中國工程科技未來20年發展戰略研究
愿景驅動的中國工程科技2040發展戰略研究
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Vision-Driven Research on China's Engineering Science and Technology Development Strategy to 2040
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摘要
當前，全球科技創新空前密集和活躍，科技和產業形態正在發生體系性變革，工程科技的顛覆性創新和體系創新已經成為戰略競爭的焦點。本文基于我國工程科技發展需求和世界發展趨勢，提出“經濟預測 - 需求分析 - 技術預見 - 愿景分析 - 戰略架構 - 技術路線圖 - 政策選擇”戰略研究方法體系，預測了我國2040年經濟社會的發展態勢，描繪了2040年我國社會發展的九大綜合愿景。在主要領域工程科技發展戰略研究的基礎上，圍繞九大綜合愿景提出“力推信息科技、重塑能源體系、革新產業科技、建構未來城市、發展藍色經濟、提振農業農村、護佑全民健康、建設美麗中國、構筑平安中國”的工程科技發展總體戰略構想，以及從現在到2040年“強基固鏈、打造高原、開辟賽道”“安全韌性、策源引領、體系煥新”的兩階段中國工程科技總體發展路線。
Abstract
Currently, global technological innovation is unprecedentedly intensive and active, and the forms of technology and industry are undergoing systematic changes. Disruptive and systemic innovations in engineering science and technology have become the focus of strategic competition. Based on the development demand for engineering science and technology in China and the world trends of engineering science and technology development, this study proposes a strategic research method system that consists of economic forecasting, demand analysis, technology foresight, vision analysis, strategic architecture, technology roadmap, and policy selection. The study also predicts the economic and social development trends in China by 2040 and depicts nine visions of Chinese society in 2040. Based on the strategic research on the development of engineering science and technology in major fields, an overall strategic concept of engineering science and technology development is proposed centering on the nine visions, which involves promoting information technologies, reshaping the energy system, innovating industrial science and technologies, constructing the future cities, developing the blue economy, revitalizing agriculture and the rural areas, safeguarding the health of all the people, building a beautiful China, and constructing a safe China. An overall two-stage roadmap for engineering science and technology development between now and 2040 is also proposed. At the first stage, it is necessary to strengthen the industrial foundation and chain, achieve international leadership in major fields of engineering science and technology, and develop new areas and technologies with core competitiveness. At the second stage, it is suggested to focus on security, resilience, and original innovation and build a new technological ecosystem.
關鍵詞
工程科技 / 未來愿景 / 需求分析 / 2040年 / 技術路線
Keywords
engineering science and technology / future vision / demand analysis / 2040 / technology roadmap
引用本文
導出引用
本刊網址：www.engineering.org.cn/ch/journal/sscae
一 前言
當前，全球科技創新空前密集和活躍，自然科學與工程技術正在經歷一場空前的大整合，大科學時代和第四次工業革命來臨，數字化、網絡化、智能化加快與各領域融合，工程系統日益復雜，科技和產業形態正在發生體系性變革。工程科技是將科學發現、技術發明、工程建設與產業進步、經濟增長、民生發展相聯系的重要領域，作為新質生產力的關鍵來源，工程科技的顛覆性創新和體系創新已經成為戰略競爭的焦點。
習近平總書記在兩院院士大會上指出，要圍繞國家重大戰略需求，瞄準經濟建設和事關國家安全的重大工程科技問題，在前瞻性、戰略性領域打好主動仗[1]。中國工程科技未來20年發展戰略研究，正是這樣一項前瞻性、儲備性強的中長期戰略研究，其宗旨是充分集成各領域院士專家智慧，發揮國家戰略科技力量的作用，把握世界科技發展大勢，開展面向國家重大需求的戰略高技術發展戰略和路徑研究，服務決策、適度超前，以期充分發揮戰略規劃的引領作用，引導全社會推動我國面向未來的工程科技系統創新和重大實踐，促進我國工程科技更好地服務于經濟社會發展，同時，積極引導我國科學家在基礎研究中更好地體現國計民生各領域需求，進一步落實創新驅動發展戰略。中國工程院與國家自然科學基金委員會聯合組織開展了“面向2030年的中國工程科技中長期發展戰略研究”[2]“中國工程科技2035發展戰略研究”，形成了5年一個周期的部署模式，研究成果為“十三五”“十四五”科技創新規劃、“2021—2035年國家中長期科技發展規劃研究”編制，以及“科技創新2030 - 重大項目”論證等提供了咨詢支持，在支撐高端科技決策、牽引基礎研究方向、引導產業技術路徑選擇、傳播技術預見文化、形成工程科技戰略研究范式等方面發揮了重要作用[3]。
鑒于此，2021年啟動了面向2040年的工程科技發展戰略研究。大科學時代的科技創新是自然科學、工程技術、社會科學、人文科學交叉融合發展的綜合性創新，必須立足人與社會的長遠發展，創建全球性愿景，通過工程科技創新與工程實踐推進未來社會建構。為此，在本輪戰略研究中，面向大科學時代工程科技的體系性創新需求，提出了“愿景驅動的工程科技未來20年發展戰略研究”方法體系，更加關切人類社會的可持續發展、安全健康發展要求，強調對未來經濟社會與科技融合發展的愿景預見和預判，緊密結合國家與經濟社會發展需求，創建未來發展愿景、描繪未來發展藍圖，論證提出未來20年工程科技的發展策略、總體布局、重點任務、關鍵技術，以及重大工程、重大工程科技項目建議，描繪我國工程科技發展路線圖，研究提出支撐未來20年工程科技發展的基礎研究方向部署建議，引導與推進有組織的創新、開放性創新和大眾創新，滿足未來發展需求。
二 愿景驅動的工程科技2040發展戰略研究方法體系
工程科技未來20年發展戰略研究不但要對技術發展趨勢進行預測，還需要系統考慮經濟社會需求、資源環境等因素，并對技術與產業之間的關系進行研究。為此，本輪研究進一步強調需求與愿景驅動、突出跨域融合，將技術預見、未來經濟社會預測等與工程科技技術路徑選擇相結合，提出一套融合“經濟預測 - 需求分析 - 技術預見 - 愿景分析 - 戰略架構 - 技術路線圖 - 政策選擇”的戰略研究方法體系，如圖1所示。
（一） 研判2040年經濟社會發展形態和發展愿景
愿景驅動的戰略研究，其需求分析分為若干層次，首先是明確經濟社會發展需求，即對2040年我國經濟社會發展前景進行描繪，對2040年我國的經濟形態、社會形態、資源環境以及安全形態等進行預測與預判，包括未來經濟規模與結構、人口規模與結構、城鎮化水平、能源供給與消費等，綜合得到2040年我國經濟社會和環境發展的主要情景[4]。
隨著經濟增長逐漸轉向內生驅動，未來將進一步由效率驅動轉向創新驅動，這些情景是否都能實現，有賴于科技進步�；诖耍枨蠓治龅牡诙䝼�層次是分析工程科技需求。在提出未來經濟社會發展愿景后，采取目標回溯式方法，選擇重點行業，按照發展階段識別、需求要素分析、未來趨勢研判和能力要求分析等，凝練功能特征和技術經濟指標，識別關鍵領域關鍵技術的未來發展需求[5]。
（二） 推進基于效果評估的技術預見，描繪未來科技形態
技術預見的目的是凝聚未來科技和社會發展共識、選定可能產生最大經濟與社會效益的戰略領域和技術方向[6]。因此，技術預見的實施，需要緊密結合需求分析的結果，以2040年的經濟社會與工程科技發展愿景及發展情景為導向，突出實現未來20年發展愿景需要解決的重點問題、需要推進的重大工程。本輪研究通過開展中國工程科技2035技術預見效果評估和方法改進，為中國工程科技2040技術預見提供輸入[7]。在此基礎上，將文獻計量、專利分析與專家研判相結合制定備選技術清單，組織兩輪的德爾菲調查，完成關鍵技術研判。
基于技術預見結果，面向關鍵技術需求，結合對關鍵技術國際先進水平的研判，開展工程科技領域體系能力與短板評估。
（三） 綜合需求分析與技術預見，開展經濟社會與工程科技發展的綜合愿景分析
在經濟社會預測基礎上，提出經濟社會發展愿景，分析實現愿景目標需要解決的主要問題及其對工程科技的需求；在技術預見基礎上，研判技術發展態勢，開展愿景導向的工程科技技術路徑選擇分析，研判提出未來各領域科技形態。綜合兩大方面，提出2040年可能實現的科技與經濟社會融合發展情景，通過定性、定量相結合進行情景描述，包括技術的應用狀態，引致的重大轉變和變革影響，形成的經濟社會運行模式等，提出未來相關社會形態構想，描繪科技與經濟社會協同發展可達到的圖景[8]。
（四） 圍繞發展愿景，推進工程科技愿景牽引的戰略研究與技術路徑選擇
面向2040年的綜合愿景和藍圖，順應發展趨勢，突出跨域融合特點，從整體視角提出2040年工程科技發展的思路、總體架構，以此作為領域發展戰略研究的指導。
在各領域戰略研究的基礎上，綜合形成了信息電子、能源資源、環境生態、先進材料、裝備制造、流程制造、城鎮化與基礎設施、交通運輸、空間海洋、現代農業、醫藥衛生與公共安全12個領域的工程科技發展戰略，進而提出2040年中國工程科技的總體戰略，描繪“需求、目標、重點任務、關鍵技術、基礎研究方向、重大工程、重大工程科技項目以及發展策略”的工程科技發展路線圖[9]。
三 世界工程科技發展趨勢
本文在系統分析美國、歐盟、英國、日本、國際組織和中國重大科技計劃布局的基礎上，對各領域工程科技前沿和發展態勢進行了深入分析�；诖耍覀兛吹�，全球工程科技創新呈現四大趨勢，信息技術從數字化、網絡化向智能化階段邁進，智能技術成為影響最深、覆蓋最廣的時代驅動力，推動人類邁向普惠型智能社會；大數據時代來臨，數字信息爆炸式增長，數據資源將成為關鍵生產要素和戰略性資源，科技范式變革悄然醞釀；綠色、低碳發展成為人類應對氣候變化生存危機的必然路徑，“雙碳”目標將重塑全球產業格局；與此同時，面向人類社會未來的新需求和新挑戰，貫徹以人為本的發展理念，以更好地增進人類福祉為目標開展工程科技路徑選擇顯得日益重要。由此，數字智能、綠色低碳和以人為本，成為未來20年工程科技發展的突出主題。
（一） 智能技術將成為影響最深、覆蓋最廣的時代驅動力
智能化是新一輪全球科技革命與產業變革的核心所在，智能技術逐漸成為驅動當代工程科技跨越發展的主導力量，智能技術與產業深度融合，形成“智能+”發展模式，將深刻改變產業與社會形態。
一是智能產業不斷擴展。智能技術與現代工廠融合成為大趨勢，以智能感知、智能控制為特征的智能工廠不斷發展，支持制造業向個性化定制、柔性化生產、服務型制造轉型，逐步發展智能化推薦組合方案及自主選配的裝備制造模式[10]。智能技術與農業結合，將有效提升農業資源利用率、提高農作物產量和品質、降低生產成本，推動農業生產精細化和集約化[11]。全球智慧醫療發展進入快車道，疫情防控推動遠程醫療、智能測溫、醫療服務機器人、智能影像輔助診斷等智慧醫療應用模式大規模突破[12,13]。
二是智能基礎設施逐漸推廣。量子計算機、新一代人工智能芯片等智能計算系統逐步成熟，夯實人工智能算力基礎。信息基礎設施向融合感知、傳輸、存儲、計算、處理為一體的智能化綜合設施演進，傳統基礎設施與信息基礎設施一體化開放互聯，向數字化、智能化轉型升級；以新型智能基礎設施為載體的智慧城市逐漸擴展，將逐步推進社會治理全生命周期智能化。
三是智能人機交互不斷普及。人機交互終端數量指數級增長，智能可穿戴設備成為萬物互聯的重要節點。交通系統智能安全技術逐漸成熟，高度自動駕駛汽車實現規�；瘧�[14]�；ヂ摼W環境下的演進式群體決策，推動人機協同、交互驅動，使機器間大規模協作成為可能。社會治理中“人機物”三元空間的有機融合，靈敏感知人們需求，促使社會資源要素實現最優配置。
（二） 數據資源將成為關鍵生產要素和戰略性資源
數字技術革命向新一輪繁榮周期演進，數據產生并擴散到經濟社會各個領域，科技發展展現出大科學、定量化趨勢，數據驅動的技術研發和應用創新能力將成為國家的長期競爭優勢。
一是數據價值不斷釋放。大規模數據基礎設施開放共享，海量數據的采集、存儲、分析、關聯和可視化技術促進大數據價值釋放。生物、材料等數據密集型行業進入科研第四范式，相關研究向可定量、可計算、可調控、可預測方向躍升。數字孿生和多維深度融合建模技術的發展，將支持更復雜實體組織、智慧城市孿生模型構建[15]。數字化平臺為創新要素提供信息與資源有效共享機會，推動創新要素配置方式變革。
二是數字信任逐漸建立。萬物信聯時代的經濟社會活動高度數字化，基于數據可信的區塊鏈技術，實現不依賴第三方、基于算法和技術的數字化信任體系，可望有效保護個人數據隱私，確保數據跨境流動安全，推動數字金融產品和市場的合規建立與有效監管[16]。
三是數據安全保障趨熱。隨著數據戰略價值的凸顯，數據成為全球網絡安全的“重災區”，數據安全熱度持續上升，在全球智能化發展趨勢中地位特殊。新一代密碼技術、網絡虛擬身份管理、可重構網絡空間體系安全等前沿技術將持續突破，滿足合規和利用雙重需求、與業務場景緊密結合的新型數據安全技術成為重要發展方向，數據安全治理和數據風險評估被持續關注并廣泛使用。
（三） 綠色低碳將成為人類社會發展的必由之路
人類社會別無選擇地走向低碳發展，低碳導向驅動節能減排科技不斷進步，高碳排放技術不再具有普遍競爭力。
一是首選低碳能源。能源生產消費方式向氣候生態適應型轉變，全球能源結構從傳統化石能源為主體向清潔、低碳能源替代方向變革，新一輪低碳能源技術與產業加速布局�？稍偕茉粗饾u成為全球能源的增量主體，并向多元協同方向發展。光伏發電上升為全球低碳能源轉型的重要支撐。氫能作為新興二次能源載體在消費能源中的占比不斷提升，有望成為與電力并重且互補的工業過程與終端能源形式。
二是強推減排科技。加強全防全控的清潔生產技術研發，提高能源利用效率成為世界主要國家削減碳排放的重要措施。世界主要燃煤國家持續關注高效低排放燃煤發電技術的發展，超臨界發電技術成為工業化國家建設新電廠的普遍標準。儲能技術和智能電力系統快速發展，有效提高電力系統效率、安全性和經濟性，解決可再生能源接入的棄風、棄光等問題。運載工具動力系統向電力、混合動力、生物質燃料等方向發展，新能源汽車市場滲透率顯著提升并成為主流。建筑低碳轉型成為必然趨勢，凈零碳建筑將被大力推廣[17,18]。
三是強化負碳技術。二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）成為全球公認實現碳中和目標的關鍵技術。世界主要發達國家持續開展二氧化碳捕集研究和示范，燃燒后捕集進入商業化運行，富氧燃燒和燃燒前捕集處于中試研究階段[19]。北美等部分地區二氧化碳大規模輸運和驅油技術逐漸成熟，二氧化碳驅替其他資源和利用技術成為新的技術發展方向[20]。
（四） 以人為本促使科技創新回歸服務需求本質
人類社會在面臨疫情時展現出的科技力量引發全球對科技創新本質的更進一步思考，生命價值觀正在發生深刻變革，科技創新將更多面向共同應對社會重大挑戰，朝著以人為本、健康生活、增進全人類福祉的方向發展。
一是應對疾病挑戰。威脅人類健康的慢性病、重大疾病致病機制研究和相關藥物研發發展迅猛，基礎與臨床轉化投入不斷加大。慢性病患者的早期診治、綜合防控，癌癥患者治療的新手段、新靶點以及新藥物等，為人類對抗疾病，提高生存質量，延長壽命提供重要保障。新型冠狀病毒感染疫情激發了醫藥企業對抗病毒藥物和疫苗的研發速度，快速可靠的檢測技術迅速發展并得到廣泛應用，多源信息融合的疫情早期監測預警和精準防控成為應對關鍵。
二是應對環境挑戰。公眾對環境與健康的內在聯系更加關注，打造將空氣、水、土壤污染降低到對人類健康和自然生態無害的“零污染”環境，成為部分國家環境發展的重要目標。隨著歐美發達國家基本解決水常規污染物問題，新污染物（如全氟化合物、抗生素等）防控成為全球水環境改善的重要著力點。一些國家的空氣管理研究從自然環境污染轉向與人體健康更密切的室內污染，強調面向多污染物、多介質和多環境效應的跨行業全過程綜合調控。
三是應對安全挑戰。融合多災種綜合應急的基礎設施和體系能力建設受到各國普遍重視。自然災害的精準感知與監測、風險評估、早期預報預警、防災應急系統成為發展熱點。事故主動感知與預測預警智能聯動，建筑全過程、全壽命安全管理，地下空間智能化、實時化安全探測與評價，是事故災難防范領域的主要發展方向。智慧應急和高效精準救援等技術成為安全應急領域的關注重點。
四是應對食品挑戰�？萍紕撔鲁蔀槭澜绺鲊鴳獙κ称钒踩魬�，尋求糧食體系轉型的重要路徑之一。信息技術、生物技術不斷向農業領域滲透應用，進一步提高了農作物產量和質量，減少對自然資源的消耗，推動糧食生產過程的綠色、低碳化。全球食品產業向全營養、高科技和智能化方向加速發展，合成生物學、增材制造技術為未來食品制造加工提供有力支撐，互聯網、大數據、區塊鏈等技術的融合，推動實現全球食品供應鏈質量與安全全程追溯及保障。
四 2040年我國經濟社會與科技發展綜合愿景
運用所提出的愿景分析方法，將經濟社會發展預測與工程科技發展可能性及路徑選擇相結合，研究提出了2040年我國經濟社會與科技發展綜合愿景，如圖2所示。
（一） 2040年我國經濟社會發展預測
面向2040年，全球經濟格局加速調整，本研究運用中國經濟 - 能源 - 環境 - 稅收動態可計算一般均衡（CN3ET-DCGE）模型，開展中長期經濟社會發展預測。同時，運用人口模型、能源模型等開展人口勞動力、能源供給與消費等方面的預測，綜合得到2040年我國經濟社會發展情景[21]。
一是將跨入高收入國家行列。預計到2040年，我國人均國內生產總值達到29.3萬元（約4.2萬美元），成為高收入經濟體，中等收入群體比重達到55%以上，以中等收入群體為社會中堅力量的橄欖形社會結構初步形成。
二是將建成高科技主導的現代化產業體系。在強調發展實體經濟的原則下，產業結構趨于高級化，2040年三次產業結構占比分別為6.98%、27.43%和65.65%，演化形成以現代高質高效農業為安全保障、先進制造業為堅固核心、高效服務業有機融合的強健產業結構。
三是將進入超高老齡社會。2040年，我國人口總數約為13.2億~13.7億人，老齡人口規模將繼續擴大，勞動力結構產生顯著變化，人口壽命與素質能力穩步提升，人均預期壽命預計將達到80歲，勞動年齡人口平均受教育年限將達到13年。
四是將步入高級城市型社會。2040年，我國城鎮化率預計將達到76%~78%，未來的我國城市將呈現智能、綠色、安全的特征，形成人口適度聚集、城鄉融合發展的局面，城鎮化布局日趨合理。
五是致力于建設低碳社會，能源革命取得突破性進展，實現碳達峰并向碳中和邁進。未來，煤炭在一次能源消費中的占比將穩步下降，非化石能源占比將不斷上升。2040年，預計能源消費總量為5.8×109~6.2×109 tce，其中非化石能源消費占比為29%~45%。
（二） 2040年我國經濟社會與科技發展綜合愿景
科學技術的飛速發展為人類帶來無限的想象空間，工程科技成果的不斷涌現給民眾創造更加美好的生活場景。我們期待，緊密結合未來我國經濟社會與人民生活發展需求，積極推進工程科技系統高效發展，到2040年，將有望實現以下九大發展愿景。
一是智慧社會雛形建立，萬物互聯，數字經濟、人工智能與社會情境廣泛融合，建立現代社會智能治理模式，全民共享數字紅利。數字化基礎設施與未來通信網絡深度對接，各生產要素間高效協同，人類社會、物理空間和信息空間三者實現高度融合。數據要素驅動的新經濟生產方式走向成熟，數字網絡與居民生活深度嵌套，經濟組織形態向去中心化的分布式信任關系轉變。人工智能技術與傳統行業廣泛融合，以居民需求為中心的人工智能服務體系成為社會服務的重要組成部分，社會智能治理新模式漸成，持續向以人為本和科技向善的方向演進。
二是現代產業強健高效，實體經濟強健，制造體系趨于智能柔性、潔凈循環、自主可控，“機器換人”應對超高老齡社會挑戰。個性化的產品與服務供給充沛。制造業趨向數字化、網絡化、智能化，以人為主的決策中心逐漸向以機器為主傾斜，“智能工廠”支持超常、敏捷、柔性制造，“無人工廠”在更多行業出現，大批綠色工廠、綠色制造業園區和綠色供應鏈企業相繼建成，服務業與其他產業門類廣泛整合，服務內容和覆蓋范圍大幅拓展，生產格局網絡化、分布式特征愈發明顯。
三是新型能源體系建成，我國進入以智能、清潔、低碳、安全、高效為主要特征的全新能源時代。能源生產消費呈現“化石能源清潔化、清潔能源規�；�、多種能源綜合化、終端用能電氣化”發展新格局[22]。可再生能源生產呈現高效化、低成本化、規模化和多樣化，氫能成為我國能源革命的重要支撐，智能電網可接納高比例新能源，能源綜合利用體系效能提升，有效降低溫室氣體排放。礦產資源開發進入智能與深部時代，深部地球礦產信息更加“透明”，開采利用更加綠色智能。
四是未來城市深度協同，智慧感知、通達宜居、韌性提升，城市空間彈性共享，城鎮生態效益凸顯。城市空間呈現“分散化的集中”，區域功能多元復合、協同互補，城市生態更加宜居，空間營建重點強化對象感知和運營管理，“零能耗”建筑大量涌現，低碳化居住模式逐漸推廣。城市出行更加便捷，公共交通與大型公共建筑無縫連接集成，地下空間深度開發與空中慢交通系統立體分流，立體智慧出行體系日漸形成。城市建立眾腦協同的智能決策機制，智慧應用場景廣泛覆蓋，城市運行更加以人為本。
五是空間海洋服務廣域共融，“藍色經濟”繁榮集約，空間信息隨心所至，海洋經濟占比提高到10%。空間探索與利用進入更大規模、更低成本、更深遠化的新時代，構建形成“天空地海”一體化的廣域信息網絡。太空超大型裝備實現在軌制造，我國實現載人登月和月球基地建設，完成火星采樣返回。海洋活動基本實現智能化、無人化，部分深遠海礦產資源進入商業化開采，海洋牧場技術逐漸成熟，深�；蛸Y源初步實現商業化應用，海洋安全保障體系不斷完善，藍碳在“碳中和”中發揮重要作用，“藍色工業文明”初步形成。
六是跨入農業強國門檻，安全、高效、綠色的智慧農業體系形成，批量建成少人或無人農場，營養健康農產品體系健全，田園相依，鄉村價值實現多元化。數字化、智慧化和低碳綠色生產方式基本建成，農業成為多種形式、適度規模、高產高效、綠色低碳的現代高質高效產業，“定制化種子”使得農作物良種化率達到98%以上，生態標簽農產品比例提高至40%以上。農旅融合功能與業態豐富，宜居宜業和美麗鄉村基本建成，城鄉基本公共服務均等化基本實現[23,24]。
七是綠色低碳發展模式普及，資源、環境、生態初步達到協同自治，CCUS產業鏈投入商業化應用。生態環境根本好轉，單位國內生產總值能源消耗和二氧化碳排放有效降低，進入以風險防控為主的更高水平的生態環境保護階段。建立工業 ‒ 社會之間有序穩定的物質循環利用體系，“無廢社會”趨于實現。智慧環境體系基本建成，資源、環境、生態初步達到協同自治，全國土壤與地下水環境質量全面改善，形成具備地域特色和國際化魅力的生態空間。綠色低碳示范區逐漸推廣，消費者行為主動向可持續的綠色消費模式轉變。
八是普惠健康服務廣泛達成，主動型大健康體系協同發展，組織與器官實現修復與再生，老齡社會具備健康活力。我國逐步進入醫養結合的大健康時代，國民健康觀念向“主動健康”轉變，早期干預、早期診斷、早期預防和個性化治療成為最優醫療模式，疾病診療趨于個性化、精準化、微創化、智能化、集成化和遠程化，腦機接口技術為腦功能損傷患者的康復帶來福音。中醫藥在疾病防控體系中地位提升，中藥新藥呈現出高效發現模式。數字化助力以人民健康為中心的醫療資源分配，80%以上網民將使用互聯網醫療服務，居家社區機構相協調、醫養康養相結合的養老服務體系建成，人人可享的健康服務能力大幅提升，初步實現健康公平。
九是公共安全治理進入事前預防、主動響應、智能應對階段，社會安定有序，人民享有充分的安全感。基本建成氣候適應型社會，建成全鏈條高效的自然災害風險防控體系，實現災害實時綜合檢測、評估和防控。突發事件一體化監測處置、事故災難智能防范、本質安全水平進一步提升。公共衛生事件主動防控能力增強，基本具備重大新發突發傳染病全天候一體化檢測和預警能力，預警精度達到85%以上。重大安全風險實現超前預測、動態監測、主動預警，總體建成高效智能、全方位、立體化的公共安全體系。
（三） 未來愿景實現的不確定性風險
在展望未來發展愿景的同時，也應當考慮到未來科技發展具有一定的不確定性，同時，新技術的產生和應用也可能對產業、經濟社會以及人類自身發展帶來各種風險。
一是智能技術應用與社會演變之間的矛盾可能造成的風險。隨著網絡虛擬世界的高度集成化和個性化，具有極高隱私性和敏感性的海量數據應用，將帶來更多的隱私安全和倫理問題，改變人類社會的傳統運行方式。人工智能、機器人等無人技術的普及，將引發傳統職業的大量消失，并可能帶來技術異化風險，人類可能被人工智能技術操縱或威脅。技術飛躍與社會轉型交織，各類新問題的出現，有可能帶來新的社會矛盾，加劇風險。
二是綠色低碳科技創新及應用與經濟發展的矛盾可能造成的風險。我國在既定資源條件下實現向低碳經濟轉變面臨巨大挑戰，實現碳中和需要大量的資金和技術投入，有賴于相應的政策與機制安排，碳中和技術能否盡快成熟應用并有效支撐綠色發展存在一定的風險。同時，可再生能源技術能否達到預期的低成本、高效化水平存在不確定性，在我國能源結構轉型尚未成熟之時，過快地“退出化石能源”會對能源結構穩定帶來挑戰，能源資源供給安全存在風險。
三是城鎮化、老齡化與城鄉發展之間的矛盾可能帶來的風險。城鎮化發展導致城市風險敞口不斷擴大，承災體數量不斷上升，給城市安全帶來更大挑戰；現代交通物流的全球化發展，導致新疫病傳播速度加快，公共安全和生物安全風險加劇。人口老齡化則會導致我國勞動力總量及其在社會就業中的占比不斷下降，勞動密集型行業或環節將面臨人口老齡化帶來的勞動年齡人口凈減少的巨大壓力。
四是科技創新投入與實踐應用的矛盾可能造成的風險。一方面，一些前沿和特殊領域（如深空、深水、深地等）的探索具有高投入、高復雜、高風險特征，加之經濟性不確定，技術或應用的失敗可能導致投入產出風險，影響愿景的實現；另一方面，部分技術（如基因編輯、再生醫學等）應用不當或者應用后可能引發公眾普遍的擔憂與關注，反過來將抑制相關技術的發展。
對此，我們在提出未來20年工程科技發展愿景與任務的同時，要充分考慮存在的技術與社會風險，進行策略設計與路徑選擇，并對各領域戰略路徑進行深化論證和科學評估。
五 面向2040年我國工程科技總體戰略構想
基于2040年我國經濟社會與科技發展綜合愿景，秉承“戰略引領與范式轉型并濟、數字智能與綠色低碳并進、愿景導向與技術推動并擇、自主安全與開放創新并行”的總體發展思路，在12個領域工程科技發展戰略論證基礎上，提出中國工程科技發展的總體戰略構想，進而提出“強基固鏈、打造高原、開辟賽道”“安全韌性、策源引領、體系煥新”的兩階段中國工程科技總體發展路線。
（一） 總體架構
基于對世界工程科技發展趨勢分析，契合我國工程科技體系能力分析和經濟社會與科技發展愿景，進一步突出發展重點，突出戰略必爭領域的自主創新要求，突出智能化與低碳化發展驅動下的交叉融合創新與變革，從力推信息科技、重塑能源體系、革新產業科技、建構未來城市、發展藍色經濟、提振農業農村、護佑全民健康、建設美麗中國、構筑平安中國九大方面，提出面向2040年的工程科技發展總體架構，如圖3所示。
面向智能化、低碳化發展推動的技術與產業變革趨勢，需要將聚力強化前沿技術攻關與廣泛開展“產業+”應用緊密結合，統籌謀劃，系統推進智能化、低碳化科技與產業體系創新，贏得發展新動能、新空間和新效益。
一是勇立人工智能技術前沿，打造技術領先、應用高效、以人為本、協調發展的人工智能科技創新體系。新一代人工智能正呈現深度學習、跨界融合、人機協同、群智開放、自主操控等新特征，正在引發鏈式突破，加速驅動新一輪科技革命，成為未來20年推進各行各業發展和智慧社會建設的“橫斷”“賦能”性關鍵技術，以及未來智能社會的基礎技術。應以人工智能為核心加強多學科交叉，大力推進人工智能理論創新和前沿科技創新，以重大工程和重大科技項目為牽引，強化新一代人工智能與相關技術鏈和場景應用的綜合集成及示范驗證。通過場景驅動、任務導向推動人工智能賦能制造業與能源資源、農業與環境、城市與社會服務、人才教育等躍變，形成“以人為本，服務于人”的發展目標，探尋人工智能與人類協同共生、和諧發展，以及規范、公平的制度舉措，為智能社會整體協調發展提供策源動力。
二是系統謀劃低碳技術路徑，打造節能優先、負碳技術領先、新型電力系統高效的低碳科技創新體系。充分發揮科技對綠色轉型發展的支撐與引領作用，立足我國能源資源稟賦，堅持先立后破，分階段、有步驟實施綠色低碳行動，統籌落實面向碳中和的節能工程總體設計，深入推進重點行業節能降碳工藝革新，推進節能技術向多手段、多功能、智能化、集成化等方向不斷邁進。積極推進能源電力系統從高碳向低碳發展，加快新型電力系統建設，加強電力電源清潔化以及電力系統柔性化、數字化、電力電子化等科技創新，促進高比例新能源消納。積極推進CCUS技術發展，充分考慮碳中和目標下的產業格局和重點排放行業排放路徑，明確CCUS發展路徑和空間布局，推動CCUS技術在不同碳排放領域與行業的耦合集成，有序開展大規模CCUS示范與產業化集群建設，支撐碳達峰、碳中和以及美麗中國建設國家重大戰略需求的實現。
（二） 發展目標與發展路徑
面向2040年，按照工程科技不同階段的發展目標與使命要求，提出未來工程科技兩階段發展策略和發展路線。
1 第一階段（2030年前），強基固鏈，打造“高原”，開辟賽道
2030年，我國工程科技體系整體上將達到世界先進水平，面向產業需求的基礎研究和原始創新能力大幅增強，關鍵核心技術受制于人的局面基本轉變，若干戰略領域國際領先，面向綠色發展和安全保障的能源、資源、環境技術實現有效突破，數字化、智能化產業技術體系基本建立，工程科技創新成為高質量發展、民生改善的核心動力，支撐重點產業邁入全球價值鏈中高端，支撐碳達峰目標實現。
（1）強基固鏈
深入實施產業基礎再造工程，聚焦基礎零部件及元器件、基礎軟件、基礎材料等瓶頸短板，組織開展“一攬子”攻關、“一條龍”應用，加快薄弱環節的產業化、工程化突破，不斷夯實產業發展底座。面向未來產業，超前謀劃布局一批基礎產品和技術研發計劃，推進產業基礎前沿創新和技術、產品、工藝創新。
（2）打造“高原”
在戰略必爭領域以及具有廣闊前景的重大工程科技領域，要超前部署開展基礎研究與關鍵技術攻關，加快科技成果工程化和產業化應用，在增強發展后勁、形成經濟發展新動能的同時，力爭在若干工程科技前沿領域實現國際領先。在移動通信、超級計算、高速鐵路、新能源汽車、土木工程、航空工程以及空間與海洋等若干具有領先優勢的領域，持續加強攻關力度，加大體系性突破，實現從局部領先向全面領先轉變，將“高峰”進一步打造成“高原”。
（3）開辟賽道
把握未來產業變革方向，以重大技術突破和重大發展需求為導向，聚焦新一代信息技術、生物技術、新材料、新能源、儲能、新能源汽車、人工智能等新興領域，系統部署科技創新和產業化發展，開辟發展新領域、新賽道，著力打造一批具有核心競爭力、全球領先的新興技術群。
2 第二階段（2031—2040年），安全韌性，策源引領，體系煥新
2040年，我國工程科技體系創新水平將進入世界創新型國家前列，構建形成國際一流的創新生態，在面向國家戰略、關乎國家安全的重點領域實現“領跑”，綠色化、低碳化發展模式廣泛建立，數字化普及、智能化技術深度應用，推動經濟社會發展深度實現創新驅動，形成引領全球工程科技發展的中國學派，成為世界工程科技強國。
（1）安全韌性
在關系重大國家安全的領域實現全球布局下的整體安全可控，核心技術自主供給與社會韌性保障能力達到強國水平，有力支撐國土安全、經濟安全、社會安全、科技安全、信息安全、資源安全、生態安全、核安全，有效落實總體國家安全觀[25]。同時，數字經濟時代對信息與電子領域的發展提出新要求，既要重視數據作為最重要的生產要素，同時也不能忽視數字經濟發展對安全保障的需求。
（2）策源引領
強化國家戰略科技力量，形成跨學科、大縱深、開創性的研發模式，在人工智能、新能源技術、儲能技術、新材料、空間海洋、醫藥等領域加強重大原始創新，掌握一批“高值”技術，推出一批“領跑”技術，產出一批高附加值產品，培育一批世界性的龍頭企業，大大增強國際話語權和主導權，在更多領域引領世界工程科技發展，推動主要產業進入全球價值鏈高端。
（3）體系煥新
在信息等領域大力發展“根技術”，不斷衍生新的技術簇，打造新的技術生態體系。在人工智能、數字孿生、綠色低碳等技術的驅動下，產業基礎不斷升級，產生新型基礎設施、新型制造體系、新型能源體系、新型農業體系、新型醫療體系等面貌全新的技術體系和產業體系，極大釋放生產力，在新一輪全球科技與產業競爭中贏得戰略主動，并逐步塑造形成新型城市化社會、智慧社會，邁向美麗中國。
（三） 重點任務
結合信息化智能化、綠色化低碳化兩大趨勢，基于工程科技發展的總體架構，九個方面的主要思路與重點任務如下。
1 力推信息科技，全面鑄造智慧社會信息基礎
未來，新一代信息技術將實現普惠化應用，智能技術突破將驅動人類逐漸走向智慧社會。以強化信息技術保底能力、強化核心自主可控能力、強化未來技術引領能力、全面增強信息技術融合賦能能力為導向，面向信息電子全產業鏈進行關鍵核心技術體系化布局，積極培育顛覆性技術、夯實共性基礎底座，加強萬物互聯的新型信息基礎設施建設，統籌推進網絡信息體系建設，加快提高大數據、計算技術與應用軟件發展，大力推進新一代人工智能技術突破，引領大數據智能、群體智能、自主智能發展，著力構建自主安全可控的高端信息產業生態體系，充分發揮信息技術使能和人工智能賦能作用，推動新一代信息技術加速與各行業的融合，推進數字產業化和產業數字化，逐步建立“智能+”的和諧發展模式，驅動經濟社會發展進入新形態。
2 重塑能源體系，建設綠色永續低碳能源強國
能源與礦產資源是經濟社會可持續發展的基本動力源與物質基礎。需堅持“化石能源清潔化、清潔能源規模化、多種能源綜合化”以及礦產資源綠色化、精細化、智能化發展總思路，積極推進能源技術革命，加快推進煤炭、油氣等清潔高效開發利用技術，大力發展可再生能源與新型高效核電技術，突破氫能、儲能、智能電網等綜合能源技術，全面推進礦產資源勘采基礎理論和關鍵技術突破，推進能源結構多元化，通過多能互補、供需互動、多流融合，促進能源融合發展，構建清潔、高效、安全、低碳的現代能源體系及礦產資源體系，確保能源與資源供給安全。堅持節能優先、負碳能源技術兜底、高可靠性電力系統支撐，構建完善碳減排技術體系，推動生產生活各領域實現碳中和，支撐我國力爭在21世紀末實現綠色永續的低碳能源強國[22]。
3 革新產業科技，推進現代產業持續高值化發展
制造業是大國立國之本、強國之基。秉持高端、智能、綠色、低碳、循環發展總思路，以推動創新設計為靈魂，以強化產業基礎再造、共性前沿技術攻關為根基，建立先進材料保障與自主創新發展體系，聚焦精密與超精密制造、增材制造、激光制造、極端制造、高品質工業機器人等關鍵技術攻關，推進重大技術裝備高端化。全面發展新一代信息技術驅動的先進制造模式，突破關鍵智能技術和重大智能裝備，構建數字化、網絡化、智能化制造產業體系，推進制造業智能升級。發展重大技術裝備節能、節材、降耗技術，重構流程工業核心技術鏈和生態鏈、高端產品框架及裝備體系，建立資源能源綜合利用、循環利用技術及裝備體系，推動先進適用的重大低碳技術攻關與推廣應用，不斷增強我國制造業的全球競爭力。
4 建構未來城市，打造智能安全基礎設施與服務
隨著城鎮化日益發展，未來城市將成為人類生活和文明建設的重要承載空間。基于以人為本與生態文明和諧、高度智慧和高度安全統一、中國特色與未來文化并重等需求，以綠色、生態、低碳、可持續、智慧化為出發點，強化尊重文脈傳承和地域特色的中國城市與建筑規劃設計，不斷完善智慧城市的系統架構和技術體系，突破城市智能技術、城市低碳生態體系技術、適老型城市建設、城市整體安全、綠色低碳建筑等關鍵技術。發展高性能綠色可持續土木工程技術和智能基礎設施技術，建立智慧化、生態化和安全化的水利與水資源安全保障體系。發展高質量綜合立體交通體系，推進交通運載工具安全、綠色、智能化設計，構建智能、安全、綠色、共享的綜合交通運輸系統格局，形成具有中國特色的新型城鎮化范式。
5 發展藍色經濟，邁入空間與海洋探索利用新時代
空間與海洋是人類重要的戰略資源和共同財富，面向拓展生存和發展空間、建設信息社會、發展藍色經濟、保障空間與海洋安全和戰略利益、打造人類空間與海洋命運共同體的需求，聚力開展空間海洋前沿與關鍵技術攻關，加強跨領域技術融合創新。發展低成本進出空間、有效利用地月空間和探索星際空間關鍵技術，大力提升空間信息與資源利用技術，推進“空天地海”一體化信息網絡建設。面向深遠海、大洋、極地探索利用，發展先進自主海洋裝備和技術體系，推動海洋資源開發利用向綠色低碳、智能化、規�；a業化方向發展。搶占空間與海洋探索利用技術制高點，建立全球空間與海洋安全和治理保障技術體系，支撐我國深度參與空間與海洋問題國際治理和開放合作，推進航天強國、海洋強國建設[26,27]。
6 提振農業農村產業，推進農業強國建設加快發展
農業是人類的衣食之源、生存之本，是國民經濟現代化發展的基礎產業，是生態安全和健康中國的基礎保障。面向保障國家糧食安全、全面推進鄉村振興、加快建設農業強國三大戰略需求，把發展農業科技放在更加突出的位置，以大食物觀為指引，強化農業基礎研究、現代農業科技創新和重大戰略產品自主創新，重構新時代中國特色高質量農業科技創新體系。突破生物育種核心種質和關鍵技術，實現種業科技振興；突破精準農業關鍵技術和裝備，構建智慧農業科技體系；突破生態保育型綠色農業關鍵技術，構建生態安全的農業技術體系；突破營養化安全型食品產業技術，構建營養健康的農業技術體系；加強鄉村實用技術集成創新與體系構建，支撐鄉村五大振興。實現現代農業科技高水平自立自強，支撐農業強國建設。
7 護佑全民健康，構建人人可及的普惠醫療體系
維護人民健康、構建健康社會是以人為本和社會主義現代化強國建設的重要標志，是推進人類可持續發展的本質要求。要堅持主動健康與大健康理念，加強防治結合，推動醫學模式由疾病治療為主向預防干預為先轉變，全面推進醫藥衛生科技創新。以跨學科交叉融合為支撐，加速突破基礎醫學理論瓶頸，重點圍繞生物醫藥及新藥研制、先進診療、智能診斷與精準醫療、修復與再生、認知機理與腦科學、生物醫學工程等，提升原始創新能力、關鍵技術和診療裝備應用水平；面向慢性病精準防治技術體系、智能化傳染病監測預警體系、中醫藥現代化體系，大力推進體系創新；建立智能化、一體化的全民健康醫療衛生服務體系，全方位提高我國醫藥衛生水平和普惠大眾能力，推進健康管理、公共衛生、醫護醫養和醫療保障協同發展，支撐實現健康中國戰略目標。
8 建設美麗中國，推進人與自然和諧可持續發展
人與自然和諧共生、人與生態系統健康維系是人類可持續發展的基點，建設美麗中國、實現“雙碳”目標是國家貫徹新發展理念的戰略部署。面向氣候變化應對、生態安全和綠色發展，加速推進源頭預防，多污染物、跨介質、跨區域多目標協同防治、綜合管控與精準治理等關鍵技術發展，大力推動生產過程清潔化與綠色化，大力推進負碳技術攻關，推進多層次資源高效循環利用技術體系創新，基于全域性視角發展生態系統整體保護、系統修復和綜合治理技術，逐步建立主動型、系統性、智能化、精細化的生態環境工程科技體系，從末端治理走向整體性保護，從污染防治向降碳、減污、擴綠增長，全方位、全流程支撐環境生態保護、修復和可持續發展，廣泛促進形成綠色生產生活方式，推進全社會綠色化轉型。
9 構筑平安中國，實現精準高效長治久安
平安是人民幸福安康的基本要求。聚焦平安中國目標，針對國家公共安全治理能力現代化重大需求，以預防、應對和韌性為核心，推進公共安全向風險可控化、預測智能化、應對高效化和保障一體化發展。面向自然災害防御、事故災難防范、重大疫情防控、社會治理等領域，將應急管理與常態管理相結合，研究多災種耦合機制和災害鏈復雜演變機制，構建具備全面感知、高效預測、智能決策和主動保障的公共安全綜合保障一體化平臺，構筑全方位、立體化的公共安全網，提高突發事件精準高效的應對處置和救援能力，建設精準感知、快速響應與開放協同的社會治理體系[28]。全面提升公共安全管理能力，不斷增強人民群眾的平安質感。
六 結語
面向2040年建設現代化強國目標，面向人類社會可持續發展與安全健康發展要求，必須堅持創新在我國現代化建設全局中的核心地位，迎接新一輪科技革命和產業變革的機遇與挑戰，順應科研范式變革態勢，構建新型開放創新生態，構建從基礎研究到工程應用融合互動、高效協同的創新網絡。以“四個面向”為導向，開展工程科技發展頂層設計，聚焦大信息、大制造、大能源、大健康、大安全等領域開展戰略部署和策略創新，始終堅持筑牢實體經濟根基，進一步強化信息技術融合賦能，系統發力、科學謀劃實現“雙碳”目標，積極推動健康政策和健康發展范式轉移，健全以人為本、共享共治的社會治理體系，系統提升國家安全韌性。同時，面向未來科技大發展將引起的社會變革，樹立“邊發展，邊治理”的理念，面向人工智能、生命科學等前沿領域的科技倫理、信息安全等問題，將科技創新發展與政策支持、法律規定統籌謀劃，逐步完善保障技術良性發展的法律法規體系，追求新興技術與人類在“協同性、共生性、規范性、公平性”上的和諧統一，形成“以人為本，服務于人”的發展目標，強化科技向善，不斷增強人類福祉。
利益沖突聲明
本文作者在此聲明彼此之間不存在任何利益沖突或財務沖突。
Received date:July 16, 2024; Revised date: September 5, 2024
Contacts: Zhou Xiaoji, E-mail: zh_xj@sina.com
Funding project:Chinese Academy of Engineering project “Research on the Development Strategy of China’s Engineering Science and Technology of the Next 20 Years” (2021-XBZD-13); National Natural Science Fund Project (L2124011, L2224056).
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基金
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