一、大科学工程的内涵与分类
国家重大科技基础设施是为提升探索未知世界、发现自然规律、实现科技变革的能力，由国家统筹布局，依托高水平创新主体建设，面向社会开放共享的大型复杂科学研究装置或系统，是长期为高水平研究活动提供服务、具有较大国际影响力的国家公共设施。其首要目标必须面向国际科学技术前沿，为国家经济建设、国防建设和社会发展做出战略性、基础性和前瞻性贡献。
由于重大科技基础设施的建设是一种工程性的科技活动，因此被称为大科学工程。大科学工程实际上是一个集科学层次的理论问题、技术层次的开发问题、工程层次的产品问题研究于一体的链条，是一类集前瞻性基础探索、应用性导向研究和创新性技术开发于一体的综合性重大科技项目，也是一个跨学科、跨领域、跨层次且需要大量科技资源集成和多单位协作的复杂巨系统。
按不同的应用目的，一般可将大科学工程分为三类：第一类是为多学科领域的基础研究、应用基础研究和应用研究服务，具有强大的支持能力的大型公共实验平台，如同步辐射装置、散裂中子源等；第二类是为特定学科领域的重大科学技术目标建设的专用研究装置，如正负电子对撞机、大型重离子加速器研究装置、大型空间观测装置等；第三类是为国家经济建设、国家安全和社会发展提供基础数据的公益基础设施和重大基础科学技术设施，如遥感卫星地面站、授时中心等。
二、大科学工程的意义和作用
在实施建设世界科技强国的进程中，大科学工程是实现国家经济社会可持续发展和突破国家卡脖子关键技术的利器；是国家抢占科技制高点、开拓新兴交叉领域的重器；是催生高新技术、开辟新的经济增长点的发动机；是集聚和培养世界级高端人才、建设国际一流科研机构、开展高水平国际科技交流与合作的重要基础；也是我国在人类探索和认识自然的征程中做出创造性贡献的重要标志。
首先，大科学工程的建设和运行为科学前沿探索和国家重大科技任务开展提供了重要支撑。随着科学研究不断向宏观拓展、微观深入，学科分化与交叉融合不断加快，研究目标日益综合，科学前沿的革命性突破越来越依赖于重大科技基础设施提供综合性极限研究手段。它们的发展状态决定了我国在科学前沿研究领域取得突破的能力，从而影响我国在国际上的科学技术竞争能力。
其次，大科学工程在支撑科技创新能力，解决经济社会可持续发展和关系国计民生与国家安全的重大科技问题方面发挥了重要作用。当前大科学工程的应用领域正在从传统的物理学和天文学等少数学科，迅速向能源、资源生态环境、生命与健康等扩展，成为突破航空航天、医疗卫生、交通运输、电子信息、资源环境等重要领域技术瓶颈制约的利器，进而成为众多高新技术的源泉和高新技术产业的摇篮，带动产业变革。
最后，大科学工程的建设一般依托大型研究机构或组建高水平研究机构来实施，同时集成相关大学和企业的力量。由于大科学工程本身具有学科多样性和交叉性强、突破重大新技术能力强、科学技术成果显著等特点，在建设和运行过程中能够带动学科的发展，催生新的学科，培养大量的科研人才，对提升各参与方的前沿科学研究水平和实力具有重要推动作用，促使研究机构进入到国际一流行列。
三、国内外大科学工程现状
近年来，随着《国家重大科技基础设施建设中长期规划》、《国家创新驱动发展战略纲要》等科技战略规划实施，有力推动了大科学工程的建设与发展。目前，我国目前投入运行和在建的大科学工程总量将近60个，涉及时间标准发布、遥感、粒子物理与核物理、天文、同步辐射、地质、海洋、生态、生物资源、能源和国家安全等众多领，总体技术水平基本进入国际先进行列。其中中科院拥有已建及在建的大科学工程37个，是承担我国大科学工程建设和运行的主要力量。500 米口径球面射电望远镜、托卡马克核聚变研究装置等一批设施全球领先。粒子物理和核物理、空间和天文科学等优势领域的设施建设进一步巩固和发展，工程技术、地球系统与环境科学等薄弱领域明显加强，布局明显优化，北京、上海、合肥等基于大科学工程群的综合性国家科学中心正在加快建设。目前，北京、上海、合肥、广东四地拥有的已建/在建大科学工程数量分别为15个，11个，5个和5个，初步形成集群化态势、具有一定国际影响力的设施群。此外，江苏和湖北各有 4 个，四川有3个，云南有 2 个。
已经建成的大科学工程设施运行稳定、高效，并取得了丰富的成果，促进了学科交叉融合、技术综合集成。如我国中微子物理研究、粲物理研究、等离子体聚变实验研究等多个方向处于国际领先地位，涌现了发现新的中微子振荡模式和四夸克候选粒子，实现稳态长脉冲高约束等离子体运行超百秒等一批重大成果。支撑完成了载人航天、探月工程、新药创制、大型客机研制、核心电子器件研制等有关国家重大科技任务。催生出重离子治疗癌症、低温超导材料规模化制备等一批高新技术，解决了高速列车研制、濒危野生生物种质资源抢救性保存等一批关系国计民生和国家安全的重大科技问题，促进了相关产业技术水平提高。 
由于大科学工程解决特定大科学问题作用显著，发达国家在“二战”以后均投入巨资，建设各类大科学装置，从而构建了多学科、多领域交叉的协同创新网络，特别是在能源、生命与健康、地球系统与环境、材料、工程技术等学科领域，抢占突破科学前沿和发展战略性高新技术的制高点，进而占据引领世界经济发展的有利地位，已成为发达国家相关重大科技基础设施的发展目标。。如2000—2007年间，英国政府共投入8.6亿英镑建立了10个大科学装置；美国国家科学基金（NSF）每年投入大科学装置的经费约2亿美金，而美国能源部通过17个国家实验室管理超过30个大型研究设施，最值得注意的是能源部管理着美国最重要的、世界级别10个装置型的国家实验室（即依托大科学工程筹建的国家实验室），包括布鲁克海文国家实验室、劳伦斯伯克利国家实验室、费米国家实验室等著名实验室；俄罗斯2012年选定建设6个大科学工程，并为它们提供超过900 亿卢布的建设资金。一些先进的单体大科学装置更是造价惊人，如阿贡实验室的先进光子源造价8亿美金；橡树岭实验室的散裂中子源造价14亿美金；欧洲核子研究中心将花费至少90亿欧元建设新型大型粒子对撞机。
当然，这些投资巨大的大科学工程带来了丰厚的科学回报。数据显示，1990年以后获得诺贝尔物理学奖的成果中，高达48%的成果来自大科学工程，如2015年获诺奖的中微子振荡发现，依靠的是日本超级神冈探测器和加拿大萨德伯里中微子观测站。此外，国际上对大科学装置的投入产出比有一些研究，如用于高能物理研究的大型加速器类装置，一般公认在大约 1：3 左右，即投入1元，产出3元。
另外一个不容忽视的现象是，近年来，利用极端实验条件取得创新突破已成为科学研究发展的一种重要范式，也有大量研究成果得到了重要的实际应用。世界上许多发达国家或地区，如美国、欧洲、日本都在此领域投入大量的人力和物力，展开了激烈竞争。许多著名的研究机构都拥有先进的极端条件实验设施，借此为非常规超导、量子材料与器件等方面的研究提供最尖端实验手段的支撑。如美国佛罗里达强磁场实验室、劳伦斯利弗莫尔和洛斯阿拉莫斯国家实验室、德国马普量子光学研究所及核物理研究所、法国格勒诺布尔的尼尔研究所和日本东京大学固体所极端条件实验室等。
四、大科学工程建设需要关注的问题及建议
通过对国内外现有的大科学工程进行简单的分析，可以发现地方政府在大科学工程项目中需要关注以下三点：
   一是大科学工程建设规模复杂、投资巨大，建设周期长。所有大科学工程的投入都是非常巨大的，少则数亿，多则数十亿，主要来源于国家投资、部门配套和地方支持，资金约束是任何国家及地区在建设大科学工程时首先需要考虑的问题。如2018年启动建设的大科学工程“硬X射线自由电子激光装置”总投资近百亿人民币，建设周期为7年。而除了庞大的建设费用，按照国际惯例，大科学工程年运行费是工程总投资的1/10，技术改造费亦为1/10。除了庞大的资金需求外，在大科学工程的建设过程中，还需要地方政府在土地供给、预制研究经费、周边配套设施建设、后续运行经费方面给以支持，如上海光源占地约300亩。因此，大科学工程通常在同一研究领域的布局有限，不重复建设，同时每个设施都应将其核心领域以及与之相关、相近领域的研究设施纳入其中，满足新兴学科和交叉学科的需求。
二是大科学工程的产出是科学知识和技术成果，而不是直接的经济效益。建成后要通过长时间稳定的运行、不断的发展和持续的科学活动才能实现预定的科学技术目标。从目前国内已经建成的大科学工程运行情况看，运行水平相对较低，开放共享程度不够，具有战略意义的重大科技成果产出较少，尤其是缺乏国际领先性成果，对区域发展的贡献仍需进一步提高。产出的科技成果转化不足，高技术服务较少，科学效益、社会效益、经济效益发挥不充分。因此，大科学工程的建设内容的选择应该基于“由应用引发的基础研究”入手，与区域经济布局、社会发展和科研布局相结合，同时具有明确的国家使命，能够解决国家重大战略需求或卡脖子问题。此外还需要在建设前进行充分的用户需求论证，确保设施具备广泛用户群，支撑不同单位开展不同类型研究任务。
三是大科学工程的建设及运行对高端人才存在高度的依赖性。我国大科学工程建设及运行过程中还较为缺乏国际一流的领军人才、工程管理与基础科学研究复合型人才。本土人才培养模式还较为单一，对技术和支撑人才重视程度不够充分，往往在建成一个大科学工程后并没有培养出能使用它立即开展科学研究的人才队伍。而一支高效且具有国际竞争力的科技团队建设至少10年的时间才能完成，因此只有同步甚至超前组建科研队伍，才能及时利用大科学工程尽快做出一流的科研成果。必须围绕大科学工程建设完善人才引进、分配、评价体系，吸引和稳定科研队伍和管理人才。
简言之，大科学工程肩负的使命重大、科学技术集成度大、难度大、需要的投资大、队伍规模大，建设一个新的大科学工程，既是一个科学和技术过程，更是一个社会过程。因此除去宏观层面的政策支持外，还要做好大科学工程关键技术预研工作，加强与国家科技行动计划及区域经济社会发展规划的衔接，积极探索地方政府参与大科学工程建设的多种机制，为人才、资金等一系列中观层面的基础条件长期支撑做好准备。

附件一 全国重大科学工程分布表
序号    省份    大科学工程名称    建设地点    建成年份
1    北京    中国地壳运动观测网络    全国布局（北京）    2000
2        陆地观测卫星数据全国接收站网    全国布局（北京）    2017
3        中国遥感卫星地面站    全国布局（北京）    1986
4        中国大陆构造环境监测网络    全国布局（北京）    2012
5        子午工程    全国布局（北京）    2012
6        北京正负电子对撞机（含北京同步辐射装置）    北京    1988
7        农作物基因资源与基因改良工程    北京    2010
8        国家农业生物安全科学中心    北京    2013
9        国家蛋白质科学中心（北京）    北京    2015
10        航空遥感系统（含遥感飞机）    北京    在建
11        重大工程材料服役安全研究评价设施    北京    在建
12        高能同步辐射光源装置（含验证装置）    北京    在建
13        地球系统数值模拟装置    北京    在建
14        空间环境地基综合监测网    北京    在建
15        综合极端条件实验装置    北京    在建
16    上海    上海“神光”高功率激光装置    上海    1987
17        上海神光Ⅱ高功率激光物理实验装置    上海    2000
18        上海光源    上海    2009
19        国家蛋白质科学研究（上海）设施    上海    2014
20        活细胞结构和功能成像平台    上海    在建
21        转化医学研究设施    上海    在建
22        硬 X 射线自由电子激光装置    上海    在建
23        超强超短激光实验装置    上海    在建
24        上海光源线站工程    上海    在建
25        国家海底科学观测网    上海    在建
26        X射线自由电子激光试验装置（含软X射线自由电子激光用户装置）    上海    在建
27    安徽    合肥同步辐射装置    合肥    1989
28        全超导托卡马克核聚变实验装置    合肥    2006
29        稳态强磁场实验装置    合肥    2010
30        EAST辅助加热系统    合肥    2015
31        聚变堆主机关键系统综合研究设施    合肥    在建
32    广东    中国散裂中子源    东莞    2018
33        “实验 1”科考船    广州    2009
34        大亚湾反应堆中微子实验    深圳    2011
35        强流重离子加速器装置    惠州    在建
36        加速器驱动嬗变研究装置    惠州    在建
37    湖北    长江防洪模型    武汉    2013
38        脉冲强磁场实验装置    武汉    2014
39        国家生物安全实验室    武汉    2015
40        精密重力测量研究设施    武汉    在建
41    江苏    2.16 米光学望远镜    南京    1989
42        中国大陆科学钻探    连云港    2007
43        高效低碳燃气轮机试验装置    南京    在建
44        未来网络实验设施    南京    在建
45    四川    3米×2米结冰风洞    绵阳    2013
46        大型低速风洞    绵阳    在建
47        高海拔宇宙线观测站    稻城    在建
48    云南    中国西南野生生物钟质资源库    昆明    2007
49        模式动物表型与遗传研究设施    昆明    在建
50    陕西    长短波授时系统    西安    1979
51    甘肃    兰州重离子研究装置    兰州    1988
52    河北    LAMOST 望远镜    承德兴隆    2008
53    山东    “科学”号海洋科学综合考察船    青岛    2012
54    贵州    500 米口径球面射电望远镜    平塘县    2016
55    黑龙江    空间环境地面模拟装置    哈尔滨    在建
56    浙江    超重力离心模拟与实验装置    杭州    在建
57    天津    大型地震工程模拟研究设施    天津    在建

附件二 全国重大科学工程分布表
序 号    大科学工程名称    建设方    运行年份
1    先进光子源（APS）    阿贡国家实验室    1996 
2    先进光源（ALS）    劳伦斯伯克利国家实验室    1993 
3    斯坦福同步辐射光源
(SSRL)    斯坦福直线加速器中心    1974、2004
4    国家点火装置(NIF)    劳伦斯利弗莫尔国家实验室    1995 
5    直线加速器相干光源
（LCLS）    斯坦福直线加速器中心    2009 
6    美国散裂中子源(SNS)    橡树岭国家实验室    2006 
7    相对论重离子对撞机
(RHIC)    布鲁克海文国家实验室    2000 
8    双轴射线照相水力试验设施(DARHT)    洛斯阿拉莫斯国家实验室    1998 
9    国家球形环实验(NSTX)    普林斯顿等离子 物理实验室    1999 
10    超级计算设施(ALCF)    阿贡国家实验室    2006 
11    先导计算设施(OLCF)    橡树岭国家实验室    1992 
12    功能纳米材料中心(CFN)    布鲁克海文国家实验室    建造中
13    综合纳米技术中心
(CINT)    桑迪亚国家实验室/洛斯阿拉莫斯国家实验室    建造中
14    纳米材料科学中心
(CNMS)    橡树岭国家实验室    建造中
15    纳米尺度材料中心
(CNM)    阿贡国家实验室    建造中
16    国家同步辐射光源
（NSLSII）    布鲁克海文国家实验室    建造中