颠覆性技术研发与管理资助体系：分析模型与国外实践

赵志远，赵筱媛，苏 成，崔怡雯，李曼迪

（中国科学技术信息研究所，北京 100038）

“颠覆性技术”的概念最早由美国哈佛大学商学院教授克莱顿·克里斯滕森提出，是指通过创新突破、另辟蹊径，对已有传统或主流的技术进行颠覆性改变、革新或取代的技术，它可能是针对已有技术的突破性技术，也可能是在交叉领域新产生的技术［1-3］。颠覆性技术也被称为“破坏性技术”，具有重大原创性、学科交叉性、非线性阶跃成长性、破坏性等基本特征，一旦研发成功，会带来产业的重大变革、国家的竞争力飞跃甚至世界格局的重塑等颠覆性结果。目前，世界主要发达国家和地区普遍将发展颠覆性技术作为提升综合国力、科技创新力和产业竞争力的先导途径，根据国家发展阶段、战略目标和重点领域制定了各自的战略规划。全球进行颠覆性技术研发的项目和设立颠覆性技术研发管理机构的国家也在不断增加。我国高度重视颠覆性技术的发展，在国家“十三五”规划纲要、党的十九大报告中，都多次强调了颠覆性技术创新在科技创新中的重要作用，并且在国家层面进行颠覆性技术的战略规划和有组织的重点部署，以确保我国在日益剧烈的国际竞争中不落人后、力争先机。在这一过程中，需要充分把握国外较为成熟的颠覆性技术研发管理布局的模式与经验，这对促进我国颠覆性技术创新发展具有重要作用。

鉴此，本文从技术研发与技术管理视角构建了颠覆性技术研发与管理资助体系的分析模型，通过广泛的文献调研、网络调研、专家咨询等方式，获取典型国家开展颠覆性技术研发管理的相关信息，对国外颠覆性技术的研发与管理资助体系进行分析研判。通过具体剖析国外典型国家和地区在颠覆性技术研发管理的整体生态体系，以及分析该体系是如何去良好运作、有效支撑运转并达到较好效果，旨在为我国完善颠覆性技术创新研发和管理相关工作提供支撑，更好地为国家科技管理及颠覆性技术新型研发机构的培育管理提供决策参考。

1 颠覆性技术研发与管理资助分析模型的建立

1.1 模型指标来源

观察研究任何技术的萌芽到发展，都可以从技术的研发和技术的管理两个视角分别去看。技术研发对应的角色是科学家、工程师、教师、学者等广大科研人员，技术研发的具体细分环节有技术预测、技术研判、技术发现、技术发展、技术爆发、技术成熟、技术完善以及技术衰落、技术终结等。技术管理对应的角色是政府管理部门、企业管理部门、院校科研处、专业机构、行业协会等各级管理者，相应地，技术管理的具体细分环节有顶层规划、技术征集、技术遴选、技术发现、技术支持、技术管理、经费管理、监督管理、技术转移转化转让以及技术出售、技术终结等。本文模型指标来源就是从研发视角和管理视角的每一个节点去深挖寻找，通过广泛调研梳理、对比交叉分析、挖掘关系以最终确定其内涵特征。

1.2 模型层级划分与特征选择

参与颠覆性技术研发与管理的各个角色众多、环节众多，为了更好地对研究对象进行研究和表征，本文从微观到中观再到宏观，将模型划分为4 个层级：从微观的技术，到支持技术研发的项目，到研发管理相关项目的机构，最后到设立相关机构的国家或地区。

因此，颠覆性技术研发与管理资助体系模型共分为4 层，如图1 所示。第一层是技术（或理论、方法、专利、产品）层，该层描绘的是颠覆性技术本身或者颠覆性的理论、方法、专利、产品等对象，该描绘对象是模型中最小的分析单元，不再向下拆分为技术内部的细节、公式、推理等，该对象在模型中的位置由对象本身特征参数决定。第二层是项目（或计划、专项、课题）层，该层描绘的是进行颠覆性技术研发的相关项目或计划、专项、课题等对象，该描绘对象可以微观拆分为该对象所支持的颠覆性技术群，该对象在模型中的位置由该对象所支持的颠覆性技术所有特征参数共同决定。第三层是机构（或组织、协会）层，该层描绘的是支持颠覆性技术研发的相关机构或组织、协会等对象，该描绘对象可以微观拆分为该对象所支持的颠覆性技术项目并可继续向下拆分，该对象在模型中的位置由该对象所支持的颠覆性技术项目所有特征参数共同决定。第四层是国家（或地区）层，该层描绘的是布局颠覆性技术研发的相关国家或地区等对象，该描绘对象可以微观拆分为该对象管辖的支持颠覆性技术研发的相关机构并可继续向下拆分，该对象在模型中的位置由该对象所管辖的支持颠覆性技术研发的相关机构所有特征参数共同决定。

图1 颠覆性技术研发与管理资助体系分析模型的层级与特征

每一层都有若干特征来表征描绘本层的研究对象，特征可以有多个，本文为了更好地对研究对象在三维立体中进行可视化研究，每层取3 个特征值进行研究，在模型中的每一个维度即坐标轴都赋予一个特征值进行描述。各层之间的特征不同但又高度相关、互相影响，以颠覆性技术的破坏性特征为例，上升到项目层面则为项目对当前社会时代或科研环境影响的变革性特征，再上升到机构层面则为机构能否预见这种变革性并启动研发这种破坏性技术的前瞻性特征，再上升到国家层面则为国家能够研判时势并设立相关机构进行颠覆性技术研发的战略视野特征。

如前文所述，科学界普遍认为，颠覆性技术一般指具有破坏性、交叉性、非共识、高风险高回报等特点的技术，本文研究在技术（或理论、方法、专利、产品）层级选取描绘颠覆性技术的3 个主要特征进行分析：破坏性、学科交叉性、研发成功率；在项目（或计划、专项、课题）层级选取描绘进行颠覆性技术研发的相关项目的3 个主要特征进行分析：变革性、领域交叉性、风险程度；在机构（或组织、协会）层级选取描绘支持颠覆性技术研发的相关机构的3 个主要特征进行分析：前瞻性、跨领域布局程度、风险容纳程度；在国家（或地区）层级选取描绘布局颠覆性技术研发的相关国家的3 个主要特征进行分析：战略视野、宏观布局、抗风险程度。具体图1 所示，为方便区分，用x、y、z加层级数字命名该层级特征项，例如机构层级的前瞻性特征用x3 表示。

1.3 模型构建

模型层级划分与特征选择确定完成后，本文进行模型构建。首先明确每一层模型构建的意义。通过构建第一层即技术层模型，可以看出不同技术点在模型中的分布，进而看出包含这些技术的项目进行、实施、完成情况；通过构建第二层即项目层模型，可以看出不同项目在模型中的分布，进而看出立项支持这些项目的机构分布、定位、布局情况；通过构建第三层即机构层模型，可以看出不同机构在模型中的分布，进而看出设立支持这些机构的国家布局、发展情况；通过构建第四层即国家层模型，可以看出不同国家在模型中的分布，进而看出全球国家的发展态势和竞争情况。综上，本模型可以通过每一层的特征描绘展示出更高一层的整体分布特征、意识布局等。

为了看清典型国家和地区颠覆性技术研发与管理资助的情况，本文以第三层即机构（或组织、协会）层为例，建立颠覆性技术研发与管理资助体系模型。第3 层模型可以宏观、整体、清晰地分析各机构以何种姿态和意识研发支持颠覆性技术，把一个国家（地区）的相关机构放在该模型中，可以看出该国家在整个颠覆性技术的支持、培育、管理情况。建立坐标系如图1 所示，其中x3、y3、z3 轴（以下简称“x、y、z轴”）分别是前瞻性、跨领域布局程度、风险容纳程度3 个特性指标。

建立好坐标系后，下面简要描述颠覆性技术研发与管理资助体系机构层在坐标系中的布局及代表的情况。x轴表示颠覆性技术研发机构的前瞻性，x轴从0 到正无穷表示颠覆性技术研发机构的前瞻性越来越高，一般来说，颠覆性技术研发机构的前瞻性越高，提前布局颠覆性技术研发的时机越早，在技术竞争中便具有先发优势。y轴为颠覆性技术研发机构的跨领域布局程度，即所支持的项目所需的技术跨领域程度或组织的人才资源跨领域程度，颠覆性技术普遍具有跨领域特征，颠覆性技术的产生很多来源于技术的交叉融合，y轴从0 到正无穷表示颠覆性技术研发机构的跨领域布局程度越来越高，一般来说，跨领域布局程度高的颠覆性技术研发机构容易诞生新的颠覆性技术。z轴表示颠覆性技术研发机构的风险容纳程度，主要指对支持某项颠覆性技术研发所带来的风险的容纳程度，众所周知，颠覆性技术的风险较大，具有高风险、高回报的特点，这里的风险主要体现在研发风险、投资风险、技术转化风险、应用孵化风险、产权保护风险等，z 轴从0 到正无穷表示颠覆性技术研发机构的风险容纳程度越来越高，一般来说，颠覆性技术研发机构的风险容纳程度越高，支持高风险的项目周期也会越长，成功研发颠覆性技术的概率也越高。

1.4 参数简化规定

为了便于更直观、方便地进行观察研究，现对模型参数进行以下简化规定：

（1）模型每一层的3 个参数互相独立。对应到坐标系中，即x1、y1、z1 轴正交，x2、y2、z2 轴正交，x3、y3、z3 轴正交，x4、y4、z4 轴正交。

（2）模型中的研究对象是二维面。严格来说，所有研究对象在模型中都是三维立体的，但为避免遮挡重叠，便于清晰观察和对比分析，我们一般可以找出研究对象在模型中具有较小跨度特征值的某一维度，则可以在模型中，简化表示为，研究对象作为一个矩形垂直于该维坐标轴。

（3）模型边界值为模型中研究对象的特征极值。对应到坐标系中，表征模型总量的大立方体的最大值并不是正无穷，最小值也不是0 或负无穷，而只是研究对象特征的最大值和最小值，需要注意的是，这里的研究对象不仅仅是某一具体问题的研究对象群体，而是全球所有研究对象的集合。

（4）研究对象在模型中只显示与颠覆性技术相关的特征。例如，模型中只体现国家（地区）在颠覆性技术领域的战略视野，机构跨领域布局程度、风险容纳程度等只针对颠覆性技术相关的项目或计划。

下文将重点以模型第三层为例，对美国、欧盟、日本的颠覆性技术研发与管理资助体系进行研究。

2 美国颠覆性技术研发与管理资助体系研究

美国在颠覆性技术发展方面走在最前列，投入最多、机制相对完善，其中最为突出、取得最大成功的是美国国防部高级研究计划署（DARPA）。自1958 年成立以来，围绕颠覆性技术从顶层制定科技规划，支持能“改变游戏规则”的革命性、高风险、高回报研究与开发项目，取得了许多重大创新成果，如互联网、全球卫星定位系统（GPS）、无人机、隐身技术、反导技术等。DARPA 成长并快速发展于冷战这一特殊时期，直到今天仍在美国国防科技发展中发挥突出作用。它的成功不仅体现在它取得的成果上，还在于它所开创并确立的、经过长期实践检验的管理制度，正是这一独特的制度体系，保障了其在不断变化和激烈竞争的科技发展环境中始终屹立潮头、引领发展。

本文从美国全社会角度，包括政府和非政府组织对颠覆性技术的支撑，选择了重点支持颠覆性技术研发或者部分支持颠覆性技术研发的8 家代表性机构，绘制了美国颠覆性技术研发与管理资助体系立体分布图，如图2 所示。通过该立体图可更加清晰直观地了解美国颠覆性技术研发与管理资助体系，了解美国各机构在颠覆性技术上的布局、定位及互补情况。

图2 颠覆性技术研发与管理资助体系模型坐标图（以美国为例）

由图2 可见，美国各机构在颠覆性技术上的布局、定位不同，机构分布几乎布满整个模型框架，因此可概括为全面领先型资助体系，具体分析如下。美国国家科学基金会（NSF）是目前世界最具代表性和影响力的国家级政府科学基金资助机构,旨在支持全美学术机构的基础研究［4］，在美国教育和研究的基础设施建设中一直扮演重要角色［5］，偏向于风险容纳程度较低的资助，风险容纳程度较单一，项目有一定的跨领域程度，相较其他机构资助的典型颠覆性技术而言，前瞻性大的项目较少，但是NSF也会专门设立相应的高风险高回报项目支持的计划，例如Raise 计划、变革性研究计划（TRI）等［6］，因此NSF 在整个立体分布图中属于偏低的位置，接近XY平面。美国国家卫生研究院（NIH）是美国国家医学研究机构，同时代表美国联邦政府负责管理医学领域的科学研究计划［7］,偏向医学、生物、基因等领域方向，相较其他机构资助的典型颠覆性技术而言，学科跨领域布局程度较低，所研发的技术具有一定的前瞻性或者前瞻性，具有一定的风险容纳程度，例如，创立探索/发展基金（R21）［6］、以高风险、高回报作为评选标准的HRHR 计划，以及先锋资助计划特别看重项目成功后的巨大潜力，因此NIH 在整个立体分布图中接近XZ平面。美国国防部高级研究计划署（DARPA）其使命是负责“改变游戏规则”的高风险、高回报技术研发［8］，作为当前颠覆性技术研发支持比较成功的机构被广为研究，该机构“桥梁-岛屿”结构模式［9］、“马赛克战”模式等被广泛借鉴，立项时前瞻性较高，普遍支持较高风险的项目［10］，申报立项流程相对比较成熟，笔者进行了梳理，具体见图3，同时学科跨领域布局程度较高，研究成果具有较高的前瞻性，例如GPS、无人机等，因此DARPA 在整个立体分布图中属于偏高的位置。美国国家宇航局（NASA）以能力为基础的中期研发项目为定位，需要一定的学科跨领域布局程度，并且关注未来的技术可能性，风险容纳程度中等，于2010 年7 月启动了“改变游戏规则”计划［11］，于2013 年成立了太空技术任务部（STMD），向社会广泛投资，以发展 NASA 所不能解决的大胆的、广泛适用的颠覆性技术［12］，因此在整个立体分布图中处于中心的位置。美国不少机构借鉴DARPA 的成功经验，在各自工作领域设立相关机构，美国能源高级研究计划局（APAR-E）、生物医学先进研发局（BARDA）所支持项目的跨领域布局程度较小，但风险容纳程度较高，情报高级研究计划局（IARPA）支持项目的跨领域布局程度较高，风险容纳程度较高，但很少取得类似DARPA的前瞻性极大的成果［13］。非政府组织与政府组织相比，拥有更高的资金资助支配权，如美国X 奖基金会（XPRIZE）通过高风险的奖励方式去鼓励人们研究解决各种问题，如登月等；美国霍华德休斯医学研究所（HHMI）通过资助非常杰出的科学家，长周期去研究风险较高的项目，也取得了各类优秀的成果。

图3 美国国防部高级研究计划署（DARPA）项目申报立项流程

3 欧洲颠覆性技术研发与管理资助体系研究

由于欧洲的一体化程度较高，经济、教育、文化交流密切，把欧洲各国典型的颠覆性技术研发支持机构放在一起，研究整个欧洲地区的颠覆性技术研发与管理资助体系有一定的意义。

欧盟于2018 年制定了“地平线欧洲2021—2027”科研计划，针对颠覆性技术研究设立欧洲创新理事会进行资助。2018 年1 月，法国设立专门的颠覆性创新资助机制——创新与工业基金，以服务国家战略发展为目标，支持颠覆性创新项目与初创企业。2019 年度选定的支持领域有：人工智能医疗诊断、人工智能系统安全、网络安全、生物制造、高密度能源存储等。为了利用颠覆性技术带来的创新和经济发展的巨大潜力，2018 年，爱尔兰内阁签署发布了国家发展战略——“2040 爱尔兰计划”（Project Ireland 2040），对爱尔兰未来20 多年的发展作出了谋划，并设立了颠覆性技术创新基金，主要支持人工智能、机器人、虚拟现实、先进制造等领域的颠覆性技术项目。

如图4 所示，欧洲各有关机构在颠覆性技术上的布局、定位不同，机构分布不是很广，重点领域有领先优势，因此可概括为“重点领先型”资助体系，具体分析如下。位于XY平面的是类似NSF 的国家基础科学研究支撑体系，如瑞士国家科学基金会（SNSF）［14］、法国国家科研署（ANR）［15］，此类机构支持的项目风险容纳程度较低，有一定的跨领域布局程度和技术前瞻性。欧洲研究理事会（ERC）是欧盟新成立的研究基金组织，用以支持基础研究，目的是确保欧洲对卓越研究的追求，是欧洲第一个通过项目资金支持优秀前沿科研的机构［16］，有一定的风险容纳程度、跨领域布局程度、前瞻性，因此在整个立体分布图中处于中心偏上的位置。英国研究创新署（UKRI）新成立于2018 年5 月［17］，实施“未来领袖奖学金”（FLF）、“全球挑战研究基金”（GCRF）等五大类计划，具有一定的风险性，也在整个立体分布图中处于中心偏上的位置。爱尔兰科学基金会(SFI)作为爱尔兰最顶尖的科研资助机构，跨领域布局程度较低，风险较低，前瞻性也较低，距离原点位置较近。丹麦伦德贝克（Lundbeck）基金会作为非政府组织，支持风险较高的项目，具有一定的跨领域布局程度和前瞻性，例如设立“格雷特·伦德贝克欧洲大脑研究奖”支持神经科学研究等，类似DARPA，在整个立体分布图中属于偏高的位置，但较少取得类似DARPA 的前瞻性极大的成果。

图4 欧洲颠覆性技术研发与管理资助体系立体分布

4 日本颠覆性技术研发与管理资助体系研究

日本作为亚洲发达国家，有较长的技术发展周期，与我国相邻，对我国也有较大的参考借鉴意义，因此，本文对日本颠覆性技术研发与管理资助体系进行研究。

需要注意的是，日本采用部门分管的集中协调式的科技计划管理模式，其科技计划管理体制是由政府机构制定规划，依靠方针政策的指导和行政的、法律的、经济的干预进行计划管理［18］。因此，对于日本进行颠覆性技术研发与管理资助部门比较单一的情况，在第三层进行研究时，研究对象虽然是机构，但是需要标注对应的相关计划，以体现该部门在实施该计划时的前瞻性、跨领域布局程度、风险容纳程度等特征。

如图5 所示，日本布局机构较为单一，且分布比较集中，因此可概括为“部分领先型”资助体系，具体分析如下。居于中心位置的是日本科技政策委员会/日本综合科学技术会议（CSTP）、日本科学技术振兴机构(JST)联合实施的ImPACT 计划。ImPACT 计划是在日本再生战略(2013 年6 月14 日内阁决定)和科技创新综合战略(2013 年6 月7 日内阁决定)的指导下，作为实现高效循环的经济措施(2013 年12 月5 日内阁决定)中的一项，于2013 年补充预算案中确定550 亿日元，并作为一般账户中列入固定科目。ImPAcT 计划项目执行期限一般大约是5 年。经过简单测算，ImPACT 计划经费大概占到日本科技计划经费的4%［19］。该计划，是一个综合性科技创新计划，作为政府科技创新的司令塔，主要促进高风险、高冲击性的研发活动，以实现可持续发展的创新系统［20］，风险容纳程度中等偏上，具有一定的前瞻性，在整个立体分布图中处于中心位置。2018 年，日本政府提出了更具雄心的“登月（Moonshot）”研发计划，由日本综合科学技术会议、科学技术振兴机构、新能源产业技术综合开发机构联合推动，旨在实现日本首创的颠覆性研发，设定了6 项“登月”目标［21］，其支持的技术成果风险程度更高、更具技术破坏性，因此在整个立体分布图中处于中心偏上的位置。

图5 日本颠覆性技术研发与管理资助体系立体分布

5 典型国家（地区）颠覆性技术研发与管理资助体系整体研究

5.1 整体叠加研究

对美国、欧洲、日本颠覆性技术研发与管理资助体系立体分布图进行叠加组合，如图6 所示。将所有机构的轮廓描绘得出图中顶点为A的不规则立方体，可以看出，各国在各级风险容纳程度上都布局了颠覆性技术创新研发，但是真正取得突破性进展的一般是高风险、高交叉的项目，这些项目集中于A点，A点指各项特征都比较高的成熟点。各机构都不遗余力地向A点发展，力求通过高风险投入和跨领域研究取得技术突破。A点的得来是需要大量的基础研究和专业研究做铺垫，发展到了一定的程度，才有可能取得A点的技术突破，盲目追求A点只会建成空中楼阁，例如美国A点的爆发也得益于整个二战期间各项研究和技术积累。同时，也可以看出，项目如果想实现一定的突破性，必须融合各领域技术，同时具有较高的风险容纳程度。

图6 典型国家（地区）颠覆性技术研发与管理资助体系整体立体分布

5.2 启示分析

国外颠覆性技术研发与管理资助体系对我国在颠覆性技术研发与管理资助体系方面有以下几点启发：

（1）不同技术的交叉融合往往是孕育颠覆性技术的温床。跨学科研究、学科交叉研究不断地开拓出新的研究领域，孕育出颠覆性技术新的生长点和激动人心的战略引领创新。

（2）面向颠覆性技术的科技管理要有“大格局，小身段”。“大格局”即要有长远的眼光，做好长远的规划，提前部署，要调动群体智慧广泛征集，群策群力；“小身段”即要建立灵活的调整机制、快速响应世界局势变化、技术发展阶段变化等。

（3）充分学习借鉴国外通过吸引非政府组织投资、设立奖项等方式对于高风险高回报项目开展研发资助的经验。针对颠覆性技术演进时间长、风险大、不确定性强等特点，可以考虑建立以中央财政投入为引导，地方政府资金、社会资本、单位自筹、风险投资等多元化投融资机制，引进以市场化资源配置方式支持颠覆性技术创新。

（4）建立颠覆性技术项目容错免责机制。国外颠覆性技术研发过程成功的技术(即A点)只占极少数，针对颠覆性技术不确定性和高风险性等特点，要建立以鼓励创新、宽容失败、快速迭代、合理管控风险为主导的免责机制。强调基于信任的创新精神，扩大科研团队经费使用自由度，保护原始科研人员的知识产权，营造适合创新的环境。面对客观条件下的创新失败应持较高程度的包容性和容忍度。

6 结论与展望

本文利用颠覆性技术的特点建立了描绘颠覆性技术及相关机构、国家（地区）的三维模型，将国外典型国家或地区在颠覆性技术创新研发与管理进行布局的机构定性映射到模型中，分析各国或地区在颠覆性技术上的布局、定位及互补情况，为我国借鉴国外优先经验提供了一个更加直观的方法途径。但仍然存在以下几点不足及需要后续研究改进之处：一是数据源方面，本文分析的数据主要来自多渠道得到的公开数据，如信息源本身对数据进行取舍公开或部分公开，会影响到立体图的布局分布情况，进而影响分析结果，后续研究将通过扩大数据来源及筛选高质量的数据源以更加精确地进行分析研究；二是分析方法方面，本文分析主要采用了定性的分析方法，存在主观影响因素的问题，后续研究将考虑引入定量分析方法进行综合研究；三是指标设计与分析精度方面，本文采用了前瞻性、跨领域布局程度、风险容纳程度3 个主要特性指标，没有设计子指标，后续研究还将考虑建立更加丰富的指标体系，对颠覆性技术研发与管理资助体系进行更为立体、准确的描绘分析。