“大科学装置”的产业化发展（下篇）- 大数跨境

中科富海

2021-07-02

在《“大科学装置”的产业化发展（上篇）》中，我们对“大科学装置”相关特点进行详细阐述。那么，“重装科学城”的发展之路应该怎么走？——迈向大科学装置产业化。本期，我们将对国际上已有的三种“大科学装置”产业化发展模式进行分析，希望助力中国“重装科学城”的建设发展。

“重装科学城”的发展之路应该怎么走？——迈向大科学装置产业化

虽然“大科学装置”具有上述“高投入”的特点，但是通过合理的产业化引导“大科学装置”是可以产生巨大效益的。例如，用于高能物理的加速器类“大科学装置”在产业化之后，投入产出比一般可以达到1∶3左右❶。在英国，散裂中子源ISIS经过产业化发展，综合投入产出比达1∶2.14❷；在美国，人类基因组研究装置迄今为止已带来了超过投资额141倍的经济效益❸；在日本，J-PARC散裂中子源有两个专门用于产业化及企业合作的谱仪。2014年，其相关技术辐射和带动的产业发展，市值高达52万亿日元，相当于日本年度国民生产总值的10%❹，对经济发展起到了巨大的推动作用。

英国RAL散裂中子源ISIS

图片来源：Wikimedia Commons@Science and Technology Facilities Council (UK)

因此，正如在开篇中所阐述的，科学创新已经不再是封闭的单线程过程，即使是从事基础科学的“大科学装置”也能直接衍生出科技产业。因此，通过合理的产业化发展路径的设计，“大科学装置”可以避免“白象”难题的出现。

目前，国外也已经有了成功的实践模式，值得中国“重装科学城”借鉴。在下文中，我们将对国际上已有的三种“大科学装置”产业化发展模式进行分析，希望助力中国“重装科学城”的建设发展。

1.“本地聚集模式”：不仅要空间聚集，还要研究方向聚焦，由此碰撞出产业火花

对于“大科学装置”而言，空间“聚集”且研究方向“聚焦”的布局方式，能让“大科学装置”产生更为明显的产业价值。现代科学的很多研究项目，需要同时用到两种甚至多种装置。例如，同步辐射光源与散裂中子源就是互补的：同步辐射光的强项是探测较重的原子，如铂、金；但对于外围电子稀少的氢原子，如氢、氦，中子散射方式就更具优势。在前文提到的上海张江科学城亦是如此。张江科学城不仅聚集了上海光源、蛋白质研究中心、上海超算中心、软X射线自由电子激光实验装置等，未来还将成为全球规模最大、种类最全、综合能力最强的光子大科学设施群。这就是“空间聚集，研究聚焦”逻辑的很好体现。

上海光源

图片来源：Wikimedia Commons@Galaxyharrylion

上海的大科学集群尚在建设之中，而英国哈维尔科学和创新园已经给出了一个成熟的示范。

哈维尔园区是英国国家级科学创新中心，成立至今已超过75年，占地面积达710英亩（1英亩≈4046.86平方米）。这里聚集了超过225个组织、6000多名工作人员。在英国现有的高能级“大科学装置”中，几乎一半的设施都位于哈维尔园区，如世界领先的第三代同步光源——钻石光源、最具生产力的ISIS散裂中子源、世界顶级激光装置之一CLF、全英最强大的GPU超算——Emerald、英国国家级的研究机构——国家影像中心等。

CLF

图片来源：Wikimedia Commons@Science and Technology Facilities Council (UK)

更重要的是，哈维尔园区聚集的“大科学装置”方向一致且能够形成互补。设置在园区的三大主要装置，都面向无机或有机材料的微观结构进行探索，且细分领域互为补充，谁也无法替代谁。同步辐射光源与散裂中子源都是理想的“探针”，侧重于探测轻重不同的原子，但这两者只是对于物质本身的基本探测，对于其中原子相对之间距离的高精度测量，还需要借助大型激光装置。上述三大装置的叠加会让科学家对于物质微观结构的认识更加全面和准确。现在，三大装置在生物科学、食品、物理、工程、环境、能源等领域的科学探索已经形成很好的合作。

基于这种研究方向的聚焦，从2009年开始，哈维尔园区内逐步形成了健康科技、能源科技和航空三大产业集群。其中，健康科技产业集群中的相关科技企业，通过利用同步光源和CLF中央激光装置进行药物研发和开发生物相容性材料；能源科技产业集群基于对散裂中子源和同步光源的充分利用，解决气候和环境等方面的问题，产生创新的清洁技术；航空产业集群的壮大，也同样借势同步光源在材料研究领域的优越性，为工程组件如航空发动机风扇叶片的研发制造添砖加瓦。

通过发挥“大科学装置”的产业潜力，哈维尔园区年产值超过10亿英镑，为整个英国带来了大量的就业机会，促进了经济增长。其中，单单是航空产业集群就已经为英国提供了42000个工作岗位❺。

对于目前正在规划中的“重装科学城”而言，可以借鉴这种“空间聚集、方向聚焦”的“大科学装置”“顶层设计”，从建设之初就能够做到有的放矢，为之后的“大科学装置”的产业化发展铺平道路，形成科学城具有优势性的经济盈利价值。

2.“异地转移模式”：以大装置为创新源点，向异地散发科研成果，促进产业化落地

中国大部分城市发展已经结束了大幅向外扩张式的发展。对于很多沿海经济发达地区，建设用地没有太多“增量”可言。在这种城市发展的新阶段，“重装科学城”如何在规划边界内产生更大的价值，是关乎科学城永续发展的重要问题。其实，“重装科学城”内的大装置所创造的价值不仅能在本地转化，而且能通过机制创新，在其他地区落地生根。由此，科学城就有可能转变为“科学版的苏州工业园”——在异地落地开发科学成果。这将为科学城自身，同时为落地区域，创造更大的价值。

这种“一个装置产生的成果裂变转移到其他若干地区进行落地生产”的模式，在欧洲核子研究中心（CERN）已经形成。这也为国内已经建成的“重装科学城”打开了“大科学装置”产业化发展的新思路。

横跨瑞、法边境的欧洲核子研究中心（CERN），掌握着世界上最大、最复杂的公共“大科学装置”，包括粒子加速器、探测器和计算设施。这里是世界上最著名的高能物理实验基地，目前拥有23个成员国，共同分摊资金和运行费用。CERN有着来自80个国家、代表500余所大学机构的约6500位科学家和工程师。这里的科学家数量几乎占了世界上粒子物理学人才总量的一半❻。

欧洲核子研究中心

图片来源：flickr@x70tjwOlivier Bruchez

CERN的运营成本非常高，2020年高达11.97亿瑞士法郎（约12.33亿美元）❼。但其产出更为惊人：CERN在2015年发布的产业研究报告显示，基础物理学相关产业包含机电、土木、能源、信息通信、交通、生命科学、太空科技等，对欧洲国家的影响达GDP总量的15%。其中，仅CERN的存储分析数据框架ROOT，就可被广泛用于电信、航空航天、金融保险等行业，进行欺诈行为分析，可创造价值高达54亿欧元❽。

而CERN能获得如此高额的直接或间接收益，其产业化模式的关键就在于高效的技术转移。CERN为技术的产业化成立了专门的组织——知识转移集团（CERN Knowledge Transfer Group，简称KT），其任务就是通过专职人员的管理、策划并推动科学界和产业界创造技术转移的机会，以促进创新。现在，知识转移集团（KT）分为商业发展部、知识产权管理和知识转移政策部以及医学应用部，三个部门拥有25名员工，其中有10位独立知识转移专员❾。

在这里，技术转移的第一步就是收集研发成果。以“成果产业化”为目的，KT帮助CERN的研发人员了解所研发技术的应用潜力并将所有知识成果汇总，形成巨大的“成果池”，并对其中应用前景良好的技术给予多种渠道的协助，包括组织各种学术活动、提供资金帮助等。在2019年，KT就在18个成员国举行了超过100场活动，还实施了加速创新计划（Accelerating Innovation），共帮助了七个领域的18项技术❿。

在收集了一系列有价值潜力的技术之后，KT便转身将它们分散到成员国各地，进行产业落地转化。KT在奥地利、法国、希腊等成员国建立了九个企业孵化中心（Business Incubation Center），推动CERN技术衍生的初创和小企业崛起。这些分散式的孵化中心的主要职责是对外公布研发动向和可转化的技术成果，以寻求企业合作，为技术研发和产业应用搭建桥梁。同时，孵化中心还为入驻企业提供办公场地、专业顾问、商业支持、业务培训等服务。另外，还可以协助在孵化的企业在CERN中进行技术考察、开展技术合作，帮助外地企业获得CERN专利技术的优惠许可、共享网络资源等。

目前，CERN的企业孵化中心已经形成了遍布欧洲的孵化网络，使CERN的技术可以通过网络化的服务体系得到迅速有效的转化和扩散。2015年，CERN向外部合作伙伴输出的新技术和相关专利约有100个。其中，产业界合作伙伴占65%，教育界占14%⓫。除了欧洲区域，CERN的技术转移还在影响着全球。2017年CERN技术转移合同涉及的名单里，就出现了加拿大、印度、韩国等欧洲域外国家。

欧洲核子研究中心大型强子对撞机

图片来源：flickr@x70tjw

由此，我们看到了“大科学装置”除了“聚变”之外，其“裂变”也能够产生价值。不仅仅是那些用地相对紧张的区域，实际上对于那些整体产业基础良好、科技成果转化能力强的区域，都可以借鉴这种“裂变”的产业化落地模式，拓展自身在“科学城”以外的影响力。这将更加高效地在更大范围内兑现“大科学装置”的价值。在一定程度上，这种“裂变”模式会帮助“重装科学城”拓展更长远的发展空间。科学城的建设者和运营者也将成为更多产业区域的开发者。

3.“人才激活模式”：构建人才体系内外双引擎，提供产业永续发展的根本动力

产业的发展离不开人，而人是产业能够永续发展的源泉和动力。大科学更是如此，以交叉学科著称的“大科学装置”，需要配备的人才也极为复杂和庞大。通常情况下，科学家们会随着装置而“迁徙”，大装置对于他们来说就是必要的工作环境，装置在哪儿，科学家们就在哪儿。但正如前文所述，“大科学装置”“耗”的不仅仅是科学家，还有“科学辅助工作人员”，那他们又要从何而来？

下面，我们一起来看一看法国东南部的边陲小城格勒诺布尔是怎样做的——

与前文提到的两个科学装置聚集地相似，格勒诺布尔早早就选择了走一条“大科学装置”产业化之路。经过70余年发展实现了“高能”升级，创造了独有的“格勒诺布尔模式”。“大装置带动当地经济蓬勃发展，2016年格勒诺布尔——阿尔卑斯大都会地区的GDP约为120亿欧元，吸引了大批国际投资者。其中，先进技术创新园（GIANT）作为主要的经济贡献者，相关经济效益高达32亿欧元，占据了整个区域的四分之一。”

格勒诺布尔

图片来源：Wikimedia Commons@Thibdx

同时，格勒诺布尔延展“大科学装置”产业链，形成了闻名世界的“影像产业谷”（Image Valley）。如今，格勒诺布尔被评为世界第五大、法国第二大创新城市，从一座小城变成了“欧洲的硅谷”。发展了70余年的科学城自然方方面面都是政府全局上下的通盘考虑。但更值得国内“重装科学城”借鉴的是：格勒诺布尔从“科学辅助工作者”入手，通过内部培养与外部输入，搭建了完整的科学服务人才体系，为“大科学装置”的持续高效运转保驾护航。

对于“大科学装置”所需要的研究人员和工程师人才，格勒诺布尔通过教育机构与科研院所协同发展，可以“内部”培养，同时还能向外输出“科学辅助工作者”。在格勒诺布尔，有多家教育机构与“大科学装置”及科研院所合作，从职教到研究生、博士，为研究工作提供源源不断的“科学辅助工作者”。

例如，格勒诺布尔综合理工学院、格勒诺布尔—阿尔卑斯大学等都提供了全面的教育培训课程，着重面向工程类学生提供相关课程，如机械、电子、软件、仪器仪表等，很多学生毕业后就直接在当地研究机构从事相关工作。此外，格勒诺布尔综合理工学院还是法国继续教育方面最活跃的学校之一，拥有大量短期培训课程，为集群内已经从事工作的人，如“大科学装置”或科研中心的管理服务人员，提供灵活的兼职课程，使他们更好地从事项目管理和企业管理的工作。

同时，格勒诺布尔通过国际实习、交流等合作，为外部的很多“科学辅助工作者”提供相关的岗位。通过常年的科研交流活动，格勒诺布尔吸引了国际上专业的“仪器科学家”前来。他们很多人在完成学业或访问之后，仍然选择继续在格勒诺布尔工作几年——以实验操盘手、联络官、研究记录人员等常驻的“科学辅助工作者”身份，辅助科学家使用“大科学装置”。例如，朗之万研究所就为愿意留下来继续工作并使用“大科学装置”的人打造了数十个“仪器科学家”的岗位。他们的工作主要是为用户提供各种科学实验的支持，以及参与仪器的开发和升级。

其实，对于所有计划或正在建设“大科学装置”的“重装科学城”来说，人才永远是城市和产业持续发展的动力。因此，“重装科学城”对于“科学辅助工作者”，尤其是仪器科学家的引进与培养，格外重视。这一点，在下文《聚光灯之外的科研要素——新一代科学城中的科学辅助服务》中会进行详细的说明。

通过本文“大科学装置”的产业发展路径分析，我们印证了基础研究本身就可以带来新的产业发展机遇和丰厚的回报。因此，“重装科学城”的建设需要从一开始就把握住科学发展的规律，进行正确的顶层战略设计。

当今的中国，依托“大科学装置”打造的综合性国家科学中心已经批复了四个。一个个“大家伙”在各大一线城市如火如荼地建设和规划中。北京怀柔科学城已经走在“重装科学城”的前列。北京怀柔科学城在建的五个“大科学装置”，空间聚集且功能上聚焦互补。例如，综合极端条件实验装置可以和同步光源结合使用，共同为科学城内的综合大型科技平台，如新能源分中心、纳米能源与系统研究所、材料基因组分中心等提供实验支撑。除此之外，怀柔科学城也看到了科学仪器的重要性。2020年5月，科学城成立了“怀柔科仪谷”，集研发、设计、制造、交易等于一体。