重大科技基础设施建设过程管理

优化策略研究

李胜博 陶黎敏 彭笛

摘要：重大科技基础设施是大国竞争博弈的焦点。2014年11月，国家发展改革委等部门出台了管理办法；随后，中国科学院等主管部门细化建设管理，突出强调了设施全生命周期管理，对在建设施管理提出了更高要求。本文梳理了国内设施建设总体进展和管理现状，分析过程管理成效，为优化、规范设施过程管理提出建议，如强化各系统以及子系统的CPM计划具体执行，助力优化关键路径等。同时，对标国际设施建设管理模式，总结管理方法、管理模式等创新体制机制。在此基础上提出，持续探索建立基于成熟度等级的过程管理方法，积极推动设施管理联盟的建立，加快依托设施“软建设”科学研究，从而提高设施建设效率，尽早产出重大成果。

关键词：重大科技基础设施；过程管理；成熟度等级

重大科技基础设施（简称设施）是科技界的“国之重器”，是国家综合竞争力和科技实力的重要体现，是大国竞争博弈的焦点。目前，我国布局建设的设施形成了涵盖战略导向型、应用支撑型、前瞻引领型、民生改善型的体系，部分建成投用的设施迈入全球“第一方阵”，成为突破科技前沿、支撑核心技术攻关、解决重大科技问题的国家战略科技力量。2023年2月21日，习近平总书记在主持中共中央政治局第三次集体学习时强调，“要科学规划布局前瞻引领型、战略导向型、应用支撑型重大科技基础设施，强化设施建设事中事后监管，完善全生命周期管理，全面提升开放共享水平和运行效率。”设施建设工程普遍存在难度大、周期长、科学技术集成度大等问题，过程管理是全生命周期管理的关键环节，管理体制机制有待优化和调整。为此，开展设施过程管理，有助于识别和管理项目风险，规范工程建设管理，有效提高设施建设效率，能够发挥良好的督促、管理、总结和上报的效果。

“中国天眼”FAST射电望远镜（图源:网络）

一、我国重大科技基础设施过程管理总体进展

（一）设施建设总体情况

重大科技基础设施是20世纪中叶以后科学发展的一个重要特征，是国家科学技术水平和综合实力的重要体现。我国设施建设经历了从无到有、从小到大、从学习跟踪到自主创新的过程。设施的管理由“十一五”规划之前的“一事一议”模式，调整为“十一五”规划之后的“以规划为统领”模式；设施的类型更加多样化，最初仅包含单址设施，后期出现分布式设施、移动设施，如中国地壳运动观测网络、海洋科学综合考察船等；设施强调了“提供极限研究手段”，不断实现从技术跟跑向技术领跑的转变，甚至进入“无人区”。目前，我国设施建设取得显著进展，越来越多的设施技术水平进入全球领先行列，强化了设施的前瞻性、整体性和先进性。总体来看，设施建设呈现出“技术更先进、研究领域更全面、布局更合理”的发展新态势。

（二）我国在建设施过程管理现状分析

设施主要从事世界前沿性的科学研究，具有科学和工程双重属性，其中科研属性包括科学前瞻性、技术先进性等，存在不同程度的技术风险；工程属性是指技术方案必须能够实现，在项目进行投资并开始实施时不存在颠覆性技术问题，工程建设严格按照相关程序和规范进行管理。设施建设包括预先研究、规划立项（建议书）、可行性研究、初步设计、中期评估、项目调整以及项目验收等阶段，是设施运行的基础，因而建设阶段的管理对于设施后期的顺利运行有重要的作用。

图1 设施过程管理的阶段划分情况

过程管理是设施建设过程中的重要环节，可成为规范工程建设的重要保障。过程管理是通过一个专门的、柔性的组织，定期对设施建设的进度、工期、经费等进行评估，及时发现重大问题隐患，甚至可根据世界科技的最新研究前沿及时调整工程目标，实现项目建设的有序动态管理和目标的综合协调与优化，确保设施技术的先进性和特色。

为推动设施的规范建设，国家积极出台了一系列政策文件。2014年11月，国家发展改革委、财政部、科学技术部、国家自然科学基金委员会发布《国家重大科技基础设施管理办法》（发改高技〔2014〕2545号，简称《管理办法》），提出了设施建设和运行管理，加强了设施的质量、资金、进度、风险、变更、安全、采购等方面的合同、档案、信息等管理，基本形成了全生命周期管理模式。2016年12月，国家发展改革委会同教育部、科技部、财政部、中国科学院、中国工程院、自然科学基金会、国防科工局和中央军委装备发展部发布了《国家重大科技基础设施建设“十三五”规划》（发改高技〔2016〕2736号），明确提出“要形成符合设施自身特点与发展规律的管理制度”。2019年期间，中国科学院在原有管理机制基础上，细化了建设管理，强调了“经理部应按照《工程实施及管理计划》建立完善的工程管理体系，制订完备的管理规章制度和技术规范”；教育部也强化了管理机制，将定期审查设施建设的进度、质量和投资情况，研究设施建设过程中的重大事项，审核相关的调整和变更。2023年12月，上海市发展改革委等部门发布了《上海市关于支持国家重大科技基础设施建设发展的若干政策措施（试行）》，强化了设施建设全过程跟踪协调服务，及时协调解决设施建设中的重点难点问题。

位于四川海子山的高海拔宇宙线观测站（图源:中国科学院高能所）

科学的工程管理体系和丰富的工程经验，是设施成功建设的重要保障。设施是由行业权威的科学家提出的大型复杂科学技术研究装置或系统，但科学家未必是工程技术和建设管理的行家。设施法人单位多为科研院所、高校，缺乏相应的工程经验，存在一些亟需调整和优化的建设管理方法和模式，避免出现“外行管理内行”的情况出现。从目前的管理体制来看，缺少有效的建设管理机制对设施建设过程中的合理变化予以及时响应；国家发展改革委等部门又无法及时了解设施的进展情况，从而对重大变更做出科学判断。

在此基础上，中国科学院与开云电子平台（简称：kaiyun全站网页版登陆）从2016年开始探索了设施建设过程管理，对高能同步辐射光源验证装置、综合极端条件实验装置、高海拔宇宙射线观测站、聚变堆主机关键系统综合研究设施等10项以上的设施开展过程管理的监管流程。2019年开始，kaiyun全站网页版登陆又进一步向工业和信息化部、教育部等主管的空间环境地面模拟装置、精密重力测量研究设施等项目拓展过程管理。从目前进展来看，过程管理在不断优化过程中，逐步形成一套完整的评估体系，在设施中推广和应用过程管理方法。

位于合肥市的聚变堆主机关键系统综合研究设施园区（摄影:王世保）

二、设施过程管理的成效分析

根据国家发展改革委的总体要求，项目团队完善了管理职责体系、质量管理、工程变更、经费管理、档案管理等各项管理制度。为了及时发现项目建设过程中存在的问题与不足，传统的过程管理主要是对设施建设现状的分析，设置明确的主要任务，如咨询服务跟进项目建设进度，跟踪项目建设中的工艺、质量、资金和管理等方面进展；通过实地调研、专家访谈等方式收集资料，对设施管理规范、进度、质量、档案、管理制度等现状进行分析等。kaiyun全站网页版登陆提出了基于成熟度理论的过程管理模式，将该方法引入到设施过程管理中，形成了土建工程、工艺设备、关键技术攻关、组织管理、总体进度管理、人才队伍、经费管理、档案管理、风险管理、质量管理等10方面的评价指标体系。按照1-9等级的划分标准，分别细化对应成熟度等级定义，研判土建、工艺设备等建设执行以及管理成熟度等级，直观反映项目执行情况，协助项目团队查找土建、技术和管理等方面的关键问题及成因，提出“预防、纠错、改善和创新”的可操作性的意见与建议。

图2 基于成熟度理论的指标体系

该方法已在高能同步辐射光源等5个以上的设施进行了应用，并取得了良好效果。设施过程管理促进建设管理机制的形成，动态调整和优化设施建设执行管理，尽量减少“拖进度、降质量、涨经费”等问题的出现。推进协同机制的完善，解决建设过程中的重大问题。设施建设涉及土建、工艺设备、组织管理等，具体内容较多，参建单位众多，协调难度加大，法人单位需加强统筹协调，解决实际工作中资源配置分散多头、协同性不强等问题。法人单位需积极与中国科学院等相关部门沟通和交流，探索并创新建设期的管理模式。

高能同步辐射光源于2019年7月正式开工，但在2020年5月过程管理时，发现组织架构、责任与分工有待规范管理等问题。为确保实时和高效的建设管理，中国科学院高能物理研究所作为法人单位，于2020年8月，及时完成总体、分总体级任务责任书签订，明确了相关责任主体的任务内容及指标、进度、经费额度等要求和责任。聚变堆主机关键系统综合研究设施（CRAFT）创新了组织架构，增加了“总师办”负责的系统工程管理体系，包括计划进度管理、质量管理、风险管理、技术协调、技术文档管理和安全管理等重要环节。

用关键路径法（CPM）和关键里程碑管理体系联动进行计划管理，对项目执行过程跟踪管理，检查督促各项工期的落实，对落实工期计划出现的偏差，并及时采取有效措施进行修正。指导国家海底科学观测网南海海底观测子网、强流重离子加速器装置等设施找出关键节点、分析土建工程与工艺设备进场的衔接，进而把握整体协同，预测瓶颈、确认活动优先级，更有效地分配和调配资源以及把握项目走势，强化各系统以及子系统的CPM计划具体执行，助力及时优化关键路径。

质量管理工作贯穿于设施建设的各个阶段，从技术设计、采购招标、合同执行、验收归档等四个阶段，形成质量保证等规范，为过程质量控制提供依据指导。高海拔宇宙线观测站（LHAASO）开工建设约1年多，尚未编制质量管理手册。为了保证工程质量，加强协调监督，项目团队于2018年5月编制了《LHAASO质量管理手册》，逐步规范设备分级清单、工程资产验收办法、设计质量保证程序等机制。同时，通过BIM建模，实现了复杂工程系统的标准化、规范化、可视化、集成化、信息化和协同性等设计和技术管理，培养了一批BIM技术人才，形成标准化设计、施工流程，并推广应用。依托强流重离子加速器装置，中国科学院近代物理研究所率先开展加速器系统的电磁兼容（EMC）技术系统设计、测试和工程应用，探索、实践出一套适用于大型复杂加速器系统的EMC规范标准。

工程概算的执行过程是一个“简-繁-简”的转变过程。每个设施需要注重预算过程管理，强化经费执行管理，根据资金执行情况，安排设施年度下拨资金。年初制定项目年度月采购执行计划，按分总体、系统以及月份划分，明确具体负责人，并按此对各分总体的预算执行进度情况跟踪管理。针对大金额招标项目，进行实时跟踪，每月月中、月末在总体组会通报进度执行情况，督促各级负责人按时启动采购计划。项目团队制定工程经费管理等制度，有效控制工程造价，保证设施能够实现使用功能。

位于北京怀柔科学城的高能同步辐射光源（摄影:卜向东)

三、国际重大科技基础设施建设管理经验

设施建设起源于第二次世界大战时期的美国，以大科学组织方式的曼哈顿工程开创了世界大科学工程的先河，留下了许多支撑核能发展以及核物理、粒子物理研究的长期运行的大型科学研究装置，成为美国设施发展的战略起点。长期以来，美国、欧洲、日本等主要发达国家都高度重视设施的建设，使设施“持续保持、培育和发展”技术领先优势。纵观欧美等国家的设施建设管理，突出的两方面经验如下：

一是建设管理方法的创新有利于提升工程管理能力。美国能源部（DOE）认为“成功的工程管理对于能源部至关重要”。如期实现建设目标对于DOE是严峻的挑战。质子加速器项目于1977年启动，因技术困难于1983年被迫停建。20世纪90年代，超级超导对撞机项目因多次要求大幅度调整预算，未能得到美国国会认可，支出20余亿美元后，终止了该项目。近期，DOE加大了对设施建设的管理力度，出台了实施细则、手册、指南、规范等管理制度，优化了管理人员培训和资质认证等措施，提升了设施完成率。

DOE逐步将挣值管理系统列入管理规范，以提高管理水平。DOE规定，对设施的进度和费用进行控制，要求采用挣值管理方法，可将进度和费用进行综合度量，准确评估项目的进展状态，预测工程可能发生的工期滞后量和费用超支量，从而及时采取纠正措施，为管理部门提供有效手段进行管理。按总体、分总体、系统、设备等制定了包括建设内容、技术指标、工作进度、人员、经费预算等方面的各级计划。根据实际进展，合理调整计划，实现对重大科技基础设施建设的动态管理。

二是建设管理模式多以联合等方式进行创新。美国的直线加速器相干光源（LCLS）是世界上首个X射线自由电子激光器。LCLS的建造由隶属DOE的斯坦福直线加速器中心、阿贡国家实验室、布鲁克海文国家实验室、洛斯阿拉莫斯国家实验室和劳伦斯利弗莫尔国家实验室，以及加州大学洛杉矶分校合作进行，总的工程造价为3.79亿美元，于2009年4月建成。在设计和建造阶段，LCLS工程组织为三个实验室的联合体，由斯坦福直线加速器中心领导，阿贡国家实验室和劳伦斯利弗莫尔国家实验室参与。合作体将使三个实验室把各自独特的技术优势包括斯坦福直线加速器中心的加速器、阿贡国家实验室的波荡器、劳伦斯利弗莫尔国家实验室的X射线束输运光学带到LCLS工程，从而避免重复性的技术研发和支撑队伍的组织。作为LCLS工程的主实验室，斯坦福直线加速器中心将利用现有的人员和检验系统及程序进行工程管理。欧盟统筹规划建设设施的数量较多，如欧洲同步辐射光源、欧洲联合环形加速器、国际热核聚变实验堆等。为了进一步整合研究力量，加强各成员国的合作与交流，成立了欧洲核子研究中心、南部欧洲天文台、欧洲太空局等重要科研机构，并制定了有关的建设管理制度。

直线加速器相干光源（LCLS）（图源:网络）

四、优化策略研究与建议

（一）持续探索基于成熟度等级的过程管理方法

我国已出台了重大科技基础设施管理办法，中国科学院等主管部门细化了管理细则，但是在实际建设过程中，建设管理有待提升，未能真正体现设施的科学和工程双重属性。应进一步探索基于成熟度等级的过程管理方法，如针对设施的过程管理可进一步“定制化”，使其更加符合设施的内涵和要求；细化评价指标体系以及成熟度等级划分标准等。依托过程管理方法的创新，完善设施建设过程中的管理政策措施。按照土建工程的规范，优化定期工程进展和检查等管理制度，加强对设施土建工程的过程控制，尽快按照工程基准按计划完成建设。推动建立工程分级变更阈值，细化工程变更管理办法。当变更可能严重影响科学和工程目标时，应对设施的建设状况进行全面评估论证，并由设施领导小组做出响应的决策，及时向有关部门申报调整。推动CPM计划、工作分解结构方法、BIM等工程管理方法的优化。在保证设施质量和施工安全的前提下，依托过程管理，优化和调整CPM计划，采用动态控制对工程进度进行主动把控，督促各个参建单位按合同要求完成建设。

（二）积极推动设施管理联盟的建立

在设施的建设阶段，项目涉及的参建单位较多，统筹协调能力相对较弱，可借鉴其他设施的组织管理，提升设施本身的建设效率。目前，各个设施之间的合作和联系相对较少，需要设施相互学习，提升设施管理水平的持续提高，打破领域等有形界限。目前，我国部分在建设施存在缺少组织管理、人才队伍、进度执行、档案管理等方面管理机制的总结与经验交流。中国科学院拥有相对完整的管理机制，每年举行设施运行年会，分享各个设施运行、开放共享、组织管理等可复制可推广的管理经验。建议借鉴设施运行年会，聚焦信息、能源、光源等前沿领域，重视国际上设施组织管理新业态的出现，推动适合我国在建设施管理联盟的成立，设置有效的联盟形式、组织模式和功能定位，在全国范围内，总结可推广可复制的管理经验，优化设施的组织、档案等管理机制，畅通各个设施之间的合作渠道，加快设施的建设进度。

（三）加快依托设施“软建设”科学研究

为探索设施管理体制机制创新，设施项目团队需加快“软建设”制度的出台落地。为强化跨所、跨设施、跨学科的建制化攻关，2021年底，中国科学院在物质科学、生命科学、天文三个领域试点，启动了依托设施的建制化科研平台项目，联合攻关解决国家重大需求“卡脖子”问题；发挥强强联合优势，综合利用多种手段研究同一个科学问题；创新组织管理体系，建立项目首席科学家、顾问委员会和建制化科研平台执委会制度。目前，仍需要聚焦重大问题长期稳定开展联合攻关，打造建制化科研新范式，加快实现从“在干什么”“能干什么”向“该干什么”的转变。

位于东莞市的中国散裂中子源（图源:中国科学院高能所）

随着重大战略实施和重点领域安全能力建设的不断深化，结合国家战略需求、科技规划与科研研究所和高校等机构自身发展情况，建议提出依托设施“软建设”的相关研究。一是借鉴中国科学院建制化实施经验，强化依托设施的“定向性、建制化”科学研究工作，形成多设施、多用户共同参与建设的协同创新机制，整体提升各个设施对基础研究、国家战略和高技术发展的服务支撑能力。二是加强科研院所、高校等单位建设间的协同合作，将各个设施相关领域的科研人才和技术专家组成联合攻关团队，共同制定技术路线，推动实验方法创新、实验能力升级与科学问题研究的深度融合。三是部分设施将出现“边建设边运行”的实际情况，应尽快布局科学规范的管理机制，提出打造支撑人才队伍，建立分系统以及子系统的运行管理体系，以确保设施的先进性和长期稳定运行。

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注：原文载自《今日制造与升级》2024年第12期，本次发表有改动。文中图片来源于网络，版权归原作者所有，若有侵权请联系删除。