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重大科技基礎設施建設過程管理

優化策略研究

李勝博 陶黎敏 彭笛

摘要：重大科技基礎設施是大國競爭博弈的焦點。2014年11月，國家發展改革委等部門出臺了管理辦法；隨后，中國科學院等主管部門細化建設管理，突出強調了設施全生命周期管理，對在建設施管理提出了更高要求。本文梳理了國內設施建設總體進展和管理現狀，分析過程管理成效，為優化、規范設施過程管理提出建議，如強化各系統以及子系統的CPM計劃具體執行，助力優化關鍵路徑等。同時，對標國際設施建設管理模式，總結管理方法、管理模式等創新體制機制。在此基礎上提出，持續探索建立基于成熟度等級的過程管理方法，積極推動設施管理聯盟的建立，加快依托設施“軟建設”科學研究，從而提高設施建設效率，盡早產出重大成果。

關鍵詞：重大科技基礎設施；過程管理；成熟度等級

重大科技基礎設施（簡稱設施）是科技界的“國之重器”，是國家綜合競爭力和科技實力的重要體現，是大國競爭博弈的焦點。目前，我國布局建設的設施形成了涵蓋戰略導向型、應用支撐型、前瞻引領型、民生改善型的體系，部分建成投用的設施邁入全球“第一方陣”，成為突破科技前沿、支撐核心技術攻關、解決重大科技問題的國家戰略科技力量。2023年2月21日，習近平總書記在主持中共中央政治局第三次集體學習時強調，“要科學規劃布局前瞻引領型、戰略導向型、應用支撐型重大科技基礎設施，強化設施建設事中事后監管，完善全生命周期管理，全面提升開放共享水平和運行效率。”設施建設工程普遍存在難度大、周期長、科學技術集成度大等問題，過程管理是全生命周期管理的關鍵環節，管理體制機制有待優化和調整。為此，開展設施過程管理，有助于識別和管理項目風險，規范工程建設管理，有效提高設施建設效率，能夠發揮良好的督促、管理、總結和上報的效果。

“中國天眼”FAST射電望遠鏡（圖源:網絡）

一、我國重大科技基礎設施過程管理總體進展

（一）設施建設總體情況

重大科技基礎設施是20世紀中葉以后科學發展的一個重要特征，是國家科學技術水平和綜合實力的重要體現。我國設施建設經歷了從無到有、從小到大、從學習跟蹤到自主創新的過程。設施的管理由“十一五”規劃之前的“一事一議”模式，調整為“十一五”規劃之后的“以規劃為統領”模式；設施的類型更加多樣化，最初僅包含單址設施，后期出現分布式設施、移動設施，如中國地殼運動觀測網絡、海洋科學綜合考察船等；設施強調了“提供極限研究手段”，不斷實現從技術跟跑向技術領跑的轉變，甚至進入“無人區”。目前，我國設施建設取得顯著進展，越來越多的設施技術水平進入全球領先行列，強化了設施的前瞻性、整體性和先進性?？傮w來看，設施建設呈現出“技術更先進、研究領域更全面、布局更合理”的發展新態勢。

（二）我國在建設施過程管理現狀分析

設施主要從事世界前沿性的科學研究，具有科學和工程雙重屬性，其中科研屬性包括科學前瞻性、技術先進性等，存在不同程度的技術風險；工程屬性是指技術方案必須能夠實現，在項目進行投資并開始實施時不存在顛覆性技術問題，工程建設嚴格按照相關程序和規范進行管理。設施建設包括預先研究、規劃立項（建議書）、可行性研究、初步設計、中期評估、項目調整以及項目驗收等階段，是設施運行的基礎，因而建設階段的管理對于設施后期的順利運行有重要的作用。

圖1 設施過程管理的階段劃分情況

過程管理是設施建設過程中的重要環節，可成為規范工程建設的重要保障。過程管理是通過一個專門的、柔性的組織，定期對設施建設的進度、工期、經費等進行評估，及時發現重大問題隱患，甚至可根據世界科技的最新研究前沿及時調整工程目標，實現項目建設的有序動態管理和目標的綜合協調與優化，確保設施技術的先進性和特色。

為推動設施的規范建設，國家積極出臺了一系列政策文件。2014年11月，國家發展改革委、財政部、科學技術部、國家自然科學基金委員會發布《國家重大科技基礎設施管理辦法》（發改高技〔2014〕2545號，簡稱《管理辦法》），提出了設施建設和運行管理，加強了設施的質量、資金、進度、風險、變更、安全、采購等方面的合同、檔案、信息等管理，基本形成了全生命周期管理模式。2016年12月，國家發展改革委會同教育部、科技部、財政部、中國科學院、中國工程院、自然科學基金會、國防科工局和中央軍委裝備發展部發布了《國家重大科技基礎設施建設“十三五”規劃》（發改高技〔2016〕2736號），明確提出“要形成符合設施自身特點與發展規律的管理制度”。2019年期間，中國科學院在原有管理機制基礎上，細化了建設管理，強調了“經理部應按照《工程實施及管理計劃》建立完善的工程管理體系，制訂完備的管理規章制度和技術規范”；教育部也強化了管理機制，將定期審查設施建設的進度、質量和投資情況，研究設施建設過程中的重大事項，審核相關的調整和變更。2023年12月，上海市發展改革委等部門發布了《上海市關于支持國家重大科技基礎設施建設發展的若干政策措施（試行）》，強化了設施建設全過程跟蹤協調服務，及時協調解決設施建設中的重點難點問題。

位于四川海子山的高海拔宇宙線觀測站（圖源:中國科學院高能所）

科學的工程管理體系和豐富的工程經驗，是設施成功建設的重要保障。設施是由行業權威的科學家提出的大型復雜科學技術研究裝置或系統，但科學家未必是工程技術和建設管理的行家。設施法人單位多為科研院所、高校，缺乏相應的工程經驗，存在一些亟需調整和優化的建設管理方法和模式，避免出現“外行管理內行”的情況出現。從目前的管理體制來看，缺少有效的建設管理機制對設施建設過程中的合理變化予以及時響應；國家發展改革委等部門又無法及時了解設施的進展情況，從而對重大變更做出科學判斷。

在此基礎上，中國科學院與中國國際工程咨詢有限公司（簡稱：中咨公司）從2016年開始探索了設施建設過程管理，對高能同步輻射光源驗證裝置、綜合極端條件實驗裝置、高海拔宇宙射線觀測站、聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施等10項以上的設施開展過程管理的監管流程。2019年開始，中咨公司又進一步向工業和信息化部、教育部等主管的空間環境地面模擬裝置、精密重力測量研究設施等項目拓展過程管理。從目前進展來看，過程管理在不斷優化過程中，逐步形成一套完整的評估體系，在設施中推廣和應用過程管理方法。

位于合肥市的聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施園區（攝影:王世保）

二、設施過程管理的成效分析

根據國家發展改革委的總體要求，項目團隊完善了管理職責體系、質量管理、工程變更、經費管理、檔案管理等各項管理制度。為了及時發現項目建設過程中存在的問題與不足，傳統的過程管理主要是對設施建設現狀的分析，設置明確的主要任務，如咨詢服務跟進項目建設進度，跟蹤項目建設中的工藝、質量、資金和管理等方面進展；通過實地調研、專家訪談等方式收集資料，對設施管理規范、進度、質量、檔案、管理制度等現狀進行分析等。中咨公司提出了基于成熟度理論的過程管理模式，將該方法引入到設施過程管理中，形成了土建工程、工藝設備、關鍵技術攻關、組織管理、總體進度管理、人才隊伍、經費管理、檔案管理、風險管理、質量管理等10方面的評價指標體系。按照1-9等級的劃分標準，分別細化對應成熟度等級定義，研判土建、工藝設備等建設執行以及管理成熟度等級，直觀反映項目執行情況，協助項目團隊查找土建、技術和管理等方面的關鍵問題及成因，提出“預防、糾錯、改善和創新”的可操作性的意見與建議。

圖2 基于成熟度理論的指標體系

該方法已在高能同步輻射光源等5個以上的設施進行了應用，并取得了良好效果。設施過程管理促進建設管理機制的形成，動態調整和優化設施建設執行管理，盡量減少“拖進度、降質量、漲經費”等問題的出現。推進協同機制的完善，解決建設過程中的重大問題。設施建設涉及土建、工藝設備、組織管理等，具體內容較多，參建單位眾多，協調難度加大，法人單位需加強統籌協調，解決實際工作中資源配置分散多頭、協同性不強等問題。法人單位需積極與中國科學院等相關部門溝通和交流，探索并創新建設期的管理模式。

高能同步輻射光源于2019年7月正式開工，但在2020年5月過程管理時，發現組織架構、責任與分工有待規范管理等問題。為確保實時和高效的建設管理，中國科學院高能物理研究所作為法人單位，于2020年8月，及時完成總體、分總體級任務責任書簽訂，明確了相關責任主體的任務內容及指標、進度、經費額度等要求和責任。聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施（CRAFT）創新了組織架構，增加了“總師辦”負責的系統工程管理體系，包括計劃進度管理、質量管理、風險管理、技術協調、技術文檔管理和安全管理等重要環節。

用關鍵路徑法（CPM）和關鍵里程碑管理體系聯動進行計劃管理，對項目執行過程跟蹤管理，檢查督促各項工期的落實，對落實工期計劃出現的偏差，并及時采取有效措施進行修正。指導國家海底科學觀測網南海海底觀測子網、強流重離子加速器裝置等設施找出關鍵節點、分析土建工程與工藝設備進場的銜接，進而把握整體協同，預測瓶頸、確認活動優先級，更有效地分配和調配資源以及把握項目走勢，強化各系統以及子系統的CPM計劃具體執行，助力及時優化關鍵路徑。

質量管理工作貫穿于設施建設的各個階段，從技術設計、采購招標、合同執行、驗收歸檔等四個階段，形成質量保證等規范，為過程質量控制提供依據指導。高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）開工建設約1年多，尚未編制質量管理手冊。為了保證工程質量，加強協調監督，項目團隊于2018年5月編制了《LHAASO質量管理手冊》，逐步規范設備分級清單、工程資產驗收辦法、設計質量保證程序等機制。同時，通過BIM建模，實現了復雜工程系統的標準化、規范化、可視化、集成化、信息化和協同性等設計和技術管理，培養了一批BIM技術人才，形成標準化設計、施工流程，并推廣應用。依托強流重離子加速器裝置，中國科學院近代物理研究所率先開展加速器系統的電磁兼容（EMC）技術系統設計、測試和工程應用，探索、實踐出一套適用于大型復雜加速器系統的EMC規范標準。

工程概算的執行過程是一個“簡-繁-簡”的轉變過程。每個設施需要注重預算過程管理，強化經費執行管理，根據資金執行情況，安排設施年度下撥資金。年初制定項目年度月采購執行計劃，按分總體、系統以及月份劃分，明確具體負責人，并按此對各分總體的預算執行進度情況跟蹤管理。針對大金額招標項目，進行實時跟蹤，每月月中、月末在總體組會通報進度執行情況，督促各級負責人按時啟動采購計劃。項目團隊制定工程經費管理等制度，有效控制工程造價，保證設施能夠實現使用功能。

位于北京懷柔科學城的高能同步輻射光源（攝影:卜向東)

三、國際重大科技基礎設施建設管理經驗

設施建設起源于第二次世界大戰時期的美國，以大科學組織方式的曼哈頓工程開創了世界大科學工程的先河，留下了許多支撐核能發展以及核物理、粒子物理研究的長期運行的大型科學研究裝置，成為美國設施發展的戰略起點。長期以來，美國、歐洲、日本等主要發達國家都高度重視設施的建設，使設施“持續保持、培育和發展”技術領先優勢。縱觀歐美等國家的設施建設管理，突出的兩方面經驗如下：

一是建設管理方法的創新有利于提升工程管理能力。美國能源部（DOE）認為“成功的工程管理對于能源部至關重要”。如期實現建設目標對于DOE是嚴峻的挑戰。質子加速器項目于1977年啟動，因技術困難于1983年被迫停建。20世紀90年代，超級超導對撞機項目因多次要求大幅度調整預算，未能得到美國國會認可，支出20余億美元后，終止了該項目。近期，DOE加大了對設施建設的管理力度，出臺了實施細則、手冊、指南、規范等管理制度，優化了管理人員培訓和資質認證等措施，提升了設施完成率。

DOE逐步將掙值管理系統列入管理規范，以提高管理水平。DOE規定，對設施的進度和費用進行控制，要求采用掙值管理方法，可將進度和費用進行綜合度量，準確評估項目的進展狀態，預測工程可能發生的工期滯后量和費用超支量，從而及時采取糾正措施，為管理部門提供有效手段進行管理。按總體、分總體、系統、設備等制定了包括建設內容、技術指標、工作進度、人員、經費預算等方面的各級計劃。根據實際進展，合理調整計劃，實現對重大科技基礎設施建設的動態管理。

二是建設管理模式多以聯合等方式進行創新。美國的直線加速器相干光源（LCLS）是世界上首個X射線自由電子激光器。LCLS的建造由隸屬DOE的斯坦福直線加速器中心、阿貢國家實驗室、布魯克海文國家實驗室、洛斯阿拉莫斯國家實驗室和勞倫斯利弗莫爾國家實驗室，以及加州大學洛杉磯分校合作進行，總的工程造價為3.79億美元，于2009年4月建成。在設計和建造階段，LCLS工程組織為三個實驗室的聯合體，由斯坦福直線加速器中心領導，阿貢國家實驗室和勞倫斯利弗莫爾國家實驗室參與。合作體將使三個實驗室把各自獨特的技術優勢包括斯坦福直線加速器中心的加速器、阿貢國家實驗室的波蕩器、勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的X射線束輸運光學帶到LCLS工程，從而避免重復性的技術研發和支撐隊伍的組織。作為LCLS工程的主實驗室，斯坦福直線加速器中心將利用現有的人員和檢驗系統及程序進行工程管理。歐盟統籌規劃建設設施的數量較多，如歐洲同步輻射光源、歐洲聯合環形加速器、國際熱核聚變實驗堆等。為了進一步整合研究力量，加強各成員國的合作與交流，成立了歐洲核子研究中心、南部歐洲天文臺、歐洲太空局等重要科研機構，并制定了有關的建設管理制度。

直線加速器相干光源（LCLS）（圖源:網絡）

四、優化策略研究與建議

（一）持續探索基于成熟度等級的過程管理方法

我國已出臺了重大科技基礎設施管理辦法，中國科學院等主管部門細化了管理細則，但是在實際建設過程中，建設管理有待提升，未能真正體現設施的科學和工程雙重屬性。應進一步探索基于成熟度等級的過程管理方法，如針對設施的過程管理可進一步“定制化”，使其更加符合設施的內涵和要求；細化評價指標體系以及成熟度等級劃分標準等。依托過程管理方法的創新，完善設施建設過程中的管理政策措施。按照土建工程的規范，優化定期工程進展和檢查等管理制度，加強對設施土建工程的過程控制，盡快按照工程基準按計劃完成建設。推動建立工程分級變更閾值，細化工程變更管理辦法。當變更可能嚴重影響科學和工程目標時，應對設施的建設狀況進行全面評估論證，并由設施領導小組做出響應的決策，及時向有關部門申報調整。推動CPM計劃、工作分解結構方法、BIM等工程管理方法的優化。在保證設施質量和施工安全的前提下，依托過程管理，優化和調整CPM計劃，采用動態控制對工程進度進行主動把控，督促各個參建單位按合同要求完成建設。

（二）積極推動設施管理聯盟的建立

在設施的建設階段，項目涉及的參建單位較多，統籌協調能力相對較弱，可借鑒其他設施的組織管理，提升設施本身的建設效率。目前，各個設施之間的合作和聯系相對較少，需要設施相互學習，提升設施管理水平的持續提高，打破領域等有形界限。目前，我國部分在建設施存在缺少組織管理、人才隊伍、進度執行、檔案管理等方面管理機制的總結與經驗交流。中國科學院擁有相對完整的管理機制，每年舉行設施運行年會，分享各個設施運行、開放共享、組織管理等可復制可推廣的管理經驗。建議借鑒設施運行年會，聚焦信息、能源、光源等前沿領域，重視國際上設施組織管理新業態的出現，推動適合我國在建設施管理聯盟的成立，設置有效的聯盟形式、組織模式和功能定位，在全國范圍內，總結可推廣可復制的管理經驗，優化設施的組織、檔案等管理機制，暢通各個設施之間的合作渠道，加快設施的建設進度。

（三）加快依托設施“軟建設”科學研究

為探索設施管理體制機制創新，設施項目團隊需加快“軟建設”制度的出臺落地。為強化跨所、跨設施、跨學科的建制化攻關，2021年底，中國科學院在物質科學、生命科學、天文三個領域試點，啟動了依托設施的建制化科研平臺項目，聯合攻關解決國家重大需求“卡脖子”問題；發揮強強聯合優勢，綜合利用多種手段研究同一個科學問題；創新組織管理體系，建立項目首席科學家、顧問委員會和建制化科研平臺執委會制度。目前，仍需要聚焦重大問題長期穩定開展聯合攻關，打造建制化科研新范式，加快實現從“在干什么”“能干什么”向“該干什么”的轉變。

位于東莞市的中國散裂中子源（圖源:中國科學院高能所）

隨著重大戰略實施和重點領域安全能力建設的不斷深化，結合國家戰略需求、科技規劃與科研研究所和高校等機構自身發展情況，建議提出依托設施“軟建設”的相關研究。一是借鑒中國科學院建制化實施經驗，強化依托設施的“定向性、建制化”科學研究工作，形成多設施、多用戶共同參與建設的協同創新機制，整體提升各個設施對基礎研究、國家戰略和高技術發展的服務支撐能力。二是加強科研院所、高校等單位建設間的協同合作，將各個設施相關領域的科研人才和技術專家組成聯合攻關團隊，共同制定技術路線，推動實驗方法創新、實驗能力升級與科學問題研究的深度融合。三是部分設施將出現“邊建設邊運行”的實際情況，應盡快布局科學規范的管理機制，提出打造支撐人才隊伍，建立分系統以及子系統的運行管理體系，以確保設施的先進性和長期穩定運行。

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注：原文載自《今日制造與升級》2024年第12期，本次發表有改動。文中圖片來源于網絡，版權歸原作者所有，若有侵權請聯系刪除。