沣沅弘论坛:科技支撑强国建设

近日，由北京弘创资管信息科学研究院主办、沣沅弘(北京)控股集团有限公司承办的"新时代：创新永续传承"第四届创富共荣高沣论坛在海南三亚召开。会上，国家科技部基础研究司原司长，中科院生物物理所研究员张先恩先生发表了题为"科技支撑强国建设"的主题演讲，演讲内容如下：

感谢论坛组委会的邀请，我试图从科学研究和科研管理经历角度谈谈我的认识。

科学技术对经济发展的影响，可以长周期地考察。500年以来，人类社会经历了三次科学革命、三次技术革命及其产业革命，世界经济也由此经历了农耕经济和工业经济并正在锻造信息经济。其间，随着科学中心的转移，世界强国也发生更替。

中国有辉煌的科技历史。四大发明是中国对世界文明的历史性贡献。还有中医，是数千年传承下来具有代表性的传统知识体系，不仅是对中国，也是对世界的贡献。然而，尽管中国古代科技发展辉煌，但为什么科学和工业革命没有在中国发生?这是著名的李约瑟难题。中国近几百年落后的历史原因不过多讨论。今天谈传承，就是要再现科技辉煌，实现强国梦。

研发投入：中国已经成为世界第二

投入是保障。上世纪80年代，处于改革开放初期，百废待兴，科技投入捉襟见肘。90年代，人大通过立法，促研发投入(R&D)在上世纪末达到GDP的1%。本世纪以来，中国R&D持续保持两位数的高速增长，2013年超过日本达世界第二位，2016年R&D支出为1.54万亿，占GDP的比重约为2.1%。这当中，大约25%来自于公共财政资金，75%来自于企业的研发投入。所以也要感谢在座的金融界的支持。

当然，中国的R&D/GDP目前还低于世界经合组织(OECD)的平均水平(2.38%)。一些国家和经济体的R&D/GDP高达4%，其中以色列为首。我问以色列人，一个自然资源匮乏的小片疆域，且周边都是敌对国家，为什么能长期自强而立。他们答曰，强有力的科技和军事实力是重要原因。

中国虽然科技投入快速增长，但还有提升空间。有三点理由：第一，大规模科技投入，在中国是近十多年的事，而发达国家已经经历了数十年、数百年，因此，我们的积累还是不够的;第二，中国研发人数高达400万，远超其他国家，人均R&D低于许多国家，因此还要提升科技投入人均强度;第三，如前所述，中国的R&D/GDP要达到OECD的平均水平，还有很大的提升空间。

科技投入的效果如何?这是许多人关心的问题。下面我从三个方面谈谈科技投入的产出，包括专利、国际论文和高技术产业。

PCT专利：预计中国两年内成为第一申请大国

中国的专利体系在文革中遭摧毁，上世纪80年代后期恢复重建。到2013年，一跃成为头号申请大国。有人说，国内专利的含金量与发达国家不一样，那我们看看PCT专利。2012年，中国PCT专利申请上升到第四位，几乎追上德国，而我们的增长率是13.4%，德国为0增长。据此我预计，2013年中国将超过德国成为第三位，此预言后来被印证。根据世界知识产权组织(WIPO)的最新报告，2016年，中国申请的PCT专利数已经接近日本，增长率为44.7%，而日本和美国同期的增长分别为2.7%和0.9%(图1)。据此，可以再度预言，2018年和2019年，中国的PCT专利申请量将依次超过日本和美国，成为PCT专利申请第一大国。

中国的企业，过去绝大部分没有专利，现在发生专利井喷。近些年，PCT专利申请的全球前8大企业中，中兴和华为交替排名第一。2016年，以显示屏技术为主业的京东方集团(BOE)也跨入前8强排名第6位，而且增长率高达36%，照此速度发展，可能很快就会与中兴和华为并列前3位。

在5大类专利技术中，依次为数据技术、计算机信息技术、制造技术、医疗技术和测量技术。与其他发达经济体相比，中国的医疗技术专利比重比较小，所以我们医院高端设备绝大部分都是进口产品，这值得我们思考。

图1 中国制造，正在迈向质量和高端

中国制造曾经是廉价产品的代名词，这个帽子还没有完全摘掉，但已经悄然地向质量制造、高端制造发展。自从2000年以来，中国的高技术产品出口额就超过了进口额。2015年，中国高技术产业主营业务收入规模继续扩大，突破了13万亿元，占制造业比重达14.1%。中国的高铁是制造业中高技术集成的经典，外国人到中国来访问和旅游，都愿意体验一下高铁，其心情就像我们过去在欧洲和日本乘坐高铁。超级计算机是一个国家科研实力的体现，能进行人脑难以完成的复杂计算，对国家安全，经济和社会发展具有举足轻重的意义，上世纪80年代被美国列为国家战略。中国从零开始，经过30年发展，计算机的浮点运算速度连年位居榜首，了不起的进步!这方面的例子很多，在座各位都是企业家和投资人，比我更了解。这里就不赘述了。

知识产出：中国的高影响力科学论文数量居前列

知识产出的主要形式是科学论文。这里我们暂不讨论国内发表的科学论文，先只讨论国际科学论文。上世纪90年代，中国的国际科学论文产出很少，排名靠后。本世纪以来快速增长，大约在2009年，中国成为第二大科学论文产出国，并持续两位数上升。如果我们把GDP和国际论文的数量放在一起比，两条曲线合成一条曲线，这是一个很有趣的证据，说明中国的科技和经济同步发展。

中国发表的科学论文数量巨大，质量如何?有一个评价办法，就是看所发表的论文有多少人引用。下图显示中国各主要学科领域的中国论文被引用总数，有两个曲线，分别表示2003年前10年和2015年前10年的论文总引用数。在2003年以前，中国各学科领域的论文总引用数排位很后。而现在，形势发生很大变化，中国发表的论文被引用总数已经排名世界第二，多个学科领域排位进入世界第2、3(图2)。此外，高影响力论文(引用率前1%的论文和热点论文)也排名第2。

还有一个评价指标，叫"自然指数"，是指在自然科学主要学科领域顶尖杂志上发表论文的数量，中国也排名世界第2。其中，中科院在化学、物质科学和地球与环境科学方面均排名世界第1，生命科学排名第5。化学领域中，北大、南大、中科大和清华都进入前十名，这是我们在科学上的现状。说明中国大量的研究已经处在世界一流水平，当然，要实现卓越和引领，还需持续努力。

图2 科技热词：颠覆性技术备受关注

通过百度搜索科技热词，大数据、合成生物学、量子、移动通讯和人工智能名列前五位，它们都正在成为颠覆性技术。什么是颠覆性技术?网络媒体说，它是一种颠覆了某一行业主流产品和市场格局的技术。有很多我们熟知的例子。30多年前我到加拿大，第一次见到微波炉，顷刻颠覆了我的厨房观念。数码相机取代了胶片相机，也是活生生的例子。

在5大科技热词中，大数据高居榜首。数据是一种不同于其他物质的特殊财富。比如，PPT遥控器，我有了这个遥控器，你就没有了。而数据，你拥有，我也能拥有，它是一种共享形式的财富，而且它与移动通讯、互联网、计算机、人工智能技术广泛结合，使其内涵极其丰富、数据量增长无限。谁在大数据科学、大数据技术和大数据发掘方面成功，谁就执未来之牛耳。

合成生物学也正在引起对生命属性的讨论。本世纪以来，通过人工合成基因组，科学家先后获得能够行使其原有生命功能的病毒、细菌和酵母。科学家正在试图合成更高等级的生物基因组，这在原理上已经不是问题。"建物致知"，通过建造生物来了解生命，将是生命科学性的方向。同时，也将推动生物技术实现跨越，今后，我们所赖以生存的各种物资，如生物能源、生物材料、药品、食品等都可能通过合成生物学规模化地生产出来。美国MIT搞了一个合成生物学的大学生大赛，叫iGEM，中国许多大学去参赛，获得很好的成绩，在100多枚金牌中，中国学生拿了1/3，这个记录保持了几年。说明我们后生可畏，后继有人。

中国科学家率先将极其高深的量子力学理论应用于保密通讯，不仅实现了百公里级别的光纤载体通量子秘钥传输，还发射了量子科学卫星(墨子卫星)，实现了千公里级别的卫星与地面的信息保密传输。2017年底，就在本周，量子卫星首席科学家、中国科技大学潘建伟教授被国际顶尖科学杂志之一《自然》评为年度十大科技人物之一，表明中国已经成为量子通讯的领导者。当然，量子通讯还要解决带宽问题和中继放大问题，但在保密通讯方面，已经证明其功能。

如同当年的计算机，无线移动通讯正在改变我们的工作方式和生活方式，对此我们感受颇深。中国在5G标准制定方面已经拥有相当的发言权。还有智能制造，大家讨论很多，这里就不展开了。

纳米科学经过20年发展，已经走下象牙塔，形成许多实用技术，例如纳米制版印刷。刚才说了中国古代的四大发明，其中包括活字印刷。千年后，北京大学的王选教授发明了激光照排，使制版告别了污染的"铅与火"时代。如今，中科院化学所专家，用打印纳米制板的技术，解决了化学显影的污染问题。若产业化推广，将是中国在印刷技术方面对世界的新贡献。

能源技术也备受关注。中国的一次性消费能源一直是以煤为主，是雾霾的主要成因，而且热效率也不够高。按照国家能源规划，到本世纪中叶，将形成能源多元化局面，其中一个就是核能。中国的核能发展空间很大，但目前的核能技术都是核裂变原理，核废料的处置和核资源的有限性等都将是问题。另外一个途径是核聚变。来自太阳的光和热即源自核聚变。人类已经依据核聚变原理生产出最厉害的武器-氢弹。现在要将这个原理用于能源发展，称为聚变能。原理上，聚变能有三个优势，一是原料无限，来自海水(氘);二是没有核污染，产生的中子内部循环;三是固有的安全，聚变反应条件是成千万乃至上亿度的高温，一旦系统破坏，温度会下降，聚变难以维持。目前，世界上主要国家正在一起努力，建造一个全超导托科马克的核聚变装置(ITER)，希望在本世纪中叶阐明其作为能源的可能性，一旦成功，核聚变可能成为人类的终极能源。中国科学家团队率先在合肥等离子体所建造了全超导托科马克装置，并领先于世界产生出等离子体，为中国在ITER计划中做出了示范性研究。

特殊的国情和世情，决定了中国科技要全面夯实发展

虽然中国进步显著，世界瞩目，但由于人口众多，人均资源水平低，近几百年发展滞后，因而有特殊的国情和国际环境。

差距表现在几个方面。半世纪以前，全球生态环境大部分是绿色的、可持续的，经过短短几十年，许多区域已经难以持续了，中国属于主要的生态负债地区之一。人均医疗开支，美国是8000美元，我们不到世界平均水平。联合国人类发展报告(HDR)显示，按照几大指数(健康与寿命，受教育程度和富裕程度即人均GDP)，中国还属于中等发展水平，排在世界第80-90位。另根据全球竞争力报告(GCR)，全球各经济体的发展水平可以分成三个发展阶段：因子驱动，效率驱动和创新驱动。中国处在从效率驱动到创新驱动的转型期。与美国相比，我们在宏观经济环境比美国好，我们的市场规模跟美国差不多，很了不起，但最大的差距还是创新、技术这两个方面。

所以，在高速经济发展阶段之后，要强调可持续。一个曾经获诺奖的俄国人Kuznets的一项研究结果显示，传统工业化过程中，随经济的发展，环境会恶化，大概到了人均5000到9000美元的时候，环境逐步改善。而我们现在就正处在这个阶段，希望不要等到环境污染得不可收拾再去治理，要走新型工业化、可持续发展道路。

综上，中国要解决的问题众多，需要科技的全面支撑，科技自身必须全面夯实基础。

传承与创新，建设科技强国

中国辉煌的科技史，凝聚了中国人的智慧、勤奋和探索精神，需要传承;中国近30年科技与经济的高速发展，已经开始对世界产生重要影响，奠定了进一步发展的基础。

中国科技高速发展，引起多方关注。2007年，英国DEMOS组织发布了关于中国、印度和韩国及亚洲的科技发展调研报告，并在伦敦主办了一个高层科技论坛。我赴会并介绍了中国的科技发展状况。会场上，一位先生提问，你们中国古代科技文明程度很高，为什么科技革命没有出现在中国?我说，据我所知，这是李约瑟难题，中文解释起来很复杂，用英文解释就更难了，建议下去后看看相关资料。没想到他说，我就是现任李约瑟研究所的所长，这引得会场大笑(学者们常常这样善意地明知故问)。然后他提出第二个问题：你们现在发展很快，在下一轮科技革命中你们有没有机会?我说你这个问题提得很好，我们可以做合作研究探讨一下。于是，我将他介绍给中国科技发展战略研究院。我自己写了一篇小文章，叫《新李约瑟命题》，发表在2009年的《瞭望》杂志上。应该看到，中国的科技水平提升了，但积累还是不太够，现代科学理论体系主要是西方学者建立的。而今中国的科技水平提升了，但还需要大量积累，同时也需要跨越式发展。最近中科院发了四颗科学卫星：暗物资探测卫星(悟空卫星)、微重力卫星、量子科学和硬X射线望远镜，其中量子卫星前面已经提到。这些科学卫星都具有特色，能产生领先科学成果(例如前面提到的量子卫星)，是弯道超车的实例。科学精神与科学知识的积累、传承，加上大量的原始性研究和"弯道超车"，中国在2020年进入创新性国家、2035年成为创新性强国，可以预期。

为此，近几年，国家密集出台各种鼓励创新的新政策，如《大众创新、万众创业指导意见"(2015)、《国家十三五科学技术创新发展规划(2016-2020)》、《国家创新驱动发展战略纲要》(2016)等，中共十九大更是提出"创新是引领发展的第一动力"，赋予中国科技创新重任。

大约在2011年，我依据联合国的人类发展报告数据，做了一个模型推演。从各国过去30年的发展轨迹，衍生出未来中国与发达国家发展水平的交汇点，再加上时间轴，结果显示，中国将在本世界中叶之前进入非常高的人类发展水平行列，这说明中国的建国百年发展目标有依据、可信。

人物简介：

张先恩，国家科技部基础研究司原司长，中科院生物物理所研究员，兼任亚太经合组织(APEC)首席科学顾问组织(CSAE)中国代表，国家973计划专家顾问组副组长，中国生物工程学会副理事长，世界生物传感学术大会中国组委，亚洲生物技术协会纳米生物技术、生物传感与生物芯片分会主席，伦敦纳米中心顾问，《中国生物工程学报》执行主编，6种中外科技刊物编委或顾问，Alberta大学博士授予荣誉科学博士学位。