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重大科技基础设施是国家科技实力的核心标志，是突破重大科技瓶颈、培育战略新兴产业、抢占全球科技竞争制高点的关键载体。历经二十余年发展，上海光子大设施集群在规划布局、建设推进、协同运营、开放共享等方面积累的宝贵经验，为我国大设施集群建设、助力高水平科技自立自强提供了重要范本。

一、上海光子大科学设施集群基本信息

全球规模最大、种类最全、综合能力最强的光子大设施集群在张江科学城逐渐成形，已集聚上海光源（SSRF）、硬X射线自由电子激光装置（SHINE）、软X射线自由电子激光装置（SXFEL）、超强超短激光装置（SULF）等核心设施，覆盖红外、可见光、紫外到硬X射线的全光子能谱范围。

SSRF是中国大陆第一台第三代同步辐射光源，2004年开工建设，一期工程于2009年正式对用户开放，二期工程（上海光源线站工程）于2023年通过工艺验收，目前共有34条光束线46个实验站向用户开放运行，总体性能位居国际先进水平。SHINE2018年开工建设，建设内容包括一台能量8GeV吉电子伏特的超导直线加速器，3条波荡器线、3条光学束线以及首批10个实验站。建成后将成为我国当前唯一具备世界领先水平的第四代X射线光源大科学装置。SXFEL是我国第一台X射线自由电子激光用户装置，也是国际上首台覆盖水窗波段的软X射线自由电子激光装置。在X射线自由电子激光试验装置（SXFEL-TF）、上海软X射线自由电子激光用户装置（SXFEL-UF）、活细胞结构与功能成像等线站工程（SBP）三个项目的支持下分阶段建成，可产生飞秒尺度的可调谐X光脉冲。SULF又称羲和激光装置，2016年开工建设，已建成10拍瓦超强超短激光系统及极端条件材料科学研究平台、超快亚原子物理研究平台、超快化学与大分子动力学研究平台三大实验平台，可模拟太阳中心温度数倍的极端物理条件。上海同步辐射光源线站工程基于上海光源第三代同步辐射装置扩建，新建16条性能先进的光束线和实验站、拓展光源性能、建立用户辅助实验室和用户数据中心，新增60余种实验方法，可实现近极限分辨的光源实验技术及光子能区交汇组合等关键技术突破。此外，国家蛋白质科学研究（上海）设施虽以生命科学为主，但高度依赖光子技术，且与光子大设施在物理空间、技术手段等方面深度重合，所以常被列为光子大设施集群的核心组成部分‌。该设施在上海光源建设了5条光束线站，用于蛋白质三维结构测定、蛋白质动态过程研究和功能成像分析，二者共同推动我国在结构生物学、新药研发等领域的原始创新。

表1 上海光子大科学设施集群基本信息汇总表

表格信息来源：澳门人威尼斯4399根据公开信息整理

二、上海光子大科学设施集群建设经验

（一）锚定国家战略，科学规划布局，打造国家科创战略重要支点

当前全球科技竞争激烈，光子科学作为探索物质微观结构、推动跨学科前沿研究的核心领域之一，是世界创新型国家战略布局的重点方向。上海光子大设施集群紧扣国家破解科技领域"卡脖子"难题、抢占全球科技竞争制高点、夯实基础研究创新底座的战略需求，深度对接生物医药、先进材料、微电子等重点产业的转型升级需要，搭建起世界级光子科学实验平台，为我国科研人员开展原创性、引领性研究提供了顶尖设施保障，为产业领域攻克核心工艺瓶颈、突破关键材料技术提供硬核实验支撑，全方位服务国家科技自立自强与高质量发展大局。

在设施类型规划上，上海针对光子能谱不同波段和科研差异化需求布局设施，实现互补协同、功能全覆盖。上海光源覆盖0.1-40keV全光子能量范围，承担多学科通用研究；SXFEL聚焦2.3-4.4纳米"水窗波段"，填补国内软X射线自由电子激光空白；SHINE覆盖0.4-25keV硬X射线到软X射线波段，主打原子级高分辨成像和超快过程探索；SULF以800纳米为核心可拓展至多波段，实现飞秒级脉冲并专注极端物理条件创造。国家蛋白质科学研究（上海）设施的布局，可以实现光子光源与专业科研设施的无缝配套衔接，为产业领域破解核心科学问题、突破关键技术瓶颈提供了坚实的实验支撑。此外，大部分光子大设施集中布局在张江科学城不到2公里的区域内，通过地理集聚最大化集群效应，为设施间资源共享、技术互通和科研协作奠定空间基础。

（二）梯次推进建设，迭代升级提质，实现设施能力持续跃升

光子大科学设施技术复杂、投资规模大、建设周期长，上海采用"分阶段建设、分批次验收、常态化升级"的推进策略，既能降低建设风险，又能根据科研需求及时优化性能，实现设施综合效能持续增强。以上海光源为例，其建设历经"一期建设－开放运营－扩建升级"三阶段：2004年开工，2009年对用户开放，2016年新建16条光束线站并提升加速器性能，2024年线站工程通过国家验收后，形成34条光束线46个实验站的规模。"边建设、边开放、边升级"的模式让设施在建设过程中即可产生科研价值，同时根据用户反馈和科研需求不断优化升级。

对于技术难度更高的前沿设施，上海采用"试验先行、分步落地"的建设路径，确保技术成熟后再推进用户装置建设。SXFEL作为我国首台X射线自由电子激光装置，依托三个项目分阶段建成，2020年完成试验装置国家验收，验证水窗波段软X射线产生核心技术，2022年完成用户装置验收，既保障建设质量，又避免技术不成熟导致的资源浪费。同时，各设施在建设中坚持技术迭代，如上海同步辐射光源线站工程新增60余种实验方法，实现近极限分辨的光源实验技术及光子能区交汇组合等关键技术突破，进一步拓展了上海光源的能区覆盖和实验能力。

（三）强化能谱协同，坚持开放共享，最大化设施科学与产业价值

上海光子大设施集群通过波段与能力互补，覆盖全链条科研需求，打破单一设施功能边界，让集群整体效能远大于各设施单体效能之和。上海光源作为集群的基础核心设施，搭建起全波段、通用型的研究平台，能够满足多学科常规研究的光谱与实验基础需求；而SXFEL、SHINE、SULF等专项设施，则针对性聚焦特定波段实现精准补充与前沿攻关，进一步填补了光子科学领域高端化、专项化研究的空白，让整个集群在保障常规基础研究的同时，全面覆盖前沿细分领域、极端研究条件与特殊实验需求。光子大设施集群正持续释放集成创新优势，成为支撑多学科交叉研究、攻克关键核心科学问题的重要战略科技力量。

大科学设施的本质是公共科研平台，开放共享是发挥其价值的核心路径。光子大设施集群面向国内外高校、科研院所、企业全面开放，成为基础研究的"创新策源地"和产业技术升级的"动力引擎"。从开放范围来看，上海光源是我国用户最多、开放度最高的重大科技基础设施之一，自2009年开放以来，为近800家科研机构和4.5万用户提供服务，产业用户逐渐成为用户主要增长点，直接利用上海光源的企业用户接近10%。上海还为企业用户开辟"绿色通道"，支持更多科技企业利用大设施开展研究。从开放层次看，设施既支撑前沿科学探索，又助力产业高质量发展。基础研究领域，我国科学家利用上海光源等设施，首次实验发现外尔费米子、率先解析新冠病毒三维空间结构、揭示抗结核新药的靶点和作用机制等，取得一系列国际前沿的重大科研成果；产业应用领域，光子大设施集群为微电子、医药、石油、化工、新材料等产业提供关键技术支撑，助力多款国产创新药上市，解决单原子催化、高性能碳纤维等领域的关键科学问题，推动相关产业技术升级。

（四）完善保障机制，创新运营管理，夯实设施集群建设发展基础

上海光子大设施集群的成功建设，离不开政策顶层规划、资金多元投入、稳健运营管理等全维度保障。政策方面，上海将光子大设施集群建设纳入市级顶层规划，并以上海推进科创中心建设条例为基础，出台《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）》《上海市促进大型科学仪器设施共享规定》等多项配套政策，明确大设施建设的要素保障、配套设施、跨部门协作等支持举措，成为大设施集群建设的核心制度保障。资金方面，积极引导社会资本精准赋能大设施建设，支持新开工设施根据需要联合企业组织实施市级科技重大专项，出台专项激励政策，对自筹资金（含社会资本）不低于总投资20%的相关项目，给予市级财政配套支持。相关支持举措已发挥积极作用，上海光源与中石化合建能源化工"3线7站"，蛋白质设施与思朗科技共建蛋白质动态科学计算中心，有效促进大设施多元投入和高效建设。运营管理方面，组建上海市级用户咨询委员会，其中企业专家占比超过30%，统筹研究大设施建设管理、开放运行、优化升级等工作。依托上海市大型科学仪器设施共享服务平台，实现设施标准化开放共享管理。支持设施依托专业科研机构设立专属运营管理中心，负责日常维护、实验安排等运维工作。通过系统化运营管理机制建设，推动大设施更高水平开放、更高效率利用、更高质量服务。

三、结语

上海光子大设施集群是我国大科学设施集群建设的成功实践，其核心经验在于以国家战略为引领，实现科学规划与梯次建设的结合；以协同创新为核心，实现设施互补与资源共享的结合；以开放共享为路径，实现基础研究与产业应用的结合；以官方制度为支撑，实现政策、资金、运营的多维度保障。

当前，全球科技革命和产业变革加速演进，大科学设施的集群化、协同化发展成为趋势。我国各地在大科学设施集群建设中，应立足自身优势，紧扣国家战略需求，借鉴上海建设经验，科学规划、协同推进、开放共享、自主创新，让大科学设施集群成为支撑我国基础研究前沿探索、推动产业高质量发展、助力科技强国建设的核心力量。

作者介绍

杨斯琦

咨询师

长期专注北京市科技创新、怀柔科学城创新产业发展等领域。近年来作为主要负责人完成了怀柔科学城总规及科学中心"十四五"规划 2024 年度评估、怀柔科学城政策梳理分析、海淀区科技服务业高质量发展研究报告等项目。

编辑：张 华

审核：孙 磊