朱东,杨春,张朝晖.科学与城的有机融合——怀柔科学城的规划探索与思考[J].城市发展研究,2020,27(01):4-11.
关键词：科学城；重大科技基础设施；科学功能体系；弹性预留；怀柔科学城
引言
国际竞争的实质是综合国力竞争，而综合国力的关键性要素在于经济力与科技力。经过改革开放40多年的不懈努力，我国已跃居全球第二大经济体，并在科技创新领域取得了举世瞩目的成就。但必须认识到，我国科技领域的短板问题依然突出，尤其是原始创新能力较发达国家仍有一定差距。为此，我国高度重视科学发展的战略意义，从中共十八大提出创新驱动发展战略，到《国家重大科技基础设施建设中长期规划(2012－2030年)》明确科技强国的“三步走”战略，以强化基础研究、布局重大科技基础设施、引领原创成果重大突破为目标的战略部署开始全面推进，致力于到21世纪中叶成为世界主要科学中心和创新高地。
随着国家重大科技基础设施在各地布局，围绕科学装置及其配套服务功能，以促进科学发展为目标的科学城建设方兴未艾，成为继开发区、高新区、大学城、科技园之后，又一类特定功能区域或城市类型。目前，我国投入运行和在建的重大科技基础设施已有20余个，上海、合肥、北京先后获批综合性国家科学中心建设方案，与之对应的上海张江科学城、合肥滨湖科学城和北京怀柔科学城也成为国内科学城建设的典型代表。此外，广州、成都、深圳等城市也相继提出了科学城建设计划(表1)，科学城已然成为一种新的城市发展模式。
同时，应对科技与经济社会不断融合渗透，大科学装置目标与功能日趋多元化，特别是在科技回归都市、深度城市化等发展趋势下，传统“科学研究综合体”、“技术产业新城”等模式创新活力低、服务配套差等问题不断显现，亟待进一步总结经验，厘清科学城规划建设技术要点。
No.1
科学城的定义与特征
1.1 科学城概念辨析
科学城的概念最早源于20世纪40年代苏联西伯利亚科学城，作为科学研究院所集聚区，其建设目的是通过集中科研机构，促进科学研究。此后，顺应全球科技研发竞速浪潮，各国开始兴建科学城，有关科学城概念也得到广泛讨论和发展。陈益升提出科学城作为科研机构和高等学校集结地，主要从事基础研究和应用研究，并通过技术开发对企业产生辐射效应。Castells和Hall认为科学城是科学研究综合体，其根本目的是实现科教资源集聚而产生协同效应。彭劲松定义科学城是专门设置前沿基础科学研究和高等教育机构的一种特殊区域。陈志认为科学城是从基础研究设施到创新型城市连续升级发展而来，核心要义是发挥大科学设施群协同效应。
与科学城相类似的概念还包括科技园、创新城区等，尽管几类区域的建设初衷都是强化一类功能在空间地域上集中布局并发挥集聚效应，但在特征与内涵上仍有一定差别(表2)。本文认为，科学城是推动人类科学发展、体现国家科研能力、集聚区域创新要素的重要空间载体，是以布局重大科技基础设施集群、集聚科学创新资源要素为特征，生活配套服务功能完备的综合型城市(图1)。
1.2 科学城的发展特征
1.2.1 选址落位强调充沛的空间资源和成熟的科研环境
由于科研设施构成复杂、体系庞大，需要相对充足的土地资源，而科研设施运行环境要求高，需要保持静谧的环境，避免城市活动造成的外部干扰。因此，科学城选址往往与城市中心区保持一定距离(20—50km)，形成与主城区相对独立的新城(表3)。此外，另一类科学城选址位于高等院校和科研院所的集中区域，旨在通过整合科学创新要素资源，形成创新增长极，例如日本关西科学城、北京中关村科学城，随着城市的蔓延扩张，此类科学城逐渐融入主城区，甚至成为新的城市中心区。在区域城市发展方面，科学城承担了特大城市整合优化科技创新功能布局的重要作用，通过科学城建设实现从单中心转向多中心网络化布局的转变。
1.2.2 空间布局以科研装置集中区为核心
顺应科研设施地域集聚、学科关联特征，要求在一定空间范围内集聚更多科研主体，使科研活动保持较高强度，实现协同创新效应，科学类用地在城市用地功能结构占据绝对主导，占比往往接近或超过50%。例如，日本筑波科学城教研区包括城市中心区、居住区和教育研究区三个部分，其中教育研究区用地占比达到54%;韩国大德科学城科研机构用地占比达到47%(图2)。
在功能布局方面，适应现代科学发展交叉、分化和融合特征，构建以大科学装置为中心的科研设施集群，并集中布局在2－3km 2范围内，形成足够的科研强度。德国尤利希研究中心在物理与计算科学两个核心领域集聚了超级计算机、托卡马克实验装置等科技基础设施，并在此基础上布局顶尖研究中心，形成相互协作的产学研创新生态系统。法国格勒诺布尔科学城发挥大科学装置集聚优势，以欧洲同步辐射光源(ESRF)为核心，围绕微电子科技、生物技术和新能源等领域布局一系列基础研究平台、企业研发中心，实现各创新主体之间更加紧密的空间联系(图3)。
科学城建设核心在于科学，而品质则在于“城”的功能配置，体现为城市功能的完整丰富以及对科研功能的高效支撑与空间匹配。日本筑波科学城在城市几何中心布局综合服务中心，有效服务南北两个主要研发教育区域。法国萨克雷科学城科研用地沿轨道交通环线分散布置，结合每个科研用地均建设有完整的居住生活设施，并以大尺度的生态空间连通工作区与生活区(图4)，保障科研人员便捷的工作、生活与休闲需求。
1.2.3 人口特征呈现高知性、流动性与国际化
科学城创新活力和持续影响力的保持，需要广泛的国际合作和人才交流活动，吸引大量来自全球的访问学者、学术交流人员等，人口构成表现出较强的年轻化、高知性、流动性和国际化。例如，美国国家实验室作为典型的科研设施集中区域，流动科研人员是正式员工的近两倍，其公共服务保障也更强调高品质和国际化特征，适应不同国籍、文化、信仰背景的科研人才服务需求。
1.2.4 运营管理需要持续性资金投入和漫长的培育迭代
基础研究具有基础性、体系性、累积性和衍生性特点，所诞生的科学发现与产业之间需要经历不同技术就绪水平(Technology Readiness Level)才能支撑所在区域的经济增长(图5)，其发展建设往往需要政府大规模的资金投入以及繁杂的协调组织和管理能力。
同时，重大科技基础设施是探索未知世界、发现自然规律的大型复杂科学研究系统，是国家创新体系的中坚力量，资金投入高，建设周期长，根据基础设施建设、创新链成长以及运营管理等方面的发展变化，科学城建设可分为四个阶段:起步期、成熟期、转型期、提升期(图6)，从起步建设到完成转型发展通常需要20—30年左右的时间，并与区域整体经济发展和城市大事件带动紧密相关。
在科研设施使用周期方面，随着科学发展和科研技术不断突破，科研设施必须进行更新迭代、持续升级。例如，在物质、材料、生命等领域广泛运用的同步辐射光源设施，从第一代光源诞生至如今第四代光源产生，平均每20年就面临一轮迭代(表4)，需要为科研装置升级留足空间，也要求城市配套服务功能建设时序与科学装置建设周期相互协调。
No.2
科学城规划建设经验总结
2.1 科学城建设的积极成效——引领创新驱动发展
作为促进原始创新发展的空间载体，科学城积极发挥了集聚科教资源、引领基础科学研究突破发展的重要作用，为所在地区和国家建立了高能级人力资源优势，提升了科技创新能力和国际影响力。韩国大德科学城在建设之初以研究型大学和科研机构为主体，随着科研活动日益强化，逐步布置研发中心、风险投资等创新要素，科学链条从基础研究发端不断延伸至高新技术制造，影响扩大至整个区域，最终形成产学研住一体的创新活力城区(Daedeok Innopolis)(图7)。
2.2 科学城发展面临的问题与挑战——服务支撑薄弱、弹性应对不足
2.2.1 配套服务能力不足，城市缺乏活力
在科学城发展前期，由于选址远离城市中心区，城市服务使用主体从规模到构成不能充分支撑大规模的公共服务设施，短期内难以积累成熟完善的配套服务体系。而相对滞后的服务保障能力成为掣肘科学城发展活力的影响因素，进而降低区域吸引力与竞争力。例如，硅谷地区由于城市公共服务资源的相对薄弱，面临着来自旧金山、纽约等中心城市的挑战，后者在创新应用平台、科技服务资源、生活场景等方面提供了无与伦比的优势和资源。
在城市经营管理方面，由于高度依赖政府投资，采用政府垂直管理，创新转化相对薄弱，与城市经济发展关联度低，科学城建设在消耗土地资源的同时，并未直接促进地方经济发展和城市服务品质提升，往往容易激化与地方政府的矛盾。
2.2.2 交通基础设施支撑不足，产生“科学孤岛”问题
日本筑波科学城在建设初期因急于建立一个独立于东京的科学新城，按照职住均衡的理念，引导科研人员能在科学城扎根生活，未及时配套建设快速铁路系统。而科研工作高频率的学术活动往来对快速交通出行需求强烈，在轨道交通缺乏的状态下，筑波科学城一度成为了“科学孤岛”，非但没有形成预想的职住关系，反而提高了小车出行的比例，进而导致交通拥堵和交通事故等一系列城市问题。对于科学城而言，尤其是远离城市中心区的科学新城，尽管鼓励引导职住平衡的做法，但也要客观认识到科学城高度国际化、开放化对于便捷公共交通体系的需求特点，在引导合理通勤关系和保障高效科学交流活动之间找到平衡点。
2.2.3 发展弹性应对不足，阻碍科学城长远持续发展
科研装置是科学城建设的重中之重，科学城建设初期往往大规模兴建科学装置，快速形成相对完备的装置集群，但过快的设施建设导致城市土地大量投放，在缺乏科学引导的状态下，空间资源被迅速占满，进而导致两种结果:一类是城市范围不断扩大，寻求临近地区补充土地资源，虽然满足了装置建设，但也造成了城市空间无序扩张。另一类是城市土地资源匮乏，无法满足科研装置升级或者新增建设需要，阻碍了科学城发展迭代。美国的三角研究园区在建设之初，采用了粗放的土地使用方式，一次性出让过多的土体给各科研主体，导致后续发展空间不足、腾挪余地匮乏等问题。
No.3
北京怀柔科学城的规划探索
3.1 怀柔科学城建设背景
北京怀柔科学城位于北京北部生态涵养区，选址在怀柔、密云两区的山前平原地带，与北京中心城区距离约50km。怀柔科学城建设是落实新版城市总体规划战略定位，强化首都科技创新中心的重要战略举措，依托北京怀柔综合性国家科学中心(图8)目标建成与国家战略需要相匹配的世界级原始创新承载区，旨在提升我国在基础前沿领域的源头创新能力和科技综合竞争力。
3.2 怀柔科学城规划探索
基于国家战略的高点地位和地区创新资源内生动力，围绕科学、科学家、科学城，在功能体系、空间配置、设施支撑以及生态建设等方面提出响应科学城需求、彰显科学城特色的规划创新策略。
3.2.1 构建促进原始创新的科学功能体系
以促进原始创新发展作为规划的出发点，以推动引领性创新成果和重大科研突破产生为目标，围绕物质、信息与智能、空间等科学方向，构建从基础研究、应用研究、科技成果转化到创新型产业的完整创新生态链条(图9)，强调科学装置、大学、龙头企业等优势要素的枢纽平台作用，通过知识及信息的互动和共享，既保障基础研究的有效推进，同时引导科研转化与城市产业发展相互耦合，使科学发展成为城市建设的助推动力。
着力强化大学的“活水源头”作用是怀柔科学城保持城市活力和提升科学发展水平的重要抓手，规划积极引入研究型大学、国际化顶尖研究学院等高校智力资源，保证科学研究人才资源的同时，也为城市发展注入持续的创新活力。
3.2.2 保护卓越生态环境品质，塑造怡人的城市空间尺度
怀柔科学城生态本底优越，规划范围内蓝绿空间占比达到60%，规划突出强调良好的生态环境对城市发展的带动作用，前瞻性运用国土空间规划思维，将非建设空间作为重要的功能组成纳入到总体结构框架，推动山水林田湖草生命共同体整体治理。针对规划范围内大范围的农林地区，提出保农田、营密林、净水网、创景观、增效益五大设计策略，在田园中植入科学与人文艺术功能，提升生态环境品质的同时为非建设空间注入更加丰富的活力要素。
友好的城市空间尺度与氛围是城市魅力重塑的关键因素，怀柔科学城注重开放性对于城市活力的巨大推动作用，避免传统“科研大院”产生的城市封闭感，提出尺度宜人的开放街区设计方案，基于功能需求特征，弹性加密街坊道路，使路网密度大于12km/km 2。同时，提高空间功能的复合性，通过合理用地功能配比，为科学研究和其他社会活动提供多元化的场所空间，为人与人的交流创造更多可能性。
3.2.3 为科研人群提供高品质、国际化的城市服务保障
聚焦科研人群国际化、年轻化的特征以及科研工作持续专注、活跃交流的需求，规划以高品质工作生活为中心，构建国际一流的科研生活环境及创新创业平台，通过打造高品质生活环境、舒适的科研环境以及国际化价值输出环境，提升城市的艺术氛围，实现园区、校区、社区的服务开放共享。同时，提升城市工作生活的融合度和便捷度，构建步行可达的15分钟工作生活圈(图10)，实现步行15分钟时间既能享受到便捷的社区生活服务，也能快速到达科研装置、学术中心、商务中心等工作场所。
3.2.4 留足弹性，构建与科学共同生长的城市
充分应对科学发展的不确定性，在借鉴国际经验、梳理资源本底基础上，建立用地类型弹性转化机制，提出科学类用地的功能构成和总体占比，在保障用地总比例前提下，科学类用地可以按需灵活转化为科研用地、高等院校用地和多功能用地，保障科学功能的实现，并在规划集中建设区范围内划出一定比例的战略留白区，严格管控土地投放时序，为科学城的长远发展留出空间。
No.4
结语
科学城建设是我国城镇化进程推进过程与国家科技发展进程的历史性交叠，承担了实现国家原始创新突破以及区域创新驱动发展的双重职能。作为一类具有特殊功能的城市类型，科学城建设目标是形成完整的科学链条体系、集聚高层次科研人员群体，但城市作为一类复杂的巨系统，其建设本身便充满问题与挑战，科学城建设更加值得深入探讨与研究。本文以科学城为研究对象，正是基于科学城广泛建设的时代背景，从明晰科学城的定义、把握科学城的特征入手，以案例研究为依托，多方面探讨科学城规划建设的要点，旨在推动科学与城、科学与人更好融合，在以科技创新为发展动力的新时期，使科学城成为城市高质量发展的一类典范。科学城建设方兴未艾，有关科学城规划建设的经验积累与思考创新仍需要进一步集思广益。
