大科學裝置產業化集群發展模式與路徑研究
——以廣東為例

吳幸雷,鄔亞男,周 慊,陳 敏,蔡昱旻

(廣東省生產力促進中心,廣東 廣州 510075)

0 引言

大科學裝置也稱為國家重大科技基礎設施,一般指通過較大規模投入和工程建設來完成,建成后通過長期穩定運行和持續的科學技術活動,實現重要科學技術目標的大型設施[1]。國家大科學裝置是掌握國家戰略必爭領域的關鍵核心技術、搶占科技創新戰略制高點、破解經濟社會發展科技難題、提升自主創新能力特別是原始創新能力的核心支撐。大科學裝置的出現是科學發展的一個重要特征,在推動自然科學研究和高新技術產業發展方面起到重要作用,是現代科學技術諸多領域取得突破的必要條件,是眾多高新技術的源泉和高新技術產業的搖籃。廣東正在推進建設大灣區綜合性國家科學中心,研究廣東大科學裝置集群建設現狀具有重要意義,能為其他地區開展管理實踐提供借鑒參考。

1 文綜綜述

當前,學術界對大科學裝置的定義內涵和功能定位的研究比較成熟,普遍認為大科學裝置是一種重大科研基礎設施,適用于探索未知世界和發現自然規律的科學研究系統,是推動技術變革、突破科學前沿和解決重大科技問題的重要手段與工具。相關研究如下:

1.1 大科學裝置功能定位研究

按照不同用途將其分為3類[2-3]:①專用設施,為特定學科領域的重大科學技術目標而建設的研究裝置,例如北京正負電子對撞機、高海拔宇宙線觀測站等。這類專用設施研究目標和研究內容比較明確,研究對象復雜,用戶群體穩定集中,開展技術研究比較前沿。②公共實驗平臺,這類設施主要為多學科領域基礎研究和應用研究提供平臺支撐,例如中國(東莞)散裂中子源、上海光源裝置等,這類裝置能為多個科學領域提供試驗平臺與測試工具,為基礎科學研究提供關鍵技術支撐,例如中國遙感衛星地面站、長短波授時系統等,這類設施能滿足用戶的基本科研需求,提供全方位科技創新服務。③公益基礎設施,旨在為經濟社會發展服務,為國家和地區公益事業提供數據信息支持,主要特點是非營利性和公益性。

1.2 大科學裝置發展模式和運營評價研究

張晶晶等[4]提出涵蓋大科學裝置“投入—轉化—產出”全過程評價指標體系,并以同步輻射光源為例構建光源的根定義及概念模型,對裝置的運營績效進行評價。華盾等[5]對俄羅斯大科學裝置模式進行研究,梳理其政策沿革、建設歷程和最新進展,總結出俄羅斯大科學裝置建設模式。李憲振等[6]對法國勞厄-郎之萬中子研究所和歐洲同步輻射光源兩個大科學裝置進行研究,從共同管理、理事會管理、裝置改造升級、產業化發展等方面,總結建設發展經驗。

1.3 大科學裝置推動技術創新研究

裴曉紅[7]提出原始性創新是通過重大理論突破實現原創成果創新,這得益于重大科學發現獲取新的知識經驗。也有學者基于技術創新價值生成視角,認為技術資源共享、共用、互補的同步效果融合,能促進發揮大科學裝置集群協同效應[8]。大科學裝置能解決產業發展中存在的共性技術問題,通過知識信息共享形成知識協同,進而在交叉科學平臺上實現學科交叉作用。共享互補機制和原始創新機制使得大科學裝置在建設和運營過程中會對地方產業產生帶動作用,甚至從裝置設施零部件采購階段就與供應商共同開發、聯合生產,進而推動周邊裝備制造業集群化發展。在大科學裝置運行過程中,更是將科研成果成果轉化到產業發展中,把技術創新作為提高生產效率和產品質量的有效手段,從而帶動產業轉型與升級發展[9]。

1.4 大科學裝置產業化研究

大科學裝置產業化集群發展本質是大科學裝置的開放創新。Chesbrough[10]對開放創新進行研究,提出開放創新是創新主體利用外部創新資源和產業化資源的過程。大科學裝置產業化應用需要開放創新,將平臺資源對全社會開放共享。作為知識創造的重要工具,大科學裝置能為外部提供知識和技術,提供將技術資源進行轉化的服務,這些轉化過程為開放創新。開放創新包括多個階段,大科學裝置開放創新體現為將實驗結果轉化為論文、專利、產品的過程。大科學裝置推動科技成果轉化研究方面,蔣健湘等[11]認為其是將具有實用價值的高校科技成果進行實際運用并產生經濟效益和社會效益的過程;王先慶等[12]則指出科技成果轉化以原始創新成果為出發點,經過技術轉化和產品市場化,獲得經濟社會效益。

2 廣東大科學裝置集群發展現狀

目前,對于廣東大科學裝置研究主要集中在支撐地方產業發展、推動經濟社會發展方面。例如,梁永福等[13]以廣東建設大科學中心為例,研究大科學裝置集群協同創新與產業帶動效應,并提出發揮協同創新效應、帶動全省產業創新發展的對策建議。有研究對美英管理大科學裝置運營經驗進行總結,提出廣東應建立多類型、多功能的大科學裝置運行體制,實施以散裂中子源為中心的實驗室創新平臺發展政策,制定促進產學研共同使用大科學裝置的政策等。但是,對于廣東大科學裝置產業化模式的研究還相對薄弱,對發展現狀和問題研究有待深化。經過調研發現,廣東已成為國內擁有建成、在建或擬建大科學裝置最多的省份,這些大科學裝置在人才匯聚、技術突破、創新應用等方面發揮出重要引領帶動作用。

2.1 主要特征及成效

2.1.1 大科學裝置主要分布在珠江三角洲地區

已建成裝置主要集中在廣州、深圳、東莞、惠州等珠江三角洲地區,其他地區尚未布局。主要原因是珠江三角洲地區經濟發達,在基礎研究、技術創新、成果轉化和創新環境方面優勢明顯,具備承接大科學裝置的基本條件與要求。大科學裝置集聚在珠三角地區,有利于進一步增進民生福祉和社會福利,提升全民科學文化素質,產生廣泛的社會影響力。

2.1.2 大科學裝置集聚一批高層次創新人才團隊

廣東依托大科學裝置建設,聚集一批基礎和應用基礎研究領域的創新人才,形成結構多元化、創新能力互補的隊伍,形成高水平創新人才高地,進一步增強科研實力。如依托大亞灣中微子實驗,吸引全球多個國家和地區研究機構及大學科研人員參與項目研究,在國內開創了國家、地區與企業共同支持,國際聯合的基礎科學研究的先河。例如,東莞依托中國散裂中子源,吸引松山湖材料實驗室、東莞材料基因研究院等高水平高校院所落戶,并聚集多名頂尖人才常駐東莞開展創新活動,培養出中子應用、譜儀設計等方面的頂尖人才落戶東莞開展科技創新活動。

2.1.3 基于大科學裝置的重大科研成果成效逐步顯現

從已建成的大科學裝置來看,廣東已有部分大科學裝置取得重要標志性科研成果。例如,深圳大亞灣中微子實驗于2012年3月成功發現一種新的中微子振蕩,并測量出其振蕩幾率,該成果入選美國《科學》雜志2012年度全球十大科學突破、2012年度國際國內十大科技新聞等。例如開發新型汽車電池是一個艱難的過程,散裂中子源技術利用中子束穿透物體時的衰減情況,顯示某些物體內部結構的技術,推動新型汽車電池研發。

2.1.4 公共實驗平臺型大科學裝置具有多領域交叉特征

平臺型大科學裝置存在著學科交叉“干涉效應”,涵蓋物理學、化學、能源、材料、生命科學、地球系統與環境、粒子物理與核物理、工程技術等重點領域,多維度、多尺度、多參量下的多學科交叉研究成為主流,其學科分類一致性、關聯的密切程度,以及地理位置的臨近程度在世界范圍內尚不多見,初步形成廣東地方特色鮮明、多學科交叉融合、技術引領性強的大科學裝置集群,將為多學科交叉前沿研究和高技術產業化提供強有力支撐,成為廣東建設科創中心的核心單元。

2.2 存在的問題

廣東大科學裝置發展處于初級階段,地方政府對大科學裝置產業化的管理和經驗尚不成熟,政策扶持可持續性不強,這成為改進的主要方向。主要問題表現為:①大科學裝置建設統籌協調力度不夠,目前廣東各地大科學裝置建設基本各自為政,導致資源相對分散、碎片化趨勢突出,迫切需要成立高規格的領導小組,加大統籌協調力度,促進共建共享。②大科學裝置建設推進力度不夠。目前,除深圳大亞灣中微子試驗站已建成并取得實驗成果、中國(東莞)散裂中子源已建成投入開放運行以外,其他大科學裝置基本都處于在建甚至籌建階段,部分裝置在選址、供地、可行性論證、七通一平、環評等方面進度較慢。③大科學裝置的頂層設計和系統規劃不完善。大科學裝置要發揮支撐和引領作用,必須有完善的基礎設施配套,但是目前大科學裝置周邊的科研力量、研發機構、服務平臺以及產業園建設都缺乏超前布局和謀劃,基礎條件和環境支持等保障不充分。

3 廣東大科學裝置集群建設的主要模式

廣東大科學裝置產業化途徑多樣、參與主體眾多、科技含量高、涉及產業鏈長,依托大科學裝置進行產業化過程比傳統的科技成果轉化過程更加復雜。推動產業化的主體有政府相關部門、科研機構、企業、金融機構等多方主體,這些主體能補齊大科學裝置與產業發展之間的鴻溝,促進產業化發展,幫助形成從基礎研究到原始創新再到產業發展的完整鏈條。

3.1 校企合作模式

大學和企業利用大科學裝置開展合作,是大科學裝置作為研究工具的重要體現。在這一模式下,由于企業缺乏相應水平的研發能力,需借助大學科研優勢對自身產品進行技術升級。大學、企業在合作平臺交流引導下,雙方簽訂合作協議[14]。大學科研人員在大科學裝置實驗過程中獲取技術成果,交由企業實現產業化發展。如中國(東莞)散裂中子源與高校建立合作關系,由高校負責人才引進,設立中子散射培訓班,企業聘請專業人才開展中子散射研究工作,具備一線實驗經驗的技術人才成為高校參與產業化的主要方式之一。

3.2 企業自主模式

大科學裝置建設過程中積極引入企業資本,建成后企業成為使用方。在企業自主轉化過程中,形成以政府資金為主、創始者和天使投資為輔的模式,企業依靠自身強大的研發實力和資金保障,直接向大科學裝置申請技術研發,自主完成技術成果產業化應用。在大科學裝置產業化進程中設立產業基金、天使基金、創投基金等,地方政府委托國有企業投入啟動資金,引入社會資本參與資金運營發展,進而解決前期階段的融資難題。

3.3 產業平臺模式

創新平臺是技術成果推廣的重要橋梁,能有效整合企業、高校、科研院所的創新資源,推進成果產業化。產業平臺類大科學裝置是原始創新成果的轉化平臺,能為高校科研機構和企業提供中試實驗條件,為國內外客戶提供實驗儀器工具。同時,大科學裝置吸引相關領域的研究人員聚集于此,提供合作交流機會。例如,東莞成功引進松山湖材料實驗室、東莞材料基因研究院等,為散裂中子源和部分企業之間提供一個對接平臺、產業化研發平臺和成果展示平臺。

3.4 聯合開發模式

為解決創新成果到技術應用的“最后一公里”問題,大科學裝置運營主體通過聯合建設實驗室和研發中心,加速基礎研究成果產業化。同時,引進企業資源共同參與譜儀建設,建成后構建聯合實驗室、新型研發機構、研發中心等產業化載體,推進技術成果產業化。例如,東莞理工學院與中國科學院高能物理研究所聯合建設聯合實驗室,主要研究領域涉及中子探測與快電子技術、源機電技術、先進材料等。聯合實驗室能有效整合雙方創新資源優勢,為中國(東莞)散裂中子源建設提供技術研發配套和支持,進而推動高校和企業技術進步。同時,聯合實驗室引進有國外大科學裝置工作經驗的科學家,提供良好的工作平臺。通過這種模式,能形成以科學家為主體,以專門的創新平臺為支撐,推動共性技術研發和產業化。

3.5 科學城產業化模式

圍繞大科學裝置建立區域科學城,引進高校、科研機構、企業、金融機構等創新主體到科學城開展研發活動,形成“基礎研究-技術創新-成果轉化-科技金融”的創新鏈。例如,為加快中國(東莞)散裂中子源相關成果的產業化發展,東莞圍繞CSNS項目,規劃建設近100km2的松山湖科學城,該科學城于2020年7月同深圳光明科學城一起被國家發改委批復為“粵港澳大灣區綜合性國家科學中心(先行啟動區)”。目前,東莞圍繞散裂中子源周邊規劃了原始創新-大科學裝置區、科研機構聚集區、產業孵化區等多個區域,如表1所示。

表1 廣東大科學裝置集群建設的主要模式、基本特征及典型案例

大科學裝置集群是一種新型創新組織形式。廣東把培育集群效應明顯、學科交叉融合的大科學裝置作為提高科技創新管理能力的重要手段,采用校企合作模式、企業自主模式、產業平臺模式、聯合開發模式和科學城產業化模式來推動成果產業化。這個過程可以總結為原始技術創新、技術共享公用和技術產業化3個部分。首先依托大科學裝置平臺帶來相關技術的突破與創新,并把這些技術成果轉化到相關產業的生產過程中,從而使得相關產業得到升級發展,形成產業協同創新效應,如圖1所示。

圖1 廣東大科學裝置產業化模式與路徑

4 結論與建議

4.1 研究結論

第一,廣東大科學裝置主要分布在珠江三角洲地區,廣東大科學裝置集聚一批高層次創新人才團隊,基于大科學裝置的重大科研成果成效逐步顯現,公共實驗平臺型大科學裝置具有多領域交叉特征等。

第二,廣東大科學裝置產業化模式分為校企合作模式、企業自主模式、產業平臺模式、聯合開發模式和科學城產業化模式,產業化路徑分為原始技術創新、技術共享公用和技術產業化3個環節。

第三,廣東大科學裝置集群產業化是個動態系統過程,由客戶使用大科學裝置工具載體進行基礎和應用基礎研究形成一系列新技術,并將技術與市場需求相結合,推動產業應用與發展,形成區域創新和產業鏈條。

4.2 建議

第一,成立產業化部門,提供成果轉移轉化服務。結合大科學裝置運營現狀及特點,成立專門的產業化部門進行宣傳與引導。該部門可定期面向企業、高校開辦科普講座和技術培訓,并公布最新科研成果及企業需求信息,加強高校、企業對大科學裝置應用及相關技術的了解。該部門要為技術成果所有者提供技術轉移和成果對接服務,引導需求企業與成果所有者對接,促進技術成果轉移,也要建立完善成果等級、篩選、發布、推廣和定價等轉移運作流程規范。為初創、中小企業提供必要的孵化服務,包含一系列融資、法律和會計等產業化配套咨詢服務,定期組織由科學家、企業研發人員、技術轉讓專家和風險投資機構組成交流平臺,為關聯企業盡快上市提供保障。

第二,引導企業共建產業化譜儀及相關實驗室,為集群化發展提供強有力的硬件支撐。企業是大科學裝置成果的最終使用方,應積極引導關聯企業參與譜儀、實驗室、科研機構等建設。提高大科學裝置管理能力,增加高校和企業對共建譜儀及相關實驗室的使用時間,提高高校、企業共建投資意愿。減免企業、高校部分共建譜儀或實驗室維護、管理費用,鼓勵企業、高校吸引社會資本投資。

第三,加大高端科研人才引進和培養力度,打造專業化科研人才隊伍。當前,國際科技競爭日益激烈,促使大量華人科學家和留學人員回國發展,建議通過制定、設立大科學裝置中長期基礎研究項目與資助計劃,面向國內外招標,吸引世界一流科學家、全球頂尖科研機構和實驗室入駐,圍繞大科學裝置精準引進一批國際頂尖科研人才團隊,進一步壯大基礎研究人才隊伍。采用“工程建設、項目培養、傳幫帶、國際合作”等形式,加強對大科學裝置相關領域青年科研人才的培養,提升其科研水平,著力培養一批基礎研究領域的“生力軍”。

第四,不斷拓展對外科技合作,穩步提升廣東大科學裝置建設與研究水平。要有計劃有重點地發展大科學裝置所涉及的關鍵領域和重點方向,積極參加國際大科學項目,加強與發達國家在基礎研究領域的合作,重點學習借鑒其在大科學裝置工程建設、技術研發、應用研究、人才培養、成果推廣和產業化發展等方面的成功經驗,提升廣東大科學裝置建設及應用研究水平;同時以引領國際水平的大科學裝置吸引國際科研人才共享設施,實施更高水平的對外開放,集聚國際創新要素。大力引進國外機構和科研團隊參與在建和籌建的大科學裝置項目,集聚全球頂尖科研創新資源,產出一批具有國際影響力的重大引領性標志成果。

第五,加大對產業合作的政策扶持,激發各方合作積極性。地方政府應加強頂層設計,探索設立“大科學裝置-高校院所-企業”合作專項基金,將創新鏈的各大重要主體相連接,以少量且必要的研發資金投入,鼓勵大科學裝置產出的科研成果向高校院所轉移,由高校院所將成果進一步推向實際應用并轉讓給企業,再由企業將成果進行產業化,以企業產值和稅收等形式反哺社會,從而形成完整的良性循環創新鏈,進而推動科技創新,助力粵港澳大灣區綜合性國家科學中心建設。