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2013年发展动态第11期(总第73期)
2014-10-21 14:14  

Ø  大科学工程简介

Ø  未来20年及“十二五”期间我国大科学工程布局

Ø  高校参与大科学工程建设情况分析

编者按:大科学工程(又称重大科技基础设施)是为探索未知世界、发现自然规律、实现技术变革提供极限研究手段的大型复杂科学研究系统,是突破科学前沿、解决经济社会发展和国家安全重大科技问题的物质技术基础。大科学工程的建设对于增强我国原始创新能力、实现重点领域跨越、保障科技长远发展、实现从科技大国迈向科技强国的目标具有重要意义。

今年9月初,申长雨校长在新学期全校干部大会上的讲话中提出“学校要更好地统筹国家战略与自主研究的关系,找好经济社会发展需求与科学自身发展的平衡点,理工科要积极谋划国家重大科学工程,人文社科要围绕建设中国特色新型智库有所作为”。基于此,本期简报整理和编辑了大科学工程的相关资料,供领导参阅。

 

大科学工程简介

一、大科学工程基本内涵

大科学工程现又称重大科技基础设施,是国家为在科学技术前沿取得重大突破、解决经济社会发展和国家安全中的战略性、基础性和前瞻性科技问题而投资建设的科学技术研究设施。伴随科学研究不断向新的深度和广度拓展,重大科技基础设施已经成为科技发展的重要物质基础,是一个国家科学技术水平和综合实力的重要体现。

大科学工程具有以下基本特征:第一,设施具有明确的科学目标和国家使命,通常是针对特定科学问题和国家战略任务而部署建设,体现了国家意志,在国家科技基础能力建设中处于核心地位;第二,设施的科学技术基础深厚,由于技术难度大、系统复杂性高,必须经过长期研究,突破大量难关,同时对精密制造、特种材料、测控测量等技术和工艺也提出了很高的要求;第三,设施兼具工程和科研的双重属性,设施建设是一项复杂系统工程,必须严格按照工程规范精心组织和管理,同时由于运用了大量新的科学原理、新技术,建设过程中还需要开展许多研究试验和技术攻关;第四,设施的科学寿命较长,而且由于是面向科技长远发展建设,建设起点高,技术指标先进,通常要通过长期稳定运行、不断改造提升以及持续科研活动才能更好地实现其科学价值;第五,设施的开放共享程度高,由于设施都是由国家投资建设和支持运行,其公共属性和资源稀缺性决定了开放共享是它的本质要求。

根据不同的应用目的,大科学工程一般分为三类:一是为特定学科领域的重大科学技术目标建设的专用研究设施,如北京正负电子对撞机、兰州重离子研究装置等;二是为多学科领域的基础研究、应用基础研究和应用研究服务的,具有强大支持能力的大型公共实验平台,如上海光源、合肥同步辐射装置等;三是为国家经济建设、国家安全和社会发展提供基础数据的公益基础设施,如中国遥感卫星地面站、长短波授时系统等。

二、大科学工程国内外现状

重大科技基础设施起源于1939年美国所建成的世界上第一台加速器,经过70余年的发展,依托重大科技基础设施实现科技前沿领域的突破,已成为现代科学技术发展的重要趋势之一。目前,世界各国已经建成众多的大科学工程,而且还有更多在建或计划建设的项目。由于重大科技基础设施的建设对技术、材料和工艺等方面提出了很高的要求,因此国际上的大科学工程大多集中在美国、日本、欧盟等经济发达的地区和国家,其中比较知名且有代表性的国际重大科技基础设施主要包括国际热核实验堆(ITER)计划、大型粒子加速器(LHC)、伽利略计划、人类基因组计划、散裂中子源等。

由于世界各国高度重视重大科学基础设施的建设,并视其为国家科技竞争力的核心部分,因此各国尤其是发达国家对此有着较大的投入。如德国每年在重大科技基础设施的投入约为10亿马克,占GDP1.2%GNP2.8%左右;美国平均每年对重大科技基础设施的投入约为19亿美元,占GDP1.86%GNP1.84%。除了对重大科技基础设施的大手笔投入,世界各国还制定并出台了相关规划,引领和推进重大科技基础设施的建设和发展。如美国能源部(D O E 2 0 0 3 年发布了《未来的科学装置——二十年前瞻》,部署未来 2 0 年中的28个项目。欧盟于 2006 年底发布了《欧洲研究基础设施路线图》,列出了未来 1020 年间为满足欧洲科学研究的需求应建设的 3 5 项重大科学基础设施。英国2001年也首次发布了《大型设施战略路线图》,列举了12个正在实施项目和未来1015年规划实施的 2 0个项目。日本文部科技省制定了新一期的科技发展规划,重点发展 X 射线自由电子激光、太赫兹设施、蛋白质计划、分子影像计划等重大设施。

我国的重大科技基础设施建设始于20世纪五六十年代的“两弹一星”计划,改革开放以来,随着国家投入的增加,重大科技基础设施涉及的领域不断拓展,建设稳步发展,自“七五”至“十一五”期间,国家投资超过百亿元,共建设四十余项重大科技基础设施,对我国的科技进步、社会发展、经济建设以及国家安全发挥了重要的促进作用。我国已建成和在建的重大科技基础设施如附件所示,大部分的设施主要是依托中国科学院建设并运行,而且这些设施大多集中在北京、上海、合肥、兰州和广东等地。

依托这些重大科技基础设施,我国的科学家分别开展了生物大分子结构、高能物理(粒子物理)、固体物理、核聚变、地质结构与变迁、生态环境、天体演化等多领域的研究工作,并取得了很多突破性的科研成果,有力推动了科学技术的发展。如通过中外科学家合作,利用北京正负电子对撞机取得了“τ轻子质量的精确测量”、“2-5GeV强子R值精密测量” 等一批具有国际一流水平的研究成果;利用兰州重离子加速器重离子冷却存储环(HIRFL--CSR)提供的高强流重离子束,使得癌症的治疗效果达到98%

我国在重大科技基础设施建设与发展中采取对外开放、国际合作的策略,在吸引国外科学家来华广泛开展合作研究的同时还积极参与国际合作项目。如在高能物理研究方面,北京正负电子对撞机建成以来,接待美、日、英、韩等国科学家参加北京谱仪的“τ粲物理研究”的合作,取得国际领先的研究成果。同时我国科学家还参与了欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机LHC上探测器的建设。通过大科学工程的国际合作使我国的科学家能够参与到世界科学研究的前沿,并且能够及时分享世界先进的科研成果,同时为提升我国的科学研究水平以及国际影响力起到了积极的推进作用。20132月颁布的《国家重大科技基础设施建设中长期规划(2012-2030年)》首次对重大科技基础设施的建设进行了系统的部署,为推进我国重大科技基础设施的建设和完善、科技的长远发展和创新型国家的建设提供了有力的保障。

三、建设大科学工程的意义

纵观全球,大科学工程都被各国置于国家战略层面,并且作为创新体系的重要组成部分,为科技创新能力的提升发挥了重要的作用。因此,大科学工程不仅是科学发展到一定程度的必然要求,也是国家发展的战略需要。

大科学工程为科学前沿的重要突破提供必要的支撑。由于现代科学研究的不断深入拓展,科学研究目标的日益综合,越来越需要大型综合性的研究设施来提供支撑。加强大科学工程的建设有利于我国抢占科技发展的制高点,赢得未来的竞争优势。

大科学工程的建设有利于促进相关产业技术水平的提高,带动相关高技术产业的发展。由于大学科工程的技术难度大,系统复杂性高,因此在建设与运行中会催生和衍生出的大连的新技术、新工艺和新装备,而这将会及大地促进相关技术水平的提高,带动相关产业的发展。

大科学工程的建设有利于凝聚和培养顶尖科研团队和高水平科技人才队伍。大科学工程的建设和运行中,逐步成为所在学科领域的科研基地,会吸引和凝聚大批高水平的科研团队。同时装置运行与管理的过程,也成为培养大批高素质的科学管理人才的必要途径。

大科学工程的建设有利于提升我国的自主创新能力和国际竞争力。大科学工程的建设能力是一个国家创新能力和综合实力的重要体现。科技发展水平是衡量一个国家综合实力的重要因素之一,而现代科学技术的发展越来越依赖于重大科技基础设施。为此,我们要切实加强大科学工程的建设,使其成为所在领域的高水平科研基地,为提高我国自主创新能力和国际竞争力提供基础条件和保障。

(撰稿:发展规划处事业信息管理办公室陈旭)

未来20年及“十二五”期间我国大科学工程布局

未来20年,瞄准科技前沿研究和国家重大战略需求,根据重大科技基础设施发展的国际趋势和国内基础,我国将以能源、生命、地球系统与环境、材料、粒子物理和核物理、空间和天文、工程技术等7个科学领域为重点(表1、表2),从预研、新建、推进和提升四个层面逐步完善重大科技基础设施体系。在可能发生革命性突破的方向,前瞻开展一批发展前景较好的探索预研工作,夯实设施建设的技术基础;在20162030年期间适时启动建设一批科研意义重大、条件基本成熟的设施,强化未来科技持续发展的能力。

1.未来20年我国大科学工程重点建设领域基本情况

领域

目标

方向

建设重点

能源科学领域

解决人类社会可持续利用能源的科学问题

面向我国中长期核能源开发与安全运行、化石能源高效洁净利用与转化、可再生能源规模化利用等方向

以核能和高效化石能源研究设施建设为重点,注重新能源、新材料、网络技术相结合,逐步完善相关领域重大科技基础设施布局,为能源科学的新突破和节能减排技术变革提供支撑。

生命科学领域

探索生命奥秘和解决人类健康、农业可持续发展的重大科技问题

面向综合解析复杂生命系统运动规律、生物学和医学基础研究向临床应用转化、种质资源保护开发与现代化育种等方向

重点建设以大型装置为核心、多种仪器设备集成的综合研究设施,完善规模数据资源为主的公益性服务设施,支撑生命科学向复杂宏观和微观两极发展并实现有机统一,突破生命健康、普惠医疗和生物育种中的重大科技瓶颈。

地球系统与环境科学领域

实现人类与自然和谐发展

面向地球结构演化与变化过程、地壳物质组成和精细结构、地球系统各圈层间复杂作用及其耦合过程、太阳及其活动控制下各圈层的响应与耦合、人类活动影响环境的过程和机理等方向

重点建设海底观测、数值模拟和基准研究设施,逐步形成观测、探测和模拟相互补充的地球系统与环境科学研究体系。

材料科学领域

适应材料科学研究从经验摸索阶段到人工设计调控阶段转变的趋势

面向量子物质演生现象、纳米尺度量子结构、极端条件下材料物性与物质演变、重要工程材料服役性能等方向

以材料表征与调控、工程材料实验等为研究重点,布局和完善相关领域重大科技基础设施,推动材料科学技术向功能化、复合化、智能化、微型化及与环境相协调方向发展。

粒子物理和核物理科学领域

揭示物质最小单元及其相互作用规律

面向超越标准模型新粒子和新物理探索、暗物质和暗能量探测、中低能核物理与核天体物理研究等方向

建设相关大型研究设施,提高微观世界探索能力和自然界基本规律认知水平。

空间和天文科学领域

揭示宇宙奥秘和解释物质运动规律

面向宇宙天体起源及演化、太阳活动及对地球的影响、空间环境与物质作用等方向

按宇宙、星系、太阳系等不同空间尺度布局设施建设,提升我国天文观测研究能力、空间天气和灾害应对能力以及空间科学实验基础能力。

工程技术科学领域

产生变革性技术

瞄准未来信息技术发展的基础和前沿、岩土地质体的动力特性及地质灾害过程等工程技术中的重大科技问题

以信息技术、岩土工程和空气动力学为研究重点,探索和逐步推进相关设施建设,为保障国家重点任务的实施、引领未来产业发展提供基础支撑。

 

2.未来20年我国大科学工程七大重点建设领域具体建设内涵

领域

方向

建设内涵

能源

科学

核能源

完善提升全超导托卡马克核聚变实验装置的性能,积极参与国际热核聚变实验堆计划,保持我国在磁约束核聚变研究领域的先进地位;建设长寿命高放核废料嬗变安全处置实验装置,攻克核裂变能安全洁净发展的技术瓶颈;适时启动高效安全聚变堆研究设施建设,加快聚变能走向实际应用进程。

化石能源

建设高效低碳燃气轮机试验装置,支撑相关领域重大基础理论研究,解决煤炭清洁利用和高效转换关键科技问题;探索预研二氧化碳捕获、利用和封存研究设施建设,为应对全球气候变化提供技术支撑。

可再生能源

针对风能、太阳能、生物质能、地热能、海洋能等能量密度低、随机波动等问题,探索预研能量捕获、储能、转换、并网研究设施建设,促进可再生能源规模化高效利用。

生命

科学

现代医学

建设转化医学研究设施,从分子、细胞、组织、个体等方面系统认识人类疾病发生、发展与转归的规律,促进生物医学基础研究成果快速转化为临床诊疗技术。

农业科学

建成国家农业生物安全科学中心,支撑农业危险性外来入侵生物、农业毁灭性高致害变异性生物和农业转基因生物安全的创新性理论、方法与防控新技术研究;建设模式动物研究设施,支撑表型及基因型关系、遗传信息高通量获取与工程转化、细胞和动物模型开发与应用等研究;适时启动农作物种质表型和基因、动物疫病、农业微生物研究设施建设,支撑我国农业生物技术和产业的持续发展及生物多样性保护。

生命科学前沿

建成蛋白质科学研究设施,支撑高通量、高精度、规模化的蛋白质制取与纯化、结构分析、功能研究;探索预研系统生物学研究设施及合成生物学研究设施建设,满足从复杂系统角度认识生物体的结构、行为和控制机理的需要,综合解析生物系统运动规律,破解改造和设计生命的科学问题。

生命科学研究基础支撑

适时启动大型成像和精密高效分析研究设施建设,满足生物学实时、原位研究和多维检测、分析、合成技术开发的需求;探索预研生物信息中心建设,为生命科学研究提供科学数据、种质资源、实验样本和材料等基础支撑。

地球

系统

与环

境科

现场探测与观测

建成海洋科学综合考察船,满足综合海洋环境观测、探测以及保真取样和现场分析需求;建成航空遥感系统,提高我国遥感信息技术与装备研发实验能力,为自然灾害和突发事件提供快速、实时、精确的遥感数据;建设海底科学观测网,为国家海洋安全、资源与能源开发、环境监测和灾害预警预报等研究提供支撑;适时启动地球系统科学航天航空遥感等技术监测、深海探测与调查、固体地球深部探测与动态监测、陆海地球环境观测等研究设施建设,实现多时空尺度全面长期连续监测与数据积累,逐步形成对地球系统的立体、动态监测分析能力。

基准系统建设

建设精密重力测量研究设施,获取高分辨率、高精度地球质量变化基础数据,支撑固体地球演化、海洋与气候变化动力学、水资源分布和地质灾害规律等研究,满足国家安全、资源勘探和防灾减灾的战略需求。适时启动包括地基基准、环境基准、深空基准等方面的基准系统建设。

数值和实验模拟

建设地球系统数值模拟装置,支撑气候变化、地球系统及各层圈过程模拟研究,认识地球环境过程基本规律,提高预测环境变化和重大灾害的能力。适时启动环境污染机理与变化研究模拟实验装置建设,支撑空气污染、流域水污染预测模型开发和气候变化模式研究,提高空气质量、流域水污染等预报预警能力。

材料

科学

材料表征与调控

完善提升已有同步辐射光源,建成软X射线自由电子激光试验装置,建设高能同步辐射光源验证装置;探索预研硬X射线自由电子激光装置建设,适时启动高性能低能量同步辐射光源建设,满足以纳米空间分辨率、皮秒至飞秒时间分辨率、极高能量动量分辨率对材料多层次结构分析研究的需求,逐步形成布局合理的国家光源体系。建成散裂中子源和强磁场实验装置,建设极低温、超快、超高压极端条件研究设施,形成与大型同步辐射光源结合的格局,满足研究和发现新物态、新现象、新规律和创造新材料的需求。

工程材料实验

建成重大工程材料服役安全研究评价设施,支撑不同尺度及跨尺度的结构性能研究;探索预研超快光谱界面反应检测装置、极端和工业特殊服役环境模拟装置建设,支撑材料服役行为和规律研究;结合高能同步辐射光源,适时启动综合工程环境在线装置建设,支撑真实环境下工程材料实时、原位研究。

粒子

物理

和核

物理

科学

粒子物理

建设高能宇宙线研究设施,探索高能空间粒子起源和相关新物理前沿;适时启动用于中微子和其他高能粒子物理研究的非加速器实验设施建设,探索预研新型加速器实验设施建设。

核物理

建设高性能重离子束研究装置,使我国核物理基础研究在原子核层次上的整体水平进入国际先进行列;探索预研强流放射性束实验设施建设。

空间

和天

文科

宇宙和天体物理

建成大口径射电望远镜,为宇宙大尺度结构及物理规律研究提供支撑;建设中国南极天文台,支撑暗物质、暗能量、宇宙起源、天体起源等前沿研究;探索预研先进多波段天文观测设施建设,逐步形成比较完善的天文观测及数据应用系统。

太阳及日地空间观测

建成空间环境地基监测网,揭示近地空间环境的时间和空间变化规律,并逐步形成覆盖更多重要区域的空间环境监测、预警能力;适时启动大型太阳观测研究设施建设,支撑太阳、行星际、磁层、电离层和中高层大气变化过程和规律研究,深化太阳变化及其对地球和人类影响的认识。

空间环境物质研究

建设空间环境与物质作用模拟装置,支撑近地空间环境与材料、元器件、结构、系统及生物体作用规律研究;探索预研空间微重力科学实验设施、南极气球站和引力波研究设施的建设,揭示空间微重力环境物质运动规律,提升我国深空探测、空间基础物理、空间利用等方面的研究能力。

工程

技术

科学

信息技术

建设未来网络研究设施,解决未来网络和信息系统发展的科学技术问题,为未来网络技术发展提供试验验证支撑;适时启动新一代授时系统建设,支撑超精密时间频率技术开发,逐步形成高精度卫星授时系统和高精度地基授时系统共同发展的格局。

岩土工程

适时启动超重力模拟研究设施建设,揭示复杂岩土地质体的动力特性;探索预研大型地震模拟研究设施建设,开展地震动输入和工程地震灾害模拟研究;探索预研深部岩土工程研究设施建设,揭示深部岩体的力学特征。

空气动力学

建成多功能结冰风洞,支撑不同冰型和冰积累过程对飞行器空气动力特性的影响等研究;建设大型低速风洞,支撑气动噪声、流动分离与涡旋运动、流动控制、流固耦合、电磁空气动力学等研究;适时启动大型跨声速风洞、低温高雷诺数风洞、先进航空发动机研究设施建设,为我国航空航天、高速铁路建设等提供必要的研究试验手段。

 “十二五”时期,在我国科技发展急需、具有相对优势和科技突破先兆显现的领域中,综合考虑科学目标、技术基础、科研需求和人才队伍等因素,国家优先安排了16项重大科技基础设施建设(表3)。

3.“十二五”时期大科学工程情况列表

序号

重大科技基础设施名称

科学领域

重要意义

1

海底科学观测网

地球系统与环境科学

将为国家海洋安全、深海能源与资源开发、环境监测、海洋灾害预警预报等研究提供支撑

2

高能同步辐射光源验证装置

材料科学

将为我国建设高能同步辐射光源奠定坚实的基础

3

加速器驱动嬗变研究装置

能源科学

将满足我国长寿命高放核反应堆废料安全、妥善处理处置的研究需求,为我国核能可持续发展提供技术支撑。

4

综合极端条件实验装置

材料科学

将为物质科学研究提供有力支撑

5

强流重离子加速器

粒子物理和核物理科学

将为研究原子核存在极限、核结构新现象和新规律、宇宙中重元素起源等重大科学问题提供重要支撑

6

高效低碳燃气轮机试验装置

能源科学

将为我国燃气轮机部件和系统特性研究提供研发手段,为化石能源持续和低碳发展提供基础支撑

7

高海拔宇宙线观测站

粒子物理和核物理科学

将集高灵敏度、大视场、全时段扫描搜索伽马射线源、伽马射线强度空间分布和精确能谱测量等多功能为一体,成为具有国际竞争力的宇宙线研究中心

8

未来网络试验设施

工程技术科学

网络覆盖规模超过10个城市,支撑不少于128个异构网络并行实验,将为空间网络、光网络和量子网络研究提供必要的实验验证条件

9

空间环境地面模拟装置

空间和天文科学

将为我国空间科学发展和深空探测模拟研究提供有力支撑

10

转化医学研究设施

生命科学

将推进临床医学和系统生物学结合,促进我国转化医学研究水平大幅提升

11

中国南极天文台

空间和天文科学

将开辟地球上独一无二的太赫兹波段天文观测窗口,为研究宇宙和天体起源、暗物质、暗能量、地外生命等科学问题提供有力支撑

12

精密重力测量研究设施

地球系统与环境科学

将为解决固体地球演化、海洋与气候变化、水资源分布和地质灾害研究中的科学问题提供重要支撑

13

大型低速风洞

工程技术科学

流场品质和综合性能将达到国际先进水平

14

上海光源线站工程

材料科学

将大幅提升光源和束线的能力,使上海光源继续保持国际先进水平,为相关科学研究提供更全面、先进、便捷的支撑

15

模式动物表型与遗传研究设施

生命科学

可系统、准确地描述生命的表型、基因型及其在环境变化中的响应,并以此正确描述生命的调节状态和方式,为人类疾病、动物生命过程调节等研究提供支撑

16

地球系统数值模拟器

地球系统与环境科学

将大幅提高我国地球系统模拟的整体能力和重大自然灾害预测预警、气候变化预估的研究水平

(来源:发展规划处事业信息管理办公室根据《国家重大科技基础设施建设中长期规划(20122030年)》等相关内容选编)

高校参与大科学工程建设情况分析

上世纪七十年代以来到“十五”期间,我国大科学工程大多依托中国科学院建设。据初步统计,在这一期间的7个五年计划中,我国立项了34 个大科学装置(其中包含分两期建设的项目),中国科学院其下属研究机构承担和参与了我国90%以上的重大科技基础设施项目的建设、运行。这期间,一些高校也积极谋划,参与了一些建设任务,例如中国海洋大学建设了“东方红2号”海洋科考船,中国科技大学建设了同步辐射光源,清华大学建设了5兆瓦核供热试验堆,云南大学参与建设了中国西南种质资源库等等。

随着教育体制改革深入推进,“211工程”和“985工程”的实施,高等院校的学科布局进一步优化,人才培养规模迅速扩大,高校的创新能力和服务经济社会发展的能力显著提升。更多的高校瞄准国家战略需求,超前谋划,在大科学工程建设中抢战先机,从而带动自身科技创新能力的不断提升(表1)。其中,最具代表性的是中国科技大学。该校始终注重理工结合,以重大科学问题为导向,大力发展高新技术,研制尖端科研仪器设备和大科学装置,催生原始创新成果。先后建设和参与建设了合肥同步辐射加速器、北京谱仪(BESIII)、稳态强磁场、大天区多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST)、子午工程等国家大科学装置。大科学工程的建设也推动了中科大学科间的交叉与融合,培育了量子信息科学、纳米科学、系统生物学、化学生物学、生物医学工程、金融信息学等一系列新兴学科。

1.高校承担或参与的重大科技基础设施情况

学校

大科学工程

参与程度

时间

中国科技大学

同步辐射光源

牵头

“十五及以前

稳态强磁场实验装置

牵头

十一五

未来网络试验设施

参与

十二五

北京谱仪(BESIII)

参与

“十五及以前

大天区多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST

参与

“十五及以前

东半球空间环境地基综合监测子午链(简称子午工程)

参与

“十一五”

华中科技大学

脉冲强磁场实验装置

牵头

十一五

精密重力测量研究设施

牵头

十二五

清华大学

5兆瓦核供热试验堆

牵头

十五及以前

蛋白质科学设施

参与

十一五

上海交通大学

转化医学研究设施

牵头

十二五

海底科学观测网

参与

十二五

中国农业大学

模式动物表型与遗传研究设施

牵头

十二五

同济大学

海底科学观测网

牵头

十二五

中国海洋大学

“东方红2号”海洋科考船

牵头

“十五”及以前

海洋综合考察船

参与

“十一五”

北京科技大学

重大工程材料服役安全研究评价设施

牵头

“十一五”

北京大学

蛋白质科学设施

参与

“十一五”

脉冲强磁场实验装置

参与

“十一五”

东半球空间环境地基综合监测子午链(简称子午工程)

参与

“十一五”

云南大学

中国西南种质资源库

参与

“十五”及以前

武汉大学

陆态网络工程

参与

“十一五”

东半球空间环境地基综合监测子午链(简称子午工程)

参与

“十一五”

南京大学

脉冲强磁场实验装置

参与

“十一五”

复旦大学

脉冲强磁场实验装置

参与

“十一五”

东北大学

脉冲强磁场实验装置

参与

“十一五”

哈尔滨工业大学

重大工程材料服役安全研究评价设施

参与

“十一五”

西北工业大学

重大工程材料服役安全研究评价设施

参与

“十一五”

中国地质大学(武汉)

精密重力测量研究设施

参与

“十二五”

厦门大学

海底科学观测网

参与

“十二五”

浙江大学

海底科学观测网

参与

“十二五”

华东师范大学

海底科学观测网

参与

“十二五”

西藏大学

高海拔宇宙线观测站

参与

“十二五”

从地域分布来看,参与国家大工程建设的高校主要集中在合肥、北京、上海、武汉等科教资源相对雄厚的地区。由于大科学工程的建设不仅需要具备较强的科学和工程技术知识基础,还需要高水平的研究、制造能力和丰厚的人才储备。而合肥、北京、上海、武汉等地是高校和科研院所相对集中的地区,具备学科综合、人才队伍等方面的优势;同时上述地区的技术水平和制造能力在全国也具备明显优势,所有这些基础条件为高校参与设施的建设提供了强有力的支撑。

从表1的大科学工程项目来看,承担项目建设的高校具备如下基本特征:

一、基础研究实力雄厚。如中国科学技术大学,该校的物理、化学、材料等基础学科均进入ESI1%,而且物理学科的论文被引用排名位列全国高校第一名,因此在涉及粒子物理与核物理学科领域的重大科技基础设施的建设方面,中科大承担了很多的建设任务。

二、具备明显的行业特色。如北京科技大学和中国农业大学。矿冶学科是北京科技大学的立校之本,被誉为我国的“钢铁摇篮”,是该领域的排头兵。在2012年的学科评估中该校的材料科学与工程以及冶金工程均位列全国第二名,学科实力比较雄厚。因此在重大工程材料结构服役安全评价实验装置的建设中,北京科大发挥了自身的传统优势,承担起了这一重大设施的建设任务。

三、具备独有的学科优势。如同济大学。目前我国设立海洋地质科学学科的高校比较少,而同济大学又是我国最早发展海洋地质科学的高校之一,具备很多独有的优势。因此,在“十二五”期间优先发展的16项重大科技基础设施中,唯一一个关于海洋地质科学的装置海底科学观测网,便毫无疑问地由同济大学来承担建设。

此外,上表中华中科技大学在“十一五”以来作为牵头单位承担大科学工程项目有2项,是高校中最多的。仔细分析华中科技大学成功的经验,我们可以发现提前谋划和布局是取胜的关键。脉冲强磁场实验装置项目是由华中科技大学牵头承担建设的国家重大科技基础设施之一。在此项大科学工程的建设方面,华中科技大学对学科及人才队伍进行提前谋划与布局,为项目的建设积极创造条件。首先在学科方面,学校成功发挥了院士、学科带头人在凝练学科新的发展方向的引领作用,使传统的电气学学科拓展到了极限电磁装备领域,为重大设施的建设奠定了学科基础。此外,在人才队伍方面,为形成综合优势,学校有针对性地组织、培养了脉冲强磁场科研创新团队,为设施的建设积极储备人才。除了学科及人才队伍方面的条件外,华中科技大学在基础设施条件和相应的工程技术方面也具备非常大的优势。学校的脉冲强磁场原教育部重点实验室拥有一批国际先进水平的仪器设备,如大型脉冲发电机组,可以为脉冲强磁场装置提供脉冲电源机组。另外学校在脉冲磁体、脉冲功率、电气控制工程、低温与制冷等相关技术方面具有较强的实力,并与国际著名脉冲强磁场实验室开展了良好的合作,这些都为装置的建设提供了良好的基础条件。

华中科技大学成功的实践证明,为承担重大科技基础设施的建设任务,高校要有前瞻性认识,能够主动谋划、超前规划,并且将认识落实到实际行动上,对学科、人才、基础设施条件,工程技术等方面提前进行部署,为参与设施的建设积极创造有利条件。

当前,《国家重大科技基础设施建设中长期规划(2012-2030年)》对能源、生命、地球系统与环境、材料、粒子物理和核物理、空间和天文、工程技术等7个科学领域进行了系统部署。高校如何在国家大科学工程的建设中发挥更大的作用呢?首先,由于重大科技基础设施的设置兼顾了国际前沿研究和国家重大战略需求,高校应该在瞄准科学技术前沿的同时,将自身的发展与国家重大需求结合在一起,在重点领域提前谋划和布局;其次,从国内外大科学工程的建设经验来看,协同合作已是大科学工程发展的必然趋势。因此高校应该加强与国内外高校、科研院所的合作,通过整合科技资源以提升学校的科技竞争力;第三,由于大科学工程建设是一项复杂的系统工程,因此其设计、建设和运行的过程决定了它的跨学科属性。为此,高校应该注重学科间的交叉,包括传统学科与新兴学科的交叉、新兴学科与前沿学科的交叉,使学校自身具备承担设施建设的学科基础。

(撰稿:发展规划处事业信息管理办公室陈旭、刘世丽)

 

 

 

 

 

 

 

 

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