位，形成了以航空航天設備、石油鉆采設備、超高壓輸變電設備、工程機械、水泥裝備、風力發電等為代表的高端成套裝備生產能力，體現出較強的技術實力和競爭優勢。

（二）天津戰略性新興產業發展技術需求分析

隨著自由貿易試驗區掛牌、國家自主創新示范區獲批、“一帶一路”節點城市確定、京津冀協同發展上升為國家重大戰略，天津把發展戰略性新興產業作為推進產業結構升級、加快經濟發展方式轉變的重要途徑，最根本的是依靠新興技術的發展，最核心的是開展擁有自主知識產權的技術創新，最本質的是提升應用基礎與前沿技術研究的源頭支撐能力。只有扎實搞好應用基礎與前沿技術研究，依靠源頭的自主創新，才能推動新興技術的突破發展，構建高附加值、綠色環保的戰略性新興產業結構，轉變經濟發展方式，實現天津經濟內生增長。

多年來，天津始終緊密結合世界科技發展趨勢、國家重大戰略部署，立足解決制約天津經濟社會發展的關鍵科學問題，持續加大對基礎研究的投入和支持力度，努力營造有利于應用基礎與前沿技術研究的良好環境，在多個基礎研究領域保持全國領先地位，相繼取得了一批有國際影響力的新成果，涌現出一批高層次創新人才和創新團隊，打造出一批裝備精良、資源豐富的重點實驗室載體，已成為國家重要的研究開發高地和高技術的原創地。在巨大成就的背后，我們也應該清醒地認識到，天津應用基礎和前沿技術研究仍存在一些不足，例如基礎研究經費總體投入規模仍顯不足，研究環境有待優化，投入產出比例不高，突破性研究成果數量不多，高端人才仍較缺乏，對產業和經濟的帶動作用不足，經濟社會發展地位不匹配等問題。

二、面向戰略性新興產業需求的本市應用基礎研究與前沿技術重點發展方向

（一）航空航天產業領域

1.“航空云”基礎設施數據安全集成技術。重點針對目前大多數航空公司各個業務系統沒有整合為一個整體，數據分散在各個系統中，得不到充分利用的現狀，通過開發智能航空云整合系統，將功能、分析和數據融入云環境，通過整合數據，并進一步分析和挖掘，輔助航空公司決策、創造更大的價值。

2.航空發動機健康監測、振動控制及安全運行理論與技術。研究基于分布式無線傳感網絡的狀態估計器的設計，主要解決傳感器自身電源能量限制所導致的傳感器的失效所帶來的信號收集不穩定的情況以及龐大的傳感器數量給信號分析帶來的挑戰。

（二）新一代信息技術產業領域

1．新型人機交互技術及應用。面向天津戰略性新興產業的重大需求，設計開發新型人機交互技術。包括主動式腦機接口技術，腦腦通訊技術以及基于多生理信號的大腦功能狀態 （如腦力疲勞、情緒狀態、警覺度、睡眠、思維活動等）探測技術等。相關的關鍵技術研究將引導和推動信息科學的飛躍發展，在醫療、航空航天等眾多領域具有重要的實用價值。

2.新型傳感關鍵技術。重點圍繞構建高性能可集成化的微納生物傳感器為目標，研制新型微納器件制造方法，揭示微納傳感器的工作原理，發展超靈敏的檢測技術，并拓展其在信息技術、生物醫療和環境檢測等領域的應用。

3.信息安全漏洞挖掘分析、檢測與預防技術。圍繞解決云計算面臨的主要威脅——分布式拒絕服務DDoS（Distributed Denial of Service）攻擊，研究基于大數據分析的面向云計算的防御DDoS攻擊方法。

4.大規模數據圖像識別技術研究。針對真實環境下的大規模圖像視頻數據，開展具備可伸縮特性的基于深度學習框架的智能視覺分析方法和理論。采用深度學習方法，模擬人腦對圖像的感知，構建更適用于真實場景的對象識別算法和理論。提出能夠處理大規模圖像數據的學習方法且這些學習方法具有可并行計算、無監督的特征，可從海量真實場景圖像中獲得具有高層語義的圖像特征表達。

5.移動物聯網新技術與移動設備中軟件安全性分析和檢測。通過反編譯技術對移動應用的可執行代碼進行預處理，分析構建事件驅動模型，對所要檢測的安全屬性進行形式化描述建模，完成對移動應用的安全性檢測工作。用于檢測移動應用的敏感信息泄露問題和移動軟件的權限越級、遠程監控等安全問題。

6.新型光電子材料理論與技術。研究微納光電子器件、柔性光電子材料與器件、紅外和中紅外激光/光纖激光材料、自旋極化半導體薄膜材料等理論與技術。

（三）生物技術與健康產業領域

1.新一代藥物載體、抗體技術研發。研發有效的藥物傳輸及控釋技術，納米藥物載體可以將小分子藥物或前藥安全高效地輸送至靶標部位，并實現可控釋放，突破傳統的納米藥物載體很難實現藥物釋放和療效的實時監控，從而制約其在個體化治療中應用的難題。

2.膜蛋白的結構、功能和藥物設計。膜蛋白的結構和功能與多種生命活動過程密切相關。利用膜片鉗技術，分子生物學實驗技術等手段，揭示疾病的發生和發展過程中相關離子通道的通道電流、門控通道的性質及通道蛋白的表達量的變化及可能機制。

3.干細胞定向分化機制。重點研究成體干細胞衰老影響定向分化的機制，成體干細胞衰老引起器官衰老及腫瘤發生，干細胞向生殖細胞分化的機制。

4.藥物分析、藥物代謝技術和方法。利用轉基因方法，建立可用于大通量藥物篩選的連續實時在線行為學監測的新型有效的動物模型。

5.分子核醫學理論與技術。通過放射性核素的高靈敏度檢測、核磁共振的高分辨率成像及光學的確診來對腫瘤進行高靈敏度高分辨率的早期診斷，在腫瘤發病的早期對很小的腫瘤進行準確診斷和定位。

6.先進醫療器械共性關鍵技術研究。開展原位顯微分析與操作儀研究。研發可穿戴健康系統，建立健康預警架構，開展遠程預警架構設計。

7.生物材料表面功能化研究。系統研究高分子結構對其理化性質以及與AON形成基因復合體的穩定性、細胞毒性和基因轉染效率的影響。優化高分子組成，有望開發新型高效、低毒的基因載體。

8.傳統醫學防治重大及高惡疾病的機理、療效評價、技術進步及其現代化。重點開展痰瘀虛機制研究，研究脂代謝與慢性非傳染性疾病（冠心病、糖尿病、高血壓）中醫核心證候（證素）——痰瘀虛機制。

（四）新能源產業領域

1.節能與新能源汽車基礎技術。構建從關鍵零部件到整車的完整工業體系和創新體系，重點突破電池儲能、控制系統、驅動系統核心技術和關鍵技術；圍繞提升產業整體創新能力，重點攻克基于車聯網的整車行駛優化、基于人車路協同的整車能量優化、面向功能安全的整車控制、智能診斷及遠程維護等一批引領性技術。

2.太陽能電池體系研究。重點研究新型鈣鈦礦太陽能電池，包括研究電池內的光生電荷包括分離、復合、界面轉移及輸運的動力學過程機制，采用界面修飾鈍化各個界面的表面缺陷，減少光生電荷的復合，優化設計電池的微結構、提高膜內電子輸運速度等技術方法和手段，調控優化上述多步動力學過程。

3.燃料電池體系研究。重點研究基于MEMS的柔性微型燃料電池的制造和應用，研發非貴重復合催化劑、微纖維材料、改性的交換膜，提高水管理，研制出與便攜式電子產品主體芯片集成的低溫微型直接乙醇燃料電池。

4.鋰電池體系研究。研究鋰空氣電池，設計合成用于鋰空氣電池正極催化劑的碳基納米材料，深入探討反應過程中涉及的基本物理化學問題，實現催化劑材料的系統化和可控調節，制備具有高選擇性、高耐久性、環境友好型電極材料，提高鋰空氣電池的容量和循環穩定性。

（五）新材料產業領域

1.新型高性能聚合物、復合材料與輕質材料。研究表面涂、鍍層的表面強化技術基礎和應用基礎以及產業化，開展納米多層和梯度強化膜成分、組織和功能一體化設計研究。開展多溫度區間相變材料研制、相變材料封裝方式研究及相變蓄能建筑材料應用及示范，將相變材料用于墻體、屋頂、地板等建筑圍護結構中，降低建筑對常規能源的需求。

2.新型光、熱、電、磁功能材料、催化材料與分離材料。研究炭氣凝膠極電動汽車超級電容器材料，結合納米復合技術，研究以高導電、大比表面積的納米碳管和石墨烯與炭氣凝膠復合，研發相變控制低碳、低合金高強韌鋼，研究高溫變形方式對材料組織結構狀態及其性能的影響，研發低維分子納米磁體與磁電功能復合分子材料。

3.先進材料的設計、制備、連接、加工與性能評價。研究碳納米材料，研究微波反應法制備高熒光性能的碳納米材料，并與葉綠素類光敏劑結合，形成復合光敏劑；研究碳納米管透明導電薄膜的制備及其在柔性薄膜器件中的應用，獲得性能穩定優良的大面積高均勻性、高通光率、低面電阻的透明導電薄膜產品；研究化學氣相沉積法可控制備碳納米材料，用化學氣相沉積法進行碳納米材料的可控制備。

4.新型能源材料。以高性能超級電容器電極材料的開發為切入點，重點圍繞電極材料的構建與制備和其結構與電化學性能之間的關系等展開系統研究，開發出具有高比容量、良好的循環穩定性和應用前景的碳基電極材料，為高性能超級電容器的發展和實際應用提供技術支撐。

（六）節能環保產業領域

1.水處理物化技術。針對將金屬有機骨架材料（MOFs）應用于藥物和個人護理品（PPCPs）化合物水污染，研究MOFs材料制備方法等。

2.生物質資源的再利用。重點研究通過氫氧化鈉溶液中具有氫鍵受體物質的添加，ζ-電位的變化及形成的纖維素溶液的粘度來闡述氫鍵的破壞對該溶解體系溶解能力的影響，提高氫氧化鈉/尿素（或硫脲）溶解體系對纖維素的溶解能力和生成的纖維素溶液的穩定性，從而開發新的無毒的氫氧化鈉/添加劑水溶液纖維素溶劑體系。

3.區域大氣污染防治技術。研究機動車輛尾氣凈化技術，實現氧化物催化劑對機動車尾氣的高效催化凈化，研究區域性大氣污染物與溫室氣體協同減排，分析產業低碳化發展對區域碳減排及大氣污染物減排的協同影響，分析政策因素、社會經濟因素及技術因素對協同減排的影響機理。從而有助于制定更加合理、高效、經濟的區域性大氣污染物減排及低碳化發展政策。

（七）高端裝備制造產業領域

1.復雜制造過程在線檢測與數據集成分析。系統研究物聯網環境下的在線檢測理論，重點關注在線檢測數據與制造流程的集成分析方法。通過重新組織物聯網環境下的在線檢測信息鏈，實現對制造過程的全流程質量信息挖掘獲取，最終構建面向未來先進制造模式的生產線整體狀態廣義在線檢測理論框架。

2.新型可穿戴式智能裝備的開發。重點結合新型納米材料開發、微納芯片加工制造和傳感檢測等技術，開發出能夠真正為使用者提供早期重大疾病的預警、專業有效的醫療檢測與診斷服務的可穿戴智能設備，實現遠程醫療、實時健康用戶身體狀況監測和重大疾病的早期預警，使醫療走向真正意義的智能化。

3.增材制造技術及裝備。增材制造相對于傳統的材料去除切削加工技術，是一種自下而上的制造方法，包括噴墨打印、激光立體成型和激光燒結等，代表著制造業的發展方向，在航空航天和醫療器械等領域具有廣闊的應用空間。

4.先進軌道交通裝備技術。重點突破體系化安全保障、節能環保、數字化、智能化網絡化技術，研制先進可靠適用的產品和輕量化、模塊化、譜系化產品。研發新一代綠色智能、高速重載軌道交通裝備系統，圍繞系統全壽命周期，向用戶提供整體解決方案，建立世界領先的現代軌道交通產業體系。研究時速500km/h以上超高速列車軸承性能檢測技術，開發相關儀器設備，研究高鐵列車無線供電關鍵技術。

（八）現代農業和食品產業領域

1.食品安全關鍵技術。重點開展檢測、食品真偽辨別、加工過程有害物實時檢測、無損檢測等技術以及微型化、自動化、高精度檢測儀器開發技術的研究。

2.作物的抗逆性研究。重點研究在各種物理化學脅迫以及來源于病蟲、雜草的生存競爭脅迫下，植物體發生的吸水能力降低，體內水分虧損；原生質膜結構破壞，主動運輸能力下降；氣孔關閉，酶活性降低，光合作用下降等損失的抗性生理和機制。

3.漁業環境、育種、養殖技術。重點研究水產遺傳育種，包括種質資源保存與利用、遺傳機制解析與基因挖掘、優良性狀新品種選育等方向；水產養殖，包括水產養殖病害監測預警與防控、漁用飼料開發與品質調控、高效健康養殖模式與技術提升和宜漁水域開發利用等；碳匯漁業，研究漁業的多重生態功能，開展漁業資源調查與評估。

4.畜牧業繁育、養殖及營養調控技術。重點研究動物種質資源篩選與鑒定，動物重要經濟性狀遺傳機理、動物繁殖新技術、動物營養生理調控及營養物質有效利用技術。

5.海洋浮游植物藻種庫構建。構建中國海微藻種庫，為海洋微藻多樣性，固碳機制研究及食品藥物等工業應用提供基礎資料。

三、對策與建議

（一）加強政府的統籌協調

發揮政府科技管理部門的統籌協調作用，加強頂層設計，優化基礎研究管理程序，完善科研成果和人才的評價機制，健全原始創新的激勵機制。充分發揮財政支持基礎研究的作用，引導社會資源流入基礎研究，完善多元化投入，實現基礎研究經費持續增長，嚴格經費管理，加強監督審計，提高投入資源的使用效率。圍繞戰略性新興產業的發展需求和傳統產業的轉型升級，構建企業、高校、科研院所的合作研發機制，提供優惠政策、措施、補貼等激勵企業開展基礎研究工作。發揮天津應用基礎及前沿技術研究計劃的導向作用，加強與其他科技計劃項目的銜接，集成資源，促進項目的有效實施，深化應用基礎及前沿技術研究科技計劃的管理改革創新，探索新的基礎研究組織方式。

（二）建立科技基礎資源的共享機制

優化天津國家重點實驗室、國家部委級重點實驗室、國家級工程 （技術）研究中心、國家級企業技術中心等國家級和市級科研平臺的資源配置，根據“整合、共享、完善、提高”的原則，借鑒國外成功經驗，制定各類科技資源的標準規范，建立促進科技資源共享的政策體系。針對不同類型科技條件資源的特點，采用靈活多樣的共享模式，打破當前條塊分割、相互封閉、重復分散的格局，加快建設科學數據與設備共享平臺，推進大型科學儀器、設備、設施、科學數據、文獻資源的共享與建設，進一步完善全市的共享網絡。出臺相關措施鼓勵企業、科研機構利用共享平臺，開展應用基礎和前沿技術研究，創新研究方式方法，帶動新興技術的發展。

（三）加快造就一支高水平的人才隊伍

依托天津重大科研項目、天津市應用基礎與前沿技術研究計劃項目、國際學術交流與合作項目以及研究基地建設，加大對學術帶頭人的引進和培養力度，積極推進創新團隊培育。注重發現和培養一批戰略科學家、科技管理專家。對核心技術領域的高層次人才、知名專家要實行特殊政策，能吸引和留住人才。加強科技創新與人才培養的有機結合，鼓勵科研院所與高等院校合作培養研究型人才。充分調動青年科研人員的創新積極性，支持研究生參與或承擔科研項目，鼓勵本科生投入科研工作，在創新實踐中培養他們的探索興趣和科學精神。采取多種方式，建立符合留學人員特點的引才機制，加大對高層次留學人才來津的資助力度。

（四）營造有利于源頭創新的環境

進一步規范和改革研究機構的行政管理行為，簡政放權減少行政干預，尊重科學規律，賦予依托單位、評審專家和科研工作者更大的科研自主權和處置權，建立潛心研究的良好學術生態環境；改革和完善評價體系和激勵機制，避免片面追求論文數量等量化指標，強調科研工作的科學和經濟社會價值。倡導質量導向的創新文化建設，營造寬松的科研環境，鼓勵探索、敢于質疑，寬容失敗、允許犯錯，提倡學術民主和百家爭鳴，嚴懲急功近利、弄虛造假、學術不端等行為，加強科研誠信建設。加強應用基礎和前沿技術研究的科普工作及成果宣傳，弘揚科學精神，促進公眾對科學的理解和支持，在全社會共同建立風清氣正、潛心科研的創新氛圍。

[1]于綏生.關于基礎研究原始創新能力的提升策略研究[J].科技廣場，2015（4）：119-125.

責任編輯：孟 力

F832

A

1006－1255－（2017）07－0007-07

天津市科技發展戰略研究計劃項目“面向天津戰略性新興產業的應用基礎和前沿技術研究”（14ZLZLZF00102）

李 林（1979—），天津市科學技術信息研究所。郵編：300074

郄紅偉（1980—），天津市科學技術信息研究所。郵編：300074