大科學裝置共建共享及其對區域一體化的影響
——以長三角為例

程曉舫，唐 磊，夏依林

（1.中國科學技術大學科技哲學部；2.中國科學技術大學管理學院，安徽合肥 230026）

1 研究背景

當前，全球經濟呈現“L”型增長走勢，國內經濟局勢從高速增長轉向中高速增長，處于爬坡升級、“羽化為蝶”的關鍵時期。當傳統意義上推動經濟發展的“三駕馬車”——投資、消費、出口呈現出困局時，科技創新和科技成果轉化作為科技興企的內生動力，實體經濟寄期望于科技發展為經濟注入新活力。

區域一體化是當今世界最具活力的經濟現象之一，它是一個多維度的空間現象，也是一個多學科參與的科學問題［1］。區域一體化不僅是一個經濟學概念，經濟、科技、人文、產業、制度等全方位的一體化才是實現區域協調發展的必然趨勢。長三角城市群是目前中國體量最大、發展迅猛且區域優勢十分明顯的城市綜合體［2］。2018 年11 月，長三角區域一體化正式上升為國家戰略，且在該區域內有兩個綜合性國家科學中心，集聚了10 余個大科學裝置（以下簡稱“裝置”）。如果從長三角區域一體化的戰略高度來統籌協調大科學裝置的建設、運營和維護，就能使得裝置的規劃布局更加科學合理，整體功能應用更加符合地方經濟和社會發展的需求。

科技創新是新世紀全球發展的主旋律，建立科技基礎條件平臺是國家科技創新體系建設的重要內容。大科學裝置作為國家和地方科技基礎條件平臺的重要組成部分，既是開展前沿領域研究、探索自然規律的重大科技基礎設施，也是推動社會經濟發展和原始創新的國之利器［3］。中科院大科學裝置發展戰略研究小組最早明確了大科學裝置的概念，即通過較大規模投入和工程建設來完成，建成后通過長期的穩定運行和持續的科技活動，實現重要科學技術目標的大型設施［4］。“大科學”命題的提出試圖解決多學科之間長期難以交叉的困境，即迫切需要尋找學科交叉的運行方式和載體。因此，從學科交叉性尋求突破，以區域一體化為結局，成為大科學裝置建設和運行的使命。

2 文獻綜述

學術界對大科學裝置的應用價值研究偏向于其科學特征效用的發揮。Autio 等［5］主要從知識溢出層面研究了大科學裝置的協同創新效應。Qiao 等［6］通過構建一個多案例分析模型和基于輸入側、輸出側、過程側、環境側組成的綜合分析框架，研究了大科學裝置的科學特征效應，并得出網絡效應和集聚效應是大科學裝置產生的重要科學效應，正是它們提高了中國科學活動的有效性。Lauto 等［7］認為LSRFs（大科學裝置群）政策往往凸顯出其對科技創新的溢出效應以及它們對所在區域創新系統外部協調性和連通性的貢獻，以美國能源部所屬的位于田納西州諾克斯維爾的橡樹嶺國家實驗室為樣本進行研究，發現大科學裝置群開放的制度和特征有利于學者開展跨區域性質的合作研究。國內關于大科學裝置作用于經濟社會發展的研究側重于國內外大科學裝置或綜合性國家科學中心的戰略管理、運行機制及社會價值比較等。也有學者試圖從集群化視角作分析，如梁永福等［8］通過研究大科學裝置的集群化發展趨勢及其協同創新效應，以廣東省為例，探討大科學裝置對產業鏈的帶動及作用機理；陳套等［9］運用管理學理論分析國外大科學裝置集群化特征，實證研究了大科學裝置集群效應，提出了大科學裝置集群建設的管理啟示。還有學者試圖以大科學裝置為依托，研究國內高新科技園區的管控模式，如張玲玲等［10］以美日英3 國科技管理體制為例，探討了多元分散型、高度集中型、分散與集中協調型的科技管理體制特點，并提出對東莞中子科學城發展的政策建議。縱觀學者們的現有研究，大多是從單個或多個大科學裝置本身的視角出發來探討裝置或裝置群的整體價值、發展模式、管理體制或運行方式等，而對大科學裝置在一定區域范圍內共建共享所產生的集聚效應及其對區域一體化影響的分析則較少。

自然科學與經濟社會的互動關系，一直是科學界和經濟學界共同關注的話題［11］。本文以長三角區域的大科學裝置為研究對象，建立模型演繹經濟發展和學科交叉的困局與出路，并將其進行擴展，可能會存在以下創新之處：首先通過建模探討科技進步和經濟發展的關系，進而利用模型演繹大科學裝置共建共享的運行制度比較和經濟盈利方式，最終推導區域經濟科技一體化的良性互動和循環作用。

3 長三角區域大科學裝置優化布局和分類應用思路

3.1 大科學裝置的布局和應用特征

在同一城市或區域內集聚多個大科學裝置，以發揮其集群效應和促進多學科交叉的作用，已逐步成為大科學裝置應用的新趨勢。大科學裝置群是指，多個大科學裝置通過交叉融合發揮互補優勢，達到大科學裝置和科研力量的集聚，成為依托大科學裝置集群的重大創新基地［8］。“布局合理，集中建設，加強合作”是當前及未來一定階段內中國大科學裝置的發展方針，“長遠規劃，重點發展，規范管理，多用戶服務”是發展中國大科學裝置的基本戰略［12］。大科學裝置一般選址于經濟與科技資源集聚地，在長三角地區主要集中在上海、安徽合肥兩座城市（見表1），即兩個綜合性國家科學中心所在地匯聚了更多的科技創新資源。

表1 長三角地區的國家大科學裝置

表1 （續）

在區域一體化加速發展的當下，城市間聚集度不斷提高，表現出強烈的集聚效應［13］。類似的，大科學裝置的區域布局也具有一定的集群分布特點，國際上已經建成的重要大科學裝置基地，有美國布魯克海文國家實驗室、德國電子同步加速器研究所、歐洲核子研究中心等。縱觀國內，長三角內部正在建設集聚程度最高的大科學裝置集群——上海張江光子大科學裝置群，其中包括以加速器光源為主力設施的上海光源裝置。

3.2 大科學裝置在長三角地區的優化布局和分類應用

根據中國科學院劃定的最新標準，大科學裝置按照應用目的一般可分為3 類：一是特定領域專用研究型裝置，用于探索未知領域、解決自然科學奧秘和確立中國在國際科研領域的領先地位，如北京正負電子對撞機、蘭州重離子研究裝置等；二是多領域公共實驗平臺型裝置，為多學科領域的基礎研究、應用基礎研究和應用研究服務，如上海光源、合肥同步輻射裝置等；三是一般領域公益設施型裝置，為經濟建設、社會安全及保障提供基礎服務，如中國遙感衛星地面站、長短波授時系統等。

集群化建設成功與否與大科學裝置的分布息息相關。如為基礎研究、應用研究甚至產業研究提供支撐和服務的，應在布局上優先發展公共實驗平臺，為多學科領域研究提供實驗設備支持；對于已經具備國際先進水平的學科，以及對我國經濟社會發展起根本促進作用的研究領域，應給予重點支持。如坐落于合肥“科學島”的托卡馬克受控熱核聚變裝置“東方超環”（EAST）擁有如清潔、能量巨大等特點，EAST 的建立為中國聚變工程實驗堆的設計和運行提供了依據，更為未來建造穩態、高效、安全的托卡馬克類型的聚變反應堆提供重要的工程技術和物理基礎［14］。很多科技發達國家在規劃和部署大科學裝置建設時，都會把支撐多領域及多學科研究的公共實驗裝置作為優先或突出發展的平臺。上海第三代同步輻射光源（SSRF）作為典型的公共實驗平臺代表，其應用情況也從一個角度反映了區域科技創新的資源聚集和發散程度。截至2018 年年底，上海光源已服務來自全國各地500 多家單位中的2萬多名用戶，其中來自長三角地區的用戶達到150多家，在其服務的2 400 多個課題組中，來自長三角的占比更是達到47%［15］。從研究活力、R&D 經費與當年國內生產總值(GDP)之比、科研人員數量等數據上看，長三角地區都十分突出。大科學裝置的合理布局，將加大長三角地區乃至更大地理范圍的區域合作；大科學裝置的共建共享，將帶動區域科技資源一體化聯動發展及形成科技公共服務的協同創新，加快區域一體化的進程。當前，科學研究與技術研發相互依托、協同突破的趨勢日益明顯，技術創新和產業振興的步伐也在不斷加快。合理布局與重點發展是一對矛盾的兩個方面，解決好這兩個方面的關系，就能夠加快大科學裝置的建設和發展。

3.3 大科學裝置的布局應用對科技和經濟的影響

目前，中國的大科學裝置多歸屬于國家某一部門或機構，大科學裝置的規劃及建設以部門需求為主導。其中，由中國科學院牽頭運行的大科學裝置已達到17 個，在建裝置6 個。總體上說，全社會對大科學裝置的布局，由于地方政府參與程度不夠，并沒有充分考慮大科學裝置對所在區域發揮的經濟和社會影響［3］。此外，中國的大科學裝置建設“科學本位主義”較嚴重，未能建立起依托大科學裝置的學術研究、科技創新與經濟活動之間的有效連接。轉變經濟增長方式、提高投入產出效率是實現可持續發展的必然選擇［16］，在經濟下行壓力之下，“脫實向虛”令實體經濟發展面臨更多挑戰。一方面，科技進步面臨困境：學科交叉是科技的發展趨勢，但無法落地，而大科學裝置則可能成為學科交叉的一種新的落地方式；另一方面，經濟發展遭遇困局：勞動紅利與投資績效增長乏力，全部的期望都寄托于科技創新，而大科學裝置通過科技創新資源的整合推動產學研進步，對形成新的經濟增長動力具備一定價值。

那么，大科學裝置是如何影響科技進步和經濟發展，其集群化建設及地區內部的共建共享將對區域經濟和科技一體化發展產生怎樣的影響？下面的模型演繹將得到一些啟發。

4 大科學裝置共建共享和分類應用對區域一體化影響的建模研究

4.1 模型的建立

將自然資源劃分為可再生資源和非再生資源兩種類型，農業經濟社會依托的是可再生資源，工業經濟社會依托的是非再生資源。分別設可再生資源和非再生資源在供需平衡下借助制度x的建立與不斷調整，實現勞動t改善生活質量k的目的，可建立如下的模型［17］：

對式（1）進行全微分，可以得到

其中，關于勞動的偏微分具有勞動改善生活質量的內涵表達，建立模型如下：

4.2 經濟發展與學科交叉現狀

4.2.1 當前經濟發展的困局

在數學上可以對經濟做關于資源Ai（i=0,1）對勞動t的函數，稱之為經濟活動對經濟做關于生活質量k對資源Ai（i=0,1）的函數，稱之為科技活動構建模型如下：

我們發現，當對t取無窮大極限時，無論是農業經濟還是工業經濟，無論選擇勞動促進還是投資促進，所表現出的經濟活動收益最終都趨向于零。經濟發展的困局也恰恰印證了近些年實體經濟普遍陷入低迷，進入到“L”型增長狀態的描述。

4.2.2 當前學科交叉的困局

繼續對經濟做關于生活質量k對于Ai（i=0,1）的函數，稱之為科技活動。構建模型如下：

中國經濟發展已經進入新常態，經濟增長必須從過去的重投入、輕效率的粗放型驅動模式向創新驅動轉變，而科技創新對經濟發展支撐作用的總體效率正在以較快的速度提高［18］。走出學科交叉困境是科技創新的前提，因此要將合理應用和功能劃分兩項措施并舉，實現大科學裝置既共建共管共享，又分類實施應用。

4.2.3 經濟發展和學科交叉融合進步

因此，實現產學研結合迫切需要依靠科技創新，亦即式（7）中于經濟發展有用的知識產權為了實現經濟和科技活動的區域一體化，要走虛實結合之路，即首先要從“虛”的角度廣泛開展區域內高校、科研機構等合作，通過建立區域內高校和科研機構合作聯盟，解決建設經費少、多學科合作、項目捆合爭取經費等問題；再從“實”的角度建立大科學裝置的區域聯盟，其有初始建設經費多、服務多學科的優勢，但也存在運行過程中需要源源不斷的資金和人力物力資源等投入，因此未來需要通過共建共享來解決“運行背負擔”的問題，實現大科學裝置通過作用于高校、科研機構和企業的產學研結合，以產品生產和知識產權收入反哺于裝置的運行和維護。

下面就大科學裝置在共建共享過程中運行經費的分解方式和對經濟社會的盈利價值比較，結合前文對裝置優化布局和分類應用模式的分析，進行數學化描述。

4.3 大科學裝置共建共享的運行制度比較和經濟盈利方式

4.3.1 大科學裝置分類應用的模型演繹

科學技術是第一生產力，有著下述體現：

即知識體系是經濟體系的基礎。得到下面數學演繹的支持：

我們繼續沿用中科院劃分的標準，定義大科學裝置為3 種類型。資源改善生活質量的模型描述了在區域一體化過程中大科學裝置的共建共享和應用，演繹模型形式如下：

在式（10）中：x作為制度因素主要衡量一個大科學裝置的運行制度是否完善，表示裝置的運行制度完善，將一直沿用政府財政投入的模式，表示裝置的運行制度可能存在不足，未來需要逐步由企業、高校、科研院所等主體承擔接續運行費用；t作為勞動因素用來衡量大科學裝置的勞動產出對經濟社會盈利的方式，表示裝置的運行會產生較為直接的經濟社會價值，表示裝置的運行會產生較為間接的經濟社會價值。對于即由政府財政來投入運行和日常維護的，這類大科學裝置一般會產生直接的經濟社會價值（即，因此且情形的大科學裝置應用模式并不存在，予以略去。式（10）中另3 種x和t的符號組合方式則分別對應于中國科學院劃分的3 類大科學裝置。

4.3.2 大科學裝置運行費用分擔對區域一體化的影響

為了實現政府、高校、科研機構、企業對大科學裝置的共建共享，則必須從區域一體化角度對裝置運營投入的主體予以進一步細分。基于區域一體化的大科學裝置運行費用分擔機制如圖1 所示。

圖1 基于區域一體化的大科學裝置運行費用分擔機制

特定領域專用研究型裝置作為應用于科學技術前沿領域的載體，需要政府牽頭投入長期的物力、人力、財力等；多領域公共實驗平臺型裝置的投入運營可采取國家項目支持和企業集團資金注入的模式，短期內由國家投入建設，而后期的維護和運營則可以發揮科創龍頭企業如華為技術有限公司1）的巨大資本和研發投入優勢；一般領域公共設施型裝置的投入運營可采取地方財政投入和行業集資支持模式，這些裝置可由一定區域范圍內的地方政府牽頭設立扶持高層次科技人才團隊創新創業基金的模式，面向各類科技創新中小企業、高校及科研院所，通過企業眾籌和設立股權激勵等模式開發投入運營，如中金上海長三角科創發展大基金2）。因此，大科學裝置的開發和利用，不僅要政府加大財政資金投入力度，更要鼓勵企業、科研機構等其他來源的資金渠道，努力形成多元化的投入格局；反之，從大科學裝置中產生的科研成果向企業的轉移轉化過程將產生更多的經濟社會效益，由此形成區域內經濟和科技一體化的良性互動和循環。

4.4 小結

大科學裝置作為腦力勞動形式的一種承載，有助于打破學科間的壁壘，為多學科交叉性研究提供先進的實驗平臺；高科技產業孵化平臺和科技成果研發、轉化基地則給科技型中小企業提供與大科學裝置平臺及機構進行互動交流的舞臺。在大科學裝置運行過程中，通過科技型中小企業，可以將高校及科研院所工作者產出的腦力勞動迅速轉化為實體經濟的體力勞動，有利于解決腦力勞動和體力勞動轉化之間的障礙壁壘，并通過實體企業眾籌、行業集資建設來反哺大科學裝置的運營和維護成本。因此，大科學裝置的共建共享和應用并非是單向發生的，而是輻射至一定區域范圍內的經濟、科技、產業、人文等各個領域，為區域一體化的發展提供著源源不斷的動力。

5 政策建議

隨著《長江三角洲區域一體化發展規劃綱要》的正式印發，如今長三角一體化已進入到實質性推進階段，而大科學裝置作為區域科技公共服務資源，對推動科技和經濟一體化聯動及協同創新發展的影響作用也越來越大。因此，大科學裝置的建設、運營和維護應從以下幾個方面予以重點加強：

一是健全管理體制、服務戰略大局。建立健全規劃動態調整機制，制定符合大科學裝置特點和發展規律的管理辦法，加強裝置運行整體評價和拓寬行業互評機制。完善裝置建設配套政策措施，鼓勵地方政府在土地、資金、人才等方面出臺相關政策，形成共同支持裝置發展的良好局面。突出大科學裝置規劃建設的戰略性和分類施策效果，既要瞄準探索未知世界和發現自然規律的科技發展前沿方向，又要聚焦影響未來經濟社會發展和國家安全的重大科技難題，強化設施建設對國家和區域重大戰略的支撐作用。

二是保障資金投入、系統合理布局。逐步建立長三角區域受益經濟行業的資金投入體系，銜接好重大科技專項等相關規劃和計劃，建立大科學裝置規劃建設的統籌協調機制，避免在相同區域內重復建設，并建立起裝置在建設階段的地方配套投入分攤機制。建立區域協同的經費支持機制，共同支持基于大科學裝置的研究開發工作。不僅要加大財政資金投入力度，更要鼓勵企業、科研院所等其他來源資金投入，形成多元化的投入格局，以大科學裝置的運營維護為切入點，深入推進產學研融合，全面提升自主創新能力。

三是共建共享應用、實現持續發展。建立長三角區域用戶參與機制，在裝置的規劃設計階段就充分考慮運行時的開放和共用，組織包括高校、科研機構及企業等用戶深入參與裝置主要技術指標的研討，并將開放和共用水平納入對裝置的評估考核之內。針對大科學裝置的基礎性、公益性特征，建立完善高效投入機制、開放共享運行機制、產學研用協同創新機制、科學協調管理機制等，提高裝置建設和運行效率，形成持續健康發展的良好局面。

只有在頂層設計上完善大科學裝置共建共享和應用機制，在實施主體上激發政府、企業、高校和科研院所及支撐服務機構的活力并形成有效合力，才能促進地區經濟效益與科技效益兩翼齊飛，進而為區域一體化高質量發展和長三角的世界級城市群建設發揮更大作用。

注釋：

1）2019 年公布的《2018 年歐盟工業研發投資排名》中，中國有438家公司上榜（躋身百強榜有11 家），其中華為公司以113 億歐元的研發投入排名中國第一、世界第五。

2）2019 年1 月19 日，中金資本設立總規模不低于100 億元的長三角科創發展基金，以股權投資方式重點對上海及長三角地區的戰略性新興產業、基礎設施和長三角經濟一體化進行布局。