“十四五”时期江苏科技基础设施布局领域研究

2022-06-21丁小龙

天津科技 2022年6期

许丽，丁小龙

(江苏省生产力促进中心江苏南京 210042)

0 引言

科技基础设施是开展科技创新活动的重要基础，对科学研究、产业创新和社会经济发展具有重要的支撑作用。科技基础设施的战略领域布局关系到基础研究、产业创新和科技投入的各个方面，是科技基础设施规划的重要环节。“十三五”以来，江苏省聚焦国家战略和前沿科技发展需要，加强顶层设计，已初步形成了数量众多的科技基础设施体系，但还存在科技前沿领域布局不足和国家战略衔接不紧密等问题。面对“十四五”时期的新形势、新挑战和新机遇，江苏需要在新一轮全球科技竞争和战略部署中把握主动、发挥作用，支撑高质量发展，走在全国前列。本文综合国家科技基础设施重点布局领域，结合江苏现有科技基础设施领域布局情况，研究提出“十四五”时期江苏科技基础设施布局的重要领域，以期为江苏科技创新战略决策提供科学参考。

1 国际科技基础设施布局的重点领域及趋势

1.1 发达国家科技基础设施布局的重点领域

从世界发达国家科技基础设施布局来看，涵盖领域较为广泛。美国国家实验室大多是跨学科、多部门的综合性大型实验室，如橡树岭国家实验室的领域覆盖生物、化学、计算、工程、环境、物理和社会科学等，在新能源、材料领域的研究处于领跑地位。德国亥姆霍兹联合会研究机构性质类似于美国国家实验室，下属 8个研究机构的重大科技基础设施涉及核能、核科学领域、粒子物理、材料科学、物理化学、纳米科技、天文学和天体物理学等方面，为德国科技创新提供了重要支撑。近年来，发达国家在规划制定科技基础设施路线图时综合考虑当前科研背景、面临挑战、政府愿景和领域未来发展态势等因素，面向解决科学问题、支撑国家战略、提高国民经济等方面提出了科技基础设施优先布局建设的需求和重点建设的领域。以《欧洲科技基础设施战略论坛路线图2018》《英国科技基础设施路线图2016》和美国能源部《未来的科学装置——二十年前瞻》为例，欧盟、英国、美国涉及的重点领域主要分布在能源、环境、健康与食品、物理科学与工程、社会和文化创新、计算和电子基础设施6个领域[1-3](图1)。

图1 部分发达国家(地区)重大科技基础设施重点建设领域Fig.1 Key construction fields of major scientific and technological infrastructure in some developed countries(regions)

从欧盟、英国、美国布局建设的各领域科技基础设施数量可以看出，物理科学与工程、健康与食品、环境领域的科技基础设施或大科学装置受到了高度重视，其中物理科学与工程领域的数量最多，为58项，占所有领域的 1/3以上；其次是健康与食品领域、环境领域，分别为31项和30项[4](图2)。

图2 部分发达国家(地区)大科学规划(路线图)设施领域分布Fig.2 Distribution of major science planning(road map)facilities in some developed countries(regions)

1.2 发达国家科技基础设施发展的趋势

1.2.1 基础科学领域

根据中国科学院发布的《2019科学发展报告》和中国科学技术协会 2019年发布的《20个对科学发展具有导向作用、对技术和产业创新具有关键作用的前沿科学问题和工程技术难题》可以看出当前全球科技发展在基础科学领域呈现出一些新的趋势：一是前沿科技以绿色人本为主流，低碳能源、新能源汽车、绿色材料、智能制造等已成为前沿科技显著聚焦的领域，如氢能、负排放、合成生物、机器人等；二是科技创新全面系统地展开，实现突破，如无人驾驶技术涉及人工智能、车联网、计算机新算法等多个领域；三是前沿科技系统性创新推动产业领域边界的模糊化，科学理论创新与技术创新相互促进，并呈现交叉汇聚的发展态势，如数学、物理、信息科学、生物科学交叉融合等[5](表1、2)。

表1 全球科技创新前沿热点Tab.1 Frontier and hotspots of global scientific and technological innovation

表2 重大科学技术问题Tab.2 Major scientific and technological issues

1.2.2 产业创新领域

经过对部分国家权威产业报告和发展规划进行分析(表3)，发现全球产业技术发展呈现 3个重要趋势。

表3 全球各国科技规划热点领域情况Tab.3 Hot fields of science and technology planning around the world

一是信息技术、生物医药、新材料领域在较长一段时间内仍将是关注的热点。综合近期和中长期相关报告的内容，信息技术、生物医药和新材料领域的相关技术数量和关注度仍名列前茅。信息技术领域的布局在美国、中国、日本、俄罗斯、欧盟等国家和地区的中长期规划中均有体现，涉及的具体技术领域包括信息安全与管理、人工智能算法及应用、人工智能芯片及智能硬件、信息接入与新型传感器、物联网、网络接入、区块链、脑机接口、量子计算机等。生物医药领域的布局主要体现在美国、中国、俄罗斯、英国、日本、欧盟、印度等国家和地区的中长期规划中，涉及的具体技术领域包括脑及神经研究、基因编辑与合成、基于分子和细胞的早期检测、材料及耗材、精准医学、癌症治疗、远程及可穿戴医护设备、肢体和器官的再生及增强、痴呆症护理等。新材料领域的布局主要体现在美国、中国、俄罗斯、英国、日本等国家和地区的中长期规划中，涉及的具体技术领域包括新型半导体材料、超导材料、仿生和医用材料、电池材料、复合材料和塑料、可再生和可降解塑料、纳米材料、轻量化及高强结构材料、石墨烯、材料的仿真和测试技术等。

二是能源及资源、航空航天、环境等领域是未来关注的重点。能源及资源、航空航天、环境相关领域的技术出现在大多数国家的中长期相关报告中。能源及资源领域的布局主要来源于美国、中国、俄罗斯、欧盟、日本、英国、印度等国家和地区的中长期规划，涉及的具体技术领域包括催化制氢、核电及核废物处理、非常规油气及矿产开采、电池及储能、柔性和智能电网、太阳能、碳捕捉、高温超导、资源循环、太阳能、生物质资源、水管理等。航空航天领域的布局主要来源于美国、俄罗斯、中国、英国等国家的中长期规划，涉及的具体技术领域包括大型飞机制造及控制系统、先进航空发动机、电驱飞机、卫星集群、火星探测、空间站建设、新型火箭等。环境领域的布局主要来源于俄罗斯、美国、欧盟、日本等国家和地区的中长期规划，涉及的具体技术领域包括太阳辐射管理、地球工程、全球气候变化及极端灾害应对、废水及废弃物循环利用等。

三是人工智能、先进制造、机器人、集成电路等前期热点领域的关注热度仍较高。人工智能、先进制造、机器人、集成电路相关领域的技术多出现于近期规划，热度较高。人工智能领域的布局主要来源于美国、中国、欧盟、俄罗斯等国家和地区的中长期规划，涉及学习算法、传感控制、智能识别、超级人工智能、人工智能处理器、人机交互、自然语言处理、自动驾驶等具体技术领域。先进制造领域的布局主要来源于美国、中国等国家的中长期规划，涉及数控装备、核心软件、工业机器人、纳米机械及纳米制造、增材制造、测试及制造技术等具体技术领域。机器人领域的布局主要来源于美国、日本、中国等国家和地区的中长期规划，涉及工业机器人、服务及家用机器人、农业机器人、纳米机器人、无人机、自动驾驶、外骨骼等具体技术领域。集成电路领域的布局主要来源于美国、中国、日本等国家的中长期规划，涉及新一代集成电路材料、高密度及3D封装、芯片设计、导航芯片等具体技术领域[6]。

2 江苏科技基础设施建设领域布局的现状

2.1 基础研究领域

2.1.1 重大科技基础设施的领域布局情况

重大科技基础设施是代表科技水平、创新能力和综合实力的国之重器。2013年，国务院印发了《国家重大科技基础设施建设中长期规划(2012—2030年)》，瞄准科技前沿研究和国家重大战略需求，在能源、生命、地球系统与环境、材料、粒子物理和核物理、空间和天文、工程技术 7个领域建设了重大科技基础设施[7]。目前，江苏已建 9项重大科研设施覆盖能源科学、生命科学、材料科学、工程技术科学 4大领域，但还未在粒子物理和核物理科学、空间和天文科学领域布局建设重大科技基础设施(表4)。

表4 国家重大科技基础设施规划领域与江苏布局情况Tab.4 Major national science and technology infrastructure planning fields and layout in Jiangsu

2.1.2 基于基础研究的领域布局情况

实验室等科技基础设施是基础研究的重要载体，对于提升原始创新能力发挥着重要作用。2020年，科技部等5部委联合发布了《加强“从0到1”基础研究工作方案》，重点支持物理科学、生命科学、工程技术科学、化学科学、地球科学与环境科学、材料科学6个基础研究领域，包含量子科学、脑科学、催化科学等多个细分领域，旨在充分发挥基础研究对科技创新的源头供给和引领作用，以解决我国基础研究缺少“从0到1”原创性成果的问题。目前，江苏已在脑科学、干细胞、人类疾病动物模型、极端制造、地球系统科学等领域布局了重点实验室、科技公共服务平台等类型的科技基础设施，覆盖了6大基础研究领域，但在量子科学、物态调控、合成生物学、蛋白质机器等细分领域还存在空白(表5)。

表5 国家重点支持的基础研究领域与江苏布局情况Tab.5 Basic research fields supported by the state and layout in Jiangsu

2.1.3 基于学科建设的领域布局情况

世界一流大学和一流学科建设(简称“双一流”)是高校综合实力和国际竞争力的体现。2017年，教育部等部委联合公布了首批137所“双一流”建设高校和 465个“双一流”建设学科名单。江苏的 15所高校、43个学科进入国家“双一流”建设，高校数居全国第二[8]。目前，江苏已在物理学、化学、力学、大气科学、地质学、生物学、作物学、中药学、计算机科学与技术、电子科学与技术、材料科学与工程、信息与通信工程、化学工程与技术、环境科学与工程、生物医学工程、食品科学与工程、矿业工程、水利工程、林业工程、农业资源与环境等“双一流”学科布局建设了以学科重点实验室为主的科技基础设施。通过比对，南京大学、东南大学的“双一流”学科最多，建设的重点实验室也最多(均超过10个)，同时也存在部分高校的“双一流”学科尚未布局建设重点实验室或已布局的领域方向与“双一流”学科方向并不一致等情况(表6)，需要在“十四五”时期进一步完善江苏科技基础设施在基础研究领域的布局规划。

表6 江苏15所高校“双一流”学科分布与江苏布局情况Tab.6 Distribution and layout of “double first-class” disciplines in 15 colleges and universities in Jiangsu

2.2 产业创新领域

江苏是制造业大省，制造业规模居全国首位，集成电路、新型电力(新能源)装备、物联网、工程机械、纺织服装、海工装备和高技术船舶、节能环保、汽车及零部件 8个行业规模均位居全国首位。总体来看，江苏具备了强大的产业技术创新基础，同时也存在增强原始创新能力、提升产业技术实力、深挖科技资源潜力的迫切需求。目前，江苏已在集成电路、核心信息技术、前沿新材料、生物医药和新型医疗器械、物联网、节能环保、新型显示、汽车及零部件、高端装备、海工装备与高技术船舶、工程机械、高端纺织等先进制造业领域布局建设了一批企业重点实验室、科技公共服务平台、工程技术研究中心等科技基础设施，但同时也要看到复合材料、智能无人驾驶、超大型海工配套关键装备等亟待突破的技术领域和关键环节还需要加强布局。

3 “十四五”时期江苏科技基础设施建设布局的重点领域

综合国际科技基础设施布局和发展趋势，立足国家重大战略需求，面向“十四五”江苏高质量发展需求，从基础研究和产业创新两大领域提出了未来江苏科技基础设施重点研究方面的建议和措施。

3.1 基础研究领域

3.1.1 重大科技基础设施

瞄准国际前沿热点领域，立足江苏已有基础的信息技术、能源科学等领域，兼顾考虑粒子物理和核物理科学、空间和天文科学、量子科学、物态调控、合成生物学、蛋白质机器等空白领域，统筹布局若干重大科技基础设施预研，加快推进未来网络实验设施、高效低碳燃气轮机装置等先行启动建设的国家重大科技基础设施建设进程；同时在国家筹备论证的后备项目中聚焦前沿交叉领域和江苏优势领域，遴选建设条件相对成熟、前期准备相对充分的设施加以培育。

3.1.2 大型实验室

在我国科技发展急需、科技突破先兆明显、有望引领未来产业发展且江苏具有相对优势的领域聚焦并进行前瞻性布局，如新一代电子信息、材料科学、智能制造、生命科学、能源环保等，自主谋划培育建设1～2个代表国家实力、符合国家战略的实验室，在战略高地形成独特优势，持续为源头创新和产业发展提供强大动力，力争早日建成国家实验室。紧紧围绕加快产业转型升级和新兴产业发展打造自主可控现代产业体系的迫切需求，整合优势科技资源筹建3～5个江苏实验室。

3.1.3 重点实验室

聚焦全省经济社会发展和人民生命健康重大战略需求，结合江苏高校优势学科和重大科技资源布局，按照构建新的体系结构、完善学科布局、存量优化整合等原则面向生物、地理、公共安全等学科和人工智能、合成生物、复合材料、航空航天、生命健康等重大紧迫战略需求领域方向新建若干重点实验室。

3.2 产业创新领域

3.2.1 技术创新中心

聚焦江苏省传统产业转型升级、优势产业提升壮大和新兴产业培育发展等重大技术需求，充分发挥江苏高校、大院大所、新型研发机构等优势力量，在新材料、半导体、生物药、高端装备、节能环保、未来食品、高性能计算等江苏在国内处于领先或优势的领域和对未来产业发展具有重大影响的前瞻技术领域加以培育，优先在苏南国家自主创新示范区、国家高新区(开发区、自贸区)等布局建设20家左右省技术创新中心，强化重要领域关键核心技术攻关，提升重点产业领域创新能力和核心竞争力，为构建自主可控的现代产业体系提供科技支撑[9]。

3.2.2 企业研发平台

聚焦产业重大技术需求，充分发挥龙头骨干企业等创新主体作用，高质量建设企业研发平台。实施企业研发机构高质量提升计划，支持集成电路、新型电力(新能源)装备、生物医药、工程机械、海工装备等优势产业的龙头骨干企业建设国家级企业研发机构。支持创新型领军企业在高端芯片、人工智能、智能机器人、先进碳材料、先进能源、智能和新能源汽车等领域布局建设一批企业研发平台，在重点领域和产业链关键环节解决一批“卡脖子”问题，进一步提升企业应用基础研究、共性技术研发和成果转化的能力，推动产业链上中下游、大中小企业融通创新。