科技管理研究
Science and Technology Management Research
2020年第22期2020No.22 doi:10.3969/j.issn.1000-7695.2020.22.004
大科学装置共建共享及其对区域一体化的影响
.——以长三角为例
程晓舫1，唐磊1，夏依林2
(1.中国科学技术大学科技哲学部；
2.中国科学技术大学管理学院，安徽合肥230026)
摘要：区域一体化是经济发展泊必由之路，产学研结合是实体经济走出困局的必然选择。大科学装置在区域科技和经济一体化发展中扮演着日益重要的角。选取长三角作为典型地区，分析大科学装置优化布局和共建共享的思路，
引出大科学装置对区域一体化影响的数学化研究，通过经济建模探讨经济发展和学科交叉的困局与出路，
进而利用模型推导演绎大科学装置共建共享和分类应用产生的社会经济价值。基于研究发现，提出如下政策建议：大科学装置应加强分类布局，避免畫复化建设，亟需建立和完善共建、共管、共享的体制机制；实现区域科技和经济一体化联动发展及协同创新，需要不断激发政府、企业、高校及科研院所等非同类运行主体的活力，最终形成有效合力。
关键词：大科学装置；区域一体化；共建共享；长三角
中图分类号：F204;F207;G311;G301文献标志码：A文章编号：1000-7695(2020)22-0026-06 The Co-construction and Sharing of Large-scale Scientific Facilities and Its Impact on
Regional Integration:Taking the Yangtze River Delta as an Example
Cheng Xiaofang1,Tang Lei1,Xia Yilin2
(1.Department of Philosophy of Science and Technology,University of Science and Technology of China;
2.School of Management,University of Science and Technology of China,Hefei230026,China)
Abstract：Regional integration is the only way to economic development,and the combination of indust
ry,education and research is the inevitable choice for the real economy to get out of difficulties.Large-scale scientific facilities play an increasingly important role in the development of regional science and technology and economic integration.This paper selects the Yangtze River Delta as a typical area,analyzes the idea of optimizing layout and co—construction and sharing of large-scale scientific facilities,introduces the mathematical study of the influence of large-scale scientific facilities on regional integration,discusses the difficulties and solutions of economic development and interdisciplinary development through economic modeling,and then deduces the social and economic value of co—construction, sharing and classification application of large-scale scientific facilities by using the model.Based on the research findings,the following policy recommendations are proposed:strengthening large-scale scientific facilities classification to avoid duplication of construction,establishing and improving the institutional mechanisms of co—construction, co—management and sharing;and to realize the joint development and collaborative innovation of regional science, technology and economy,it is necessary to constantly stimulate the v让ality of the government,enterprises,universities and scientific research institutes,and finally form an effective joint force.
Key words：large-scale scientific facil让ies;regional integration;co—construction and sharing;the Yangtze River Delta
1研究背景
当前，全球经济呈现“L”型增长走势，国内经济局势从高速增长转向中高速增长，处于爬坡升级、’“羽化为蝶”的关键时期。当传统意义上推动经济发展的“三驾马车”—
—投资、消费、出口呈现出困局时，科技创新和科技成果转化作为科技兴企的内生动力，实体经济寄期望于科技发展为经济注入新活力。
收稿日期：2020-01-31，修回日期：2020-04-02
基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金项目“科技创新能力的演变及其与区域经济发展的关系”(WK4010000001)；国家自然科学基金青年科学基金项目"个人交通碳交易体系中考虑居民偏好异质性的碳配额定价及低碳行为研究”(71804174)
程晓舫等：大科学装置共建共享及其对区域一体化的影响—
—以长三角为例27
区域一体化是当今世界最具活力的经济现象之一，•它是一个多维度的空间现象，也是一个多学科参与的科学问题⑴。区域一体化不仅是一个经济学概念，经济、科技、人文、产业、制度等全方位的一体化才
是实现区域协调发展的必然趋势。长三角城市是目前中国体量最大、发展迅猛且区域优势十分明显的城市综合体⑵。2018年11月，长三角区域一体化正式上升为国家战略，且在该区域内有两个综合性国家科学中心，集聚了10余个大科学装置（以下简称“装置”）。如果从长三角区域一体化的战略高度来统筹协调大科学装置的建设、运营和维护，就能使得装置的规划布局更加科学合理，整体功能应用更加符合地方经济和社会发展的需求。
科技创新是新世纪全球发展的主旋律，建立科技基础条件平台是国家科技创新体系建设的重要内容。大科学装置作为国家和地方科技基础条件平台的重要组成部分，既是开展前沿领域研究、探索自然规律的重大科技基础设施，也是推动社会经济发展和原始创新的国之利器⑶。中科院大科学装置发展战略研究小组最早明确了大科学装置的概念，即通过较大规模投入和工程建设来完成，建成后通过长期的稳定运行和持续的科技活动，实现重要科学技术目标的大型设施⑷。“大科学”命题的提出试图解决多学科之间长期难以交叉的困境，即迫切需要寻学科交叉的运行方式和载体。因此，从学科交叉性寻求突破，以区域一体化为结局，成为大科学装置建设和运行的使命。
2文献综述
学术界对大科学装置的应用价值研究偏向于其科学特征效用的发挥。Autio等⑸主要从知识溢出层面研究了大科学装置的协同创新效应。Qiao等⑹通过构建一个多案例分析模型和基于输入侧、输出侧、过程侧
、环境侧组成的综合分析框架，研究了大科学装置的科学特征效应，并得出网络效应和集聚效应是大科学装置产生的重要科学效应，正是它们提高了中国科学活动的有效性。Lauto等⑺认为LSRFs（大科学装置）政策往往凸显出其对科技创新的溢出效应以及它们对所在区域创新系统外部协调性和连通性的贡献，以美国能源部所属的位于田纳西州诺克斯维尔的橡树岭国家实验室为样本进行研究，发现大科学装置开放的制度和特征有利于学者开展跨区域性质的合作研究。国内关于大科学装置作用于经济社会发展的研究侧重于国内外大科学装置或综合性国家科学中心的战略管理、运行机制及社会价值比较等。也有学者试图从集化视角作分析，如梁永福等⑻通过研究大科学装置的集化发展趋势及其协同创新效应，以广东省为例，探讨大科学装置对产业链的带动及作用机理；陈套等⑼运用管理学理论分析国外大科学装置集化特征，实证研究了大科学装置集效应，提出了大科学装置集建设的管理启示。还有学者试图以大科学装置为依托，研究国内高新科技园区的管控模式，如张玲玲等以美日英3国科技管理体制为例，探讨了多元分散型、高度集中型、分散与集中协调型的科技管理体制特点，并提出对东莞中子科学城发展的政策建议。纵观学者们的现有研究，大多是从单个或多个大科学装置本身的视角出发来探讨装置或装置的整体价值、发展模式、管理体制或运行方式等，而对大科学装置在一定区域范围内共建共享所产生的集聚效应及其对区域一体化影响的分析则较少。
自然科学与经济社会的互动关系，一直是科学界和经济学界共同关注的话题山】。本文以长三角区域的大科学装置为研究对象，建立模型演绎经济发展和学科交叉的困局与出路，并将其进行扩展，可能会存
在以下创新之处：首先通过建模探讨科技进步和经济发展的关系，进而利用模型演绎大科学装置共建共享的运行制度比较和经济盈利方式，最终推导区域经济科技一体化的良性互动和循环作用。
3长三角区域大科学装置优化布局和分类应用思路
3.1大科学装置的布局和应用特征
在同一城市或区域内集聚多个大科学装置，以发挥其集效应和促进多学科交叉的作用，已逐步成为大科学装置应用的新趋势。大科学装置是指，多个大科学装置通过交叉融合发挥互补优势，达到大科学装置和科研力量的集聚，成为依托大科学装置集的重大创新基地⑻。“布局合理，集中建设，加强合作”是当前及未来一定阶段内中国大科学装置的发展方针，“长远规划，重点发展，规范管理，多用户服务”是发展中国大科学装置的基本战略问。大科学装置一般选址于经济与科技资源集聚地，在长三角地区主要集中在上海、安徽合肥两座城市（见表1），即两个综合性国家科学中心所在地汇聚了更多的科技创新资源。
表1长三角地区的国家大科学装置序号装置名称装置所在城市1上海"神光”系列高功率激光装置上海
2上海神光n装置上海
3.海底科学观测网上海
4转化医学研究设施上海
5上海光源线站工程上海
6合肥同步辐射加速器合肥
28程晓舫等：大科学装置共建共享及其对区域一体化的影响—以长三角为例
表1（续）
序号装置名称装置所在城市
7合肥HT-6M受控热核反应装置合肥
8合肥环流器HL-1装置合肥
9合肥HT-7托卡马克合肥
10合肥EAST托卡马克合肥
11合肥稳态强磁场合肥
12未来网络试验设施南京、合肥
13中国南极天文台南京
在区域一体化加速发展的当下，城市间聚集度不断提高，表现出强烈的集聚效应山）。类似的，大科学装置的区域布局也具有一定的集分布特点，国际上已经建成的重要大科学装置基地，有美国布鲁克海文国家实验室、德国电子同步加速器研究所、欧洲核子研究中心等。纵观国内，长三角内部正在建设集聚程度最高的大科学装置集—
—上海张江光子大科学装置，其中包括以加速器光源为主力设施的上海光源装置。
3.2大科学装置在长三角地区的优化布局和分类应用
根据中国科学院划定的最新标准，大科学装置按照应用目的一般可分为3类：一是特定领域专用研究型装置，用于探索未知领域、解决自然科学奥秘和确立中国在国际科研领域的领先地位，如北京正负电子对撞机、兰州重离子研究装置等；二是多领域公共实验平台型装置，为多学科领域的基础研.究、应用基础研究和应用研究服务，如上海光源、合肥同步辐射装置等；三是一般领域公益设施型装置，为经济建设、社会安全及保障提供基础服务，如中国遥感卫星地面站、长短波授时系统等。
集化建设成功与否与大科学装置的分布息息相关。如为基础研究、应用研究甚至产业研究提供支撑和
服务的，应在布局上优先发展公共实验平台，为多学科领域研究提供实验设备支持；对于已经具备国际先进水平的学科，以及对我国经济社会发展起根本促进作用的研究领域，应给予重点支持。如坐落于合肥科学岛”的托卡马克受控热核聚变装置“东方超环”（EAST）拥有如清洁、能量巨大等特点，EAST的建立为中国聚变工程实验堆的设计和运行提供了依据，更为未来建造稳态、高效、安全的托卡马克类型的聚变反应堆提供重要的工程技术和物理基础［⑷。很多科技发达国家在规划和部署大科学装置建设时，都会把支撑多领域及多学科研究的公共实验装置作为优先或突出发展的平台。上海第三代同步辐射光源（SSRF）作为典型的公共实验平台代表；其应用情况也从一个角度反映了区域科技创新的资源聚集和发散程度。截至2018年年底，上海光源已服务来自全国各地500多家单位中的2万多名用户”其中来自长三角地区的用户达到150多家，在其服务的2400多个课题组中，来自长三角的占比更是达到47%3。从研究活力、R&D经费与当年国内生产总值（GDP）之比、科研人员数量等数据上看，长三角地区都十分突出。大科学装置的合理布局，将加大长三角地区乃至更大地理范围的区域合作；大科学装置的共建共享，将带动区域科技资源一体化联动发展及形成科技公共服务的协同创新，加快区域一体化的进程。当前，科学研究与技术研发相互依托、协同突破的趋势日益明显，技术创新和产业振兴的步伐也在不断加快。合理布局与重点发展是一对矛盾的两个方面，解决好这两个方面的关系，就能够加快大科学装置的建设和发展。
3.3大科学装置的布局应用对科技和经济的影响
目前，中国的大科学装置多归属于国家某一部门或机构，大科学装置的规划及建设以部门需求为主导。其中，由中国科学院牵头运行的大科学装置已达到17个，在建装置6个。总体上说，全社会对大科学装置的布局，由于地方政府参与程度不够，并没有充分考虑大科学装置对所在区域发挥的经济和社会影响⑶。此外，中国的大科学装置建设“科学本位主义”较严重，未能建立起依托大科学装置的学术研究、科技创新与经济活动之间的有效连接。转变经济增长方式、提高投入产出效率是实现可持续发展的必然选择［⑷，在经济下行压力之下，“脱实向虚”令实体经济发展面临更多挑战。一方面，科技进步面临困境：学科交叉是科技的发展趋势，但无法落地，而大科学装置则可能成为学科交叉的一种新的落地方式；另一方面，经济发展遭遇困局：劳动红利与投资绩效增长乏力，全部的期望都寄托于科技创新，而大科学装置通过科技创新资源的整合推动产学研进步，对形成新的经济增长动力具备一定价值。
那么，大科学装置是如何影响科技进步和经济发展，其集化建设及地区内部的共建共享将对区域经济和科技一体化发展产生怎样的影响？下面的模型演绎将得到一些启发。
4大科学装置共建共享和分类应用对区域一体化影响的建模研究
4.1模型的建立
将自然资源划分为可再生资源和非再生资源两种类型，农业经济社会依托的是可再生资源，工业经济社会依托的是非再生资源。分别设可再生资源4>0和非再生资源4）>o，在供需平衡下借助制度X 的建立与
不断调整，实现劳动r改善生活质量“的目
程晓舫等：大科学装置共建共享及其对区域一体化的影响—
—以长三角为例29
的，可建立如下的模型⑷］:
k=A x+A G t x-'(1)
对式(1)进行全微分，可以得到
dA=M+/Z%+&广」In/dx+(x-l)A^t x~2dt
(2)
其中，关于劳动的偏微分具有劳动改善生活质量的内涵表达，建立模型如下：
竺=(—1)&严>0=卜<0,X<1
0t'小>0,X>1
4.2经济发展与学科交叉现状
4.2.1当前经济发展的困局
(3)
在数学上可以对经济做关于资源(/=0,1)对劳动r的函数，称之为经济活动饕；对经济做关于
dt
中国经济发展已经进入新常态，经济增长必须从过去的重投入、轻效率的粗放型驱动模式向创新驱动转变，而科技创新对经济发展支撑作用的总体效率正在以较快的速度提高［叩。走出学科交叉困境是科技创新的前提，因此要将合理应用和功能划分两项措施并举，实现大科学装置既共建共管共享，又分类实施应用。
4.2.3经济发展和学科交叉融合进步
为了振兴实体经济，需要加强科技活动丽和经
济活动竽两者的融合，即实现产学研结合。根据式dt
生活质量k对资源4(/=0,1)的函数，称之为科技6k
活动莎。构建模型如下：
［lim翌■=lira「(x-1)九广$］=o,%<2<-农业经济收益趋零
r-»®Qf i-tt>L」
lim丝=li m r(x-l)A.r'~|=0J工业经济收益趋零
1少dt‘卄L」
经济：「a"k、
lim——|=lim「(x-l)(x-2)4/T］=0,x<3<—劳动促进收益趋零dt\dt J is1--*
lim—|—|=limr(x-1)严］=0,x<2投资促进收益趋零
dA^ydt)—L-I
(4)
式(4)中：寮表示劳动作用于非再生资源，
dt
(2)(3)全微分中各项偏微分，可写出产学研结合关于知盏畤勺数学公式：
dk
~dt
6k込
&
=(兀-1)4)广$(6)继续定义4)实为传统产权，4)虚为知识产权。分析产学研结合下的农业经济和工业经济模式如下：—x^L=1x(x-1)V!=(*-1)4/"J产学研结合下的农业经轿
—x^=I-'x(x-i)41r1=(x-i)仏*+為)广*产学研结合下曲工业经Sf dt■
定义为“工业经济”；譽表示劳动作用于可再生资源,
ot
定义为“农业经济”；号(等)表示通过劳动促进经济收益；佥■(誓［表示通过投资促进经济收益。
我们发现，当对r取无穷大极限时，无论是农业经济还是工业经济，无论选择劳动促进还是投资促进，所表现出的经济活动收益最终都趋向于零。经济发展的困局也恰恰印证了近些年实体经济普遍陷入低迷，进入到“L”型增长状态的描述。
4.2.2当前学科交叉的困局
继续对经济做关于生活质量丘对于4(/=0,1)的函数，称之为科技活动乔。构建模型如下:
农林牧渔学科 农业经疥农学林学
学科:
dk
dA
脑力劳动
西=严%理工孚科
工业经济
畜牧养殖学
物理
化学
力学
科技创新
大科学(学科交叉)
项目
装置
工程
(7)
因此，实现产学研结合迫切需要依靠科技创新，
亦即式(7)中于经济发展有用的知识产权4)虚。为
了实现经济和科技活动的区域一体化，要走虚实结
合之路，即首先要从“虚”的角度广泛开展区域内
高校、科研机构等合作，通过建立区域内高校和科
研机构合作联盟，解决建设经费少、多学科合作、
项目捆合争取经费等问题；再从“实”的角度建立
长三角地区包括哪些城市大科学装置的区域联盟，其有初始建设经费多、服
务多学科的优势，但也存在运行过程中需要源源不
断的资金和人力物力资源等投入，因此未来需要通
过共建共享来解决“运行背负担”的问题，实现大
科学装置通过作用于高校、科研机构和企业的产学
研结合，以产品生产和知识产权收入反哺于装置的
运行和维护。
下面就大科学装置在共建共享过程中运行经费
的分解方式和对经济社会的盈利价值比较，结合前
文对装置优化布局和分类应用模式的分析，进行数
学化描述。
4.3大科学装置共建共享的运行制度比较和经济盈
利方式
4.3.1大科学装置分类应用的模型演绎
科学技术是第一生产力，有着下述体现：
(5)
30程晓舫等：大科学装置共建共享及其对区域一体化的影响——以长三角为例
、，6k dk dk dA dA aA — <------=-----------> —
dA dt dA dt dt 工业技术 、Ok k x-l 经济企业
工业经济= （x_i ）4）厂经济企业农业技术 、6k 经济企业、两 1 \彳卩-2---------^- = 1 ™ > —=（X-1）^(8)即知识体系是经济体系的基础。得到下面数学 演绎的支持：M 「弘/処関/& _严 （9）d4） dk/dA { dA^/dt 我们继续沿用中科院划分的标准，定义大科学装置为3种类型。资源改善生活质量= 模型描述了在区域一体化过程中大科学套置的共建 共享和应用，演绎模型形式如下：dk/dA, 1 ' 1
[>0, / <1<-一般领域公益设施型< 1 T 5-[<0, t>l<-多领域公共实验平台型
,[<0, t<l<-不存在这段应用模式，略去> 1 ―》\1>0, r>l<-特定领域专用研究型(10)在式（10）中：X 作为制度因素主要衡量一个
大科学装置的运行制度是否完善，x>l 表示装置的
运行制度完善，将一直沿用政府财政投入的模式，
x<l 表示装置的运行制度可能存在不足，未来需要
逐步由企业、高校、科研院所等主体承担接续运行 费用；/作为劳动因素用来衡量大科学装置的劳动产
出对经济社会盈利的方式，t > 1表示装置的运行会产 生较为直接的经济社会价值，/<1表示装置的运行会
产生较为间接的经济社会价值。对于x>l 即由政府 财政来投入运行和日常维护的，这类大科学装置一 般会产生直接的经济社会价值（即/>1），因此X>1 且/<1情形的大科学装置应用模式并不存在，予以略 去。式（10）中另3种x 和r 的符号组合方式则分别
对应于中国科学院划分的3类大科学装置。
4.3.2大科学装置运行费用分担对区域一体化的影响
为了实现政府、高校、科研机构、企业对大科 学装置的共建共享，则必须从区域一体化角度对装
置运营投入的主体予以进一步细分。基于区域一体
化的大科学装置运行费用分担机制如图1所示。
国家建设犬科学装賈
应用类 基确类
多领域公共实验平台型一般领域公益设施型特定领域专用研究型寻求经轿一体化 一体化经区域一体化坛行为主 国家运行为ST 国家运轩
图1基于区域一体化的大科学装置运行费用分担机制
特定领域专用研究型装置作为应用于科学技术 前沿领域的载体，需要政府牵头投入长期的物力、 人力、财力等；多领域公共实验平台型装置的投入 运营可采取国家项目支持和企业集团资金注入的模 式，短期内由国家投入建设，而后期的维护和运营 则可以发挥科创龙头企业如华为技术有限公司°的 巨大资本和研发投入优势；一般领域公共设施型装 置的投入运营可采取地方财政投入和行业集资支持 模式，这些装置可由一定区域范围内的地方政府牵 头设立扶持高层次科技人才团队创新创业基金的模 式，面向各类科技创新中小企业、高校及科研院所， 通过企业众筹和设立股权激励等模式开发投入运营， 如中金上海长三角科创发展大基金"°因此，大科 学装置的开发和利用，不仅要政府加大财政资金投
入力度，更要鼓励企业、科研机构等其他来源的资 金渠道，努力形成多元化的投入格局；反之，从大 科学装置中产生的科研成果向企业的转移转化过程 将产生更多的经济社会效益，由此形成区域内经济 和科技一体化的良性互动和循环。4.4 小结大科学装置作为脑力劳动形式的一种承载，有 助于打破学科间的壁垒，为多学科交叉性研究提供 先进的实验平台；高科技产业孵化平台和科技成果 研发、转化基地则给科技型中小企业提供与大科学 装置平台及机构进行互动交流的舞台。在大科学装 置运行过程中，通过科技型中小企业，可以将高校 及科研院所工作者产出的脑力劳动迅速转化为实体 经济的体力劳动，有利于解决脑力劳动和体力劳动 转化之间的障碍壁垒，并通过实体企业众筹、行业 集资建设来反哺大科学装置的运营和维护成本。因 此，大科学装置的共建共享和应用并非是单向发生 的，而是辐射至一定区域范围内的经济、科技、产业、
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