美国研发基础设施现状、问题及对我国启示

美国长期保持全球科技领先地位，一个重要支撑因素在于其大量投入研发基础设施（RDI），为各类科研活动提供知识底座，产生了广泛的外溢效应。近期，美国白宫科技政策办公室（OSTP）发布了国家科学技术委员会（NSTC）报告《美国联邦研发基础设施——美国全球领导力及国家安全的基础》（以下简称“报告”），对美国RDI作出全面评估，指出了设施老化、功能不足问题及其连锁反应，并提出多项应对举措，对我国具有一定借鉴意义。

01 RDI持续高投入支撑美国科技全球领先

RDI是指用于开展研发或促进创新的设施和系统。按照性质分类，主要包括实验和观测基础设施、知识基础设施、网络基础设施，三者共同构成了支撑研发的综合资源。早期RDI主要集中于“大科学”，即建设大型实验平台和设施，如粒子加速器、地面望远镜、研究反应堆等。随着各学科不断融合、研究数据量和复杂度呈指数级增长，当前科学界越来越依赖RDI互联互通形成新的科研成果。特别是在互联网和仪器控制软件的支持下，研究人员可以更加快速便捷地远程访问和使用RDI。例如，在新冠肺炎全球大流行期间，在一些具有高速宽带和远程支持功能的RDI支持下，生物科学家同相关领域科研人员合作，持续跟踪病毒演化，并针对性开展药物开发。

美国对RDI投入具有较长历史。第二次世界大战后，就对联邦实验室、专业设施和设备进行了大量投资，建立起许多世界级研发基础设施。20世纪60年代，又实施了一批研究计划，投资建设相关设施，促进了研发事业发展。报告认为，通过RDI持续高投入，美国科学技术发生变革性进步，创造出大量新产业、新主体、新商业模式，成为推动经济社会发展的关键动力源。

1.1 支持前沿科技进步

RDI作为前沿科技研发的重要资源，有力促进了人工智能、量子信息、先进通信、先进制造等领域发展。例如，美国半导体微电子学、光子学和全球定位系统、磁共振成像等技术，都离不开量子信息领域RDI投资。2018年美国启动“国家量子计划”，加快对科学实验和观测基础设施进行投资，通过多学科研究为下一代计算、信息处理和相关技术发展奠定了基础。

1.2 增强国防发展和科技复原力

火箭、高超音速、弹性空间系统和核威慑能力等美国先进军事能力平台，以及半导体发展所需的关键矿物供应链，背后都有RDI支持。美国将基础设施、科学仪器、数据信息、人力资源等汇聚起来，形成高速安全的研究网络基础设施，用于维护国家安全。国土安全部协调各部门制订计划，关注关键制造业、国防工业基地、能源、农业、医疗保健、信息技术等16个领域的RDI。

1.3 推进生物医学发展

近年来，美国卫生和生物医学领域不断整合专用仪器和辅助技术，形成综合研发平台，高性能计算和人工智能等领域的进步为生物医学发展提供了更多可能性。例如，第一个在美国开始3期临床试验的新冠候选疫苗mRNA-1273，就是由产业界和美国国家过敏与传染病研究所疫苗研究中心共同开发的。联邦机构还公开科学文献、基础基因组和生物数据，并资助从事科学收藏的机构，为科研人员提供保存标本的储存库。

1.4 探索地球和外太空

国际空间站、激光干涉引力波天文台、大型强子对撞机和长基线中微子设施等众多大型RDI奠定了美国在探索地球和外太空领域的全球领先地位。美国政府每年都会投资数十亿美元，用于购买新型科学仪器、卫星阵列、先进传感器，支持民用地球观测及数据研究。一项名为极地坐标系统（ArcticDEM）的大型公私合作计划，将高分辨率成像、先进计算结合起来，绘制出了目前最详细的北极公开地图，进一步巩固了美国在地球两极原地研究上的领先地位。2021年底，詹姆斯-韦伯太空望远镜发射升空，为找寻系外行星、探索宇宙起源提供新证据。

02 报告指出美RDI存在问题并提出对策建议

2.1 存在问题

RDI为20世纪美国科技发展提供了有力支撑，使其在科学发现、人才培养和创新方面成为全球领先者。然而，巅峰过后，许多美国科学家和工程师发现，他们还在使用着20世纪50年代的研发基础设施，来解决21世纪的科学探索问题。

一是研发基础设施老化和功能不足。

当前美国RDI面临的最大问题就是老化和功能不足，不仅无法支持现代化研究，甚至已经不符合当前的健康和安全规定。有的设施无法得到充足、清洁、稳定的电力，难以满足先进仪器和高性能计算机的需求。有的实验室缺少现代信息技术维护，防数据丢失、防网络攻击能力不足。有的供水和污水处理系统、蒸汽和冷冻水分配系统及电力网络等基础设施已经达到报废年限。

2023年的一项调查显示，美国能源部17个国家实验室的设施平均年龄为46年，已接近40~50年的设计寿命，近40%的设施被评为不达标或不足以完成任务。另一项针对美国国家标准与技术研究院（NIST）的调查显示，73%的设施已有60~70年的历史，超过60%的设施被归类为“状况不佳至危急”。2024年，美国国家航空航天局（NASA）报告指出，其75%的设施已超过设计使用寿命。同期美国国防部发布的报告也显示，自2018年以来，国防部没有资金支持的基础设施需求大幅增长，这使得军队面临失去技术优势的风险。美国农业部农业研究局的库存中约有3000个设施，平均使用年限超过48年。

二是研发基础设施维护资金不足。

RDI老化和功能不足反映出美国在旧设施维护、新设施开发、过时设施退出上资金投入不足，特别是在高通胀背景下，这一问题更加突出。报告指出，研发设施整体维护费用从2019年的47亿美元，增至2024年的77亿美元。截至2022年，NASA延期维修资金缺口已达30亿美元。美国农业部农业研究局报告也指出，维修资金总缺口达16亿美元。近年来，美国国会拨款一直跟不上RDI维护资金的需求，导致政府机构累积了数额巨大的维护费用缺口，政府官员面临着执行科学任务和维护设施的抉择。2022年国会授权的《芯片与科学法》，并未像此前几十年一样，将联邦RDI的建设和维护列为优先事项。

三是连带影响美国科研创新工作。

RDI功能不达标也产生了连锁反应，通过研发链条波及其他研发主体。一些设施问题不断，造成研究工时损失、样品丢失和设备损坏，增加了科研项目成本，并连带影响科研任务完成能力。例如，由于地下公用设施配电系统及暖通空调系统发生故障，NIST位于美国马里兰州盖瑟斯堡的一处设施于2022年夏天连续14天停运，影响了该园区1700个实验室，无法为联邦机构、私营部门和大学提供测量数据和标准，严重延误相关研究项目进展。2024年，美国国家科学基金会宣布，暂时搁置在智利和南极建造多个小型和大型望远镜的“宇宙微波背景第四阶段实验”，主要就是因为老化的基础设施导致项目无法继续实施。

四是造成美国顶尖科学人才流失。

美国政府有关部门报告显示，研发基础设施老化和研发项目取消是造成美国科技人才流失的重要因素。因设施支撑不足，博士、教授等各类研究人员的研究产出明显不够，项目难以保质保量完成，使得其职业发展机会受限，被迫到其他国家寻找工作机会。对一些美国联邦实验室的外部评估发现，由于人员流失，现有科研人员的工作压力已经达到极限。美国国家海洋和大气管理局下属大西洋海洋学和气象学实验室审查报告指出，该机构负责监测飓风实时活动的实验室，位于一栋1973年启用的老旧大楼内，实验室的物质基础设施已不足以支持前沿科学活动和吸引世界一流的科学人才。美国外交官前几年的一份报告称，在多家磁约束聚变设施关闭后，部分聚变能研究技术人员前往了中国。当前一些新兴国家能够提供更先进的设施，提供更开放的通道，这对包括美国在内的全球研究人员都具有很大吸引力。

五是削弱美国科技影响力。

美国科技领先地位维持至今，离不开大型粒子加速器、风洞、X射线和中子源、大型室外试验场等研发基础设施的持续投入。然而，其他国家不断加大RDI投入，动摇了美国的领导地位。报告指出，在全球关键新兴技术竞争中，中国正在超越美国。在44项关键新兴技术中，中国在37项技术上处于领先地位，西方国家有可能在全球研发和技术创新竞争中败下阵来。过去10年，美国在高性能计算和计算机科学领域的领先地位被逐渐赶上，2015年美国在全球高性能计算机Top500榜单中总量第一。但是仅仅7年后，中国在Top500榜单上的超级计算机数量就已超过美国，一个重要原因就是中国在相关研发基础设施上大量投入和不断积累。

2.2 对策建议

面对RDI的老化、维护不佳及造成的连带不利影响，美国联邦各部门及科技界均高度重视，认为应立即采取各项措施，阻止情况恶化，确保RDI有能力为研究人员提供支撑，使美国在科技创新方面保持全球领先地位。报告建议联邦各部门和机构应在现有预算和法律授权范围内采取5项措施。

一是重视制定实施战略规划。

美国十分重视RDI规划工作，要求联邦机构必须基于研发需求确定RDI优先次序并制定短期和长期战略，对设施进行充分的资本结构调整，加大运营和维护投资，合理处置多余的设施。建立一支专业的RDI评估队伍，主要负责维护设施和定期更新需求分析；依据《2016年美国联邦不动产改革法》，对不动产采取包括规划、建设、运维、升级、重新利用或关闭在内的全生命周期管理。

二是加强战略规划共享和协调。

建立机构间工作组，定期召开会议，对各联邦机构制定的规划进行讨论，协调RDI投资重点、分享优秀案例及拓展国内外设施合作的机会。例如，OSTP通过NSTC促进联邦研发基础设施投资协调工作，帮助优化现有RDI资源及延长其使用寿命。国家科技委员会的网络与信息技术研发计划（NITRD）小组委员会，协调23个联邦机构关于先进网络与信息技术能力的RDI投资建设工作。

三是广泛征集RDI建设需求建议。

政府官员邀请社会各界共同找出RDI现实与需求之间的差距，并评估对美国各类科研任务的潜在影响。利用各类社会调查研究、组织召开研讨会，共同确定长期RDI需求。例如，联邦研究机构经常召集国内外研究人员，探讨电子和X射线源、计算机、分布式测量网络、测序中心和其他关键领域RDI需求。通过查找差距，还可指导联邦机构、学界、产业界针对性地开展国际合作，加强共享、分担成本、促成产出更多科研成果。评估关闭RDI设施带来的影响，并权衡美国或其盟国不再拥有这些能力的后果。

四是因地制宜开展国际合作。

根据全球大中型研发基础设施发展情况、产出研究成果和人才流动趋势等信息，评估美国RDI在全球科技领域的地位。评估不仅将为美国国家科技战略级全球竞争力评估报告等提供基础数据，还可以为开展新合作、加强现有伙伴关系提供指导。例如，能源部的科学委员会和国务院的国际RDI调查，定期评估美国在各个领域的竞争地位。同时，应用现有国际合作机制，减少实物捐助、材料交换、合同和知识产权条款及技术引进方面的负担，降低与发展尖端科学能力相关的行政障碍。

五是提升跨学科、跨部门融合能力。

美国政府注重提高RDI支持跨学科和跨部门的融合能力，强调RDI战略除满足其核心学科任务外，应密切同其他学科和部门联系，在单一机构的任务范围之外加强多任务利用，提升综合利用率。美国协调推进学科融合的实例包括国家纳米技术倡议。该倡议制定了相关学科和20个机构纳米技术活动的共同目标、优先事项和战略框架，建立了推进基础研究、激励设施建设及促进劳动力教育和培训的协调机制。同时，强调平衡RDI开放性和安全性的关系，关注其对国家安全、国际竞争力、公众健康等带来的潜在影响，尤其关注知识产权和特定类型的数据安全，要求在研究安全框架内运行。

03 启示

以人工智能为引领的新一轮科技革命和产业变革正在加快推进，亟须以研发基础设施为底座，提供源源不断的动力。党的十八大以来，在《国家重大科技基础设施建设中长期规划（2012—2030年）》引领下，我国研发基础设施建设步入快速发展阶段，目前已经布局建设57个国家重大科技基础设施，部分设施综合水平迈入全球第一方阵。但部分研究分析认为，我国研发基础设施在一定程度上存在“重建设、轻运维”“重单项、轻融合”等问题，这与美国遇到的问题较为相似。我国宜坚持去粗取精、去伪存真，准确把握研发基础设施建设和运营规律特点，聚焦办好自己的事、解好自己的题，有侧重地借鉴国外经验，避免重蹈覆辙，推动研发基础设施管理上台阶、提质量，为科技强国建设提供有力支撑。

一是重视规划协调，秉持全生命周期管理理念。

建立统筹规划和协调机制，基于研发需求确定RDI优先支持次序并制定短期和长期战略，避免重复建设、浪费资源的现象，定期开展全面或专项评估。完善科学的管理和运营模式，强化规划、建设、运维、升级、再利用和退出的全生命周期管理，充分考虑长期运维、升级等所需资金配备。

二是着力提升研发基础设施开放共享水平。

与国外先进研发基础设施相比，我国部分研发基础设施的国际化程度有待提高。应加强国际交流合作，提升国际共享水平，不断提高我国科研基础设施的国际化水平。同时坚持总体国家安全观，注意平衡RDI的开放性与安全性，特别是数据安全、知识产权保护等。

三是强化人才培养与引进。

加大对科研基础设施相关领域的人才培养力度，培养一批具备国际视野、掌握先进技术手段的高素质人才。依托大型研发基础设施人才虹吸效应，积极引进国内外优秀人才，为科研基础设施建设提供智力支持。

本文来源于《中国科技人才》2024年第4期。孙雪萍，中华人民共和国科学技术部四级调研员。文章观点不代表主办机构立场。

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