我国大科学工程预制研究的特点及几点思考，本文主要内容关键词为：国大论文,几点思考论文,科学论文,工程论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：N031文献标志码：A
1 大科学工程预制研究的含义和特点
(1)大科学工程预制研究的含义
“大科学工程”又称“大科学装置建设工程”，是科研项目的特殊表现形式。它是指经过较大规模的投入和工程建设，目的在建成一种能够长期稳定运行并能持续进行科学技术活动的设施，从而实现重要科学技术目标的大型基础设施建设工程。
大科学工程的“预制研究”简称“预研”或者“预研制”，是“预制”和“研究”的合成词。《现代汉语词典》没有专门规定“预制”，与“预制”一词相联系的词语是“预制构件”：按照预先的设计提前在工厂或现场完成的构件。目前，学术界对“预制研究”名称以及“预制研究”含义的界定并不一致。在英语中，并没有与“预制研究”完全对应的概念。一般认为，国外大科学工程中的“预制研究”用“R&D”表示。在我国，“R&D”一般翻译为“研究和开发”，该词语在我国企业发展以及项目管理中广泛使用。可见，“R&D”并不都代表着“预制研究”。但是，随着我国大科学工程数量的增加以及相关研究的加强，现有大科学工程的文献资料及相关论文中已经多次出现“预制研究”[1]，“预制研究”一词已经逐渐被接受。
预制研究不是纯粹的研究，它的研究内容涉及软件和硬件两方面。它是通过实物研制、安装和调试来切实掌握工程建设的关键技术，它是一个实践的过程，这是大科学工程预制研究与概念研究的区别。预制研究也不是纯粹的机器制造，样机研制及少量非标设备加工制造的过程就是不断对技术进行创新和改进的过程，是一个不断探索和研究的过程。这是大科学工程与基本建设工程的根本区别。因而，预制研究是集预制和研究于一体的特殊项目进行阶段。预制研究的概念以及对预制研究范围的界定都是一个不断发展变化的历史过程，也是一个需要经过实践不断完善的过程。不仅不同类别的大科学工程的预制研究内容有重大差异，同样是公共实验平台类的大科学工程的预制研究也不一样。这不仅取决于具体项目的技术水平，也与资金投入等因素密切相关。
预制研究的目的和任务是通过预先研制对工程质量和进度有重大影响的部分非标设备，切实掌握工程建设的重大关键技术，在此基础上完成工程的初步设计。预制研究的内容主要是对装置的关键技术、样机研制及少量非标加工设备等问题进行预先制造和研究。通俗地讲，预制研究实际上是对工程建设的初步“演习”，它基本上要对工程建设中涉及的所有关键技术和关键设备进行攻克和加工，以达到最大程度降低工程风险并确保工程进展顺利的目的。因此，大科学工程的预制研究不仅仅是对一国科研队伍能力的检验，也是对一国机器加工能力的检验。大科学工程的预制研究是大科学工程建设的核心环节，这一阶段的有无以及质量好坏，直接关系到大科学工程的成败。
(2)我国大科学工程预制研究的主要模式及特点
近年来，我国已经建成的大科学工程有“北京正负电子对撞机”、“合肥国家同步辐射实验室”、“兰州重离子加速器”、“神光系列高功率激光装置”、“H1—13串列式静电加速器”、“托卡马克核聚变实验装置(EAST)”、“中国地壳运动观测网络”等项目；还有正在建设的“大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜”、“国家农作物基因资源工程”、“上海光源”等项目。这些大科学工程中，一部分项目在建设中包含了预制研究，如“北京正负电子对撞机”、“合肥国家同步辐射实验室”、“兰州重离子加速器”等工程，但有些项目没有或者没有系统的预制研究。如“大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜”等工程。
在已有的大科学工程中，笔者选取“北京正负电子对撞机”、“合肥国家同步辐射实验室”和“上海光源(SSRF)”三个项目作为大科学工程预制研究的考察目标，虽然这三个大科学工程并不能涵盖我国大科学工程预制研究的全貌，但这三个项目代表了我国不同历史阶段的大科学工程，又同属于公共实验平台型大科学工程，具有一定的典型性。笔者在此将它们的预制研究归纳为如下三种模式进行分析。
1)模式之一：北京高能加速器的预制研究
20世纪70年代，在北京高能加速器建设中已经率先使用了“预制研究”一词。我国有资料记载最早记录“预制研究”内容的大科学工程应该是1972年开始的“七五三工程”[2]。该工程经过多次变动，直到1981年9月22日—25日，中国科学院数理学部在北京召开“2.2GeV正负电子对撞机预制研究方案论证会”。会议对高能所提出的注入器、储存环和探测器的预制研究项目进行了讨论，决定开展对撞机工程预制研究。北京正负电子对撞机工程总投资2.8亿元(含预制研究4000万元)，预研经费约占工程总投资的14.3％。北京正负电子对撞机工程研制了8个关键部件，对该工程的顺利建设发挥了重大的作用。
这种模式的特点是：在高能加速器的研制过程中，多次强调“预制研究”，并且对预制研究单列了一定比例的经费，这是我国大科学工程预制研究的开始。但是，该工程的预研并不是一个独立阶段，而是在立项前不进行独立的预制研究，在工程批准立项后及建设过程中进行预制研究。预制研究与正式建设之间并没有明显的阶段划分，预制研究是工程建设的必要组成部分，基本上是边研究边建设。
2)模式之二：合肥国家同步辐射工程的预制研究
合肥同步辐射装置是我国最早的用于同步辐射的专用设施。它的建造分为一期和二期两个工程阶段，一期工程又称为“8348工程”，1978—1981年是预制研究阶段。该项目是以科学院科研课题的方式下达的重点科研项目，中国科学院决定拨款约200万元搞同步辐射加速器的预制研究。研制组经过三年多的努力，完成了预研制项目和物理设计工作。1981年10月24—28日，由中国科学院主持在合肥召开了“合肥同步辐射装置预研制及物理设计审定会”[3]。会议对四项预制研究任务进行了测试和评定。由于预研制和物理设计取得了较好成果，该项目获得了中国科学院1981年重大科技成果一等奖。1983年4月8日工程立项后，又投入经费对其他项目进行了预制研究。
这种模式的特点是：合肥同步辐射装置是我国最早进行预制研究的大科学装置。合肥同步辐射一期工程虽然有相对独立的预制研究阶段，但该项目国家没有以工程形式专门立项，而是以科学院科研课题的方式下达的科研项目。在经费方面，合肥一期预研制国家计委没有专门的经费支持，仅以科学院课题经费支持，所以在立项前只预制研究了最关键的部件和技术，在工程立项后及建设过程中仍有一定比例的预制研究。立项前的预制研究与后来的预制研究没有截然的区分。立项前进行的预制研究和立项后及建设过程中的预制研究应该如何衔接和划分，是需要探讨的问题。
3)模式之三：上海光源的预制研究[4]
上海同步辐射光源，以下简称SSRF。1997年6月25日，国家科技领导小组第三次会议审议并原则上同意国家计委《关于实施国家重大科学工程情况的汇报》。其中明确，“上海同步辐射装置工程”预制研究工作作为国家重大科学工程预制研究项目安排，按照有关规定报批立项”。国家计委『1998』289号文件是对科发计字『1997』0522号《关于开展上海同步辐射装置预制研究的请示》的正式批复，批复同意由上海原子能研究所承担上海同步辐射装置的预制研究工作。该项预制研究工作在两年内完成，2000年进行工作评审鉴定。
1997年6月，国家科技领导小组批准开展上海同步辐射装置工程预制研究，国家计委于1998年3月下达了上海同步辐射装置工程预制研究项目，总经费8000万人民币，其中国家投入2000万元，上海市政府投入6000万元。SSRF工程总投资为12亿元人民币(含预制研究的8000万)。预研经费约占工程总投资的6.7％。这是我国大科学工程项目中第一个主要由地方政府出资的预制研究项目。
这种模式的特点是：SSRF是第一个由国家正式批准独立进行预制研究立项的大科学工程，SSRF是第一个由国家和地方政府专门投资支持预制研究的大科学工程，SSRF预制研究分为一期和二期两个阶段。SSRF模式下的预制研究是在立项前由国家专门立项并有独立经费支持而进行的具有较大规模预制研究的大科学工程。SSRF的预制研究在我国大科学工程建设中具有突出的特点，它的独立立项、独立的经费支持以及严格的组织管理和质量保证体系开创了我国大科学工程建设的先河，它的预研内容和研制过程中积累的经验为我国大科学工程的建设提供了有益的参考。
归纳以上三种大科学工程预制研究的模式，笔者认为，虽然在三个工程中都出现了“预制”的字样，但预制研究的含义及范围并不完全一样。
首先，高能所高能加速器的预制研究与SSRF的预制研究在时间阶段、经费以及评估上是不一样的。其一表现在“预”的时间阶段上，高能所的预制研究与SSRF的预研相比不是一个独立阶段，在立项前并没有进行独立的预制研究，而是在工程批准立项后及建设过程中进行预制研究。其二，在预制研究的经费上，高能所高能加速器对预制研究单列了一定比例的经费，但经费的下拨方式是边建设边与其他建设费用一并下拨。其三，预制研究并没有进行单独的评估，而是将预制研究的结果适时地应用到工程建设中，作为工程建设的必要组成部分进行验收。
其次，合肥同步辐射装置预制研究与SSRF预制研究相比也有较大区别。合肥同步辐射装置一期工程虽然有相对独立的预制研究阶段，但该项目国家没有以工程形式专门立项，而是以科学院科研课题的方式下达的科研项目。合肥一期预制研究国家计委没有专门的经费支持，仅以科学院课题经费支持。因为经费支持强度不同，所以在立项前的预制研究只研究了最关键的部件和技术。合肥预制研究是以课题结题的方式进行评估的，预研制和物理设计取得了较好成果，该项目获得了中国科学院1981年重大科技成果一等奖。这种模式是在立项前进行了部分的预制研究，在工程立项后及建设过程中仍有一定比例的预制研究。
因而，对预制研究并不能得出一个简单的结论。大科学工程预制研究因工程的历史阶段和历史背景不同，研究的范围、阶段以及资金安排都会有所差异。对大科学工程预制研究的内容、模式以及特点还在不断研究中，预制研究的范围与具体研究项目相结合会有区别。但可以肯定的是，预制研究作为大科学工程建设的重要内容和必经阶段，一定是不可缺少的。国家对大科学工程预制研究的管理也将会越来越规范化。
2 大科学工程预制研究的必要性
尽管不同的大科学工程项目对预制研究的内容和要求不完全相同，但预制研究在大科学工程建设中的作用是不言而喻的。中国科学院大科学装置发展战略研究组在《我国大科学装置发展战略研究和政策建议》中建议国家应该重视大科学工程的预制研究，将其明确纳入基本建设程序。大科学工程有了严格规范的预制研究，相当于为大科学工程建设吃了“定心丸”。大科学工程建设的顺利进行就有了切实的保障。
(1)大科学工程本身的特点决定了预制研究的必要性
预制研究的过程不仅仅是对将要实施的大科学工程的技术演习，更是一个培养和造就队伍、积累和总结管理经验的过程。大科学工程不同于一般基本建设工程，它除了为进行科学研究而有明确的科学目标以外，工程本身就是一个科学、技术研究项目。因为大科学工程技术含量高，许多技术具有超前性、创新性和时效性，所以国际上称其为“不确定工程”，即认定有风险。大科学工程本身要花费大量的资金和时间，失败的损失十分惨重，所以不能轻易开工建设。正因为如此，为确保大科学工程的成功，需要安排预制研究项目，对工程中的关键技术、关键材料、关键工艺先进行研究突破。预制研究项目完成后，必须聘请国内外专家严格评估，对方案进行修改完善并获通过后再决定是否进入正式立项程序。
(2)国内外大科学工程建设的实践经验决定预制研究的必要性
美国超导超级对撞机(SSC)下马的主要原因之一是经费的巨额上涨[5]。分析起来，这一原因与工程预制研究的不足直接相关。国内大科学工程缺乏预制研究导致项目建设进度受到影响的事例也不鲜见。
LAMOST项目是1997年4月立项，预计在2004年完工并开始投入使用的大科学工程项目。但由于LAMOST并没有在建造之前开展深入的预制研究，同时根据国家发改委现行建安工程的管理办法，预制研究也没有在建造的过程当中加以安排。因为缺少充分的前期研究，LAMOST在建造过程当中遇到了大量的技术问题需要攻关，不得不一边研究、一边建设。2000年11月，中科院基础局在《中国科学院重大科学工程建设项目工艺与研制部分检查意见》中对LAMOST工程的评价是“LAMOST方案创新性强，虽然已努力解决了许多关键技术问题，但仍存在一些不确定因素，需加强预研”[6]。其中，1997年委托中国科技大学、长春光机所等单位开展的关键技术“光纤定位多单元中间试验系统”研究到2003年10月才取得突破性进展。直到2004年，LAMOST工程指挥部才与中国科技大学达成了LAMOST焦面光纤定位系统工程研制的意向，这些都大大影响了LAMOST的进度[7]。
SSRF扎实的预制研究成果减少了工程建设的风险。SSRF从2004年12月开工建设至今，工程建设进展比较顺利。虽然SSRF的建设成果还需要时间的检验，有专家对SSRF预制研究包括的内容是否必要还有待商榷，但预制研究对工程建设的积极作用是明显的。通过预研，切实掌握了基本涵盖第三代同步辐射装置的重大关键技术；通过预研，基本完成了工程方案总体设计；通过预研，建立了较完备的工程管理和工程质量保证体系；通过预研，在加强国际交流合作的同时，为工程建设储备了人才队伍。
实践表明，进行预制研究是大科学工程建设的关键环节。预制研究的质量直接关系着工程建设的进度乃至成败。尽管预制研究是否应该成为大科学工程建设的独立阶段，预制研究与国家大科学工程总体规划的衔接关系以及预制研究的经费来源和配置方式等都是需要进一步探讨的问题，但这丝毫不影响我们得出预制研究对大科学工程建设极为重要的结论。
3 大科学工程预制研究的主要内容
预制研究的内容因大科学工程的技术要求不同会有一定的侧重。归纳起来，预制研究的内容主要是对装置的关键技术、样机研制及非标加工设备等问题进行预先制造研究。一般包括：
1)对工程需要的新原理、新方法、新技术预先加以验证；
2)在国内技术水平、工业基础和经费条件下，如何使用国外的先进技术；
3)对大批量使用的部件的样机或大型部件的模型机的研制；
4)对子系统或部件不同的技术方案通过实验研究进行优选；
5)建立工程质量控制和最后验收所必需的特殊测试与检测技术和设备；
6)分析整体工程的关键系统、关键部件、高精尖技术和科研技术骨干队伍；
7)评价预选场址的外部条件；
8)对各阶段的建设目标、建设规模、建设周期、地质资料、建设方案、工艺方案、资金筹措、人员结构、配套条件、维护运行费等方面应进行综合研究，分析投入产出的效果。这些分析结果是决定大科学工程是否立项的重要依据。
下面以SSRF预制研究为例，进一步研究预制研究的主要内容。
SSRF预制研究的具体内容包括研制关键技术、工作进度、人员编制、经费分配以及用款计划几个部分[8]。
(1)研制关键技术和部分非标设备
根据国际上建设第三代同步辐射装置的经验，结合前期可行性研究的成果，SSRF预制研究共包括45项关键非标设备，基本涵盖了第三代同步辐射装置的重大关键技术。
根据SSRF的总体设计目标，工程指挥部于1999年4月以任务书的形式下达了SSRF预制研究47项项目的内容和技术指标，并于1999年9月29日正式上报中国科学院关于SSRF预制研究的计划。通过任务书的方式确定研制内容和关键非标设备。经过专家评审后，SSRF指挥部根据专家意见对预制研究内容进行适当的调整。调整后的SSRF预制研究包含45项关键非标设备，几乎涵盖了第三代同步辐射装置重大关键技术和SSRF所有系统批量大、技术难度高的关键非标设备。SSRF预制研究中，26项设备的技术指标达到同类设备国际先进水平。
(2)SSRF预制研究的工作进程
SSRF预制研究的进程自行设计阶段、委托加工阶段、过程监控阶段和总成调试四个阶段。在严格的质量保证体系管理运行下，SSRF预制研究工作于2000年底基本完成，实际预制研究周期仅为一年半。各预制研究项目的主要性能及技术指标经多次自测均达到或超过预制研究设计目标。
(3)人员编制和合作关系
大科学工程对科技人员的质和量都有严格的要求。队伍建设在大科学工程建设的各个环节都是至关重要的。SSRF从前期研究，到立项以至工程建设的每一个环节，都体现了人才队伍建设的重要性。科学院的总体协调和宏观指导是队伍建设的政策保障。在前期研究阶段，为保障光源前期研究的顺利进行，科学院下发了『1995』0308号文件，要求高能所和原子核所两单位及其科技人员密切合作。北京高能物理研究所和上海原子核研究所签订了《上海同步辐射装置可行性研究报告两所合作意向书》，同时通过签订委托协议的方式以稳定科研队伍。
(4)经费分配和用款计划
预制研究经费和总规划费用的比例多少为宜?对此问题，国内外没有统一的规定。北京正负电子对撞机工程预制研究经费4000万元，工程总投资2.8亿元(含4000万元预制研究)，预研经费约占工程总投资的14.3％。上海光源工程预制研究经费8000万人民币，工程计划总投资为12亿元人民币(含8000万预研经费)。预制研究经费约占工程总投资的6.7％。可见，工程研究项目技术的成熟度以及不同历史时期的要求等直接影响预研经费的比例。对预制研究经费支持的合理比例尚需要进一步研究。
4 对我国大科学工程预制研究的几点思考
(1)预制研究阶段应该成为大科学工程建设中的独立阶段
对于预制研究应否为工程项目立项前的独立阶段有不同的看法。
有专家认为，预制研究是否成为大科学工程建设中的独立阶段取决于工程建设的前期研究成熟程度。在我国现阶段的预算体制下，国家科研单位没有较多积累的情况下，预制研究应该由国家通过专门拨款独立立项的方式完成。预制研究工作主要是判断关键技术可行性、工程经费预算、工程进度和工期控制。批准独立的预制研究是国家大科学工程科学决策的表现。
也有专家认为，项目既然还需要进行研究就意味着技术不成熟，技术不成熟当然不存在立项的问题。
还有专家认为既然大科学工程利用的是相对成熟的技术，预制研究就该列入大科学工程项目的建设程序，纳入管理规范，研究经费纳入工程总投资之内。预制研究目标、内容和经费列入可行性研究报告和初步设计报告的内容加以审查批准。作为开工准备的内容之一，预制研究应与技术设计交叉进行，直至完成项目初步设计报告；对预制研究计划的执行情况与初步设计报告应一并进行审查，如果需要，对指标、预算和工程进度进行调整，经批准，成为工程的最终计划。
尽管预制研究对大科学工程的建设至关重要，但不是所有的大科学工程申请单位都坚持预制研究独立立项。这与我国大科学工程立项的程序有关。最近，我国有关主管部门正在探讨在大科学工程立项建设后再进行部分预制研究。相信不久的将来，大科学工程预制研究的独立立项和独立的经费支持会有望实现。
笔者认为，预制研究应该与我国大科学工程的立项衔接起来并赋予其独立的地位。当然，要真正实现预制研究的作用，需要国家有关部门和领导正确认识和引导，在制度上需要明确。从而把预制研究作为制定决策的必要条件加以考察，对预制研究的独立立项给予重视。
(2)预制研究的立项应该同国家大科学工程的总体规划相辅相成
大科学工程的基础规划包括两部分：总体规划和项目规划。任何大科学工程项目都是在总体规划的基础上形成的，并及时转入项目规划工作，从概念研究到资料收集，逐步形成比较完备的项目建议书草案[9]。
总体规划是站在国家层面上考虑大科学工程项目的轻重缓急和合理布局。预制研究与总体规划的关系取决于国家对大科学工程的宏观导向和筛选范围的宽窄，与大科学工程的选题程序密切相关，与国家大科学工程总体规划的考虑要素相关。笔者认为，根据国家对大科学工程的“十年规划，滚动管理”指导原则，结合国内外大科学工程的建设经验，预制研究立项的项目首先应该是列入国家大科学工程总体规划的项目。预制研究的结果应该作为大科学工程“滚动考察”的重要依据。
(3)预制研究的经费来源和经费配置方式需要进一步明确
大科学工程虽然与工业工程或其他行业工程的性质不同，但同样要权衡投入产出的比例关系，并且资金预算会成为影响大科学工程的重要因素。一方面，要重视技术上的可行性预制研究以确保工程建设的顺利进行；另一方面，也不能忽略我国的基本国情，提出与工程建设的经济能力相适应的方案。在各个方面需本着量力而行的原则。
大科学工程项目的产出，主要在于它的科学意义和社会效益，注重揭示自然奥秘、寻求自然规律可能提供的广阔前景，以及推动生产力的作用。因此，产出问题，就是投入的有效性问题，在项目前期论证中必须弄清，这是主管部门关心的焦点。
预制研究阶段国家应该有专门的经费支持。我国在大科学工程的立项程序上沿用了一般工程的审批程序，没有预制研究项目的安排，因而得不到正常渠道的经费支持。如果在立项后才开始进行预制研究工作和关键技术试验，研究工作过于仓促，一定程度上影响了项目设计的深度[10]。
(4)预制研究中需要处理项目的不确定性和队伍稳定性之间的矛盾
虽然大科学工程使用的技术基本上是成熟的技术，但进行研究和试验需要一批队伍的支持。由于预制研究是正式立项前的准备，预制研究完成的质量取决于人力、物力和财力的支持，特别是队伍建设的程度。由于预制研究完成后该项目能否最终立项并不确定，所以对预制研究队伍的去留成为难题。如果将预制研究过程视为是项目管理，项目完成后人员就解散，这样项目法人单位操作起来自然容易；但是，立项成功后由承建单位再组建队伍的做法不但在人力资源建设上重复工作，造成巨大浪费，而且也会耽误大科学工程的建设进度。然而，如果保留预研队伍，预制研究完成后，在项目立项没有预期的情况下，大量的科研人员的工作很难妥善安排。除了工资待遇等经济开支需要落实外，缺乏目标性和挑战性的任务，也很难留住优秀的人才。这样就出现了项目的不确定性和队伍稳定性的矛盾。SSRF预制研究结束后建设立项审批前出现了上述的问题，给工程的管理带来了一定的难度。因此在预制研究中需要妥善处理项目的不确定性和队伍稳定性之间的矛盾。这一矛盾的解决一定程度上还是取决于国家对大科学工程的立项规划的缜密程度以及前后衔接。
(致谢：感谢陈森玉院士、陈勋远总经济师、汤杰主任、陈宏刚处长、胡胜生教授、盛六四主任接受我们的访谈。感谢上海光源指挥部、北京高能物理所科研处及档案室、合肥国家同步辐射实验室为本课题提供的帮助。)