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在布局上，三线建设以“立即要打仗”为假设前提，实施了“靠山、分散、隐蔽、钻洞”等方针，把每个工厂，甚至每个车间都规划建设得极为分散，有的甚至采取了“村落式”、“瓜蔓式”、“羊拉屎”式布局。贵州的飞机部件装配厂分散布置在9平方公里的庞大范围内，仅锅炉房就有10个。以这种游击战、备战化的方法进行工厂建设，低效率、高投资是可以想见的。
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由于三线建设是计划经济下的产物，上马十分匆忙，规模非常庞大，加上政治动荡、管理混乱等原因，浪费和损失很惊人。据测算，在1966～1978年的12年中，三线项目的损失、浪费及不能发挥效益的资金高达300亿元，占同期国家用于三线资金的18％以上。
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日后，很多领导三线建设的高级官员都从不同角度进行过反思。
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薄一波认为教训有四条：一，对战争的威胁估计过分；二，“散、山、洞”方针有严重的片面性；三，小三线也有很大的浪费——所谓小三线，指的是沿海一些省份也把重要工厂一分为二，往山沟沟里搬，造成生产经营的低效和浪费；四，积累率偏高，工业基建规模过大，使得积累和消费失调的矛盾进一步突出。
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三线建设期间担任物资管理部部长的袁宝华在谈及工厂选址和布局时说：一些工厂的厂址选择不当，厂子的布局不当，把车间给分散了，都跑到山沟里边去了，造成生产上很大的困难。另外，工厂一进山，就得自己养活自己，自己为自己服务，一个厂子就是一个小社会，什么都得管，厂子的负担相当重，成本很高。改革开放以后，这些三线企业根本留不住人了，因为这些地方学校的质量不好。工程技术人员们讲，自己无非献终身了，绝不能再献子孙，无论如何得离开这个地方给孩子的教育找个出路。最后这些工厂大部分都从山里边又搬了出来。袁宝华还以二汽的选址为例说：“最典型的就是第二汽车厂的建设，把这个汽车厂的车间分散到几条山沟里，脑袋上又顶了一个水库（指丹江口水库），造成生产上的困难，这些流程都不那么顺当，可是就当时来说，这是备战的需要。”
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正如袁宝华所描述的，进入20世纪90年代中期以后，随着国家战略调整，大量的三线工厂被废弃，所有员工及家属全搬到离工厂近200公里外省会城市的生活区生活。2008年，一个曾经参加过三线建设的摄影师陈家刚出版了一本《永远的三线》摄影集，他用镜头摄下了一幢幢被废弃的、尘雾缠绕中的三线厂房。他写道：“这些三线工厂地处大西南的深山沟里，当年国家投资几十亿元建设而成，有成千上万人在那里工作和生活。所有的三线工厂都一样，有派出所、学校、医院、邮局，完全是一个完整的小社会。可后来，那里如同一座座鬼城，只有极少数老弱病残的职工在守着那破旧而废弃的厂房。那成排的生活区家属楼空无一人，楼前杂草丛生，那些以前三线人栽种的苹果、梨树全无人管，任由它自生自灭。”
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废弃的三线工厂
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时任国家基本建设委员会主任的谷牧在《谷牧回忆录》中记叙了这样一件事情：到1965年底，主管经济工作的中央领导们已经意识到三线建设的某些弊病，邓小平、李富春（时任国务院副总理兼计委主任）率队对几处重要建设基地进行了考察，12月4日在昆明召开讨论会，谷牧准备了详细的发言提纲，提出了几个供研讨的命题，包括：“一二线有什么工厂，三线也要有”这个要求如何具体落实？建设在三线的工厂要搞到多大规模？“靠山”靠到什么程度，“分散”分到什么程度？哪些项目要“进洞”？三线建设中的轻重工业比例如何掌握？职工家属如何安排，队伍如何保持稳定？等等。
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谷牧回忆说：“我满心期望，这些问题经过讨论后，能得到明确指示，以便具体办理。哪里想到，会议只开了半天，下午就停开了。”停开的原因是，邓小平、李富春被紧急电召到杭州开中央政治局会议，国务院副总理、人民解放军总参谋长罗瑞卿大将突然被“打倒”了，政治气氛变得紧张起来。回到北京后，谷牧去见李富春，说：“昆明那个会什么时候再接着开，有许多问题等待着解决呢！”李富春沉默片刻，慢慢地说：“这桩事可能一时顾不上了。”
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后来的事实是，“这桩事”从此再也没有被顾上过。
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在对三线建设进行历史性审视时，还有一个十分重要的对比现象值得关注。
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自1964年以后，国家把大量资金投入三线地区，从而基本放弃了对东南沿海诸省的投资。据谷牧的回忆，1964年5月底的中央工作会议就决定，“沿海能搬的项目都搬迁，两年内不能见效的续建项目一律缩小建设规模；对沿海增加建设投资的要求一律顶住”。从此以后，浙江、广东及福建作为“台海战争的前线地区”，再没有重大的工业建设项目。到1978年之前，这三个省份得到的中央工业投资总共不到100亿元，相比较，仅甘肃一省，在三线建设时期就得到了155.53亿元的投资。这造成的结果是，东南诸省的国有工业经济长期徘徊不前，国营管制能力薄弱，民间经济比例略重。
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以浙江省为例，从1964年到1978年的十多年中，工业增加值年均增长率仅为1.8％，工业占国民收入的比重只上升了2.7个百分点。在工业总产值中，中央企业和大中型企业所占比重仅为2.6％和16％，比全国分别低了4.2和27.4个百分点，其产业结构呈现出“轻、小、集、加”（轻工业、小企业、集体工业和加工业）的特征。到1978年初，浙江的非国有工业已占到全部工业总产值的38.7％，居全国之首。
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1961年被赶回萧山老家的鲁冠球就是草根创业的典型案例。他后来回忆了自己在那段时期的经历：
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修自行车的生意很清淡，他看到家家吃大麦、小麦都要剥外面的壳，就联合几个人搞了一个粮食加工厂。虽然他们是农村加工服务社的社员，但个体经济那时很不好搞，工厂要用电，但没人给接。这里刚接上，那里又被拔掉。6年里，他的工厂换了7个地方。粮食加工做不好，他又去修自行车，修车做不下去，他去给农民做爆米花用的设备。
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再后来，不允许搞个人工商业，鲁冠球把所有的家底一共是1150块钱盘点好，连同账本、印章全部交给大队，然后领回来一块公社大队农机修配厂的牌子，这样算是搞集体工业了。资产归公后，他做的东西比以前多了起来，开始为钱塘江工程管理局服务，生产铁路上小轨道的零部件。这样一干又是三年。1969年的一天，一位在县城当干部的邻居告诉他，中央发了一份文件，说每个大队可以搞一个人民公社农机修配厂。鲁冠球马上打了报告，加入人民公社，工厂改名成宁围公社农机修理厂。这时他已经有了4000多块钱。很多年后，鲁冠球就把自己的创业之年定在了1969年。
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在江浙一带，像鲁冠球这样的工厂小作坊并不少见，它们如野草般自生自灭，在当时微不足道。谁会料到，在改革开放到来的时候，它们竟意外地成了体制优势者。为了发展地方经济，“手中无米”的沿海各省政府被迫依赖民间力量，而国有资本的羸弱，反倒为民营企业预留了成长的缝隙。相反，大型国营企业集中的东北、华北乃至三线各省，则首先要化解体制上的困扰，昔日的“投资重点”竟成了改革的“包袱”。此消彼长，斗转星移，这种极富戏剧性的优劣势转化，十分耐人寻味。
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如果说，从“吃穿用计划”到三线建设的战略转变让中国工业经济的格局再次发生变数，那么，就是在1964年，理论界也出现过一股重新认识价值规律的思潮。这似乎意味着，尽管包产到户的试验在1961年底被打压了下去，但是，对计划经济的反思却从来没有停止。
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打开头炮的是中国共产党的早期最高领导人之一张闻天（1900～1976，曾用名“洛甫”），他是1925年入党的老党员，曾在20世纪30年代当过中华苏维埃共和国人民委员会主席，一度主持中央日常工作。建国之后，他曾出任驻苏联大使，后被罢官，到中国社会科学院经济研究所当了一名“特约研究员”。1964年2月，时年64岁的张闻天写出《试论社会主义商品货币关系和价值规律的新内容》一文，鲜明地提出了新价值规律——积极倡导在社会主义社会中搞自由竞争。
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张闻天的文章显然鼓励了其他的思考者。5月，时任全国物价委员会主任的薛暮桥写了三篇关于价格问题的论文，提出粮食价格的购销倒挂问题，建议提高农村中返销粮的销售价格，提高到购销拉平，以此为突破口，理顺已呈僵化态势的物价体系。他日后回忆说：“我一直认为，在物价的计划管理体制下，价格往往背离价值，不利于调节各类产品按比例发展，达到供求平衡。我主张必须对物价进行调整。”6月，薛暮桥的论文在经济所进行了讨论，会上，孙冶方和顾准都赞同他的观点，顾准还专门写了《粮价问题初探》一文，主张提高粮价和煤价，降低人民币对外汇率。此外，杨坚白、张卓元及何建章等人也纷纷发表论文，主张以资金利润率作为评价社会主义经济活动的标准，以生产价格为基础定价。这些思想都聚焦于生产和流通领域的计划性弊端，市场和价格的自由化成为焦点。
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进入秋天，这股市场化的思潮受到了批判，极左理论家陈伯达、康生（时任中央书记处书记）组织了多场座谈会，对这些观点进行“清剿”。在这一过程中，孙冶方被锁定为最主要的批判对象，他是经济所的所长，而“自由化”言论大多出自该所。在过去的几年里，孙冶方不但保护了顾准、张闻天等人，还先后写了20多篇论文，论述计划经济与价值规律的关系，如《要用历史观点来认识社会主义社会的商品生产》、《论价值》、《社会主义计划经济管理体制中的利润指标》等。1962年，孙冶方与陈伯达就一些经济概念发生了书面争执，孙冶方认为，不应该在计划供应与凭证供应之间画等号，不要把集贸市场叫做“自由市场”。1963年底，孙冶方还在中科院哲学社会科学部委员会扩大会议上，专门作了一次关于利润问题的演讲。据经济学家刘国光的回忆，在演讲前，有年轻学者劝孙冶方别讲了，提醒他说：“你讲利润，人家会说是修正主义。现在还是不讲为好，风声已经这么紧了。”孙冶方淡淡地答：“风声是什么？我不是研究气象学的。”
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双方矛盾在《红旗》杂志社组织的一场座谈会上全面激化。
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在这次会议上，杨坚白、张卓元撰写的《生产价格论》等两篇论文遭到点名批判，发言者的调子越唱越高，“帽子”越扣越大，气氛十分紧张。孙冶方被点名务必参会，但没有安排发言。这时，坐在一角的他实在按捺不住，站起来大声说：“不要再批他们了，文章观点是我的，我来承担责任！我应战，我喜欢赤膊上阵。”
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接着，孙冶方操着一口浓重的苏南口音论述自己的观点：“许多国家，包括中国，从苏联承袭了一种观点，这种观点认为，价值规律与社会主义计划经济是对立的，相互排斥的，这种观点几乎已经形成了一种规范模式，严重束缚了人们对客观经济规律的认识和探索……”