工程科技是改變世界的重要力量，工程前沿是工程技術(shù)未來方向的重要指引。自2017年起，中國工程院聯(lián)合科睿唯安公司、高等教育出版社組織開展了“全球工程前沿”研究項(xiàng)目，期望能匯聚全球工程科技人才的智慧，研判全球工程研究和工程開發(fā)重點(diǎn)前沿，把握全球發(fā)展戰(zhàn)略機(jī)遇，為人類應(yīng)對(duì)全球挑戰(zhàn)、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供行動(dòng)參考。

2019年度全球工程前沿研究繼續(xù)依托中國工程院各學(xué)部及院刊主刊和各分刊，以數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)，以專家研判為依據(jù)，遵循定量分析與定性研究相結(jié)合、數(shù)據(jù)挖掘與專家論證相佐證、工程研究前沿與工程開發(fā)前沿并重的原則，凝練獲得93項(xiàng)全球工程研究前沿和94項(xiàng)全球工程開發(fā)前沿，并分別選取28項(xiàng)進(jìn)行詳細(xì)解讀。

一、研究方法

2019年度全球工程前沿在專家為核心、數(shù)據(jù)為支撐的原則下，采用專家與數(shù)據(jù)多輪交互、迭代遴選研判的方法，實(shí)現(xiàn)了專家主觀研判與數(shù)據(jù)客觀分析的深度融合，在具體研究方法流程上分?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)接、數(shù)據(jù)分析和專家研判三個(gè)階段。具體實(shí)施流程如圖1所示。

（一）工程研究前沿研判方法

圖1 全球工程前沿研究實(shí)施流程圖

工程研究前沿的基礎(chǔ)素材主要來自以下兩種途徑：一是基于對(duì)2013—2018年10817本期刊和24330個(gè)會(huì)議的大數(shù)據(jù)聚類分析，獲得備選工程研究前沿；二是基于需求牽引，由專家提名備選前沿。而后，構(gòu)建數(shù)據(jù)分析模型，對(duì)備選前沿進(jìn)行評(píng)估評(píng)價(jià)，再經(jīng)過近兩千份的問卷調(diào)查和多輪會(huì)議研討，遴選出93個(gè)工程研究前沿。

（二）工程開發(fā)前沿研判方法

工程開發(fā)前沿的基礎(chǔ)素材主要來自兩種途徑：一是基于Derwent Innovation專利數(shù)據(jù)庫構(gòu)建數(shù)據(jù)指標(biāo)，對(duì)各領(lǐng)域高影響力專利進(jìn)行文本聚類獲得專利地圖，專家從中解讀備選工程開發(fā)前沿；二是基于專家經(jīng)驗(yàn)和需求牽引，提名備選工程開發(fā)前沿。進(jìn)而通過對(duì)備選工程開發(fā)前沿的數(shù)據(jù)分析評(píng)估評(píng)價(jià)，再經(jīng)過近兩千份的問卷調(diào)查和多輪會(huì)議研討，遴選出94個(gè)工程開發(fā)前沿。

二、 2019年度工程前沿概況

（一）機(jī)械與運(yùn)載工程

機(jī)械與運(yùn)載工程領(lǐng)域所研判的Top 10工程研究前沿和Top 10工程開發(fā)前沿中新興前沿與傳統(tǒng)工程科技并駕齊驅(qū)，智能化、綠色化、微型化成為發(fā)展趨勢(shì)。（表1）

表1 機(jī)械與運(yùn)載工程領(lǐng)域全球工程前沿

（二）信息與電子工程

需求牽引成為信息與電子工程領(lǐng)域發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力，工程前沿也在應(yīng)用場(chǎng)景中不斷得以強(qiáng)化，同時(shí)大數(shù)據(jù)、人工智能引發(fā)的安全和治理問題也日益受到關(guān)注。（表2）

表2 信息與電子工程領(lǐng)域全球工程前沿

（三）化工、冶金與材料工程

化工、冶金與材料工程領(lǐng)域的Top11工程研究前沿和Top12工程開發(fā)前沿呈現(xiàn)出與信息、能源等領(lǐng)域交叉融合的趨勢(shì)。（表3）

表3 化工、冶金與材料工程領(lǐng)域全球工程前沿

（四）能源與礦業(yè)工程

能源與礦業(yè)工程領(lǐng)域研判的Top 12工程研究前沿和Top 12工程開發(fā)前沿，涵蓋了能源和電氣科學(xué)技術(shù)與工程、核科學(xué)技術(shù)與工程、地質(zhì)資源科學(xué)技術(shù)與工程、礦業(yè)科學(xué)技術(shù)與工程4個(gè)學(xué)科。（表4）

表4 能源與礦業(yè)工程全球工程前沿

（五）土木、水利與建筑工程

土木、水利和建筑工程領(lǐng)域工程前沿涉及結(jié)構(gòu)工程、建筑設(shè)計(jì)及其理論、土木工程材料、城市規(guī)劃、橋梁工程、地下與隧道工程、水工結(jié)構(gòu)工程、攝影測(cè)量與航天測(cè)量、水文學(xué)與水資源、交通規(guī)劃等學(xué)科方向。綠色、低碳、節(jié)能、高效已成為本領(lǐng)域的發(fā)展重點(diǎn)。（表5）

表5 土木、水利與建筑工程全球工程前沿

（六）環(huán)境與輕紡工程

環(huán)境與輕紡工程領(lǐng)域研判的Top 10工程研究前沿和Top 10工程開發(fā)前沿涉及環(huán)境科學(xué)工程、氣象科學(xué)工程、海洋科學(xué)工程、食品科學(xué)工程、紡織科學(xué)工程以及輕工科學(xué)工程6個(gè)學(xué)科方向。（表6）

表6 環(huán)境與輕紡工程領(lǐng)域全球工程前沿

（七）農(nóng)業(yè)

農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的Top 10工程前沿涉及農(nóng)業(yè)作物、植物保護(hù)、畜牧獸醫(yī)、農(nóng)業(yè)裝備、資源利用等學(xué)科方向。（表7）

表7 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域全球工程前沿

（八）醫(yī)藥衛(wèi)生

醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的Top 10工程研究前沿和Top 10工程開發(fā)前沿，涉及基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、醫(yī)學(xué)信息學(xué)與生物醫(yī)學(xué)工程、藥學(xué)、公共衛(wèi)生與預(yù)防醫(yī)學(xué)等學(xué)科方向。（表8）

表8 醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域全球工程前沿

（九）工程管理

在工程管理領(lǐng)域的Top 10工程研究前沿中，工業(yè)4.0下的可持續(xù)發(fā)展研究、機(jī)器視覺驅(qū)動(dòng)的施工管理、基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)韌性為重點(diǎn)解讀的前沿。在Top 10工程開發(fā)前沿中，面向工程管理的可視化技術(shù)、面向工程安全的預(yù)警技術(shù)與方法、面向工程管理的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)為重點(diǎn)解讀的前沿。（表9）

表9 工程管理領(lǐng)域全球工程前沿

（十）國際比較

在93項(xiàng)工程研究前沿中，美國有9個(gè)研究前沿的影響力（第一作者核心論文篇均被引）排在全球首位，這些前沿分布在6個(gè)領(lǐng)域。中國有7個(gè)研究前沿的影響力排在全球首位，如表10所示。其中美國在機(jī)械、信息、醫(yī)藥衛(wèi)生、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、工程管理等工程研究領(lǐng)域擁有優(yōu)勢(shì)。如：拓?fù)鋬?yōu)化的設(shè)計(jì)與制造一體化、信息安全與保護(hù)、可再生能源、智能電網(wǎng)、納米材料、林業(yè)遙感監(jiān)測(cè)、類器官應(yīng)用、基于單細(xì)胞測(cè)序的疾病分型等。我國在化學(xué)固氮（化工領(lǐng)域）、膜反應(yīng)器（化工領(lǐng)域）、食品中有害物快速篩查與智能判別新技術(shù)（環(huán)境與輕紡領(lǐng)域）、人工誘導(dǎo)產(chǎn)卵（農(nóng)業(yè)領(lǐng)域）、物流、貿(mào)易和海運(yùn)管理、能源互聯(lián)網(wǎng)分析與研究（管理工程領(lǐng)域）等研究前沿?fù)碛袃?yōu)勢(shì)。

在94項(xiàng)工程開發(fā)前沿中，美國有14個(gè)開發(fā)前沿的影響力（第一專利權(quán)國家篇均被引）排在全球首位，這些前沿分布在7個(gè)領(lǐng)域。我國有6個(gè)開發(fā)前沿的影響力（篇均被引）排在全球首位，排在美國、瑞士后面，與英國并列，如表11所示。其中美國在機(jī)械、信息、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境、化工、工程管理等工程開發(fā)領(lǐng)域擁有優(yōu)勢(shì)，具體而言，如高超聲速飛行器推進(jìn)系統(tǒng)、無人駕駛、智能車輛、云計(jì)算、膜分離、生態(tài)修復(fù)技術(shù)、可穿戴電子器件、工程管理可視化等。中國在船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)（機(jī)械與運(yùn)載工程領(lǐng)域）、物聯(lián)網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)技術(shù)（信息領(lǐng)域）、煤炭安全智能精準(zhǔn)開采技術(shù)（能源與礦物工程領(lǐng)域）、智慧物流管理系統(tǒng)（管理領(lǐng)域）等開發(fā)前沿?fù)碛袃?yōu)勢(shì)。

三、展望

2019年度項(xiàng)目在前兩年項(xiàng)目實(shí)踐的基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)分析，挖掘前沿備選種子；基于需求牽引，提名備選前沿；實(shí)施科學(xué)計(jì)量分析，評(píng)估評(píng)價(jià)備選前沿；開展問卷調(diào)查與專家研討，匯聚思想，研判獲得全球工程前沿。但洞察未來科技發(fā)展趨勢(shì)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要有科學(xué)的方法體系與長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略眼光。工程院將繼續(xù)同廣大科技工作者一道，不斷優(yōu)化前沿識(shí)別方法技術(shù)，提高工程前沿研判的精度，為支撐國家戰(zhàn)略規(guī)劃決策、指引工程科技發(fā)展提供智力支撐。

表10 擁有工程研究前沿最高影響力的前十個(gè)國家或區(qū)域排名

表11 擁有工程開發(fā)前沿最高影響力的前十個(gè)國家或區(qū)域排名