陳曉怡,李 宏,2,3,茹志濤
(1.中國科學院科技戰略咨詢研究院,北京 100190;2.粵港澳大灣區戰略研究院,廣東廣州 510070;3.中國科學院大學,北京 100049;4.中國科學院國際合作局,北京 100864)
重大科技基礎設施(以下簡稱“設施”)是突破科學前沿、解決經濟社會發展和國家安全重大科技問題的利器。中國重大科技基礎設施自1984 年北京正負電子對撞機工程起開始建設,自“十一五”進入規劃,已建成及在建50 余個設施,“十四五”規劃建設22 個設施。北京懷柔、上海張江、安徽合肥和粵港澳大灣區4 個國家科技創新中心正在重大科技基礎設施集群的基礎上加快建設。中國在建設世界科技強國過程中,重大科技基礎設施的發展要求已從數量向質量轉變,從建設向現代化管理轉變,從建成向加強產出轉變。
法國作為歐洲傳統科技強國,盡管受經濟影響科技實力有所下降,但重大科技基礎設施數量領先、布局全面、建設管理經驗豐富,自2008 年發布首個研究基礎設施路線圖(以下簡稱“路線圖”)后,先后3 次更新,對全國設施進行分類統計,在設施的規劃布局、管理機制、建設模式等方面具有顯著特點。國內學者從不同角度分析了法國重大科技基礎設施建設和管理的情況,如粵港澳大灣區戰略研究院[1]、李澤霞等[2]對法國在內的主要國家重大科技基礎設施布局特點進行了簡要總結;吳海軍[3]、董琳[4]介紹了法國研究基礎設施路線圖等管理情況;李憲振等[5]、李宜展等[6]分析了法國境內若干國際重大科技基礎設施的建設案例;茹志濤等[7]總結了依托設施集群的法國格勒諾布爾科技創新中心建設經驗,但以往研究尚缺乏從全面和長期視角來分析法國重大科技基礎設施建設的演變規律。因此,本研究將從長時間尺度出發,以發展的眼光分析法國重大科技基礎設施的布局特點與發展趨勢,檢視其管理機制的優勢與存在問題,分析設施集群對科創中心建設的意義,為新時期國家重大科技基礎設施優化布局與管理提供參考。
法國研究基礎設施根據建設與資助來源分為國際組織(OI)、大型研究基礎設施(TGIR)、研究基礎設施(IR)和擬建研究基礎設施4 類。其中,OI 根據政府間協議或政府間與資助機構間的雙重協議建立;TGIR 指由中央財政預算和教研部預算支持建設的、具有戰略意義的國家級大型研究基礎設施或歐洲/國際大型研究基礎設施的合作伙伴;IR 則由科研機構根據自身需求申請建設。根據法國《2018國家研究基礎設施路線圖》可知,法國共有研究基礎設施99 個(OI 5 個、TGIR 22 個、IR 68 個和擬建研究基礎設施 4 個),其中重大科技基礎設施27 個[8]根據中法兩國設施規模的對應情況,本研究把法國研究基礎設施中的OI 與TGIR 界定為法國重大科技基礎設施。
法國布局的研究基礎設施分屬十大學科領域,包括地球系統與環境科學、生物與健康、材料科學與工程、核物理與高能物理、天文與天體物理學、人文社會科學、科學技術文獻、能源、數字基礎設施、數字科學與數學,而重大科技基礎設施則主要分布在8 個領域(見圖1),其中材料科學與工程、核物理與高能物理、天文與天體物理學、地球系統與環境科學布局最多,占比達80%,以國際合作的同步輻射光源、中子源、大型加速器和望遠鏡陣列為主。究其原因,二戰后出于戰略競爭和國內重建需要,法國大力投入核能、物理、空間等研究,并積極布局國內設施及參與建設國際設施,并在這些領域上形成了傳統優勢,而科學家團體也在推動政府決策中積累了大量經驗,使得以物理為主的大型設施在布局上占據主體地位。而在相對較為新興的生物與健康領域,法國新建了數量眾多的小型設施,約占所有研究基礎設施的23%,但在大型設施上缺乏布局[9]。

圖1 法國重大科技基礎設施的領域分布
2.2.1 學科領域范圍不斷擴大,能源轉型、數據管理、生物健康成為關注焦點
對法國發布的4 次研究基礎設施路線圖 進行對比,可看出法國研究基礎設施涉及的學科領域范圍不斷擴大(見圖2),從2008 年的7 個[10]領域擴展為2012 年的8 個[11]、2016 年的9 個[12]和2018年的10 個[8]。因法國從2012 年路線圖首次定義4 類研究基礎設施,基于可比性,本研究主要分析2012 年后法國研究基礎設施的學科領域變化。

圖2 法國研究基礎設施學科領域布局演變
2016 年法國發布的路線圖把2012 年的農業、生態與環境科學,地球系統與宇宙科學兩個領域整合成地球系統與環境科學、天文與天體物理學,并新增了能源領域。法國認為全球氣候變化對能源轉型提出更高需求,在2015 年頒布了《綠色增長能源轉型法》,在2016 年路線圖中新布局了全鎢偏濾器超導托卡馬克裝置、歐洲二氧化碳捕捉和存儲實驗室(法國)項目、海洋可再生能源的流體力學測試網絡項目等。
2018 年法國路線圖增設數字基礎設施領域,把原本歸在數字科學與數學領域中的法國國家大型計算中心,法國國家技術、教育與研究遠程通信網絡,法國國家核物理和粒子物理計算中心,法國網格計算研究所等設施單列,目的是響應歐洲“地平線2020 計劃”提出的數據管理計劃,在尊重歐洲數據主權的基礎上,安全互聯數字基礎設施,有效管理其產生的海量數據[13]。在2015 年發布的第2 份國家科研戰略《法國-歐洲2020》中,法國就把管理海量數據作為未來應重點聚焦的五大問題之一[14]。此外,2018 年路線圖把生物與健康領域作為布局重點,新增設施最多,包括工業生物技術創新與合成生物學加速平臺(法國)、生物活性分子發現平臺、新興或人畜共患動物傳染病國家研究設施、數據收集分析設施項目等,響應了法國國家科研戰略中提出的系統生物學與個性化醫療兩大重點挑戰。
2.2.2 設施跨領域特征明顯
經統計,法國研究基礎設施中共有12 個設施同時屬于2~3 個學科領域(見表1),一定程度上說明設施的應用范圍越來越廣泛。這些設施大多屬于歐洲設施的法國部分,其學科交叉主要體現在以下方面:地球系統與環境科學和生物與健康以及能源的跨領域應用;天文與天體物理學和核物理與高能物理的跨領域應用;人文社會科學和材料科學與工程以及科學技術文獻的跨領域應用。

表1 法國跨領域研究基礎設施情況
2.2.3 設施類型從單體式向分布式、虛擬式擴展
從重大科技基礎設施的類型來看,設施因投入巨大、建設周期長和決策審慎而保持相對穩定,自2008 年以來,法國的TGIR 只在2012 年增加了人文社會科學數字集成平臺。設施也從原先的固定在一個地點的單體式設施向分布式設施和虛擬式設施擴展,以平臺網絡的分布式設施和數字基礎設施為主的虛擬式設施大大豐富了法國設施的版圖。法國2018年路線圖中分布式設施和虛擬設施占比已達74%[8]。
重大科技基礎設施是法國建設科技強國、實現國家戰略目標的重要途徑。法國擁有相對集中的科技管理體制,法國國立科研機構是國家意志在科技領域的代表,因此法國重大科技基礎設施主要通過國立科研機構牽頭建設、中央財政預算支持,國家層面設立管理體系總體負責,以國有國管(GOGO)模式為主。
3.1.1 投資建設單位
法國的研究基礎設施主要由法國國立科研機構,尤其是其中最大的兩家國立科研機構——法國國家科學研究中心(CNRS)、法國原子能與可替代能源委員會(CEA),根據國家戰略規劃目標來申請建設并進行管理。需先由國立科研機構向主管科研的教研部提出申請,經教研部批準后方可建設。根據法國對設施的全成本核算數據(見表2)可知,國家投入在法國設施資助來源中占主體,國立科研機構的投入占一半以上,僅CNRS 和CEA 兩家機構就占據38%;而來自大學、地方政府和私營部門的經費則相對要少得多[9]。

表2 法國研究基礎設施資助來源
3.1.2 國家預算投入
法國的重大科技基礎設施主要由中央財政預算撥款。法國科技預算中有專門針對大型研究基礎設施的預算科目(見圖3),這部分預算由教研部根據申請設施建設機構的意見編制,并由政府部長會議和議會討論通過后落實,并通過教研部下撥給國立科研機構,以CNRS 與CEA 為主。2019 年法國大型研究基礎設施的年度預算為2.56 億歐元,占法國年度科技預算的2.96%[15],這部分預算及其在科技預算中的占比自2006 年法國形成現有預算體系后就保持相對穩定。

圖3 法國2019 年度科技預算科目及大型研究基礎設施預算分配機構
3.2.1 國家管理體系
法國重大科技基礎設施的管理體系由政府主管部門、總體管理機構和直接管理機構組成。其中,法國教研部是主管部門,大型研究基礎設施指導委員會(CD-TGIR)為總體管理機構,大型研究基礎設施高級理事會(HC-TGIR)為咨詢機構,CNRS、CEA 等國立科研機構是設施的直接管理者(見圖4)。

圖4 法國大型研究基礎設施管理體系
政府主管部門。(1)法國教研部負責法國研究基礎設施的總體管理,其研究創新總司(DGRI)的大型研究基礎設施部(SPFCO-B4)和戰略、研究與創新處(SSRI)負責設施的歸口管理和政策實施,財務司(DAF)負責預算管理。其中,SPFCO-B4 負責執行所有研究基礎設施的管理政策并向司長提供建議,是在研究創新總司、財務司和CNRS、CEA等大型研究基礎設施負責人之間上傳下達的部門;SSRI 由60 人組成,負責制定和實施國家研究創新戰略,其5 個學科工作組設有對口負責研究基礎設施的聯系人[9],會同法國五大科學聯盟對設施進行分類指導,并參與歐洲研究基礎設施戰略論壇相應工作組。(2)法國外交部負責在國際研究基礎設施上開展多邊或雙邊談判。
總體管理機構。(1)CD-TGIR 就參與國際或歐洲項目、設施更新或廢止、長期投資政策、設施名單和多年度規劃、設施成本和開發模式、設施國家政策執行情況等提出高水平決策建議。CD-TGIR受教研部研究創新總司直接領導,成員由CNRS 主席、CEA 主席、法國五大科學聯盟主席和法國外交部代表組成,HC-TGIR 主席參與指導委員會的工作,除CNRS、CEA 以外的設施直接管理機構負責人受邀參與相關工作。秘書處由SPFCO-B4 承擔,每年至少召開2 次會議。(2)HC-TGIR 就法國所有設施(不限于大型研究基礎設施)向指導委員會與教研部提供咨詢建議,包括設施戰略、科技與財務上的可行性問題等。成員由15 位高水平科技界代表組成,任期6 年,主席和副主席由DGRI 司長任命,秘書處由SPFCO-B4 承擔。自成立以來,已向政府提交11 份咨詢報告[9]。
設施直接管理機構。(1)CNRS、CEA 等法國國立科研機構是大型研究基礎設施的直接管理機構。除國際組織外,CNRS 主管了80 余個研究基礎設施,包括22 個TGIR 中的19 個;CEA 主管了30 余個研究基礎設施,和CNRS 共同管理約10 個TGIR[8]。CNRS 通過內部的大型研究基礎設施委員會和財務部門管理設施,前者負責制定CNRS 所有設施的多年度規劃;CEA 主要由基礎研究處和財務處負責管理設施。2 家機構之間成立了3 個專題協調委員會(CCT)作為協同機制,2009 年成立核物理和高能物理CCT、大型研究基礎設施CCT;2018 年由于數字化的發展增設了數字CCT,保障2 個主管機構的協同與互補。CCT 會在CD-TGIR 開會之前就設施的經費需求、設備需求、法國申請歐盟研究基礎設施的候選項目等開展討論。CCT 成員為CNRS 的物理所所長、化學所所長、大型研究基礎設施委員會主席、CEA 的基礎研究處處長和2 家單位的財務處處長。(2)五大科學聯盟。法國所有研究創新主體組成了生命與健康、能源、信息科技、環境、人文社會科學5 個科學聯盟。聯盟一方面參與國際大型研究基礎設施路線圖的制定與實施,參與CD-TGIR 相關工作;另一方面就科研平臺的開放共享提出建議。聯盟的作用在于從全局考慮科學界對各領域研究基礎設施的需要,一定程度上制衡CNRS、CEA 的絕對主導[8]。
3.2.2 設施運行模式
法國重大科技基礎設施基本屬于政府所有、政府運行的國有國管模式,受國家部委直接領導的國立科研機構代表政府管理設施。但這并不代表管理模式的單一,法國兩大國立科研機構根據設施的性質不同,采取相對多元的管理模式。法國重大科技基礎設施的性質分為法人與非法人單位,其中,多國共建設施基本都是法人單位,而單獨建設的設施也是以法人單位為主,在性質上有民事公司、經濟利益團體和社會利益團體之分,非法人單位則包括聯合研究單元和聯合研究支撐單元。(1)民事公司。法國太陽同步輻射光源(SOLEIL)是典型的民事公司,由CNRS 和CEA 分別持股72%和28%[16],公司決策由董事會投票決定,而董事會成員由CNRS和CEA 各派3 位代表組成,均為機構內負責大型研究基礎設施的主任或相關研究所所長。與此同時,提供部分資金的地方政府作為公司的合作伙伴角色存在。該公司聘用了350 多名工作人員[16]。(2)經濟利益團體。法國國家重離子加速器(GANIL)由CNRS 和CEA 共同管理,GANIL 的主任與副主任由2 個機構分別派人擔任,每5 年輪換一次。(3)聯合研究單元。法國中子束反應堆(Orphée)所在的法國萊昂·布里淵(LLB)實驗室是CEA 和CNRS 共建的聯合實驗室[17],不具備法人資格,由CEA 和CNRS 雙方共同提供資金、派駐人員,共同商議實驗室運行事宜[8]。
法國重大科技基礎設施從投資建設到管理運行都充分體現國立科研機構的主導作用。與美國較典型的國家所有、委托管理(GOCO)模式不同,法國重大科技基礎設施基本都由國立科研機構發起、投資建設和管理運行,其優勢在于:(1)立場統一,便于從全局眼光布局設施,減少重復建設,并通過對設施路線圖的定期更新更好地把握設施的建設、運行和調整情況;(2)政策與支持延續,政府對設施的投入穩定持續,不因利益集團間的博弈而出現動蕩;(3)管理形式仍具有多元性,根據設施的特性以公司法人、社團法人、非法人研究單元等形式進行管理,提高了設施的運行效率。然而,法國對設施的管理也有不足之處,主要在于CEA 和CNRS兩家核心國立科研機構的權力過大,一定程度上忽略了其他機構的意見;另一方面,多頭管理和缺乏系統評估不利于提升設施產出。
法國重大科技基礎設施的建設模式是集群化、園區化發展,不同于新建園區從零開始規劃,而是在長期發展過程中由管理設施的國立科研機構牽頭,結合科學發展目標、國家戰略需求和區域產業發展需要,逐漸形成科創園區,與全球重大科技基礎設施的集群化發展趨勢不謀而合。法國重大科技基礎設施集中分布在巴黎和格勒諾布爾(以下簡稱“格勒”)等城市。巴黎作為法國絕對的中心,集聚了全國科技創新和高等教育資源,多數設施集聚于此不足為奇,而格勒作為法國東南邊陲小鎮,在二戰后尤其是20 世紀60 年代以來逐步依托重大科技基礎設施集群建設成為國際知名的科技創新中心,成為法國第二大科技創新城市和“歐洲硅谷”,其發展路徑值得關注。
法國格勒在西北部兩條河流交匯處擁有一個占地0.25 km2的科學半島[18],島上落戶了CEA、CNRS 等重要國立科研機構的分支機構,建有勞厄-朗之萬研究所高通量中子源(ILL)、歐洲同步輻射光源(ESRF)、歐洲分子生物學實驗室格勒分站(EMBL)3 個重大科技基礎設施/國際組織,圍繞設施和高校院所形成了結構生物學聯合體(PSB)和若干科技創新園區,歷時40 多年發展形成了聚焦信息通信、生物和新能源領域的重大科技基礎設施集群。
(1)勞厄-朗之萬研究所。ILL 建于1967 年,由法、德、英和其他11 個歐洲國家共同出資與管理。ILL 的高通量中子源為全世界科學家提供服務,60%用于基礎研究、40%用于應對生物學、綠色化學、材料科學、核物理和粒子物理等現代社會挑戰[19]。ILL 的建成吸引了世界各地杰出的科研人員到格勒,促進了當地國際化教育的發展,也在后續吸引了EMBL 和ESRF 與其比鄰而建。
(2)歐洲分子生物學實驗室格勒分站。歐洲分子生物學實驗室共有6 個分站,格勒分站成立于1975 年,使用ILL 的中子束來開展結構生物學研究。其主要研究活動為:開發利用X 射線和中子束的晶體結構測定方法和儀器;研究病毒和蛋白質的結構、組成和宿主-細胞之間的相互作用;開發專用于蛋白質自動表達和結晶的儀器和技術。
(3)歐洲同步輻射光源。ESRF 于1988 年開始建設,是由歐洲12 個國家投資共建的世界上首座第3 代同步輻射光源,44 條光束線用于開展物理學和生命科學領域的結構生物學、X 射線成像、聚合物結構、材料結構、電子結構和磁學、動力學和極端條件等研究。每年約有9 000 名科學家進行前沿研究[20],同時有很多制藥、化妝品、微電子等大企業在此做實驗。由于運行穩定,ESRF 成為世界上性能最好、用戶最多、發表論文最多的輻射光源[21]。
法國依托重大科技基礎設施集群建設格勒科創中心,先后經歷了初步發展期、國際化發展期和轉型發展期[7](見圖5)。

圖5 法國格勒科創中心發展歷程
4.2.1 初步發展期:國立科研機構入駐
二戰后期,諾貝爾物理學獎獲得者路易·尼爾基于格勒在電子電氣、冶金、能源等方面的科技與產業基礎,借助法國政府在巴黎以外打造優勢城市的“去中心化”領土整治歷史機遇,說服法國政府在格勒打造核能與集成電路研發基地,以滿足國家在核能和信息科技革命的戰略需求。在其大力推動下,CNRS 和CEA 先后在格勒布局了金屬物理與靜電實驗室(1946 年)、超低溫研究中心(1962 年)和格勒核研究中心(1956 年)等分支機構,CEA 接管科學半島并建設了3 座研究用核反應堆。國立科研機構的落戶和國家重大科技基礎設施的建設使格勒初步形成了“核能+電子研究”的布局。
4.2.2 國際化發展期:國際重大科技基礎設施落戶
20 世紀60 年代,借助法德兩國政府和解的機遇,路易·尼爾和德國物理學家呼吁建設了ILL,在高通量中子源的吸引下以及政府和科學家團體的努力下,國際重大科技基礎設施EMBL 和ESRF 先后于1975年和1988 年落戶格勒。光源和中子源能夠為生物學研究提供強有力的實驗支持,90 年代CNRS、CEA和格勒諾布爾第一大學共同創建了法國結構生物學研究所(IBS),致力于蛋白質結構、特征和功能的研究。隨后,ILL、EMBL、ESRF 和IBS 成立結構生物學聯合體,開展與人類疾病相關的分子研究。由此,科學半島逐漸形成了學科領域聚焦、互為優勢補充的國際重大科技基礎設施集群。法意半導體前身特種集成電路研究與制造公司(1972 年)、施耐德電氣(1992 年)等著名企業也在格勒誕生。
4.2.3 轉型發展期:科技創新園區發展
進入21 世紀后,法國為提振經濟與應對未來挑戰,優先研究領域轉變為新能源、健康和納米技術,并實施競爭力集群計劃與未來投資計劃大力推進產學研主體的協同創新。格勒依托重大科技基礎設施和產學研主體的通力合作,在科學半島上成立了多個創新園區,打造從基礎研究、教育培訓、成果轉化到產品研發的完整創新價值鏈,成為歐洲領先的科創中心。2005 年,CEA 電子與信息技術實驗室(CEA-LETI)、格勒國立理工學院和地方政府共同出資成立微納米技術創新園(MINATEC);2009 年,三大國際重大科技基礎設施ESRF、ILL、EMBL 和CEA、CNRS 以及當地3 所著名大學等8 個機構共同成立格勒先進新技術創新園(GIANT);2010 年,ESRF、ILL、EMBL 及其伙伴機構成立重大科技基礎設施共享園區歐洲光子與中子科技園(EPN)(見圖6)。

圖6 法國格勒GIANT 園區布局
轉型后的格勒中,僅GIANT 園區內就有40 多家企業、1 萬名科研人員和1 萬名學生,年接待國際訪問人數9 000 人,年產出論文7 000 篇、申請專利700 件,年經濟效益達41 億歐元[18]。
法國依托重大科技基礎設施建成格勒科創中心得益于以下幾方面:(1)戰略科學家乘勢而為。路易·尼爾及一批優秀科學家把握國家發展重大機遇,推動政府在格勒布局科研機構和重大科技基礎設施。(2)國立科研機構持續貫徹國家意志并發揮主導作用。CEA 作為科學半島的土地所有者和大型設施的管理者,在國家戰略的指導下,在格勒積極建設和引進設施,規劃科技創新園區、轉型研究方向。(3)重大科技基礎設施聚焦重點方向形成優勢互補。格勒并不盲目引進與建設大型設施,而是圍繞光源和中子源兩大設施聚焦物理學和生命科學研究,同時合理促進學科交叉與融合,促成結構生物學這一新興學科分化。(4)園區生態建設開放創新。大型設施及其衍生研究聯盟共享EPN 園區,科學家在集中的空間大量開展合作與研討交流,形成了類似俱樂部的開放創新氛圍。GIANT 園區利用孵化器和商學院等力量向入駐企業提供技術轉移、項目咨詢等服務,打通創新鏈條。
(1)在新一輪科技革命和產業變革下,法國重大科技基礎設施涉及的學科范圍持續擴大、跨領域特征日趨明顯,以應對全球共同挑戰為目的的能源轉型、數據管理和生物健康研究成為關注焦點。(2)受歷史原因影響,大型設施依然以核物理、天體物理、材料等傳統領域為主且數量相對穩定;出于用戶需要和數據互連的發展,設施類型越來越多地向多點分布、虛擬的網絡平臺式軟設施發展。(3)以核心國立科研機構為設施主要管理機構、并根據設施不同性質采用多元管理模式的做法行之有效,但也存在權力過大缺乏制衡等問題。(4)重大科技基礎設施的集群效應在長時間周期、穩定政策環境、開放創新生態的作用下不斷凸顯,在科創中心的建設中發揮基礎性的作用。
(1)國家統籌布局、總體規劃。面向未來挑戰、面向科技自立自強最緊迫戰略需求重點規劃重大科技基礎設施,在國家層面對領域、地域進行整體布局。制定設施發展路線圖,統計掌握全國設施擬建與建設情況,鼓勵地方聯合共建,試點區域內鄰近城市聯合共建,防止低水平重復建設和無序競爭。
(2)提高設施使用效能,促進可持續發展。全生命周期規劃設施的利用,重視對設施的可持續管理,根據國家戰略目標與全球重大挑戰的演變支持戰略領域設施的升級改造,提前做好設施退役再利用方案。改善重建設、輕應用的問題,提升現有設施的運行效能和使用水平,提高設施服務科研人員與企業的質量,擴大設施的科學產出及經濟社會溢出效益。
(3)拓展管理模式,提高管理靈活性。重大科技基礎設施在以科研機構與高校為法人依托單位進行管理時能很好地體現國家意志,但在經費使用、人員評價等方面受到較多限制,可針對設施的不同性質探索更為多元的管理模式,包括但不限于企業化管理、委托合同管理、院地合作管理等,通過體制機制創新煥發設施活力。
(4)對內協同創新,對外開放創新。加強大局意識宣傳,推進設施聯盟建設,鼓勵科研機構、高校與產業界圍繞設施集群與聯盟精誠合作,摒棄本位意識,真正實現協同創新。加大設施的對外開放程度,提高國際專家比例與國際研討頻次,吸引海外頂尖科學家與一線工程技術人才,在大國博弈、國與國競爭激烈的當下以重大科技基礎設施為國際合作的紐帶持續對外開放創新,贏得國際聲譽。