美国国家实验室大型科研设施建设对中国的启示
——以国家高磁场实验室为例
冯伟波1，周 源1，周 羽2
(1.清华大学公共管理学院；2.清华大学中国工程科技发展战略研究院，北京 100084 )
摘要： 通过不同视角剖析美国国家高磁场实验室(National High Magnetic Field Laboratory)的管理体制，并从人员管理、经费管理、开放共享、产学研合作等多个方面考察其运行机制，对依托大型科研设施的我国国家实验室的建设提供借鉴和参考。
关键词： 国家实验室；大型科研设施；高磁场实验室
1研究背景
当前，我国国家实验室建设正迈入新的发展阶段，有关实验室的具体管理模式与运行机制的探讨也引起了学术界的重视[1-5]。其中，依托大科学装置和大型科研设施进行国家实验室建设成为当下讨论的热点之一[6-8]，我国近期规划与建设中的若干综合性国家科学中心正是这一趋势的重要体现[9]。而美国在运营大科学装置上积累了丰厚的实际经验，因此值得我们去深入探究并学习其成功之处，但现有文献中仍缺乏充足的案例分析[10-11]。笔者(之一)曾长期工作于美国国家高磁场实验室(以下简称“高磁场实验室”或“实验室”)，对国外大科学装置的详细运作模式有着切身的体验。本文将以此为契机，通过对高磁场实验室管理体制与运行机制的剖析，探寻我国国家实验室发展可能的新的启示1)。
2国家高磁场实验室的管理体制
与能源部下属的17个大型国家实验室及其附属科研设施不同，美国国家高磁场实验室(NHMFL)是在国家科学基金委(NSF)与佛罗里达州政府联合支持下建立的、专注于前沿基础科学发展的大型科研设施。实验室由佛罗里达州立大学(FSU)、佛罗里达大学(UF)和能源部的洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)三方共同运营。1989年，在佛罗里达州政府的支持下，三方科学家向国家科学基金委共同提交了一份关于“建造一座专注于高磁场相关研究的、跨学科的国家实验室”的申请书，在击败了来自麻省理工学院(MIT)的竞争(MIT曾力主升级现有的Francis Bitter磁场实验室的方案)后，国家科学基金委批准了申请。1994年秋，全新的国家高磁场实验室在塔拉哈西(Tallahassee)市落成。
从宏观管理架构上看，高磁场实验室的运营由一个单独的科学理事会(Science Council)统筹规划，见图1。科学理事会主要由佛罗里达州立大学、佛罗里达大学和洛斯阿拉莫斯国家实验室的学者以及管理者抽调组成，涵盖了各部门的主要领导者。其功能在于制定实验室的总体科研日程和规划，同时作为最重要的内部顾问组织，在重大科研议题和实验室发展相关的讨论上负责给出指导性的意见和建议。例如，实验室以科学理事会为首脑每隔五年会向国家科学基金委提出未来一段时期的科研方向规划，从而确保高磁场实验室在前沿科学领域的领导地位。
图 1国家高磁场实验室的基本管理架构
此外，在具体事务管理上面，实验室还受到两个外部的委员会组织监督和协助运作。其中，用户委员会由使用高磁场实验室各个不同项目设施的科研人员选举组成，同时各用户项目设施下也会设置相应的下属委员会，其人员配置并不局限于上述三方机构。用户委员会的基本职责是对任何与项目设施有关的议题提供意见和建议(包括使用过程中遇到的问题)。外部顾问委员会则广泛地来自于学术界、政府以及工业界。他们在实验室的重大宏观议题和管理上通常会给出旁观者的意见，对实验室的整体发展有一定的影响力。
从内部管理架构上看，高磁场实验室实行主任负责制，其领导受到实验室主任/首席研究员(Director/Principle Investigator)、副主任(Deputy Director)以及首席科学家(Chief Scientist)三者的共同承担。高磁场实验室作为全美唯一的高磁场领域相关、跨学科的大型科研设施平台，是面向全球、且对所有有资格的科学家和工程师开放的。为方便科研人员使用，实验室为高磁场研究不同领域分别提供了尖端的设施，一共有7个用户项目(User Program/Facility)：直流磁场设施、脉冲磁场设施(位于洛斯阿拉莫斯国家实验室)、强磁场低温设施(位于佛罗里达大学)、电子磁共振设施、核磁共振设施、先进磁共振成像/波谱(位于佛罗里达大学)以及离子回旋共振设施。每个项目及其设施都有各自的项目主任(Facility Director)负责。同时作为补充，实验室设有若干室内研究组：材料与凝聚态科学组、地球化学组和低温组，这些研究组关注前沿理论与技术上的突破，同时充分利用实验室的7个用户设施进行跨学科研究。此外，以相对独立的下属机构/单元来分，除了位于佛罗里达大学和洛斯阿拉莫斯的两个园区外，高磁场实验室还配有应用超导中心、磁体科技部门和科学仪器与运作部门，主要为实验室的磁体建造提供强大的支持。在组织上这些机构都有各自的附属实验室主任、以及完整的功能和结构。
（3）城乡规划教学方式与内容面临的调整。现有的课程讲授“重理论轻分析”，无法应对大数据时代带来的变化与挑战。现有课程讲授以理论概念及运用为主，对信息数据的缺乏分析，对如何在调研数据基础上推导出的理论缺乏相应讲解，对数据分类、处理以及分析的技术手段与方法缺乏相关课程培训，导致学生在面对新问题时束手无策。
3国家高磁场实验室的运行机制
高磁场实验室在佛罗里达州立大学、佛罗里达大学和洛斯阿拉莫斯国家实验室分别设有三个园区，分管不同的科研任务。其中总部位于佛罗里达州首府塔拉哈西市西南角的创新园区(Innovation Park)内，毗邻佛罗里达州立大学。洛斯阿拉莫斯国家实验室则承担了脉冲磁场相关的科研任务。而在塔拉哈西市240km外的盖恩斯维尔，佛罗里达大学分担了一部分磁共振成像/波谱与强磁场低温设施的建设工作。三方各司其职，服从高磁场实验室的整体运行机制。
党的十一届三中全会召开后，不待申诉，时任湖南省委领导批示有关部门重新审查对汤甲真的原错误处分，于1979年平反。
3.1 人员管理
值得一提的是，高磁场实验室还会主动额外成立由实验室人员(包括教职员工、学生)组成的非营利性公司，例如佛罗里达州立大学磁体研发公司，以帮助实验室发展。其主要职责是为高磁场实验室或其他科研机构提供磁体系统的设计、研发、建造和测试服务。目的在于通过合同、经费以及其他来源的收入来促进和鼓励教职员工和学生的工作。这种多样化的产学研合作机制确保了高磁场实验室在运行过程中能充分利用到各方资源，使得其发展潜力得到最大化。
(1)形成真正的国家级实验室必须要有自己独特的、世界领先的且能够成体系带动基础学科发展的大型科学装置。基础科学研究对于整个国家的科技体系建设的促进与推动作用是无庸置疑的[12]，而国家实验室在基础科学研究上的突破很大程度上依赖于其特有的大科学装置的有无。国家实验室通过大型科研平台天然地汇集人才和资源，从而形成集聚效应，反过来推动国家实验室成为科技创新的突破点。以高磁场实验室为例，其初期的发展是以纯粹的设施建设为导向的，其目的在于建造一个全美乃至全世界顶尖的高磁场研究设施的基地(事实上后来实验室打破的一系列记录也印证了这一目标的达成)，因此吸引了海量的优秀人才。同时由于高磁场研究属于基础物理科学范畴，其应用会广泛地辐射到其他学科中，例如生物、化学、工程、材料、医学等等，在此机制下实验室逐渐发展出门类齐全的设施及对应的研究组。最后，科研人员通过集中使用高磁场实验室的设施，也使得学科内以及学科间的交流更加方便有效。
3.2 经费支持与实验室规划
高磁场实验室经费主要来自于美国国家科学基金委材料研究部门，此外还会获得佛罗里达州政府以及美国能源部相当大的支持。高磁场实验室的三方管理者每五年会向国家科学基金董事会申请合同续约，董事会同意之后会批准国家科学基金委签署和约，在这过程中同时会确定下一个五年的经费数量。以2018年签订的合约为例，国家科学基金委在未来五年将继续投入约1.85亿美元(相较往年约10%的增长)。佛罗里达州政府对高磁场实验室的支持也成为了联邦与地方政府合作的典范：2017年佛罗里达州政府共注入约1 200万美元，占实验室年度经费的22%。
为了更灵活地管理和使用分拨下来的经费，高磁场实验室内部设立了各种支援项目以支持新人科学家和访问学者。例如，在国家科学基金委的指导下，高磁场实验室同时还成立了一个内部经费项目，称之为用户协作经费项目。这个项目通常资助的是一些短期的(1～2年)、小型的科研计划，例如科研人员的一些短平快的、稍微激进但意义重大的研究想法。此外，新进教职和科研岗人员也是该项目的重点支持对象之一。设立用户协作经费项目的目的之一也在于鼓励实验室内部人员和外部的设施使用者建立良好的合作关系，从而为扩展经费来源、拓宽经费申请渠道打下良好基础。
3.3 开放共享机制与产学研合作
(2)开放共享的特性对于国家实验室的建设至关重要。相当数量的国家实验室的管理是由其附属的大学或研究机构承担，但实验室不应被当作是大学或研究所的私有设施，而应成为面向所有合格使用者开放的平台。事实上，建立一个常态化、有活力的科研人员流动机制和实验设施共享机制是必要的。美国国家高磁场实验室在这方面值得注意的在于：它不仅仅为实验室常驻人员(如佛罗里达州立大学的学者)提供了科研的场所，还为实验室或学校外部的、存在短期实验设施使用需求的科研人员提供了一个良好的、开放的平台，使得他们能够不受阻力地加入到国家实验室的科研环境中来。在这种管理模式下，实验室不再是一个简单的校内或所内研究组的集合，而是一个开放共享的实验平台的集成(例如高磁场实验室的7大用户设施与附属机构)。对于我国的实验室建设而言，做到这一点务必要从顶层设计上打破体制壁垒，从源头上确保实验室的科研活动的顺畅流通。
在区域贡献上，高磁场实验室因其自身丰厚的技术资源而在当地孵化了若干商业衍生公司。例如有专门服务于磁体建造技术的，也有专注于材料处理和数据分析的。这些公司皆由实验室(前)工作人员所创立，其目标客户也主要面向高磁场实验室或其他同类型实验室。
在推进自身建设的过程中，高磁场实验室一直积极寻求和外部的合作关系。得益于实验室开放且齐全的用户项目以及不同学科间的交叉融合，这种合作关系是庞大且复杂的。在工业界，实验室在设备采购与维护、磁体建造、科学研究、科研成果应用等多个方面和全国乃至国际上的企业进行了广泛的合作与交流。同时实验室和其他大学、国家实验室和国际上的研究机构在教育以及科研上也保持着紧密的联系。截止到目前，共有100多家不同领域的产学研单位和高磁场实验室建立起了合作关系，实验室也因此得以吸收整合多方优势资源，同时充分地发挥自身长处，在技术转移以及成果转化方面收获显著。
整个实验室的运作管理则由主任办公室(Office of The Director)负责，其包含了商业协调、人力资源、项目管理、对外交流等一系列功能，见图1所示。特别地，在主任办公室和附属实验室的基础上，高磁场实验室设立了管理委员会组织，以星期为单位负责实验室的整体运作，特别是一些重要议题的讨论。此外在执行层面上，纳入各用户项目负责人，成立执行委员会，以月为单位负责讨论实验室运作中的具体问题，例如涉及到各个用户设施的管理。由于高磁场实验室在基础科研上强调跨领域多学科的特征，因此在大型的学科或重要方向上也实行首席科学家制度，例如在化学/生物学、材料学以及离子回旋共振领域都设有各自的学科带头人。
2017年高磁场实验室共有员工715人。实验室的主管人员以及各分支机构、项目的负责人绝大部分由运营的两所大学以及洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家和教职人员同时担任。在实际管理上，考虑到实验室研究中的深度学科交叉特性，每个人可以承担不同组的多个研究身份，例如：一位佛罗里达州立大学的教授可以同时是直流磁场设施和凝聚态科学组的负责人。除此之外，实验室也会招收一定比例的专职科研与管理人员以维持实验室的正常运作(通常在编制上也是学校的员工)，占比约16%(2017年数据)。员工中39%为博士后、研究生以及本科生。这在一定程度上体现了实验室在吸纳年轻血液上的活力。但是对于整个实验室来说，其人员不仅仅是当地大学和国家实验室的，更多的是来自于全世界各地的使用者。以2017年为例，实验室共接待了来自324个机构(173个国内/151个国际大学、实验室、公司)的1 809名使用者，包括480名学科带头人。这种开放包容的姿态对推进高磁场实验室发展、持续保持该领域领导地位起到了至关重要的作用。
4我国国家实验室建设的若干思考
正如前文所提到的，东盟国家城市化进程中一个非常显著的现象就是首都“一极化”现象，所谓首都“一极化”就是人口和资源过度集中在首都。以泰国为例，2010年泰国首都曼谷人口为828万，而泰国第二大城市清迈人口为15万，首都人口竟然是第二大城市的55倍。并且东盟各国首都在该国经济中占比过大，因此有可能对本文的研究结果产生干扰。基于这一考虑，笔者将各国首都从样本中剔除，然后重新进行了回归，回归结果见表8。
高磁场实验室的开放性主要体现在其下属7大用户设施的开放共享机制上。全世界各国的科学家都可以通过实验室的在线系统申请用户设施的使用时间。同时，各用户项目内部也有专门的用户申请审核委员会对申请进行匿名的同行评议，并根据其科技价值与可能的影响将申请分为三个层次：优、中、差的评分。一旦获得“优”的评价，用户设施主任将根据现有的设施使用计划以及实验条件为申请者提供具体安排。最终的批准仍需经过高磁场实验室主任的认可。
(3)国家实验室在管理上应最大程度地保持实验室本身的科研独立性，以高磁场实验室为例，美国国家实验室与其他大型科研设施在管理上通常采用政府所有、合同制管理(Government Owned/Contractor Operated即GOCO)的模式[8]，这种模式的好处在于切实避免了外行指导内行的弊端，即科研与行政的解耦：政府主要负责经费的审核，以及召集合适的人员(董事会)进行同行评议，同时对国家实验室合同做最终决议。而实验室内部管理机构则能够专注于本职科研任务，负责实验室的科研发展方向的起草、建议工作，以及实验室科研活动的具体管理。高磁场实验室及其用户项目、附属机构的历届带头人无一不是活跃在各自领域的优秀科学家，他们的意见决定了实验室的布局与运行方向。这种独立性能够使实验室的发展尽可能低程度地受到外界干扰，从而能更加专注学术上的钻研，实现国家实验室在推进国家科技发展中的核心作用。
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明确监督主体职责，对监督明确定位，提高监督管理成效有着积极促进作用。在实践中，应加强分析各监督网络活动，确保各职责得以管理，为税收、监督等制度完善夯实基础。加强各主体责任分析，实现税收有效控制，以提高税收监督成效。除此之外，还需加强税收内外监督，以规范工作人员行为。通过规章制度，以管理内部工作，促使监督机制有效落实。首先明确主体责任，基于税收监督体系角度分析，应明确各主体的义务、责任，提高岗位工作效率。其次认知政府责任，加强各种预算模式规划，以有效履行政府职责。
注：
1)未经特殊说明，本文中所引用到的数据以及名称细节均来自于高磁场实验室官方网站https://nationalmaglab.org，所有资料均为公开。
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Enlightenment from Management of United States ’Large Scientific Infrastructures :a Case of NSF User Facilities
Feng Weibo1, Zhou Yuan1, Zhou Yu2
(1. School of Public Policy and Management, Tsinghua University;2. China Institute for Engineering Development Strategy, Tsinghua University, Beijing 100084, China)
Abstract :This article is presented as a case study of one of the most famous NSF user facilities: the National High Magnetic Field Laboratory(NHMFL). It aims to go through a thorough analysis of the laboratory’s managerial systems from different perspectives. In addition, it observes NHMFL’s operating mechanism in various aspects including funding management, human resource management, opening & sharing mechanism, and the triple helix of laboratory-industry-university interactions. The purpose of this research is to serve the above case as a typical example of such large scientific facilities, and shed new light on the endeavors of building China’s own national laboratory systems.
Key words :National Laboratory; user facilities;NHMFL
收稿日期： 2018-10-15，修回日期： 2018-12-19
基金项目： 国家自然科学基金项目“支持技术预见的多源异构大数据融合与时序文本预测方法研究”(91646102)；国家自然科学基金项目“面向2035的中国工程科技发展路线图绘制理论与方法研究”(L1624045)
doi： 10.3969/j.issn.1000-7695.2019.16.005
中图分类号： G644
文献标志码： A
文章编号： 1000-7695( 2019) 16-0037-05
作者简介： 冯伟波(1987—)，男，湖北荆州人，助理研究员，博士，主要研究方向为创新管理等；周源(1977—)，男，上海人，副教授，博士生导师，主要研究方向为科技政策、创新管理等；周羽(1961—)，男，福建福州人，教授，博士生导师，清华大学高技术实验室常务副主任，主要研究方向为科研管理。
标签：国家实验室论文; 大型科研设施论文; 高磁场实验室论文; 清华大学公共管理学院论文; 清华大学中国工程科技发展战略研究院论文;