当下的科学探索，已经越来越依赖“大科学装置”了。2017年，三位科学家因为探测到引力波而获得了诺贝尔物理学奖。为了探测引力波的存在，科学家们打造了巨型装置LIGO（激光干涉引力波观测站）——管臂长达4千米的干涉仪，内部能让光路反射400次，激光光路长达1600千米。同样，探测中微子的日本科学家之所以能够获得重大发现，也是依赖“大科学装置”：科学家们在日本岐阜县连续建造了一个比一个大的探测器——神冈、超级神冈、顶级神冈。

由此，日本物理学家小柴昌俊借助“神冈探测器”捕获到超新星中微子，荣获2002年诺贝尔物理学奖；他的弟子梶田隆章则借助“神冈探测器的升级版——超级神冈探测器”发现了中微子振荡现象，因而获得了2015年诺贝尔物理学奖。目前正在建设的顶级神冈探测器，则更是大大超越了前两个探测器——将史无前例地安装26万吨纯水和约50000支20英寸（1英寸＝2.54厘米）的光电倍增管。上述两个例子只是目前科学研发中的一小部分。在科学领域中，越来越多的探索，需要借助越来越重型化的科学设备，比如同步辐射光源、稳态强磁场实验装置等等。

与科学探索重型化相对应的是科学城的建设也越来越“重型化”。正如在本书开篇文章中所提到的：规划建设有“大科学装置”的“重装科学城”是目前科学中心城市建设的重要特点之一。对于这些“重装科学城”的建设者及未来运营者而言，如何找到“重装科学城”的经济盈利点，是一个已经摆在面前的重大挑战。

因此，无论已经建设、正在建设还是规划建设的“重装科学城”，都需要充分了解“大科学装置”的特点，才能应对挑战，为今后产业化发展做好准备，助力科学城的健康发展。

“重装科学城”建设中可能面对的重要风险——“白象”难题

《孙子兵法》中讲：“故不尽知用兵之害者，不能尽知用兵之利也。”较之那些仅仅聚集高校和研发机构的科学城，“重装科学城”最大的特点就是拥有“大科学装置”。在我们对“大科学装置”满怀敬畏和期许的同时，也必须意识到：“大科学装置”具有“运行费用高，研究成果产出具有不确定性”的特点。也正是这种特点，如果处理不当，便有可能出现“白象”难题：在古代暹罗国也就是今天的泰国，盛产大象。白色的大象因为稀少而被视为神圣的珍宝，谁能拥有一只白象，谁就能获得无上的荣耀。普通的大象可以用来劳动，帮助人类换取财富，白象却由于过于珍贵只能供养不能劳动。往往供养一只白象就意味着巨大的花销，哪怕是贵族也会受到很大的影响。因此，久而久之，人们就称这样昂贵的累赘为“White Elephant”（白象）。因此，充分了解“大科学装置”所涉及的各种重大投入，就是避免出现“白象”难题的第一步。下面，我们将对“大科学装置”相关特点进行详细阐述。

1．“金贵”：建设“大科学装置”，只是投入的开端

众所周知，“大科学装置”需要高额的建设费用，几亿甚至几十亿元人民币的投入都是正常水平。而建设“大科学装置”仅仅是投入的开端。除了建设费用之外，“大科学装置”还有后续巨大的运营成本。“大科学装置”的后续投入主要包括三方面：运行费用、科研费用和改进发展费用。这些后续投入才是对“重装科学城”真正的考验。

• 运行费用

“大科学装置”建成后，在运行过程中，每年仍需要大量的投入。例如，兰州重离子加速器国家累计投资逾10亿元，每年还需1.1亿元用于运行和维护更新；散裂中子源也有300多人的专职队伍负责进行设备维护，保障运行和开放，每年投入的经费能达到设备建设经费的10%～20%。

• 科研费用

要让“大科学装置”“用起来”，让科技人才心无旁骛地从事研究。这就需要大量的经费投入。“大科学装置”一般会伴随着大量的“纵向科研项目”（政府部门提供支持资金的项目），但现状是政府对科研的资金支持十分有限。这时，就需要政府帮助寻找“横向科研项目”（企业提供经费的科研项目）。

发达国家的经验显示，对于“大科学装置”后续的科研投入尤其是人员经费，大多要占建设经费的10%～50%。例如，美国能源部国家实验室的年度拨款超过120亿美元，在美国一些固定人员达数千人的大型国家实验室，每年可获得10多亿美元的科研经费；英国国家实验室可以从政府、企业等多种渠道获得支持；德国国家实验室由联邦和州政府共同资助，同时帮助科学家寻求横向经费支持。但是，目前我国对“大科学装置”的科研投入还极为有限。如果科学中心城市只是急于让“大科学装置”落地，而不管后续投入，这很容易导致“纵向科研项目”资金不足，科学家们还要自己花费时间和精力去争取“横向科研项目”资金的尴尬局面。

更何况，目前我国的“大科学装置”通常按照“基础设施建设”立项，但“基建项目”不包括“人头费”。因此，在没有考虑周全的情况下，“大科学装置”的后期运营可能连科研人员的全额工资都无法保证。如果来自国家级的纵向科研项目资金不够，就很容易影响到科学家们的工作稳定性。因此，城市在考虑建设“大科学装置”之时，也应清醒地意识到后续科研经费带来的压力。

• 改进发展费用

正所谓“‘大科学装置’建成之日就是开始改进之时”。“大科学装置”建成之后需要随着技术的发展，不断对其加以改进升级，提高性能，才能保持装置的先进性，以满足科学研究的发展速度。很多“大科学装置在建设时凭借其性能的领先性和独特性，成为吸引科学家和高端科技产业的“法宝”。但如果忽略了更新改进，不出几年便会被更好地“大科学装置”替代。因此，只有进行持续的升级改进，才能在充满竞争的国际科研环境中保持足够的实力。

从上述对后期运营费用的梳理不难看出：“大科学装置”不仅建设需要资金投入，使用同样需要资金投入。“凡事预则立，不预则废”——“重装科学城”在规划之初，就必须为“大科学装置”的后续投入想好相应的解决方案。

2．“少产”：“大科学装置”很可能成为科学探索中“寂寞的伏兵”

大家必须明白一个道理：“大科学装置”并不完全等于大产能。“大科学装置”很可能就像一支“寂寞的伏兵”——在少有人关心的地方默默地“埋伏”着。可能未来的某一天，“大科学装置”得出了结果，便会在一瞬间“杀出”，让科学界从此改天换地。但更有可能在很长一段时间内，“伏兵”只是在荒野上自说自话，无人知晓。

从理论上看，某些“大科学装置”要想得出结果，需要长时间运行，有些运行时间长达数十年。比如在本文开头提到的激光干涉引力波观测站（LIGO）：从20世纪60年代开始投入运作，几十年间投入上百亿元，直到2015年才发现了引力波；日本超级神冈探测器的目的是探测“幽灵粒子”——中微子，它几乎不和任何物质发生反应，很难被仪器探测到，不留痕迹、来去无踪。而超级神冈的原理，是借助中微子与纯水中的氢原子或氧原子发生反应，进而发现产生的高能粒子在水中留下的“幽灵脚印”——切连科夫辐射光。从1983年建成至今的30多年里，即便是经历了升级换代的探测器，也只有两次测到了中微子的痕迹。

可以说，建设“大科学装置”不同于搭建生产线——不是生产线搭建好运作了，就自然会有产品生成。上述“大科学装置”产生了成果，但是也有可能出现长期运行后仍未能有所发现的情况。很多“大科学装置”运行数十年，至今也没有理想的成果产出。例如，2016年8月“欧洲大型强子对撞机的物理学家们有了非常深刻的发现：没有新发现”成为新闻。这种“没有发现就是发现”的结果，是30年前该项目设计之初无法预料的。

诺贝尔物理学奖得主史蒂文·温伯格（Steven Weinberg），在2012年《纽约书评》（The New York Books Reviews of Books）中指出：“探究世界本质的问题变得越来越棘手，科研突破也因此变得越来越罕见。因此，未来我们很可能会看到对自然法则的探索停滞不前。”

所以，如何能通过合理的衍生产业规划有效对冲“大科学装置”的“少产”，是“重装科学城”在建设之前就必须考虑清楚的。

3．“耗人”：仅有科学家还不够，还要有“科学服务人”

我们都知道，“大科学装置”是吸引科学家们的利器。大批科学家会被“大科学装置”吸引来做研究。实际上，科学家们是被“专业调试操作员、系统研制工程师及运行管理人员”维护好的“大科学装置”吸引来的。这些科学辅助人员在项目中承担工艺、流程、基础实验和管理等工作。虽然这些工作没有科学家们耀眼，但是依然不可或缺。这也就是在后文《聚光灯之外的科研要素——新一代科学城中的科学辅助服务》中重点阐述的科学辅助人员。

因此，对于“大科学装置”所需要的投入不仅仅是“机器”，还有“人”——科学辅助人员。以上海蛋白质科学研究中心为例，其引进了世界上最高水平的蛋白质质谱仪器专家——彭超，由此吸引了世界各地的科学家们前来实验。很多科研人员并不专注仪器的使用，有些甚至都不知道如何准备样品，彭超及其团队就担任他们的“技术导师”。别人看不清的蛋白质结构，对于他来说轻而易举。想要让其解析蛋白质结构，得预约排队。现在，他们所在的质谱系统一周能收到来自世界各地的约200个样品。

所以，对于“重装科学城”而言，所投入的不仅仅是硬件的“大科学装置”，还需要更多“服务‘大科学装置’的专业辅助人员”。后者同样是一笔不小的投入。

综上所述，“大科学装置”不是一个孤立的设施，还需要有一系列的配套和服务。装置建成后，后续的运营和使用才是“重头戏”，人力、财力都是挑战。作为“重装科学城”的规划者、建设者、运营者，必须在建设之初对上述“白象”难题考虑充分，并找到一条“重装科学城”的产业化发展之路。

那么，“重装科学城”的发展之路应该怎么走？下期为您揭晓，敬请期待！

本文节选自华高莱斯“技术要点”系列丛书《科学中心城市的崛起》，如您对本书感兴趣，想了解更多内容，可以关注华高莱斯公众号，回复“科学中心城市的崛起”免费获取。

作者简介

徐启惠，华高莱斯城市咨询事业部项目经理

2017年加入华高莱斯，在城市发展战略、全域旅游、产业规划等顾问经验丰富；擅长先进制造业、科学城、文化旅游等领域的产业落地策划。

参考资料

腾讯太空：《这些黑科技，让LIGO笑到最后发现引力波》https://tech.qq.com/a/20160212/015682.htm.

《日本要在地下建世界上最大的水缸，竟然是想寻找宇宙的“幽灵”！》https://zhuanlan.zhihu.com/p/110096050.

《探秘兰州重离子加速器国家实验室：遥远的甘肃有一条“龙”》，《科技日报》2015-04-2001 版.

《南方日报：大科学装置“扎堆”，照亮湾区科创路》http://ssl.dg.gov.cn/zjyq/yqdt/content/post_3153660.html.

《中科院院士：国内大科学装置都是只管建不聘人》https://www.guancha.cn/Science/2016_03_07_353125.shtml.

中国科技网：《国外国家实验室建设的启示：怎么投入、怎么运营、人从哪来？》https://www.sohu.com/a/125680635_160309.

《权衡大科学的成本》https://www.technologyreview.com/2015/09/22/166155/weighing-the-cost-of-big-science/.

中国科学院：《全国“最牛”蛋白质实验室可免费“共享”》http://www.cas.cn/cm/201808/t20180830_4662110.shtml.

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