我国的科研产出已然世界前列，这些成果要怎样用到产业发展上呢？| 圆桌讨论
科技
科技
2024-11-08 17:03
北京
![]()
科技创新如何推动各产业发展？
科研对于企业来说有什么意义？
如何把前沿理论运用到具体的工程中？
未来各行各业会往哪走？
一起聆听院士、专家的现场解读。
秦溯：今天的三位嘉宾有共同的特点。第一，他们都关注着科学研究的最前沿领域；第二，他们也非常关注自己的研究成果如何转化成应用。今天圆桌论坛的主题是“向新而行，面向未来”，首先想请三位嘉宾分享一下在您的领域对科技创新如何推动产业发展的感受。张来斌：这个问题让我想到我上大学的时候。我是1978级的，是恢复高考以后第二届的学生，当时我上的学校叫华东石油学院，也就是现在的中国石油大学。当时老师就告诉我们，在现有的条件下，石油还可以用50年。在四十多年后的现在，我们的学生也有这样的担心。毕竟石油是化石能源，总有枯竭的时候。同时新的清洁能源在不断地发展并代替化石能源。但我依然会告诉学生，在现有的条件下石油还可以用50年。所以我们经常开玩笑说，石油50年是一个永恒的话题。那为什么会是这样呢？因为科技推动了整个行业的发展。科学技术在进步，原来没有被发现的油田被发现了，以前开采成本较高的油田变得经济可行了。现在油气勘探开发的特点我总结为“两深一非一老”。“两深”就是深层和深水。现在中国石油正在塔里木油田打井，要打10000米的井，最近已经突破了9000米，这是地面上的深层开采。除了深层还有深水，也就是在深海里探索能源。现在，我国的深水油气勘探开发能力至少能达到2000米的水深。“一非”就是非常规，美国的页岩气革命就属于非常规这一部分。还有就是“一老”，老油田。我们怎样把那些以前开采不出来的老油田开采出来，这也是需要解决的问题。无论是深层、深水还是非常规，背后的环境条件、作业条件都非常恶劣，包括高温、高压，还有深度带来的安全问题。这就必须要有科学技术的进步做支撑。正因为有了科学技术的进步，石油50年才成为了一个经久不衰的话题。科学技术进步对行业的推动是巨大的。没有科学技术进步，就没有今天能源行业蓬勃发展的局面。陈康：我是做信息技术的，研究的是高性能数据密集芯的计算，也在郑伟民院士跟美团合作的院士工作站，信息技术产业对于现代生活以及国民经济的各个方面都产生了巨大的影响，大家也体会到了，比如我们常用的美团、支付宝、百度搜索等等。它们的后台都有大量的集群计算，就是很多计算机同时做计算。那我们需要做一些什么样的研究工作呢？我们不仅要考虑计算的高效，让计算越来越快；还要让数据处理的规模越来越大；并且需要让整个系统变得非常强大，不易出错，让它每周工作时长能达到24×7，永远不能停下来，一旦停下来，很多像支付这类的日常活动就做不了了。大家还可以看到，最近几年我们行业渐渐在朝着智能化的方向发展。智能化意味着后台大量的信息系统技术工作，像语音识别、人工智能等的日常应用，以及如何让你跟计算机沟通的通信方面的创新。这几年很多创新非常厉害，越来越多的数据会被收集到整个信息系统当中来。最近各个大模型出来之后，人工智能会按照大模型的方式囊括很多很多数据。那么如何在大量数据的基础之上挖掘各种各样的数据模式、如何从数据当中获取新的知识并用智能的方式去赋能原有的各个行业都是未来需要解决的问题，这个问题在将来几年会越来越明显。所以对我们这个行业来说，科技创新永远是一个不断向前走的主题，我们的整个行业都是以科技创新为基础构造出来的。荣华：在我从事的建筑行业，目前智能建造正促进着建筑行业的未来发展。不管是设计、建造、先进材料以及整个装置设备的智能化和数字化，都能让建筑行业的效率更高，让建筑行业在低碳要求下的可持续发展成为可能。以设计的数字化为例。在原来，我们可能对设计只有一个二维图纸的概念。但是基于建筑信息模型的建立，现在的设计更加精准；在施工过程中可以实现碰撞分析，这样就能让设计更加直观。现在我们的建造已经突破了原来的认识。随着社会的发展，劳动力群体可能逐渐减少。但是可以看到，已经有一些焊接机器人、智能机器人出现在建造工地上。例如我国重大工程港珠澳大桥、未来的川藏铁路的建设，还有很多大型的基础设施建设上都有它们的应用。这使我们的工地更加智能，大大地提高了建造效率，让建造的质量更加可控，同时也节省了人力，保障了更多的人身安全。除此之外，现在的新材料例如先进的混凝土材料、可再生材料等，也使整个建筑行业的绿色可持续成为了可能。我们坚信在未来很长一段时间内，建造的智能化都将影响整个建造行业。秦溯：在今天中国的科技创新中，有个非常重要的数据就是高水平论文的数量和质量。从这个侧面来说，中国的科研能力已经进入到了世界第一方阵当中。但如何把这些前沿理论真正地用到具体的工程中，服务于人的生活、社会的发展，这背后还有哪些需要注意的问题呢？荣华：我是中冶建筑研究总院的，属于科研院所转制的企业。我们既保存着一定的科技研发能力，同时又面向了市场。那在论文、规范、专利等科研产出跟产业化之间实现对接和应用这方面确实有一些经验。比如前段时间我们主持的一个国家重点研发项目，主要的问题就是研究核电辐照环境下混凝土的长期性能是如何变化的。在这个项目开展之前，在全国甚至全世界的范围内可能我们都搜索不到20篇以上的文献，没有足够的基础。那我们就以需求为导向，联合国内具有辐照功能的核动力院还有一些其他研究院、核电企业、高校等，共同开展了一系列的研究。从前期高校对材料辐照下性能的研究，然后到研究院所对该性能评价方法和监检测技术的研究，最后我们把它落地到全国所有核电厂的辐照性能的评价规范，这对整个核电行业的运行安全还有对整个未来延寿的评价都奠定了良好的科研基础。我们同时取得了很好的科研成果，发明了先进的装备，建立了好的技术，同时形成了标准规范。我觉得最重要的是，首先要把科研和产业的定位需求紧密结合，其次要在科研的主体里的“产学研用”4个维度内形成一个有机的整体，从我们的政策导向、合作机制上建立更加有利于结合的机制。这样我们就不仅仅能很好地完成科研指标，同时也可以产出更多能够解决工程技术问题的科研成果。陈康：其实各个国家各个高校的科研都是差不多的。科研有不同的方向和层次，我们计算机方向的研究也是这样的。有些科学家特别注重理论方面的研究，计算机科学有一些最基础的科研问题还没有解决，所以部分计算机科学家会去研究计算的本质是什么、通信的本质是什么，本身需要解决的基础科研的问题是什么。这就有点像数学，虽然它可能和产业界的应用稍微离得远一点，但它具有前瞻性，一旦有突破，就会有非常大的贡献。比如说现在包括我们国家在内的各国都会做一些量子计算方面的工作。它不断会有研究突破，但是如何应用到实际当中去还需要一些算法和构想，距离产业化和真正影响我们的生活还稍微有点远。我们还有一大部分计算机科学与工程上的研究必须要跟实际结合在一起。因为从计算机本身的角度来讲，它就是为了解决现实生活和工程理论当中需要解决的问题，所以我们有一些重点的方向。比如说高性能计算机，它可能会去模拟一些物理现象。像能源产业找石油的过程中有很多的问题，我们可以在高性能计算机上面做一些石油的模型去求解方程。在我所从事的方向也是这个样子，我们做的计算机系统并非必须要跟产业界紧密结合在一起，但是必须要从实际问题出发。我们在跟美团这样的公司成立院士工作站的时候，不可能去介入美团本身的业务。那我们做一些什么样的工作呢？给大家举一个非常简单的例子。美团背后的订单量非常大，它的数据库对每秒钟处理订单能力的要求非常高。我们原来是做高性能计算和高性能存储的，在这种情况下，我们就可以给它提供一些新的思路。美团会给我们提供一些真实的业务需求场景，会告诉我们在实际情况当中他们的数据库模型和里面的读写模式。我们要做的工作就是发挥在科研上面的优势，在文献上、新的器件上、新的方法上，都要进行探索，帮他们做得更快一点，研究如何用更少的计算机满足更高的用户需求。所以从我们的角度来看，无论是科技创新对实际产业的推动，还是实际产业对科技创新提出的新问题，都紧密地结合在一起。秦溯：今天是北京市院士专家工作站的专场活动，张院士跟中国石油安全环保院一起建立了一个工作站。您跟他们一起工作已经多长时间了？张来斌：从院士工作站这个角度来说，到目前为止不到1年。但是我跟这个安全环保院的合作已经很久了，他们一成立我们就开展了科学研究和人才培养的合作。我们除了一起做科研以外，还共同带研究生，有非常长的合作历史。中国石油大学最早也是归中国石油管，高等教育体制改革以后才归属教育部。我在2021年当选院士以后，他们就希望能在他们那里设个工作站。我一想也可以，于是一拍即合，把学校和他们这两个团队进一步地融合，一起承担大项目、取得大成果、做出大贡献。因为中国石油是央企，为企业服务也就是为国家服务，这样也就保障了能源的安全。秦溯：刚才我们两位嘉宾通过实际的案例让我们感受到，科技创新过程中科研机构跟企业之间的合作是一场很美好的双向奔赴，它们各有优势。那么在您的实际工作当中，您感觉企业跟我们科技创新尤其科研机构之间的关系是什么？我们在工作当中怎么样去形成合力来取得更好的科技创新成果？张来斌：我当过很长时间中国石油大学的校长，因为我们这所学校有一定的行业性质，从名字就知道要研究石油。刚才荣华首席讲到了“产学研用”4个维度，有时候我们还会提到“政产学研用”，也就是由政府来主导。我觉得荣华首席已经把这个定位讲的很清楚了。广义的科研实际上有两种分类。一种可以分为基础研究、应用基础研究、应用研究。也就是刚才荣首席所说的这种分类方式。在这个层面上，高校、研究院所、企业可以把这它们串起来。还有一种分类叫做科学、技术、工程。科学就是做些探索，发现些新的理论、现象和规律；技术就是把这些发现转换成一定的技术；工程就是将技术这个层面转换成我们在现实行业、生活等各个方面的应用。所以我们也可以从这种分类角度来看。无论是哪种分类，科学、技术和工程，还是基础研究、应用基础研究和应用研究，都需要把“产学研用”结合起来。因为各机构有各自的优势，比方说高校在基础研究和应用基础研究上面有优势，研究院所在技术创新这方面有优势，企业也有自身的优势。我们说“企业是技术创新的主体”，那它为什么是主体呢？因为它离需求最近。企业知道自己需要什么样的技术，所以它能激发出技术创新上的动力和需求，包括它的投入也是自身的优势之一。而高校是为企业的技术创新做服务的。高校用它们在基础研究和应用基础研究方面的成果来支撑企业的技术创新，企业再把技术创新成果应用到实际的工程或者生活中，就形成了“产学研用”一整个的链条。总结一下就是说，各自发挥各自的优势，这样才能真正形成强强联合。我把院士工作站放到企业去，实际上也是想达到“产学研用”这样一个发展良好的生态链条。秦溯：谢谢张院士。陈老师，您是郑伟明院士和美团的合作的院士工作站的成员，您在院士工作站的工作持续了多久？陈康：我在这里工作了不到2年。除了院士工作站之外，美团跟清华大学还成立了一个校级的研究院，也对我们这个项目起到了支撑作用。美团本身是一家信息技术驱动的公司，想要继续再向前发展的话必须要走智能化的方向，要把规模做大，要把大数据融合处理好，从数据里面挖出来对它们有价值的东西。我们有一些对于高新计算和数据处理方面的经验，所以美团会找我们一起合作。我们现在做的一些项目特别有意思。比如美团有智能车的项目，在亦庄的路上我们能够看见小车在往各个小区送东西。这个小车看起来简单，但背后其实挺复杂的。因为不但要规划路径，还要看不同天气的照片，看该走哪条路。除此之外还得结合地图上的提示，了解那些路是不是堵、前面行人多不多。它还安装了各种各样的摄像头、雷达，这都需要做处理。所以它每次装入的数据量都非常大，要去模拟很多辆车同时往前走的情况，美团觉得这可能会导致小车在性能上承受不了。所以我们去做了调整，让它的性能提高了大概1倍左右，接下来还继续会做一些创新的工作使它的能力再次提升，模拟的事情也会更多，小车能开得更好。秦溯：所以无论是企业去拥抱科技创新，还是我们的科学家们去踏足产业，其实这都是科技创新必须要经历的一步。那也想问问荣老师，院士专家工作站合作的方式有很多，据我了解，在您的企业里有内培的院士专家工作站。那院士专家工作站对于企业形成科技创新的核心竞争力带来了什么样的帮助呢？荣华：我们集团有两名院士，都是自培的。院士不仅仅有深厚的学术造诣，而且一定有他独到的眼光和对未来发展趋势的判断。所以在我们公司，不管是5年计划还是2030的计划，院士工作站都对我们定方向、定战略、定大局给了很多指引。这是第一。第二个方面，我们内驱力的增长也是得益于院士工作站。因为院士工作站本身就能够聚集人才。就像今天的主题，我们一直在谈科技创新如何提升生产力，其实院士工作站就是很重要的一个环节。院士在行业内深刻了解痛点，具有独到的解决科学问题的思路跟方法，能够号召大家一起做、做得好。第三个方面，院士工作站是一个资源的聚集地。现在不仅是从国家战略和规划上，也包括从工程院体系、科技部体系还有整个科技体系上来说，院士专家都是定科技方向的主要决策者。所以通过院士工作站，我们也有幸参与了一些国家规划，这也帮助我们聚集了很多资源，还建立了很多平台。我们院里有13个科研平台，我觉得很多都是受益于院士工作站。第四个方面，我觉得院士工作站输送和培养了大量给我们行业和给国家的人才，我觉得这些都是在工作站的大环境下给大家带来的发展原动力。秦溯：刚才我们聊的话题都比较宏观，那接下来，我们想深入到3位各自的具体领域当中。首先问问张院士，您是油气系统安全监测和故障诊断方面的专家。我们都知道油气的运输以及整体的生产设备都需要保持极高的安全性，要防患于未“燃”。那目前，我们中国油气开发和运输安全方面发展的情况是什么样的？张来斌：我刚才说过，目前油气的发展趋势是围绕着“两深、一非、一老。”就是深层、深水、非常规和延长老油田寿命的开发。你看钢丝，大家知道短的时候刚性强，稍微长一点它就挠性很大。那到了1万米后，这么粗的一个管子也会变软。在深水，如何打到2000多米以下也是个难题。再就是非常规，最典型的例子就是页岩油和气，它的气和油在岩石里面，开采的难度非常大。还有老的油田，我们已经采得差不多了，如何把剩余的油再采上。在这些地方，高温、高压等各种各样的环境带来了非常恶劣的条件。那怎么样保证安全地生产，将是最重要的问题。无论是油气生产安全也好，还是其他的行业也好，我觉得都是围绕着两件事，这两件事都是世界发展的大趋势。这也就是刚才两位专家说的，一个是低碳、清洁的方向，一个就是智能化方向。低碳也好、智能化也好，都深刻地影响着世界、影响着社会，甚至影响到我们每一个人。所以怎么样保证在能源生产过程中的清洁低碳，怎么实现智能化的安全生产，都是围绕着这两个问题。尤其是智能化，智能化再上升到智慧化以后，将改变一切，包括油气的安全生产。我认为今后的发展方向基本上就是如此。秦溯：从您的讲述中，我觉得您领域内的问题不是单一学科的事情，像智能化就有可能跟陈老师的学科有关系，像往更深部进发的装备可能还需要材料科学的发展支撑。所以需要有院士和专家用宏观的视野来进行整体技术路线的设计。那陈老师，您的领域是不是尤其如此呢？我们已经深切地感受到计算机技术像基础设施一样，跟很多学科产生了关系。您跟美团合作的时候，研究的是我们怎么样来解决消费领域的数据问题，但是还有更多的应用场景？陈康：我们跟美团的合作还是属于信息领域跟信息领域的合作，从计算机学科或者是信息学科来说，我们自己就还有很多基础的科研问题需要解答，比如2023年兴起的大模型。同时，我们还参与了国家算力网络、超级计算机系统等工作。基于大数据的科学研究属于科学研究的第四范式，所以在做这类工作时，我们还是需要跟其他各个学科的专家一起去做。秦溯：荣老师刚才说到了核电是您研究的领域，您还完成了我国自主研发的第三代核电“华龙一号”的首个安全壳结构性能的评价项目。核电的安全也是大家非常关注的问题。说到这个安全壳，大家说它外能扛龙卷风、地震、台风，甚至一些突发的碰撞，内能防泄漏。那我想问问，从您亲身经历的角度来讲，这个项目最大的创新亮点和核心技术在哪里？荣华：“华龙一号”是我国经过将近30年的研发设计后形成的具有自主知识产权的反应堆，它的安全级别和性能都非常高。评价指标里有一项是包容性泄露率的失效概率，现在已经达到了10-7。基本上相近于绝对安全。它为什么安全？从专业角度来说，一个是因为“华龙一号”引进了能动加非能动的安全理念。为什么福岛事故会发生呢？当海啸来袭的时候，由于它的安全系统都是在有电源的前提下才能保护的能动效应，因此无法应对突发情况。而“华龙一号”有一套备用系统，当能动系统失效了之后，咱们还有一套基于自然循环、重力作用的非能动系统，我们在面对LOCA（冷却剂丧失事故）这样可能造成内部泄露的严重事故的时候有一套应对系统，能够保证我们整套系统、整个核电系统堆芯的安全，所以我们具有更高的安全设防的能力。其次，目前大家看到很多宣传片中，无论是咱们的“华龙一号”，还是海外的“恰希玛3号”“恰希玛4号”，包括国内的“福清5号”“福清6号”“防城港3号”“防城港4号”等等，它们最外面的安全壳是一个统舱型结构。这个结构是两层的，也就是说里面的这层安全壳能够防止内部发生LOCA失水事故，也能防止在气压作用下辐射物质的泄漏。现在外面又加了一层安全壳，那它就又有了一套针对内部泄漏问题的保障系统。“9·11事件”之后，我们在“华龙一号”里面加入了应对恶意撞击的工况，外面的这层安全壳又增加了抵抗外部事故的功能，所以终身防御的设置就更加安全了。现在，“华龙一号”的抗震设计能力由原来的0.15g提升到现在的0.3g。抗震作为结构设计主要的控制工况，整个安全等级也有了大幅度提升。“华龙一号”体现了中国建造的能力和速度。不管是运用了1500吨大吨位的的超拉装置，还是在大跨度薄壁穹顶上的模块化施工，还有焊接机器人；不管是对标美国的AP1000，还是法国的EPR，俄罗斯的VVER-1200，我们中国的安全壳、整个核电站的结构和设备建造能力，都已经走在了行业的前端。能够保证建造的质量，也就是提升了安全能力。我们院针对于核电系统里最重要的安全壳结构研发了一套全授期、一体化、一站式的评价系统。虽然我们没有实现智慧化，但是现在已经使数据驱动和物理映射之间实现了联通，能够实现基于监测数据的全授期结构安全性能的评价，也实现了整个运维的安全性，同时助力了核电站延寿。建一座核电站差不多需要300亿的建设成本，我们现在的核电站从二代堆的40年延寿到80年，三代堆的60年延寿到100年，变相地大大节省建造成本。我们要保证它在安全的前提下有质量的延寿。所以从设计到建造到运维，“华龙一号”都可以说是具有绝对安全性的，也代表着中国核电的水平和能力。秦溯：非常感谢三位嘉宾的精彩分享，让我们真切地感受到由于院士专家工作站的存在，我们更好地树立起了“产学研用”各方之间的定位和关系，也让企业承担了自己该承担的任务，学术发挥了自己该发挥的作用。我们也期待未来能听到更多在各位领域内的好消息。文章和演讲仅代表作者观点，不代表格致论道讲坛立场。“格致论道”，原称“SELF格致论道”，致力于非凡思想的跨界传播，旨在以“格物致知”的精神探讨科技、教育、生活、未来的发展，由中国科学院计算机网络信息中心和中国科学院网络安全与信息化办公室主办，中国科普博览(中国科学院科普云平台)提供技术支持。欢迎关注格致论道官网: self.org.cn，微信公众号: SELFtalks，微博: 格致论道。
