编者按　SDL科学实验室综合项目于2019年2月19日立项,是由中国航天系统科学研究院、山东大学、中铁五局和潍坊市坊子区人民政府四家单位牵头,由青岛国家海洋科学研究中心指导,并联合多家单位共同建设的重大科学装置项目。项目总投资150亿元,建设期5年,建设“一室双城”,将建成世界上最先进规模最大的水洞实验群,并建设一个配套成果转化的航天城和一个人才服务的院士城。今年6月份SDL项目召开了一次专家委员会闭门技术会议,19位专家对项目给出了充分的肯定和建设性建议。中国航天系统科学研究院院长薛惠锋院士在会上进行了重要发言,现予刊发。
　　无论是社会动力、经济动力的研究,还是产业动力、空气动力的研究,亦或是我们今天的水动力研究,都是引领社会发展、牵引科技进步的重大科学命题。早在1958年,中国航天奠基人、系统工程“中国学派”开创者钱学森,继承德国空气动力学传统,为清华大学第一届力学班撰写了《水动力学讲义》,为新中国成立初期培养科技人才、建设重大科技工程奠定了重要理论基础。党的十九大以来,习近平总书记多次强调,要在科技创新过程中探索形成新型举国体制、构建社会主义市场经济条件下关键核心技术攻关新型举国体制,这无疑是水动力实验室建设的重大战略机遇期,也为水动力研究提供了更加广阔的舞台。曾经的空气动力研究奠定了我国从“站起来”到“富起来”的基石,今天的水动力研究也一定会打造中国从“富起来”到“强起来”的国之重器与国之利器。
　　今天,我想从水动力实验室的建设和发展上讲三个问题,总体思路是做到战略上有定位、战役上有布局、战术上有方法,为实验室建设提供参考。
　　一是,建立“系统论”的发展思想,摆脱“还原论思想”的模式
　　“举一纲而万目张,解一卷而众篇明”。水动力科学实验室的“纲”是什么?我们无论搞研究,还是做试验,都必须搞清楚这个“纲”。以美国为例,长期以来,美国高度重视建设国家实验室,其已成为推动美国科技创新的中流砥柱,也是美长期保持世界科创中心的重要因素。美国能源部、国防部、航空航天局、国家科学基金会等均建有国家实验室或具有同等地位的科研实体。以美国能源部国家实验室为例,它们代表了美国在科学和能源领域科研实力的最高水平和发展趋势。能源部每年都会对所属的十多个实验室进行分析,形成核心能力指标体系,并根据分析结果进行调整。其中,构成这些实验室核心能力的主要包括三大层面,即以“科研基础设施”等为代表的硬实力层面、以“科学家、数据信息”等为代表的软实力层面、以“国家使命”为依托的精神层面。可以说,美国的国家实验室都具有鲜明的独特性与不可替代性,这也是其核心竞争力之所在、价值独特性之体现。
　　那么,我们的国家实验室要如何定位,如何建设?依然沿着美国的路线走吗,依然跟踪模仿美国的模式吗?我的答案是否定的。我们必须要在中国特色社会主义制度下,探索一条适合中国科研的道路,打造自己的实验室。在我看来,本次水动力科学实验室建设的根本目的是在科技创新中发挥前瞻性、战略性、引领性的作用,推动基础理论突破、核心技术攻关、工程试验验证、产业业态升级的科技创新“生态圈”。
　　如何实现这一目标?关键在于系统思想与思维的引导。众所周知,长期以来,无论是现代科学技术体系,还是学科领域划分,都是以西方还原论为主导建立起来的,并牢牢统治了科学、技术、产业等方方面面的发展长达四五百年的时间。但是,今天,面对日益复杂的世界发展和科学问题,还原论思想已经走到穷途,正遭遇前所未有的巨大挑战。我们能够看到,在科学领域,物理学对物质结构的研究已经到了夸克层次,却无法窥探宇宙的全貌；生物学对生命的研究也到了基因层,但是仍然无法完全攻克癌症问题；在产业领域,随着全球化的深入,社会分工越来越细,产业高附加值部分被部分发达国家牢牢占据,各国家、各地区间发展不均衡现象不断加剧。事实证明,还原论这种将对象碎片化、领域化、区域化的研究方式,早已经无法适应今天人类从陆地走向海洋、从天空迈向太空的发展大势,无法有效解决人类社会这个开放复杂巨系统的问题。在寻找超越还原论思想的道路上,钱学森首先提出了“系统论”思想,实现了还原论与“整体论”的辩证统一,既避免了还原论思想中“只见树木,不见森林”的矛盾；也避免了“整体论”思想中“只见森林,不见树木”的弊端。
　　系统思想与总体设计,正是创新思想的精髓所在,也就是以统揽全局的战略思维、赢得未来的战略远见,对实验室进行顶层谋划与总体设计。水动力科学实验室绝不能成为摆放先进实验设备和招揽科学家的“拼盘”,而是必须打造成为具有战略高度、能够引领未来科技发展的“旗舰”,提升水动力的研究及治理水平,这是我国探索新型举国体制下的必有之策。
　　那么,水动力研究要如何布局,关键点在哪里?这是我要讲到的第二个问题。
　　二是,抓住“系统涌现”的创新规律,摆脱“跟随式研究”的传统
　　可以说,水动力实验室是在构建关键核心技术攻关新型举国体制过程中的重要探索,对于关键核心技术的布局与突破是引领新时期实验室建设的主旋律。
　　美国,作为二战后世界科技创新的中心,在海洋仿真技术与运用方面一直遥遥领先。如今,美国从国防部到各军兵种,都有以兵棋推演以及仿真建模的研究机构,遥遥领先世界各国。如其国防部建模仿真协调办公室(M&SCO)、国防部模型与仿真信息中心(MSIAC)、陆军建模与仿真办公室(AMSO)、海军建模与仿真办公室(NMSO)、空军建模与仿真局(AFAMS)等。再如,英国阿特金斯集团研发的AQWA软件,作为海洋油气开发中进行设计分析的第一款商业化海洋工程浮体分析软件,已经成为各国进行建模仿真的重要工具。反观我们自身,我们的仿真技术发展如何?特别是在海洋工程方面,我们是不是仍然以“跟随式研究”为主,鲜有看见自主研发的技术以及较为成熟的应用场景,这就难以避免导致科研领域的条块化管理、分散化布局、碎片化研究。
　　钱学森的系统工程思想正是从整体层面出发,破解越分越细的还原论弊端的有效途径,系统工程思想突破还原论的灵魂就是“涌现”。在复杂系统的共性中,“涌现”是最引人注目的普遍现象。在“水动力”的科技创新上,“涌现”由多个创新活动及创新环节组成,包括基础理论突破、关键核心技术及共性技术突破、水动力工程再现、相关产业涌现、管理模式再造等,以及多个创新活动的综合集成。其核心思想在于,改变单项的奋起直追,推动“水动力”研究系统的集群突破,用不是最优的局部组成最优的全局,以实现“要素涌现—系统涌现—体系涌现—业态涌现”。
　　具体来说:“要素涌现”,其实质是在基础科学引导下的水动力理论创新,这是我国水动力研究必须进行的一次“补课”,但不是对一些已有理论的填充或修修补补,而是对现实需求进行适应性创新；“系统涌现”,其实质是跨学科、跨领域、跨层次的技术融合创新,包括:水面、水下、深水等不同层面的试验环节的关键技术及共性技术的体系化突破；“体系涌现”,体系就是“系统的系统”,其实质是把尖端技术转化为“现实生产力”,实现水动力相关的技术、工程、产品的体系化、链条化的集成创新与发展；“业态涌现”,其实质是实现产业升级、业态涌现、管理变革。是对现有产业的一次升级,也可能是部分、甚至彻底颠覆,从而涌现出新的应用场景与领域,带动水动力领域在各领域中创新发展,从而实现产业业态涌现。进而带动全新的管理模式创新,这也是本轮“新基建”的核心所在——引发一次管理模式与治理方式的智慧化革命,这也就是我接下来要讲的第三个问题。
　　三是,开启“决胜千里”的智慧管理革命,摆脱“拍脑袋决策”的方式
　　系统工程,作为一门组织管理的技术,在历史上为航天事业的发展提供了科学管理的基础与制度基石,无论是“一个总体部、两条指挥线”的基本原则,还是“预研一批、研制一批、生产一批”的技术发展道路,以及“技术归零”和“管理归零”的质量归零“双五条”标准,都有力推动了市场经济条件下航天事业的快速发展。上世纪八九十年代,钱学森创造性地把航天系统工程推广到社会系统领域,提出“开放复杂巨系统理论及其方法论”,特别是“从定性到定量的综合集成法”及其实践形式——综合集成研讨厅,对“人机结合、人网结合、以人为主”进行了超前探索。具体而言,“综合集成方法”由两部分构成:其一是方式方法,即“从定性到定量的综合集成法”,其二是实现载体,即“从定性到定量综合集成研讨厅体系”,应用这套方法的集体称为“总体设计部”。这套方法在服务国民经济和社会发展的重大问题决策上,取得了经世致用的一系列重要成果。当年的“财政补贴、物价与工资”难题,就充分运用了这一套方法工具。新时期,钱学森智库作为钱学森思想的传承者与践行者,完善形成了“六大体系、两个平台”,这套体系在国民经济和社会发展的重大问题决策中,发挥了重要作用,提供了有力支持。
　　这一套理论方法对于解决开放复杂巨系统问题具有普遍意义,能够为水动力研究提供参考借鉴。水动力实验室的管理提升关键在于综合运用大数据、人工智能、云计算等新一代信息技术,运用“综合集成方法”,构建“水动力实验室综合集成研讨厅”,打造“新一代水动力工程”,实现虽身在庙堂,却能决胜千里。具体来说:
　　水动力研究思想库体系:为复杂的水动力研究提供理论指导,以系统论思想为引领,强调顶层设计、总体把握。突出顶层规划,但不能是资料的叠加与堆砌,而是运用综合集成方法,以模型为基础来定义、评价、比较和优化备选方案以及制定决策,达成最优化方案,实现最佳效果、最大效能。
　　水动力研究大数据体系:是一套数据采集和分析系统,通过构建以“人机融合、人网融合、以人为主、数据驱动”的数据推进一体化平台,为水动力研究提供“前瞻一步”的数据基础,形成水动力研究从知识发现、情报获取、仿真推演、效能评估,到最终为决策服务的全生命周期情报服务,打造水动力研究的“千里眼”和“顺风耳”。
　　水动力研究模型体系:真正实现从定性到定量的综合集成分析,根据水动力研究水面、水下、深海等不同研究层面及不同应用领域,为基础研究、方案设计、试验验证提供建模方法与模型库,并通过仿真推演,实现对应用场景的预测与评估。钱学森在撰写《水动力学讲义》的过程中,就运用了大量的分析工具与模型方法,这是水动力研究的基础,是开展水体机理研究的重中之重。
　　水动力研究专家体系:打造水动力研究体系专家平台,集成跨领域、跨行业、跨系统、跨层级、跨地域专家的经验,特别是需要系统工程专家的引领和把控,融合各领域专家的专业知识,通过跨界融合,形成强大的智慧支撑。当前,很多领域都夸大了机器的“智能”,却忽略了人的“智慧”,错把“智能”当“智慧”,甚至用机器的智能取代人的智慧。真正的智慧一定是人、机、网的深度融合,而人类永远占据主导地位,这也就是专家的不可替代性。
　　网信体系:打造“天空地一体化”的态势感知体系,为水动力研究的对象提供联通万物的通道,实现“物理空间”到“数据空间”的精准映射。特别是5G商用时代的到来与天基网络的构建,将为打造网信体系提供通信基础。
　　智能交互体系:搭建“物理”与“数字”,是人员与信息、内部与外部的交互“桥梁”。美国就在2018年正式对外发布了“国防部数字工程战略”,旨在将国防部以往线性、以文档为中心的采办流程转变为动态、以数字模型为中心的系统,完成以模型和数据为核心的工作范式,这将是未来数字化转型的必经环节。
　　机器平台与指控平台:以上“六大体系”的载体,是实现综合集成研讨厅运行的物理实体,为水动力研究提供稳定高效的研究与试验环境。
　　这套理论方法工具的实质正是将专家体系,数据、信息与知识体系以及计算机体系有机结合起来,构成一个高度智能化的人·机结合与融合体系,建立以“数据获取→情报提炼→知识发现→智慧决策”为途径的“水动力研究核心竞争力工程”,以提升水动力实验室的管控模式与治理能力,从而为我国水动力研究及海洋治理与利用提供理论方法及决策支持。我们要清醒地认识到,网络与信息化建设或者金融事业等等,今天看似火爆的领域,并不是引领中国走向未来的唯一道路,国家实验室的建设是科学技术的进步的重要推动,是我国从大国迈向强国的核心力量。
　　正所谓“探索无止境、设计无边界、工程无极限”。我相信,国家水动力实验室一定能抓住构建科技创新和关键核心技术攻关新型举国体制的重大机遇,探索出科技创新的新范式,打造出水动力研究的新高地。正如当年的“两弹一星”壮举成为举国体制的代表作,希望今天的国家水动力实验室能够孕育出新时期的“国之重器”。