当前，人类经济社会发展面临资源、能源、环境、健康等一系列瓶颈制约，依赖科技进步破解瓶颈制约的需求日益紧迫。新一轮科技革命和产业变革孕育兴起，正在以全面的科技创新，驱动社会经济发展方式和人类生产生活方式产生深刻巨变，重塑世界竞争格局。

在人类不懈探索和认识自然的科学进程中，物质结构、宇宙演化、生命起源、意识本质等基础前沿科学领域正在发生或酝酿着重大的突破。每一项重大突破的诞生，都伴随着人类探索未知的极限能力达到新的高度。重大科技基础设施（又称为“大科学装置”）在这些基础前沿科学发展和突破中发挥了核心作用，并为诸多领域的科技创新和解决国家发展战略的关键科技问题提供了大型研究平台。中国要建设世界科技强国，必须认真部署重大科技基础设施建设和发展，加大投入，优化布局和建设管理体制，支撑我国科技创新的持续发展。

1 重大科技基础设施源于物质结构微观前沿研究

20世纪是物理学世纪。物理学在这个世纪经历了3次大的跨越，从原子物理深入到原子核物理，再深入到粒子物理。100多年前，我们发现了原子是由原子核和电子组成的，后来又发现原子核是由质子和中子组成的。从20世纪60年代开始，我们逐步发现组成原子核的质子和中子是由更深层次的粒子――夸克组成的。应该说，20世纪物理学的3次跨越取得了巨大的研究成果，在不断深入到物质微观结构新的层次的研究过程中，取得了物质结构理论的伟大跨越，而且其中许多物理发现产生了重大的技术发明，转换成为巨大的生产力。比如，现在广泛利用的核电、半导体和集成电路、激光、计算机、电视、手机、全球定位系统（GPS）、核成像和核医学等，都是20世纪物理学成果的转化。核武器更是对国际政治和军事产生了极为深刻的影响。

20世纪的物理学对科学技术的另一大贡献是产生了大科学装置。随着物质结构的研究深入到原子核和粒子的层次，研究物质微观结构的尺度越来越小，就需要使用能量越来越高的粒子。这就需要周长越来越大的加速器来加速产生高能粒子。基于大型加速器的大科学装置不仅支撑了粒子物理和核物理学科的跨越发展，更催生了先进的大型研究平台，包括同步辐射光源、散裂中子源、自由电子激光等。这些大科学平台是解决诸多领域交叉前沿问题的关键工具，成为了发达国家科技创新体系的关键单元，是国家综合实力的象征。围绕着这些大科学装置，往往聚集了诸多学科的研究机构和高技术产业，形成了大型的高科技园区。进入21世纪，新一轮科技革命和产业变革促进了世界范围内大科学装置建设的新一轮高潮，并推动了相关领域的研究和高科技研发的跨越式发展。

中国的大科学装置建设起源于1984年邓小平同志决策建设的北京正负电子对撞机。他强调：我们建设正负电子对撞机，就是为了让中国的高科技在世界上占有一席之地。北京正负电子对撞机的成功建设和丰硕成果不仅使中国高能物理实验研究在国际上占有了一席之地，而且带动了我国大科学装置的飞跃发展，有力地促进了我国基础科学前沿研究和高科技的发展。应该说邓小平同志提出的战略目标正在逐步实现。

大科学装置分两大类：一类就是粒子物理和核物理专用加速器、核聚变装置、大型天文望远镜等，为相关领域前沿科学的专用研究服务；另一类就是同步辐射装置、散裂中子源、自由电子激光等多学科交叉前沿研究的平台。世纪之交，资源环境等领域的许多分布式的科技基础设施发展迅速，如子午工程、地下资源与地震预测极低频电磁探测网、海底科学观测网等，使得“大科学装置”的概念扩展成为“重大科技基础设施”。

2 科技创新引领大科学装置的发展，大科学装置为重大科学突破提供关键的研究平台

物质微观结构研究在不断向物质更深的层次和更小的尺度发展，要求越来越大的加速器产生能量越来越高的粒子。20世纪30年代环形加速器诞生时周长是米级，20世纪50年代周长发展到几十米，20世纪70年代后期周长发展到2 000米，到20世纪80年代后期，周长接近30千米。这个发展驱动了诸多高技术领域的飞速发展，包括精密机械、磁铁、高频微波、自动控制、快电子学、计算机和网络、超导技术等。

加速器能量的不断提高，为物质微观结构的研究逐步深入至更小尺度的过程提供了关键的工具，不断获得重大突破和科技创新。作为从20世纪60年代开始的物理学的第3次跨越，粒子物理学领域一共获得了18项诺贝尔物理学奖。物理学家在大型加速器上实验研究物质微观结构，发现新的粒子，建立粒子物理的“标准模型”。根据标准模型预言的新粒子的质量，欧洲核子研究中心建设了周长27千米的大型正负电子对撞机（LEP），发现了精确预言的两种非常重要的粒子。这段历史是科技创新引领大科学装置发展、大科学装置为科学重大突破提供关键研究平台的黄金范例。大科学装置的建设和发展推动上述相关领域高技术的跨越式发展，并在国民经济和国家安全的诸多领域得到了广泛应用。

大型环形电子加速器中接近光速的电子会发出极强的X光（被称为同步辐射），它是环形电子加速器提高能量的主要制约因素。然而，科学家发现这种X光是诸多领域研究物质分子结构的极佳手段，因此专门建设了同步辐射加速器，为生命科学、材料科学技术、凝聚态物理、化学化工等领域的前沿研究提供先进的大型交叉研究平台。这种革命性的研究手段给许多学科的研究带来了跨越式的发展。例如，近20年来，国际上用同步辐射研究蛋白质大分子结构的研究成果大约平均每3年就获得1次诺贝尔奖。

类似的大型科学研究平台还有散裂中子源和自由电子激光，这都是从大型加速器衍生出来的多学科交叉研究平台。散裂中子源提供非常短的强中子脉冲。中子不带电荷，有磁矩，穿透能力强，为诸多学科的前沿研究提供最先进的平台，与同步辐射光源相互补充。散裂中子源能为解决国家发展战略中的许多瓶颈问题提供关键的研究手段，如：测量材料残余应力和金属疲劳，化学反应中催化剂的原位表征，可燃冰性质研究，以及汽车锂电池的原位充放电研究等。

据统计，物理学和化学等领域的诺贝尔奖约有一半都与大科学装置有关，主要原因有2点：①创新科学思想在大科学装置得到了实验验证；②大科学装置提供了最先进的研究手段，使得新的科学突破、新的发明和技术得以产生，如发现新粒子和新的物理现象。

网页的发明是大科学装置对科技创新贡献的又一个典型例子。1988年瑞士欧洲核子研究中心（CERN）为了解决横跨约20个时区的粒子物理实验大型国际合作组的学术讨论和交流，发明了万维网（WWW）。考虑到网页极为广泛的应用前景，CERN决定不为WWW申请专利，无偿地贡献给全人类。网页迅速得到极为广泛的应用，对人类的社会、政治、经济、文化等都产生了极为深刻的影响。

我国大科学装置的建设和发展同样是由我国科学研究前沿需求和国家科技创新战略引领和驱动的。30多年来，我国的大科学装置快速发展，有力支撑了我国基础科学研究和高新技术研发。专用的大科学装置使我国的粒子物理、核物理、天文观测、受控核聚变等领域的实验研究进入了国际先进行列。这些大科学装置上的研究产出了大批重大创新成果。例如：我国北京正负电子对撞机的实验成果获得了1项国家自然科学奖一等奖和4项国家自然科学奖二等奖；大亚湾反应堆中微子实验获得国家自然科学奖一等奖。同步辐射光源和散裂中子源等多学科交叉研究大型研究平台更得到快速发展。基于同步辐射装置的科学研究获得了大批国家科技奖项。例如，上海光源的实验用户仅在2108年就获得了3项国家自然科学奖二等奖、1项国家科技发明奖二等奖和1项国家科技进步奖二等奖。

总体上，我国重大科技基础设施的发展水平与处于前列的发达国家仍然存在较大差距，距离满足实施创新驱动发展战略的需求还有较大距离，今后相当长的一段时期从规模和水平上看仍然需要大力发展。如何最大限度地提高发展效益，如何在激烈的国际竞争中从落后走向领先，是值得特别关注的问题。

3 创新驱动发展战略引导重大科技基础设施的发展

《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》提出“提升创新基础能力”，要求“瞄准国际科技前沿，以国家目标和战略需求为导向，布局一批高水平国家实验室。加快能源、生命、地球系统与环境、材料、粒子物理和核物理、空间和天文、工程技术等科学领域和部分多学科交叉领域国家重大科技基础设施建设，依托现有先进设施组建综合性国家科学中心”。我们必须站在国家发展战略的高度，充分认识重大科技基础设施在创新驱动发展战略中的重要地位。

国家重大科技基础设施在创新驱动发展战略的基本定位和科技创新对设施多方面的紧迫需求，必然要求设施“高速度、高质量、适度超前发展，高水平、全方位服务国家发展战略”。创新驱动发展战略对重大科技基础设施发展的主要需求包括3个方面。

3.1 实现经济社会高质量可持续发展的需求

要破除我国在能源、资源、环境、健康等领域面临的严峻瓶颈制约，发展绿色技术是实现国民经济高质量持续发展的基本条件。发展绿色技术中许多关键科技问题的突破强烈地依赖重大科技基础设施的支撑。例如：在能源领域，各种传统能源（化石能源、核能）的高效无污染利用、新型高效清洁能源开发、可再生能源规模化利用、能源系统重大装备关键技术的突破等；在地球环境领域，大尺度环境变化及其成因、污染物形成机理和生态毒理、污染治理技术、绿色生产技术等；在生命科学领域，人类疾病防治、动植物经济性状改良和绿色生物制造等。我国现在已经拥有一批支撑这些研究工作的重大科技基础设施，取得了不少成绩，但尚不能满足需求，仍需大力发展。

3.2 提高我国综合国力和国际竞争力的需求

我们必须通过科技创新，发展共性关键技术、前沿引领技术、现代工程技术和颠覆性技术，不断提升传统产业的技术水平，不断催生新产业；必须率先突破科技瓶颈，取得新经济增长点的制高点和发展先机，成为新赛场规则的制定者和主导者。而实现这些要求，许多工作都需要高水平的重大科技基础设施作为支撑。

以工程科技为例。当前，工程科技的发展呈现出整体突破并颠覆传统行业的发展态势。随着诸多工程技术系统日益向极限指标、极端环境、自主智能、系统复杂的方向发展以及向物理空间的深度和广度进军，先进制造、通讯、建筑、交通和航空航天等领域提出了一系列前沿科学问题和重大工程技术问题，迫切需要在相应重大设施的支撑下得到突破。我国在提高综合国力和国际竞争力的许多方面存在“短板”和“瓶颈”问题，都与缺乏突破相关科学技术“瓶颈”的研究支撑能力有关，因此具有这种研究与支撑能力的重大设施又是解决“短板”的短板。发展这类设施是重大科技基础设施发展的重中之重。

3.3 前瞻性和引领性科学前沿突破的需求

“三个面向”是我国科技工作长期坚持的基本方针。针对“面向世界科技前沿”，实施创新驱动发展战略以来，更加突出强调了“对未来科技发展和经济社会发展有重大影响的科学前沿”和“力争取得引领性突破的基础科学前沿”。这些科学前沿的革命性突破越来越依赖于重大科技基础设施的支撑能力。

在生命科学领域，随着学科交叉、技术集成和知识融合的深入，分子、细胞、组织、大脑等领域的基础研究向纵深推进，要求重大科技基础设施为从理解生命（细胞功能、器官功能等）、模拟生命（人造器官及其相互作用等）到干预和设计生命（定向设计与合成多细胞生命，创造新物种等）的前沿研究提供有效支撑。而这些科学前沿的重大突破，将为解决健康、农业、生态等领域的重大科技问题提供新理论和新方法。

在地球系统与环境科学领域，也存在大量的研究前沿，例如：板块构造理论的发展和完善；地球起源、演化比较行星学研究；新型多污染物相互作用及其生态环境影响、生物有效性、生态毒理前沿问题；海洋系统物质-能量循环与环境-生命过程；地球系统多圈层物理、化学、生物学过程及其相互作用等。这些前沿的突破需要依托重大科技基础设施来开展研究，其研究成果将为解决资源、环境、海洋和气候变化等问题开辟广阔的道路。

国民经济持续发展和国家安全的许多关键技术问题对我国材料科学技术领域提出严峻的挑战，其中许多核心技术必须依托重大科技基础设施来研究。一方面，相关领域的重大科技基础设施必须积极面对这些需求，认真部署，协同攻关，作出应有的贡献。另一方面，材料科学本身面临研究对象逐步从平衡态、线性过程、统计平均的简单体系，过渡到瞬态、动力学、非平衡态、非线性过程、局域和个体的复杂体系，呈现全新的视野，使人类进入物质调控时代。为了实现这种变革性的突破，需要相关设施的性能有变革性的提升，从而提供在各种更极端、更综合的条件下，对研究对象进行更精细的结构表征的能力。

物质结构、宇宙演化、生命起源、意识本质等基础前沿科学研究正在发生或酝酿重大突破。这些可能的重大科学突破不仅将给相关领域带来深刻的革命，还可能产生重大的科学技术创新，转变成为巨大的生产力。物理学和宇宙学面临暗物质和暗能量的重大挑战，正处于重大历史性突破的前夜。重大科技基础设施对这些基础科学领域的发展起到了核心作用，是进一步实现重大突破必不可少的支撑条件。我国从重大科技基础设施发展伊始至今，在这些方面都为人类文明的发展作出了得到国际科技界高度认可的贡献。今后，我们必须有所作为，在若干基础前沿科学研究率先取得突破，取得引领地位。这也是新时代国家发展战略的需求。

4 促进我国重大科技基础设施发展的战略举措和政策建议

我们必须根据国民经济持续发展和国家安全对科技创新的需求，以及国际科技前沿的发展，认真规划我国重大科技基础设施的发展。对于服务国民经济持续发展和国家安全的关键科学技术的大科学装置，属于战略必争的领域，必须被优先规划和部署；国家要加大投入，分批实施。要在对学科发展具有重要意义和服务国家重大需求的研究方向，逐步形成合理均衡的大科学装置布局，全方位满足国家发展的重大需求。

对于国际科学前沿领域的大科学装置，应当根据国家的科技发展政策，坚持“有所为有所不为”的原则，考虑我国在相关领域的科技发展战略和科学技术基础，认真选择重点支持的研究领域及其大科学装置，注意发挥我国在相关领域的科学技术积累和资源地理优势。这类大科学装置往往采取国际合作的方式建设和运行，最大限度地利用国际上的资金、技术和科技人力资源。

应当积极发起在我国建设的大科学工程，同时也应当积极参加国际上的大科学工程和大科学计划，并作出实质性的贡献。这是培养高水平科技人才，引进先进技术的重要途径，也是吸引国际科技界积极参与我国发起的大科学工程建设的必要条件。

必须继续坚持国家统一规划和部署大型科技基础设施领域的建设，坚持以国家科技发展的战略需求和用户需求为导向，这也是国际上发达国家的通行规则。大型科技基础设施的建设方案应当力求综合性能先进，符合国情，综合考虑用户群体、建设队伍和管理开放水平。大型科技基础设施的规划要考虑装置的全生命周期，重视新装置的立项和建设，同时必须考虑它们的运行开放维护、实验设施的建设，以及升级改造。

探索地方政府参与大型科技基础设施建设的多种机制，调动各方积极性，加快我国大型科技基础设施的建设和应用水平。不应盲目追求单项指标的“世界第一”，避免一哄而上和重复建设。

过去3个“五年规划”期间，国家大力推动大型科技基础设施的建设，我国已建和在建大型科技基础设施的数量已处于世界前列，若干设施的水平已经接近或处于国际先进水平。然而，多数平台型装置的谱仪数量和精度，以及样品环境还不能满足用户需求，与发达国家的同类装置差距较大，在科学研究和应用及产出方面的差距更为突出。在根据国家科技发展的战略需求和世界科学前沿研究的战略需求，继续部署新建大科学装置的同时，我们在大型科技基础设施领域的工作应当更加重视已建成的大型科技基础设施的研究和应用成果产出，加大对它们的运行、研究和应用的支持，尽快增建谱仪，并适时进行升级改造，保持其在国际上的先进性和竞争力。

建议对多学科交叉的大型科学研究平台（如同步辐射光源，散裂中子源等）的二期工程（建设更多的谱仪和光束线站、样品环境、实验室设施等）的立项设立“绿色通道”。一期工程投入运行并通过国家验收后，可以立即申请二期建设，尽快发挥作用。不要等“五年规划”的周期，不要作为新项目参与每个“五年规划”的项目竞争。这些项目往往不需要征地，在环评方面，一般没有变化。

加强对已投入运行的大科学装置科学研究和应用成果的评估，定期评估（peer review）其运行水平、开放和管理水平、科学和应用产出、用户评价、经费情况、维护和改造升级需求等，特别检查立项时的科学和应用目标的实现程度。一般每3—4年进行1次评估。

要认真部署已经原则同意新建的大型科技基础设施或改造升级的关键技术预研，这是确保工程建设顺利建设，采用创新技术的关键。

加强国家层面的重大科技基础设施发展的咨询工作，将目前制订规划时成立的咨询委员会变为一个常设咨询机构，并设置固定任期。其主要任务：①定期对全国重大科技基础设施发展的状况，包括管理工作进行评估，针对存在的问题提出改进建议；②适时对设施建成后的后续发展需求，包括扩充建设和升级改造进行评估，提出安排建议；③对新建的重大科技基础设施的规划和评审提供咨询意见。