顛覆性技術研發與管理資助體系：分析模型與國外實踐

趙志遠，趙筱媛，蘇 成，崔怡雯，李曼迪

（中國科學技術信息研究所，北京 100038）

“顛覆性技術”的概念最早由美國哈佛大學商學院教授克萊頓·克里斯滕森提出，是指通過創新突破、另辟蹊徑，對已有傳統或主流的技術進行顛覆性改變、革新或取代的技術，它可能是針對已有技術的突破性技術，也可能是在交叉領域新產生的技術［1-3］。顛覆性技術也被稱為“破壞性技術”，具有重大原創性、學科交叉性、非線性階躍成長性、破壞性等基本特征，一旦研發成功，會帶來產業的重大變革、國家的競爭力飛躍甚至世界格局的重塑等顛覆性結果。目前，世界主要發達國家和地區普遍將發展顛覆性技術作為提升綜合國力、科技創新力和產業競爭力的先導途徑，根據國家發展階段、戰略目標和重點領域制定了各自的戰略規劃。全球進行顛覆性技術研發的項目和設立顛覆性技術研發管理機構的國家也在不斷增加。我國高度重視顛覆性技術的發展，在國家“十三五”規劃綱要、黨的十九大報告中，都多次強調了顛覆性技術創新在科技創新中的重要作用，并且在國家層面進行顛覆性技術的戰略規劃和有組織的重點部署，以確保我國在日益劇烈的國際競爭中不落人后、力爭先機。在這一過程中，需要充分把握國外較為成熟的顛覆性技術研發管理布局的模式與經驗，這對促進我國顛覆性技術創新發展具有重要作用。

鑒此，本文從技術研發與技術管理視角構建了顛覆性技術研發與管理資助體系的分析模型，通過廣泛的文獻調研、網絡調研、專家咨詢等方式，獲取典型國家開展顛覆性技術研發管理的相關信息，對國外顛覆性技術的研發與管理資助體系進行分析研判。通過具體剖析國外典型國家和地區在顛覆性技術研發管理的整體生態體系，以及分析該體系是如何去良好運作、有效支撐運轉并達到較好效果，旨在為我國完善顛覆性技術創新研發和管理相關工作提供支撐，更好地為國家科技管理及顛覆性技術新型研發機構的培育管理提供決策參考。

1 顛覆性技術研發與管理資助分析模型的建立

1.1 模型指標來源

觀察研究任何技術的萌芽到發展，都可以從技術的研發和技術的管理兩個視角分別去看。技術研發對應的角色是科學家、工程師、教師、學者等廣大科研人員，技術研發的具體細分環節有技術預測、技術研判、技術發現、技術發展、技術爆發、技術成熟、技術完善以及技術衰落、技術終結等。技術管理對應的角色是政府管理部門、企業管理部門、院?？蒲刑帯I機構、行業協會等各級管理者，相應地，技術管理的具體細分環節有頂層規劃、技術征集、技術遴選、技術發現、技術支持、技術管理、經費管理、監督管理、技術轉移轉化轉讓以及技術出售、技術終結等。本文模型指標來源就是從研發視角和管理視角的每一個節點去深挖尋找，通過廣泛調研梳理、對比交叉分析、挖掘關系以最終確定其內涵特征。

1.2 模型層級劃分與特征選擇

參與顛覆性技術研發與管理的各個角色眾多、環節眾多，為了更好地對研究對象進行研究和表征，本文從微觀到中觀再到宏觀，將模型劃分為4 個層級：從微觀的技術，到支持技術研發的項目，到研發管理相關項目的機構，最后到設立相關機構的國家或地區。

因此，顛覆性技術研發與管理資助體系模型共分為4 層，如圖1 所示。第一層是技術（或理論、方法、專利、產品）層，該層描繪的是顛覆性技術本身或者顛覆性的理論、方法、專利、產品等對象，該描繪對象是模型中最小的分析單元，不再向下拆分為技術內部的細節、公式、推理等，該對象在模型中的位置由對象本身特征參數決定。第二層是項目（或計劃、專項、課題）層，該層描繪的是進行顛覆性技術研發的相關項目或計劃、專項、課題等對象，該描繪對象可以微觀拆分為該對象所支持的顛覆性技術群，該對象在模型中的位置由該對象所支持的顛覆性技術所有特征參數共同決定。第三層是機構（或組織、協會）層，該層描繪的是支持顛覆性技術研發的相關機構或組織、協會等對象，該描繪對象可以微觀拆分為該對象所支持的顛覆性技術項目并可繼續向下拆分，該對象在模型中的位置由該對象所支持的顛覆性技術項目所有特征參數共同決定。第四層是國家（或地區）層，該層描繪的是布局顛覆性技術研發的相關國家或地區等對象，該描繪對象可以微觀拆分為該對象管轄的支持顛覆性技術研發的相關機構并可繼續向下拆分，該對象在模型中的位置由該對象所管轄的支持顛覆性技術研發的相關機構所有特征參數共同決定。

圖1 顛覆性技術研發與管理資助體系分析模型的層級與特征

每一層都有若干特征來表征描繪本層的研究對象，特征可以有多個，本文為了更好地對研究對象在三維立體中進行可視化研究，每層取3 個特征值進行研究，在模型中的每一個維度即坐標軸都賦予一個特征值進行描述。各層之間的特征不同但又高度相關、互相影響，以顛覆性技術的破壞性特征為例，上升到項目層面則為項目對當前社會時代或科研環境影響的變革性特征，再上升到機構層面則為機構能否預見這種變革性并啟動研發這種破壞性技術的前瞻性特征，再上升到國家層面則為國家能夠研判時勢并設立相關機構進行顛覆性技術研發的戰略視野特征。

如前文所述，科學界普遍認為，顛覆性技術一般指具有破壞性、交叉性、非共識、高風險高回報等特點的技術，本文研究在技術（或理論、方法、專利、產品）層級選取描繪顛覆性技術的3 個主要特征進行分析：破壞性、學科交叉性、研發成功率；在項目（或計劃、專項、課題）層級選取描繪進行顛覆性技術研發的相關項目的3 個主要特征進行分析：變革性、領域交叉性、風險程度；在機構（或組織、協會）層級選取描繪支持顛覆性技術研發的相關機構的3 個主要特征進行分析：前瞻性、跨領域布局程度、風險容納程度；在國家（或地區）層級選取描繪布局顛覆性技術研發的相關國家的3 個主要特征進行分析：戰略視野、宏觀布局、抗風險程度。具體圖1 所示，為方便區分，用x、y、z加層級數字命名該層級特征項，例如機構層級的前瞻性特征用x3 表示。

1.3 模型構建

模型層級劃分與特征選擇確定完成后，本文進行模型構建。首先明確每一層模型構建的意義。通過構建第一層即技術層模型，可以看出不同技術點在模型中的分布，進而看出包含這些技術的項目進行、實施、完成情況；通過構建第二層即項目層模型，可以看出不同項目在模型中的分布，進而看出立項支持這些項目的機構分布、定位、布局情況；通過構建第三層即機構層模型，可以看出不同機構在模型中的分布，進而看出設立支持這些機構的國家布局、發展情況；通過構建第四層即國家層模型，可以看出不同國家在模型中的分布，進而看出全球國家的發展態勢和競爭情況。綜上，本模型可以通過每一層的特征描繪展示出更高一層的整體分布特征、意識布局等。

為了看清典型國家和地區顛覆性技術研發與管理資助的情況，本文以第三層即機構（或組織、協會）層為例，建立顛覆性技術研發與管理資助體系模型。第3 層模型可以宏觀、整體、清晰地分析各機構以何種姿態和意識研發支持顛覆性技術，把一個國家（地區）的相關機構放在該模型中，可以看出該國家在整個顛覆性技術的支持、培育、管理情況。建立坐標系如圖1 所示，其中x3、y3、z3 軸（以下簡稱“x、y、z軸”）分別是前瞻性、跨領域布局程度、風險容納程度3 個特性指標。

建立好坐標系后，下面簡要描述顛覆性技術研發與管理資助體系機構層在坐標系中的布局及代表的情況。x軸表示顛覆性技術研發機構的前瞻性，x軸從0 到正無窮表示顛覆性技術研發機構的前瞻性越來越高，一般來說，顛覆性技術研發機構的前瞻性越高，提前布局顛覆性技術研發的時機越早，在技術競爭中便具有先發優勢。y軸為顛覆性技術研發機構的跨領域布局程度，即所支持的項目所需的技術跨領域程度或組織的人才資源跨領域程度，顛覆性技術普遍具有跨領域特征，顛覆性技術的產生很多來源于技術的交叉融合，y軸從0 到正無窮表示顛覆性技術研發機構的跨領域布局程度越來越高，一般來說，跨領域布局程度高的顛覆性技術研發機構容易誕生新的顛覆性技術。z軸表示顛覆性技術研發機構的風險容納程度，主要指對支持某項顛覆性技術研發所帶來的風險的容納程度，眾所周知，顛覆性技術的風險較大，具有高風險、高回報的特點，這里的風險主要體現在研發風險、投資風險、技術轉化風險、應用孵化風險、產權保護風險等，z 軸從0 到正無窮表示顛覆性技術研發機構的風險容納程度越來越高，一般來說，顛覆性技術研發機構的風險容納程度越高，支持高風險的項目周期也會越長，成功研發顛覆性技術的概率也越高。

1.4 參數簡化規定

為了便于更直觀、方便地進行觀察研究，現對模型參數進行以下簡化規定：

（1）模型每一層的3 個參數互相獨立。對應到坐標系中，即x1、y1、z1 軸正交，x2、y2、z2 軸正交，x3、y3、z3 軸正交，x4、y4、z4 軸正交。

（2）模型中的研究對象是二維面。嚴格來說，所有研究對象在模型中都是三維立體的，但為避免遮擋重疊，便于清晰觀察和對比分析，我們一般可以找出研究對象在模型中具有較小跨度特征值的某一維度，則可以在模型中，簡化表示為，研究對象作為一個矩形垂直于該維坐標軸。

（3）模型邊界值為模型中研究對象的特征極值。對應到坐標系中，表征模型總量的大立方體的最大值并不是正無窮，最小值也不是0 或負無窮，而只是研究對象特征的最大值和最小值，需要注意的是，這里的研究對象不僅僅是某一具體問題的研究對象群體，而是全球所有研究對象的集合。

（4）研究對象在模型中只顯示與顛覆性技術相關的特征。例如，模型中只體現國家（地區）在顛覆性技術領域的戰略視野，機構跨領域布局程度、風險容納程度等只針對顛覆性技術相關的項目或計劃。

下文將重點以模型第三層為例，對美國、歐盟、日本的顛覆性技術研發與管理資助體系進行研究。

2 美國顛覆性技術研發與管理資助體系研究

美國在顛覆性技術發展方面走在最前列，投入最多、機制相對完善，其中最為突出、取得最大成功的是美國國防部高級研究計劃署（DARPA）。自1958 年成立以來，圍繞顛覆性技術從頂層制定科技規劃，支持能“改變游戲規則”的革命性、高風險、高回報研究與開發項目，取得了許多重大創新成果，如互聯網、全球衛星定位系統（GPS）、無人機、隱身技術、反導技術等。DARPA 成長并快速發展于冷戰這一特殊時期，直到今天仍在美國國防科技發展中發揮突出作用。它的成功不僅體現在它取得的成果上，還在于它所開創并確立的、經過長期實踐檢驗的管理制度，正是這一獨特的制度體系，保障了其在不斷變化和激烈競爭的科技發展環境中始終屹立潮頭、引領發展。

本文從美國全社會角度，包括政府和非政府組織對顛覆性技術的支撐，選擇了重點支持顛覆性技術研發或者部分支持顛覆性技術研發的8 家代表性機構，繪制了美國顛覆性技術研發與管理資助體系立體分布圖，如圖2 所示。通過該立體圖可更加清晰直觀地了解美國顛覆性技術研發與管理資助體系，了解美國各機構在顛覆性技術上的布局、定位及互補情況。

圖2 顛覆性技術研發與管理資助體系模型坐標圖（以美國為例）

由圖2 可見，美國各機構在顛覆性技術上的布局、定位不同，機構分布幾乎布滿整個模型框架，因此可概括為全面領先型資助體系，具體分析如下。美國國家科學基金會（NSF）是目前世界最具代表性和影響力的國家級政府科學基金資助機構,旨在支持全美學術機構的基礎研究［4］，在美國教育和研究的基礎設施建設中一直扮演重要角色［5］，偏向于風險容納程度較低的資助，風險容納程度較單一，項目有一定的跨領域程度，相較其他機構資助的典型顛覆性技術而言，前瞻性大的項目較少，但是NSF也會專門設立相應的高風險高回報項目支持的計劃，例如Raise 計劃、變革性研究計劃（TRI）等［6］，因此NSF 在整個立體分布圖中屬于偏低的位置，接近XY平面。美國國家衛生研究院（NIH）是美國國家醫學研究機構，同時代表美國聯邦政府負責管理醫學領域的科學研究計劃［7］,偏向醫學、生物、基因等領域方向，相較其他機構資助的典型顛覆性技術而言，學科跨領域布局程度較低，所研發的技術具有一定的前瞻性或者前瞻性，具有一定的風險容納程度，例如，創立探索/發展基金（R21）［6］、以高風險、高回報作為評選標準的HRHR 計劃，以及先鋒資助計劃特別看重項目成功后的巨大潛力，因此NIH 在整個立體分布圖中接近XZ平面。美國國防部高級研究計劃署（DARPA）其使命是負責“改變游戲規則”的高風險、高回報技術研發［8］，作為當前顛覆性技術研發支持比較成功的機構被廣為研究，該機構“橋梁-島嶼”結構模式［9］、“馬賽克戰”模式等被廣泛借鑒，立項時前瞻性較高，普遍支持較高風險的項目［10］，申報立項流程相對比較成熟，筆者進行了梳理，具體見圖3，同時學科跨領域布局程度較高，研究成果具有較高的前瞻性，例如GPS、無人機等，因此DARPA 在整個立體分布圖中屬于偏高的位置。美國國家宇航局（NASA）以能力為基礎的中期研發項目為定位，需要一定的學科跨領域布局程度，并且關注未來的技術可能性，風險容納程度中等，于2010 年7 月啟動了“改變游戲規則”計劃［11］，于2013 年成立了太空技術任務部（STMD），向社會廣泛投資，以發展 NASA 所不能解決的大膽的、廣泛適用的顛覆性技術［12］，因此在整個立體分布圖中處于中心的位置。美國不少機構借鑒DARPA 的成功經驗，在各自工作領域設立相關機構，美國能源高級研究計劃局（APAR-E）、生物醫學先進研發局（BARDA）所支持項目的跨領域布局程度較小，但風險容納程度較高，情報高級研究計劃局（IARPA）支持項目的跨領域布局程度較高，風險容納程度較高，但很少取得類似DARPA的前瞻性極大的成果［13］。非政府組織與政府組織相比，擁有更高的資金資助支配權，如美國X 獎基金會（XPRIZE）通過高風險的獎勵方式去鼓勵人們研究解決各種問題，如登月等；美國霍華德休斯醫學研究所（HHMI）通過資助非常杰出的科學家，長周期去研究風險較高的項目，也取得了各類優秀的成果。

圖3 美國國防部高級研究計劃署（DARPA）項目申報立項流程

3 歐洲顛覆性技術研發與管理資助體系研究

由于歐洲的一體化程度較高，經濟、教育、文化交流密切，把歐洲各國典型的顛覆性技術研發支持機構放在一起，研究整個歐洲地區的顛覆性技術研發與管理資助體系有一定的意義。

歐盟于2018 年制定了“地平線歐洲2021—2027”科研計劃，針對顛覆性技術研究設立歐洲創新理事會進行資助。2018 年1 月，法國設立專門的顛覆性創新資助機制——創新與工業基金，以服務國家戰略發展為目標，支持顛覆性創新項目與初創企業。2019 年度選定的支持領域有：人工智能醫療診斷、人工智能系統安全、網絡安全、生物制造、高密度能源存儲等。為了利用顛覆性技術帶來的創新和經濟發展的巨大潛力，2018 年，愛爾蘭內閣簽署發布了國家發展戰略——“2040 愛爾蘭計劃”（Project Ireland 2040），對愛爾蘭未來20 多年的發展作出了謀劃，并設立了顛覆性技術創新基金，主要支持人工智能、機器人、虛擬現實、先進制造等領域的顛覆性技術項目。

如圖4 所示，歐洲各有關機構在顛覆性技術上的布局、定位不同，機構分布不是很廣，重點領域有領先優勢，因此可概括為“重點領先型”資助體系，具體分析如下。位于XY平面的是類似NSF 的國家基礎科學研究支撐體系，如瑞士國家科學基金會（SNSF）［14］、法國國家科研署（ANR）［15］，此類機構支持的項目風險容納程度較低，有一定的跨領域布局程度和技術前瞻性。歐洲研究理事會（ERC）是歐盟新成立的研究基金組織，用以支持基礎研究，目的是確保歐洲對卓越研究的追求，是歐洲第一個通過項目資金支持優秀前沿科研的機構［16］，有一定的風險容納程度、跨領域布局程度、前瞻性，因此在整個立體分布圖中處于中心偏上的位置。英國研究創新署（UKRI）新成立于2018 年5 月［17］，實施“未來領袖獎學金”（FLF）、“全球挑戰研究基金”（GCRF）等五大類計劃，具有一定的風險性，也在整個立體分布圖中處于中心偏上的位置。愛爾蘭科學基金會(SFI)作為愛爾蘭最頂尖的科研資助機構，跨領域布局程度較低，風險較低，前瞻性也較低，距離原點位置較近。丹麥倫德貝克（Lundbeck）基金會作為非政府組織，支持風險較高的項目，具有一定的跨領域布局程度和前瞻性，例如設立“格雷特·倫德貝克歐洲大腦研究獎”支持神經科學研究等，類似DARPA，在整個立體分布圖中屬于偏高的位置，但較少取得類似DARPA 的前瞻性極大的成果。

圖4 歐洲顛覆性技術研發與管理資助體系立體分布

4 日本顛覆性技術研發與管理資助體系研究

日本作為亞洲發達國家，有較長的技術發展周期，與我國相鄰，對我國也有較大的參考借鑒意義，因此，本文對日本顛覆性技術研發與管理資助體系進行研究。

需要注意的是，日本采用部門分管的集中協調式的科技計劃管理模式，其科技計劃管理體制是由政府機構制定規劃，依靠方針政策的指導和行政的、法律的、經濟的干預進行計劃管理［18］。因此，對于日本進行顛覆性技術研發與管理資助部門比較單一的情況，在第三層進行研究時，研究對象雖然是機構，但是需要標注對應的相關計劃，以體現該部門在實施該計劃時的前瞻性、跨領域布局程度、風險容納程度等特征。

如圖5 所示，日本布局機構較為單一，且分布比較集中，因此可概括為“部分領先型”資助體系，具體分析如下。居于中心位置的是日本科技政策委員會/日本綜合科學技術會議（CSTP）、日本科學技術振興機構(JST)聯合實施的ImPACT 計劃。ImPACT 計劃是在日本再生戰略(2013 年6 月14 日內閣決定)和科技創新綜合戰略(2013 年6 月7 日內閣決定)的指導下，作為實現高效循環的經濟措施(2013 年12 月5 日內閣決定)中的一項，于2013 年補充預算案中確定550 億日元，并作為一般賬戶中列入固定科目。ImPAcT 計劃項目執行期限一般大約是5 年。經過簡單測算，ImPACT 計劃經費大概占到日本科技計劃經費的4%［19］。該計劃，是一個綜合性科技創新計劃，作為政府科技創新的司令塔，主要促進高風險、高沖擊性的研發活動，以實現可持續發展的創新系統［20］，風險容納程度中等偏上，具有一定的前瞻性，在整個立體分布圖中處于中心位置。2018 年，日本政府提出了更具雄心的“登月（Moonshot）”研發計劃，由日本綜合科學技術會議、科學技術振興機構、新能源產業技術綜合開發機構聯合推動，旨在實現日本首創的顛覆性研發，設定了6 項“登月”目標［21］，其支持的技術成果風險程度更高、更具技術破壞性，因此在整個立體分布圖中處于中心偏上的位置。

圖5 日本顛覆性技術研發與管理資助體系立體分布

5 典型國家（地區）顛覆性技術研發與管理資助體系整體研究

5.1 整體疊加研究

對美國、歐洲、日本顛覆性技術研發與管理資助體系立體分布圖進行疊加組合，如圖6 所示。將所有機構的輪廓描繪得出圖中頂點為A的不規則立方體，可以看出，各國在各級風險容納程度上都布局了顛覆性技術創新研發，但是真正取得突破性進展的一般是高風險、高交叉的項目，這些項目集中于A點，A點指各項特征都比較高的成熟點。各機構都不遺余力地向A點發展，力求通過高風險投入和跨領域研究取得技術突破。A點的得來是需要大量的基礎研究和專業研究做鋪墊，發展到了一定的程度，才有可能取得A點的技術突破，盲目追求A點只會建成空中樓閣，例如美國A點的爆發也得益于整個二戰期間各項研究和技術積累。同時，也可以看出，項目如果想實現一定的突破性，必須融合各領域技術，同時具有較高的風險容納程度。

圖6 典型國家（地區）顛覆性技術研發與管理資助體系整體立體分布

5.2 啟示分析

國外顛覆性技術研發與管理資助體系對我國在顛覆性技術研發與管理資助體系方面有以下幾點啟發：

（1）不同技術的交叉融合往往是孕育顛覆性技術的溫床。跨學科研究、學科交叉研究不斷地開拓出新的研究領域，孕育出顛覆性技術新的生長點和激動人心的戰略引領創新。

（2）面向顛覆性技術的科技管理要有“大格局，小身段”?！按蟾窬帧奔匆虚L遠的眼光，做好長遠的規劃，提前部署，要調動群體智慧廣泛征集，群策群力；“小身段”即要建立靈活的調整機制、快速響應世界局勢變化、技術發展階段變化等。

（3）充分學習借鑒國外通過吸引非政府組織投資、設立獎項等方式對于高風險高回報項目開展研發資助的經驗。針對顛覆性技術演進時間長、風險大、不確定性強等特點，可以考慮建立以中央財政投入為引導，地方政府資金、社會資本、單位自籌、風險投資等多元化投融資機制，引進以市場化資源配置方式支持顛覆性技術創新。

（4）建立顛覆性技術項目容錯免責機制。國外顛覆性技術研發過程成功的技術(即A點)只占極少數，針對顛覆性技術不確定性和高風險性等特點，要建立以鼓勵創新、寬容失敗、快速迭代、合理管控風險為主導的免責機制。強調基于信任的創新精神，擴大科研團隊經費使用自由度，保護原始科研人員的知識產權，營造適合創新的環境。面對客觀條件下的創新失敗應持較高程度的包容性和容忍度。

6 結論與展望

本文利用顛覆性技術的特點建立了描繪顛覆性技術及相關機構、國家（地區）的三維模型，將國外典型國家或地區在顛覆性技術創新研發與管理進行布局的機構定性映射到模型中，分析各國或地區在顛覆性技術上的布局、定位及互補情況，為我國借鑒國外優先經驗提供了一個更加直觀的方法途徑。但仍然存在以下幾點不足及需要后續研究改進之處：一是數據源方面，本文分析的數據主要來自多渠道得到的公開數據，如信息源本身對數據進行取舍公開或部分公開，會影響到立體圖的布局分布情況，進而影響分析結果，后續研究將通過擴大數據來源及篩選高質量的數據源以更加精確地進行分析研究；二是分析方法方面，本文分析主要采用了定性的分析方法，存在主觀影響因素的問題，后續研究將考慮引入定量分析方法進行綜合研究；三是指標設計與分析精度方面，本文采用了前瞻性、跨領域布局程度、風險容納程度3 個主要特性指標，沒有設計子指標，后續研究還將考慮建立更加豐富的指標體系，對顛覆性技術研發與管理資助體系進行更為立體、準確的描繪分析。