中国工程科技2040技术预见方法体系及其应用

中国工程科学 ›› 2024, Vol. 26 ›› Issue (5) : 117 -127. DOI: 10.15302/J-SSCAE-2024.05.012

中国工程科技未来20年发展战略研究

周晓纪 ¹ ,
张永伟 ¹ ,
马守磊 ² ,
孙粒 ³ ,
黄廷锋 ⁴ ,
孙胜凯 ¹ ,
陈欣意 ¹ ,
郑文江 ⁵ ,
刘宇飞 ⁵

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Methodology System and Application of Technology Foresight on China's Engineering Science and Technology Toward 2040

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摘要

中国工程科技2040技术预见研究由中国工程院和国家自然科学基金委员会联合组织开展，作为中国工程科技2040发展战略研究的重要组成部分，旨在通过技术预见更准确地把握科技发展大势，研判可能产生重大突破的工程科技关键技术和发展方向。为提高中国工程科技2040技术预见的前瞻性和科学性，本文在2040技术预见中，组织开展了技术预见方法应用与预见成果影响两方面的技术预见效果评估，按照强调需求牵引、愿景驱动，强化专家研判与多源大数据智能分析相结合的思路，设计了中国工程科技2040技术预见的方法体系，开发了工程科技战略咨询智能支持系统，构建了以专家为核心、数据为支撑、交互为手段的规范流程，推进了技术预见的实施。研究形成了包含11个领域900余项技术的备选技术清单，开展了两轮德尔菲专家调查，研判提出了110项领域核心技术、25项关键共性技术和21项颠覆性技术，为中国工程科技2040发展战略研究提供了重要支撑。

Abstract

The Research on the Technology Foresight of China's Engineering Science and Technologies Toward 2040 is jointly organized by the Chinese Academy of Engineering and the National Natural Science Foundation of China. As an important component of the research on China's engineering science and technology development strategy to 2040, it aims to predict the general trend of scientific and technological development and clarifying the key engineering science and technologies and development directions that may yield major breakthroughs. To improve the forward-looking and scientific nature of the technology foresight, this study evaluates the effectiveness of the technology foresight from two aspects: application of the technology foresight methodology and impact of the foresight results. Following the idea of emphasizing demand traction and vision drive as well as combining expert judgment and multi-source big data intelligent analysis, this study designed a methodology system, developed the intelligent Support System (iSS) for strategic studies on engineering science and technology, and constructed a standardized process centered on experts, supported by data, and facilitated by interaction, thus to push forward the implementation of the technology foresight. The study has formed a list of alternative technologies containing over 900 items in 11 fields, conducted two rounds of Delphi expert surveys, and proposed 110 domain core technologies, 25 key common technologies, and 21 disruptive technologies, thereby providing an important support for the research on China's engineering science and technology development strategy to 2040.

Graphical abstract

关键词

工程科技 / 技术预见 / 关键技术选择 / 2040年 / 效果评估

Key words

engineering science and technology / technology foresight / selection of key technologies / 2040 / effectiveness assessment

引用本文

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周晓纪,张永伟,马守磊,孙粒,黄廷锋,孙胜凯,陈欣意,郑文江,刘宇飞. 中国工程科技2040技术预见方法体系及其应用[J]. 中国工程科学, 2024, 26(5): 117-127 DOI:10.15302/J-SSCAE-2024.05.012

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一、前言

技术预见的目的是通过有步骤的探索，凝聚未来科技和社会发展共识、选定未来可能产生最大经济与社会效益的战略领域和技术方向。在新一轮科技革命和产业变革的背景下，世界各国纷纷调整科技发展策略，力图把握国际科技竞争主动权，作为识别科技创新战略重点领域和优先发展方向的重要方法，世界主要国家和地区先后将技术预见纳入科技发展规划和政策制定过程中，开展了丰富的实践活动 ^{[ 1]}。

伴随着技术预见实践的广泛开展，技术预见理论和方法也在持续创新。随着信息技术与互联网的发展，技术预见也逐渐迈入了网络化时代，一方面不断融合人工智能、大数据等技术，逐步形成了以德尔菲调查为基础、定性研判与定量分析方法相结合的系统化的技术预见方法，同时，新一代技术预见将进一步以互联网为基础，更加关注未来愿景与未来价值观，形成“社会互动、行动和决策”的新形式 ^{[ 2]}，进一步综合利益相关者的理想愿景，以及基于大数据分析和技术发展可能性的客观依据来擘画未来。

当前，工程与科学、技术的综合与集成加速了科技转化和工程运行节奏，工程科技对经济社会及环境等方面的影响也在不断加深。工程科技作为最具规划性、最具选择性的科技发展领域，与技术预见作为政策工具的选择性特点高度一致。2015年，中国工程院与国家自然科学基金委员会联合组织了面向2035年的中国工程科技未来20年发展战略研究，结合战略研究组织开展了中国工程科技2035技术预见 ^{[ 3]}。2021年，中国工程院与国家自然科学基金委员会组织开展了面向2040年的中国工程科技未来20年发展战略研究，并继续开展技术预见活动，旨在研判中国工程科技的重点发展方向，提出面向2040年我国工程科技各领域的核心技术、关键共性技术及颠覆性技术，研判关键技术突破和社会应用的进程与条件，对关键技术选择达成基本共识，为研究提出工程科技发展路径提供依据和支撑。

作为连续性技术预见，在前一轮工作的基础上，顺应发展态势、总结实践经验，开展方法和应用创新是提高技术预见有效性的重要手段。随着技术预见活动的规模越来越大，其实际效用也逐渐受到利益相关者的高度关注。20世纪90年代以来，众多国家相继开展技术预见效果评价，如日本 ^{[ 4]}、韩国 ^{[ 5]}、英国 ^{[ 6]}对技术预见技术项的实现情况进行评估，英国 ^{[ 7]}、德国 ^{[ 8]}、荷兰 ^{[ 9]}、奥地利 ^{[ 10]}等国家采用技术预见方法对政府部门的作用和影响进行分析评估等。研究者对经济合作与开发组织及欧洲研究区国家开展的技术预见进行了影响评估，从35个国家的反馈来看，趋势分析、政策建议、基于成果确定研究和其他优先事项等被80% 以上的国家所采纳 ^{[ 11, 12]}。尤其是日本，作为长期以来系统开展技术预见的国家，也在持续开展对往期技术预见的评估，包括在短期内开展连续性技术预见变化评估，长期开展早期技术预见的技术项实现程度、原因与影响评估，以期不断结合发展需求改进技术预见的目标、方法、技术项选择与实施模式 ^{[ 13]}。我国尚少有技术预见效果评估方面的实践，为此，作为连续性技术预见活动，为提高技术预见效率和效用，在中国工程科技2040技术预见中建立了回顾机制，将技术预见效果评估纳入方法体系中，组织开展了技术预见方法应用与预见成果影响两方面效果评估 ^{[ 14, 15]}，在效果评估的基础上推进技术预见。

面向未来工程科技的集成应用性、愿景导向性发展态势，在中国工程科技2040技术预见中更加强调需求牵引，强化面向2040年的中国经济社会和科技发展愿景综合分析，同时，顺应网络化时代技术预见发展趋势，按照强化专家研判与多源大数据智能分析相结合的思路，设计了中国工程科技2040技术预见的方法体系，开发了工程科技战略咨询智能支持系统（iSS），构建了以专家为核心、数据为支撑、交互为手段的规范流程，以期进一步提高技术预见结果的准确性和有效性。

二、基于效果评估的中国工程科技2040技术预见方法体系

面向大科学时代日益凸显的未来社会愿景分析的重要意义，中国工程科技2040技术预见定位为需求牵引、愿景驱动的技术预见，并将技术预见效果评估作为方法体系的重要组成部分予以组织实施，技术预见效果评估一方面是本次技术预见活动重要的先期研究环节，另一方面将有关清单的评估嵌入到技术预见活动过程中。以下首先介绍技术预见效果评估相关研究，再对iSS平台支持下的工程科技技术预见方法体系及其方法应用进行整体说明。

（一）技术预见效果评估

回顾和评估是改进技术预见方法、提高技术预见组织效率和应用效果的有效途径。在中国工程科技2040技术预见中对应用效果评估做了尝试，主要包括中国工程科技2035技术预见方法与流程应用有效性评估，以及技术预见活动的实施与应用效果评估两方面，以期提出技术预见方法与组织的改进意见，同时为本轮技术预见备选技术清单的制定提供参考。

1. 技术预见方法及流程应用有效性评估

对中国工程科技2035技术预见方法与流程应用的评估是整个中国工程科技2040技术预见的前置工作，是技术预见具体方法改进的输入之一。主要从流程设计、专家选择、调查效果、实施过程中的关键环节的方法应用等方面进行分析；采取的评估方法，一是与最新的典型技术预见活动流程和方法进行对比分析，二是对参与中国工程科技2035技术预见的专家进行访谈，三是对中国工程科技2035技术预见的结果按照评估要求进行统计分析等。基于专家调查数据与技术预见结果，针对中国工程科技2035技术预见的问卷设计、专家选择、专家权重设置、调查指标统计分析等环节，开展专家偏好分析、调查指标设置合理性分析等，通过评估提出流程组织、问卷调查、专家选择、权重优化、技术项分析指标设置等方面的改进意见，相关的改进包括，简化了相对冗余的调查指标，优化了专家权重，提出专家选择与动员的改进意见等。

2. 技术预见实施与应用效果评估

在中国工程科技2040技术预见中，针对技术预见实施与应用效果评估开展了三方面的工作。

一是对国内外技术预见效果评估方法、国外典型技术预见效果评估结果进行了总结分析。包括：技术预见对一国的科技政策、科技计划的短期影响程度取决于技术预见总体设计的适当性和组织的合理性，并与技术预见活动和国家发展需求结合紧密度有重要关系；同时，与社会参与度及企业参与度有关。具有一致性和连贯性的技术预见活动的影响较大，技术预见的长期影响较难评估，但技术预见的长期效果可以从技术预见提出的技术主题实现程度来印证，如日本1~7次技术预见的实现率在62%~73% ^{[ 13]}，而技术项未实现的原因与重要性、技术问题、需求问题与成本问题有关。这些分析结果对技术预见活动的组织和应用提供了参考，应进一步重视技术预见的目标导向、过程效应和传播效应。

二是以日本第10次、第11次技术预见为例，对相邻两次的技术预见关键技术清单进行了分析评估。主要考虑的是，日本技术预见是持续性的、每隔五年进行一次，对临近本次技术预见的相邻两次技术清单的变化进行评估，通过差异分析，评估技术发展态势变化对技术预见结果的影响，分析获得技术预见活动的一些规律性数据，可为工程科技技术预见备选清单的形成提供借鉴。除分析第11次技术预见活动提出的关键技术方向反映的发展态势和新热点之外，评估结果表明，日本相邻两次技术预见中，关键技术清单具有一定的继承性，变更率在45%左右，其中，较为传统或技术发展周期较长的领域变更率较低，而发展变化较快的领域如材料 ‒ 设备 ‒ 工艺、城市 ‒ 建筑 ‒ 土木 ‒ 交通以及信息 ‒ 分析 ‒ 服务领域技术变更率较高，分别为65.3%、65.3%和60.7%。这种变化正是在第10次技术预见之后，相关领域科技快速更新迭代与新趋势的体现，为我们制定新的清单提供了一定的参考。日本在第12次技术预见活动中，于2021年4月完成对2019年发布的第11次技术预见的701项技术主题的重要性和实现前景进行再评价，以进一步准确把握疫情对整个社会、科技发展方向的影响 ^{[ 16]}，也为我们提供了一定的借鉴。

三是对中国工程科技2035技术预见的关键技术清单进行再评估。在前述分析的基础上，组织领域专家对中国工程科技2035技术预见的领域架构和子领域布局覆盖性、前瞻性进行评估，对提出的关键技术方向的当前技术成熟度、已实现程度、方向合理性、未来重要性等进行再研判。经评估，基于技术态势变化、应用导向、战略调整等因素，对约30%的子领域提出了调整意见；而在技术清单方面，评估认为，约17%的技术项不应再列入未来备选技术清单，约20%的技术项需要调整内容与指标。在此基础上，提出本轮技术预见的领域、子领域划分建议，初步筛选的备选技术清单作为进一步研判的基础输入。

（二） iSS平台支持下的技术预见方法体系

中国工程科技2040技术预见方法体系如图1所示。从需求分析、技术发展预测、愿景分析、关键技术选择到技术路线图绘制，共同构成广义的技术预见过程。其中，经济社会发展预测、需求分析是技术预见的输入，未来发展愿景既是技术预见的输入也是技术预见的结果，在研究过程中相互支撑、相互迭代，而技术路线图在战略研究中是技术预见的后续。本文主要针对狭义的技术预见的主要环节，即技术发展态势分析、综合愿景分析、备选技术清单制定与专家调查、关键技术研判等进行说明。

同时，本轮技术预见进一步强调了多源大数据智能分析方法的应用。基于中国工程科技2035技术预见的实践和探索，围绕技术前沿、技术热点以及技术态势分析等相关技术预测的定量方法，开发了iSS平台，将文献计量、专利分析等集成在技术预见工具中，设计了基于多源数据与人机交互的技术预见智能决策支持系统，构建了以专家为核心、数据为支撑、交互为手段的规范流程，通过多种预见方法组合运用，提高技术预见的全面性、科学性和有效性。

图1同时展现了iSS平台对技术预见的数据与方法支持，下文将对技术预见主要环节进行说明。

1. 技术体系构建与发展态势分析

鉴于工程科技是集群性技术，为更好地反映领域技术的系统性，在中国工程科技2040技术预见中，提出要基于技术体系来开展关键技术分析。首先，结合领域知识和专家知识，利用iSS平台描绘面向未来的领域技术体系构架，确定领域边界及关键技术间的关系；进而，借助iSS平台提供的专利分析、文献计量和技术预测分析工具，以技术体系为基础，开展未来发展态势、技术进化方向、学科发展方向、前沿热点以及可能的颠覆性技术等分析，利用可视化手段展现，作为提取技术热点、形成备选技术清单的输入。

2. 经济社会与工程科技融合的未来愿景分析

面向科技加速发展、百年未有之大变局下未来20年中国工程科技与经济社会面貌将呈现的巨大变化，将经济社会愿景研究与技术预测更紧密结合，深入开展未来世界和我国工程科技与经济社会融合发展的愿景研究，以此作为关键技术研判和路径选择的重要依据。其基本步骤是：在经济社会预测基础上，提出经济社会发展愿景，分析实现愿景目标需要解决的主要问题及其对工程科技的需求；进而，通过对技术发展态势的研判，与愿景导向的技术路径选择相结合，提出未来各领域科技发展形态。综合两大方面，提出2040年可能实现的科技与经济社会融合发展情景，描绘科技与经济社会协同发展可达到的图景。

未来愿景分析在战略研究中是一个迭代的过程，初步提出的愿景是技术预见的输入，当技术预见完成后，通过对关键技术路径选择、实现可能性和实现目标的分析，进一步对愿景进行迭代完善。

3. 备选技术清单制定

备选技术清单制定是技术预见活动的关键环节，备选技术清单的来源包括以下几个方面。在定性分析方面，主要通过多种途径征集专家意见，一是基于技术预见效果评估、借鉴最新技术预见活动结果等提出备选技术方向；二是通过小范围专家调查征集专家意见；三是通过召开多轮专家研讨会征集、讨论技术清单。在定量分析方面，在iSS平台全球未来技术库的基础上，基于技术体系和前沿技术态势分析结果，对技术前沿热点和发展趋势进行综合分析，通过人工智能算法生成备选技术清单建议，并在专家指导下完成前沿技术方向的凝练和选择。

4. 德尔菲专家调查

德尔菲专家调查是技术预见十分重要且动员度很高的环节，这一过程基于iSS平台的在线调查系统，组织两轮专家调查，并开展调查问卷分析。调查系统支持专家自主注册、在线作答、结果汇总、统计分析、调查进度在线监测与管理。

德尔菲调查作为一种反馈式调查方法，设置两轮调查，主要是通过征集、归纳和反馈，以期收敛意见、进一步达成共识。在这一过程中，一方面，参调专家可以提出对技术清单本身的调整意见，通过调查以及后续专家评判，开展清单优化；另一方面，第一轮专家调查形成的意见分析结果，在第二轮专家调查时，iSS平台调查系统将随着问卷向专家发放，作为第二轮专家评判的参考。

参调专家主要通过以下渠道征集：一是基于中国工程科技2035技术预见专家库筛选；二是通过中国工程院各学部、国家自然科学基金委员会各科学部推荐；三是通过同行专家推荐；四是通过网络自荐的方式，征集了一部分参调专家，使得参调专家的社会性更为广泛，参调专家结构更为均衡。

5. 关键技术方向研判与路径选择

专家调查完成后，结合核心性指数、通用性指数、颠覆性指数、应用重要性指数、研发水平、实现时间等调查结果，组织各领域专家对关键技术进行研判选择，包括关键核心技术、关键共性技术和颠覆性技术等，评价关键技术未来发展的可行性，分析发展时间段，进而结合战略研究，提出发展重点和发展路径。

后续，与战略研究结合，把“需求 ‒ 目标 ‒ 重点任务 ‒ 关键技术 ‒ 基础研究方向 ‒ 重大工程 ‒ 重大工程科技项目 ‒ 发展策略”关联起来，形成基于未来科技、经济、社会与环境综合判断之后的技术创新路线。

三、中国工程科技2040技术预见调查

（一）领域与子领域划分

在技术预见领域与子领域划分方面，经过广泛征集各领域意见，综合工程科技的领域覆盖性和前沿性，最终确定了11个领域和93个子领域的划分方案，如表1所示。

（二）备选技术清单形成

中国工程科技2040技术预见备选技术清单按照突出前瞻引领、体现工程特色的原则，采用前述方法，多渠道征集研判形成。第一轮备选技术清单共包含技术项897项，第一轮调查结束后，根据调查统计分析结果和参调专家的反馈建议，按照进一步强化前瞻性、增强关键性、提高科学性的思路，对技术清单进行增删调整，形成第二轮技术清单，共包含技术项922项。

（三）问卷设计

在中国工程科技2035技术预见问卷调查中，对每一个技术项提出了14个调查问题 ^{[ 17]}，经过对2035技术预见方法应用有效性的评估，对相对冗余的问题进行了简化，本次技术预见对每一个备选技术项提出了12个问题，包括专家熟悉程度、技术自身重要性（包括技术核心性、技术通用性、技术颠覆性3项指标）、技术应用重要性（包括经济重要性、社会与国家安全重要性2项指标）、研发水平、领先国家、实现时间、主要制约因素7个方面，其中，专家熟悉度是专家意见加权平均的依据，技术重要性与应用重要性是对技术项重要程度的判断，研发水平与领先国家是对技术项发展水平的判断，实现时间是对于技术项研发与应用周期的预测，主要制约因素则是对影响技术项发展因素的调查。在主要制约因素方面，考虑到形势发展以及一些前沿技术存在的风险性和伦理性约束，为了进一步细化分析，设置了10个选项，具体包括人才队伍、法律法规政策、标准规范、研发投入、工业基础能力及科技资源、协调与合作、科学原理突破、危害性或伦理性风险、国外限制竞争以及经济可行性等，其中后4个选项是本轮新增。另外，借助问卷调查的广泛性，设置了两个开放性调查问题：一是面向2040年发展战略需求，提出本领域需前瞻部署的基础研究方向；二是本领域发展还存在哪些具体障碍以及可能的推进措施等。

（四）调查结果统计分析

中国工程科技2040技术预见第一轮专家调查共邀请专家7025人，填报2362人，参与率为33.6%，回收问卷24 583份；第二轮调查共邀请专家9839人，实际参加调查共2925人，参与率为29.7%，回收问卷26 907份。调查数据的统计分析可以从多个不同角度展开，现将部分整体性结论呈现如下。

从技术研发水平看，本轮技术预见提出的备选技术清单中，我国有超过一半的技术项与国际水平持平，部分处于领先状态，与中国工程科技2035技术预见结果相比，呈现上升态势，体现了5年来我国工程科技创新水平的较大提升。由图2可见，我国多数技术研发水平指数处于30~60，高于80以上的技术很少，我国处于国际领先的技术主要集中在能源与矿业、交通、环境生态与绿色制造以及医药卫生中的中医药等领域，而先进制造、空间海洋与地球观测、信息与电子、农业与食品领域研发水平较低的技术项占比也较大。

从世界技术实现时间上看（见图3），备选技术清单中预计有超过一半的技术项将在2028年之前实现；我国技术实现时间整体上滞后于世界0~4年，但有59项技术实现时间早于或等于世界技术实现时间。

从技术发展制约因素看，研发投入、人才队伍、工业基础能力及科技资源3项制约因素对各领域技术发展都有较大程度的影响。而标准规范、协调与合作以及科学原理突破等也是普遍影响各领域前沿技术发展的重要因素。

四、关键技术选择与研判

在工程科技技术预见中，关键技术主要分为3类：一是领域核心技术，即综合考虑技术核心性及其对领域发展的带动性提出的工程科技各领域关键技术，从调查而言，主要综合技术核心性指数与应用重要性指数来获得综合重要性指数，并在此基础上进行专家研判；二是关键共性技术，指技术通用性强，对领域、跨领域、多行业发展具有基础性意义和普遍推广应用价值的共性技术，判断基础是综合通用性指数和应用重要性指数得到的综合通用性指数；三是颠覆性技术，指未来20年可能取得重大突破并能对本领域甚至多个领域、社会经济发展产生颠覆性影响的技术，判断基础是技术颠覆性指数和应用重要性指数得到的综合颠覆性指数。在德尔菲专家调查结果的基础上，经过多轮专家研讨，遴选出110项领域核心技术、25项关键共性技术和21项颠覆性技术。由于领域核心技术较多，在此不再详细说明，仅对遴选出的关键共性技术和颠覆性技术加以说明。

（一）关键共性技术

在调查研判形成的领域共性技术基础上，经总体研判提出在工程科技整体层面或者在多领域具有较大通用性的共性技术，共有25项，包括新一代信息及人工智能、先进材料与先进制造、能源与环境生态、健康与安全四大类，如表2所示。

1. 新一代信息及人工智能技术

新一代信息及人工智能技术的快速发展和普遍应用，是推进经济社会各领域快速走向信息化、智能化的关键，对此，需要加快推进信息领域关键共性技术发展，夯实信息技术体系能力，推进信息技术与相关领域的交叉融合发展，强化信息技术使能支撑。

通信、导航、时空信息系统等方面的技术是未来社会实现万物互联、智能决策的基础。第六代移动通信（6G）技术将跨越人联、物联，迈向万物智联，将利用超高速、超可靠连接、原生人工智能、先进感知技术等为用户提供无处不在的智慧服务；基于频谱资源优化的“空天地”信息网络技术是实现全球化信息互联互通的重要技术途径，通信导航技术一体化融合实现更高的通信与定位性能。全时空信息系统构建技术则是在群智感知信息爆发式增长的背景下，实现自然资源管理、生态环境监测、地质灾害预防、智慧城市治理和新型基础设施建设等领域智能决策目标的迫切需求。

复杂场景全域感知与智能认知技术在自主无人系统中具有广泛的应用前景，移动互联环境下综合交通信息服务技术是实现综合交通信息服务快、准、稳的关键技术。水下导航定位与海底测绘技术，对海洋开发利用和海洋权益保护具有重要的基础性意义。脑机接口技术用于临床康复和治疗已成为未来发展趋势，可广泛运用于临床康复医疗、娱乐、互联网等多个领域。

2. 先进材料与先进制造共性技术

材料作为制造、建造等各领域各行业发展的基础，具有较强的通用性，共性新材料技术的研发将对多领域、多行业产生广泛影响，此外，材料研发本身的共性技术则是新材料关键技术攻关的基石，如材料多尺度计算、高通量计算、集成计算和模拟仿真技术，未来“理论预测、实验验证”的新材料研发模式将大幅降低研发成本、缩短研发周期。高性能金属3D打印与材料基因组技术是解决高性能难加工金属材料等成形制造难题的先进技术，为航空航天、轨道交通等领域超轻结构、空间桁梁、高效冷却等先进金属结构设计和技术创新提供有效的技术手段。高性能有机纤维是保障国家安全建设的战略性基础原材料和重大共性材料技术。药物靶向控释载体技术使生物材料的应用从外科进入到内科，将成为21世纪主要的用药方式，并有望解决难治愈疾病的治疗问题。

新型智能传感器材料制备技术为高端制造、万物智联的智能社会提供硬件支持，智能制造系统与技术是推进未来生产制造模式智能化的基础技术。深海、深空、深地工程共性技术与通用装备是满足开发利用深海、深空、深地空间的极端制造技术需求，支撑极限工况条件下科技创新工程的重要共性技术。

3. 能源与环境生态共性技术

能源是现代经济社会运行的基础，而环境生态保护与恢复涉及生产生活的方方面面，双碳背景下新型清洁绿色能源发展、环境生态保护涉及多项重要共性技术。

规模化新型电能存储技术作为电力系统重要的灵活调节资源，是支撑新型电力系统的重要技术，“水风光电储”融合与联调的关键技术则可以为其大规模协同并网做技术准备。全固态电池具有高安全性和长寿命等突出特点，将解决新能源汽车续航短、安全性差等痛点问题。大气环境减污降碳监测评估模块与协同治理装备技术，针对温室气体和大气污染物的同根同源性，发展协同治理技术，有助于推动减污降碳协同增效。

4. 健康与安全共性技术

建立健康与安全的社会，是现代社会以人为本的关键所在，健康与安全领域面对的重大问题和重大挑战，具有更复杂、更多元、更耦合的特点。

水、能源和粮食是经济社会发展最重要的物质基础，而三者以水为纽带形成了复杂的关联关系，直接影响和决定了生态系统健康，研究水、粮食、能源开发利用与生态系统的作用规律和关键技术，是通过供需双向协调保障能源、粮食产业发展的基本应对策略。

人工智能及大脑模拟将成为未来科技进步的又一重要标志，是未来医药卫生与人口健康领域的重要发展方向。与健康相关的人体微生物组诊断预防及干预技术，将在慢病防控、个性化精准诊疗和健康管理、微生物药物和制剂等领域具有广阔前景，是新一轮科技革命的战略前沿高地。

在社会治理方面，随着数字化、智能化的深度发展，探索智能社会的运行逻辑与治理模式意义重大，社会治理多源信息全息感知与处理技术是现代社会治理智能服务的基础性技术。超大城市安全运行精细化数字仿真模拟和运行调度关键技术，是运用数字技术推动城市治理体系和治理能力现代化的必由之路。研究巨灾综合应急救援理论，构建巨灾防范、指挥救援的共性技术则是应对各种巨灾型突发事件的重要基础。

（二）颠覆性技术

面向2040年的21项颠覆性技术，包括量子与人工智能技术，能源与近零污染、减碳新技术，新概念制造与先进材料技术，新型运载与导航观测技术，生物技术五大类，如表3所示。

1. 量子与人工智能技术

量子技术的发展将在多方面产生颠覆性影响，各主要国家致力于推进量子科学发展和量子技术战略，包括量子计算、量子通信、量子模拟、量子测量、传感等方面，未来，量子测量技术将全面由实验室研发迈向产业应用，量子精密测量将大幅度提升卫星导航、水下定位、医学检测和引力波探测等的准确性和精度。

人工智能技术的快速发展和多方面突破将成为未来社会智能化的极大驱动力。人工智能应用技术向解决领域智能化发展问题的“人工智能+”方向转化，对各领域发展产生重大影响，其中，脑科学和类脑智能技术研究是目前各国必争的战略科技前沿，有望催生出“超级大脑”芯片、类脑机器人等产品。人体虚拟孪生技术的发展将在生命科学和医药领域产生颠覆性影响，成为“实验室到病床”和“病床到实验室”双向转化医学研究的新概念平台和新实验手段，对生命认知、手术医疗、智能医疗仪器以及健康与医学应用具有变革性意义。

2. 能源与近零污染、减碳新技术

低碳绿色发展、资源循环利用已成为人类社会共同需要面对的问题，减碳、向近零污染转型涉及到生产生活各方面。

能源生产消费方式的转变首当其冲，选择低碳能源、发展清洁能源成为世界各国能源政策的关注重点。核能是应对全球气候变化最现实的战略选择，发展具有“固有安全、经济高效、环境友好、资源节约”等特征的新一代核电技术，将促进我国核电技术跨越式、引领式发展，推进能源结构向低碳安全发展。而远距离高效率无线电能传输技术则对提供供电自由度、有效解决供电安全问题具有重要意义。

零污染大气移动源技术，发展基于绿氢的新能源内燃机与燃料电池技术作为移动源的动力来源，耦合末端治理技术，可从根本上实现温室气体与污染物协同净化，实现近零排放。净零碳 ‒ 负能耗净水技术，是基于风险控制的污水低碳净化与再生回用的新原理和新技术，为协同解决水环境污染、水资源短缺和水生态破坏问题提供科技支撑。

3. 新概念制造与先进材料技术

高端制造仍为未来产业变革的核心技术，与信息技术融合牵引高性能材料推陈出新，同时，新材料和新物质结构不断涌现，也不断推进新概念制造技术的产生和发展。

未来人工智能与机械领域将进一步深度融合，新原理、新概念与仿生机器人技术将推动智能制造跨越式发展。以重建人体组织／器官为终极目标的生物3D / 4D打印技术，在健康医疗领域表现出巨大的研究价值和应用潜力，将在生命科学研究和个性化治疗中发挥变革性的作用。

智能社会发展将推动电子信息材料、新型智能材料的颠覆性突破。宽禁带半导体器件在功率器件和射频器件等领域具有不可替代性和广阔的应用前景。无机塑性半导体技术颠覆了人们对于无机半导体本征脆性的传统认知，为开发新型柔性和可变形电子器件提供了新的材料和方法支撑。新型生物智能材料技术的发展成为推进细胞治疗从基础研究向临床应用转化的重要技术方向，为一些重大疾病的治疗带来了新的曙光。

4. 新型运载与导航观测技术

未来，运载装备将向更加便捷、智能、绿色的方向发展，新概念智能绿色运载装备、高精度导航观测技术等将与智能交通、空间海洋探索模式的变革性发展深度融合、相互促进。

波转子发动机、冲压转子发动机、核动力航空发动机等新概念航空动力将为高空、高超声速等多种新型飞行器提供动力，实现经济高效、远程快速到达等飞行目标。跨介质无人航行器综合水下航行器的隐蔽性以及空中飞行器的快速性优势，具有广阔的应用前景。广义管网运送机械系统作为新一代交通工具，有望实现飞行列车超声速“近地飞行”，一旦实现则将彻底颠覆现有的交通运输方式。航班化运输系统是航天运输系统发展的高级形式，能够满足地面点对点运输、大规模进出空间的任务需求，是实现第五代航天运输标志性技术和产品的重要途径。立体导航、基于云计算的无人驾驶器导航技术等是实现立体交通、无人驾驶、智能交通的关键技术。

建立从全球到对流尺度、短时到中期、确定性到集合的无缝隙高精度气象数值预报技术体系，将对高度发展的社会经济和生活的全方位、精准化、定量化预报服务产生颠覆性影响。

5. 生物技术

生物技术是主导农业新绿色革命的重要手段。基因化推动农业进入生物与信息融合的育种加速新阶段，动物干细胞育种技术在家畜育种、高效繁殖以及资源保存中具有广阔的前景，未来有望成为家畜育种与繁殖领域的颠覆性技术。而发展作物高光效利用与高效固氮技术，重构作物光合系统，开发光合循环优化育种技术，提升粮食单产潜力，对于颠覆传统农业依赖氮肥的生产方式、保障全球粮食安全和生态安全具有重要意义。

五、结语

技术预见效果评估，一方面是考察技术预见对国家科技政策的影响、社会创新活动的影响；另一方面是从以往的实践中汲取经验教训，在提高技术预见结果准确性和有效性的同时，促进技术预见成果更好地服务国家科技创新政策或战略。对此，在中国工程科技2040技术预见中尝试开展了技术预见效果评估，并将技术预见效果评估作为一种回顾机制纳入到方法体系中，在后续技术预见中按需开展。总体上看，中国工程科技2040技术预见，在中国工程科技2040发展战略研究的框架下，组织开展了方法与应用效果评估，以经济社会发展预测与工程科技需求分析为输入，将未来愿景描绘与工程科技发展态势预测、关键技术研判与选择相结合形成了一套方法体系，一方面尽可能充分发挥战略科学家以及各领域科技专家、产业专家和社会人文专家的作用，另一方面不断改进iSS平台以丰富基于大数据的定量化支持手段。未来，作为连贯性技术预见活动，工程科技技术预见将不断改进方法、提高应用效果，从方法与组织层面看，将进一步结合工程科技战略研究需求改进和丰富方法支撑，注重技术预见活动的总体设计与政府决策需求的结合，以及提高社会与企业参与度。从技术手段层面看，未来iSS平台的改进方向包括：丰富特色数据库以引入更多多源数据、加强前沿人工智能研究与算法开发、利用人工智能技术增强专家交互环节等，以期进一步增强技术预见的组织效率和应用效果，为我国工程科技中长期战略制定提供更强有力的支撑，同时，通过预见文化的传播，更好地引导与推进有组织的创新、开放性创新和大众创新。

利益冲突声明

本文作者在此声明彼此之间不存在任何利益冲突或财务冲突。

Received date: August 22, 2024; Revised date: September 20, 2024

Corresponding author: Zhou Xiaoji is a research fellow from China Aerospace Academy of Systems Science and Engineering. Her major research fields include systems engineering and strategic research. 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 (L2224058, L2124010, L1924065, L1724032)

参考文献

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基金资助

中国工程院咨询项目“中国工程科技未来20年发展战略研究”(2021-XBZD-13)

国家自然科学基金项目(L2224058)

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Received	Accepted	Published
2024-08-22
Issue Date
2024-10-31

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