劳伦斯伯克利实验室科研平台的启示

周勇义， 凌 辉， 张黎伟

(北京大学实验室与设备管理部，北京100871)

0 引言

科研平台是优质大型科学仪器及科研条件设施经梯次配置和整合优化而形成的科技基础条件，是进行高水平科学研究的重要支撑。科研平台的建设有别于单纯的、满足个别学科发展或课题组需要的仪器购置，带有明显的公共服务特征，其建设目的是支撑和带动一批相关学科的发展，是实现原始理论创新、重大技术突破的物质条件之一［1-2］。美国劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory，LBNL)拥有声名远播的先进光源、国家电子显微中心、国家能源研究科学计算中心、能源科学网络四大科研公共平台，为该实验室的高能物理、地球科学、化学科学、能源科学、环境科学、计算机科学、生命科学、纳米科学、材料科学、建筑科学等多个学科与课题组提供高性能、高精度、高灵敏、高稳定、高可靠的“五高”服务，使得实验室所取得的成果享誉全球［3］。LBNL的科研平台建设，堪称世界各国科研平台建设的典范，因此，研究探讨美国的优秀实验室特别是LBNL科研平台的管理体制和运行机制，借鉴吸收其先进经验［4］，有助于我国科研机构的科研平台的合理规划、建设及健康快速发展，是快速提高平台建设管理水平的有效途径。

1 劳伦斯伯克利实验室的卓越成就

在科学与工程研究方面，LBNL代表着“卓越”。实验室涌现出11位诺贝尔奖获得者(见表1)，57位美国科学院院士，13位获得代表美国科学研究最高奖项——国家科学奖的顶级科学家［3］，使得劳伦斯伯克利实验室世界闻名。

表1 实验室诺贝尔奖获得者及其贡献

LBNL隶属于美国能源部，其前身是物理学家奥兰多·劳伦斯(Ernest Orlando Lawrence)1931年创建的辐射实验室。实验室的前任主任是现任美国能源部部长的朱棣文先生，现任主任是保罗·阿里维萨托斯(A．Paul Alivisatos)。现有包括科学家、工程师以及研究生在内的4 200多位工作人员，18个研究所和研究中心，涵盖了物理、化学、天文学、地球科学、生命科学、能源科学、环境科学、计算机科学、纳米科学、材料科学等多个学科及交叉学科，特别是在建筑节能方面开展着卓有成效的研究，近年来在新能源技术，特别是地热能源、矿物燃料、太阳能及核聚变的发展方面取得了大量成果［3］，是全世界该领域首屈一指的研究机构。2005年1月至2011年1月的6年间，LBNL在顶级刊物上发表了一系列具有国际影响力的论文(见表2)，无愧于世界各国实验室的引领者。而在LBNL摘取辉煌成就的道路上，四大科研平台发挥了举足轻重的作用。

表2 近6年LBNL的论文发表情况

2 劳伦斯伯克利实验室的科研平台建设

奥兰多·劳伦斯确信，通过由具有不同专业背景个人组成的团队的共同工作，可以开展出色的科学研究。他于1935年成功研制世界上第一台回旋加速器，为以后LBNL的先进光源科研平台的构建奠定了强大的基础，使以前不可能进行的研究成为可能。他的团队协力概念和科研平台实践，是劳伦斯伯克利实验室的遗产，已经在基础知识和应用技术方面产生丰硕成果，并将影响长远。值得一提的是，2000年LBNL的国家资助经费突破4亿美元，2011年达到8．53亿美元，国家资助经费额度稳步上升(图1)，而每年一半以上的经费都用于科研平台的维护与发展［3］。顶尖的科学家、一流的仪器装备和稳健的经费支持，保证了LBNL的科研平台建设的世界领先水平。

图1 LBNL的国家资助经费

2．1 先进光源(ALS)

LBNL现有的先进光源(Advanced Light Source，ALS)是世界上紫外线和软X射线束流最亮的光源，也是在其能区内世界上第一台第三代同步辐射光源［5］。该装置作为美国的国家用户装置，作为LBNL的科研平台之一，为世界上各大学、工业部门和政府实验室的研究人员提供科研服务。ALS于1993年3月建成，同年10月投入运行，造价为9 950万美元，由美国能源部基础能源局提供全部经费支持。ALS的工作人员约210人，年访问研究人员和学生1 200多人［5］。2010财政年度运行经费4 900万美元，运行时间5 842．6 h。

ALS由直线加速器、增强器、储存环、束流引出、光束线、实验站组成，在X射线区产生的电磁谱光比太阳亮十亿倍［5］。这个非同寻常的工具为相关领域开展最先进的研究提供了前所未有的机会。科学家们利用它来研究物质的特性;分析样品，获得微量元素;探明原子和分子的结构;研究生物标本;了解化学反应;制造精微机器。正在进行的研究课题和技术包括:探测物质的电子结构、半导体、磁性材料、三维生物成像、蛋白质晶体学、臭氧光化学、X射线显微术、化学反应动力学、原子和分子物理及光学测试［5］。

2．2 国家电子显微中心(NCEM)

国家电子显微中心(National Center for Electron Microscopy，NCEM)是美国能源部的一个研究设施，为科研人员提供用于电子束微表征材料的主要资源［5］。该中心作为LBNL的科研平台之一，成立于1983年，当时拥有世界先进的100万W原子分辨显微镜和150万W高压电子显微镜，全部建设经费来自于能源部。近年来，新添了具有国际先进技术水准的1×10－10显微镜、CM200 FEG万能仪、自旋极化低能电子显微术、3010现场显微镜等显微仪器设备，并且匹配了相应的图像分析系统、文件信息块系统与样品预处理系统，特别是在透射电子误差校正显微镜(TEAM)的研制领域，处于全球领先地位［5］。

今天，电子显微中心的用户可利用不同的仪器，借助丰富的图像分析软件，获得准确详实的分析数据，帮助解释各种复杂的科学问题。电子显微中心自建立以来，不仅为实验室的物理、化学、地球科学、生命科学、能源科学、环境科学、纳米科学、材料科学等多个学科的科学家和课题组提供高水平服务，还在为支持数千名国内外的访问科学家所开展的重要研究中发挥了关键性作用。

2．3 国家能源研究科学计算中心(NERSC)

国家能源研究科学计算中心(National Energy Research Scientific Computing Center，NERSC)是美国能源部科学局基于大规模高性能计算机集群建设的主要科学计算平台。作为专为科学研究提供计算资源和专门技术全球最大的科研设施之一，NERSC是世界上通过计算加速科学发现的领导者［5］。2 000多名的计算科学家使用NERSC开展多个学科的基础科学研究，包括气候模拟、新材料研究、早期宇宙模拟、高能物理实验数据分析、蛋白质结构研究等。NERSC被称为世界上运行最佳的科学计算平台之一［5］，系统可靠、安全，并为最现代化的科学发展环境提供了不同用户需要的工具。NERSC同时提供智力支持，允许计算科学家进一步施展才能——在计算科学、性能调试、显示帮助、培训、用户化支持和其他服务方面提供咨询。

2．4 能源科学网络(ESnet)

能源科学网络(Energy Science net，ESnet)是一个为数千名能源部科学家和全世界的合作者服务的高速网络平台，其建设与维护经费主要由能源部科学局提供［5］。ESnet率先提供高带宽可靠连接，使国家实验室、大学和其他研究机构的研究人员彼此进行联系，充分利用资源，发挥合作能力，致力于一些世界上最重要的科学挑战。

Esnet由LBNL负责能源科学网络的工作人员进行管理和运行，可实现高速的、与能源部主要场址的直接连接和与100多个其他网络的快速互连［5］，它提供的服务可使科学家们不受时间和地理位置的限制有效地利用能源部独特的研究设施和计算资源。

3 劳伦斯伯克利实验室科研平台的建设经验

3．1 科研平台是人才、项目与仪器设备的有机结合体

高水平人才、高精尖仪器设备与大型科研项目紧密结合是劳伦斯伯克利实验室保持旺盛的原始创新与集成创新能力的重要因素。LBNL的科研平台拥有包括高能粒子加速器、高精度电子显微镜、大规模高性能计算机集群在内的国际一流的科研设备和装置，这为承担大型科研项目奠定了物质基础。另一方面，反映国家战略需求的大型跨学科研究项目，向科研平台提出更高要求和挑战，需要高水平研究团队、大型仪器设备的综合配套，以解决现实世界中的复杂科学问题［6］。这迫使科研平台不断吸收优秀科学家和工程师的参与。所以，科研平台是仪器设备、研究项目与人才队伍的有机结合体，是人力、物力、财力的统一体。凭借高水平优秀人才汇聚、先进仪器设施配套、大型项目资助，LBNL的科研平台建设才能如此成功，实验室科研成就才能如此引人注目。

3．2 科研平台的运行发展有赖于政府的大力扶持

科研平台经费主要包括建设经费和科研经费。建设经费主要用于基建、装修及购置仪器设备与更新改造，科研经费主要用于科学研究。以LBNL为代表的美国实验室，其科研平台建设经费几乎全部来自美国国会基于能源部研究开发计划的财政拨款(近100%)。科研经费方面，国家实验室主任根据其任务制定年度计划和预算，提交能源部和联邦预算管理局，由能源部送国会审议，通过后由总统签署成为年度授权法，研究经费绝大部分来自政府财政预算拨款［7］。

我国高校和科研院所重点实验室科研平台的建设经费主要来自四个方面:国家拨款、部门拨款、自筹及其他。科研经费主要来源于项目经费、国家运行补助费、部门运行补助费和其他4个部分，其中项目经费约占科研经费87%［7］。以上比较可以发现，目前我国科研平台的科研经费大部分来自项目经费，而美国则几乎全部来自政府财政拨款。我国科研平台的运行费用要用项目经费来补贴，在项目经费不足的情况下，会导致科研平台削弱对中长期基础研究的关注，从而使研究方向以跟随国外领先的研究成果为主，而缺乏原始性创新。

3．3 科研平台真正实现科技资源高效利用、开放共享

LBNL通过科研平台建设，集约科技资源，构建了数量适中、布局合理、学科兼顾的国际一流科研平台，并通过加强共享水平，提高了资源利用效率，进而带动了实验室科技创新整体实力的提升。

LBNL的四大科研平台，服务于全社会所有从事科技创新活动的人员。一方面为国内外科学家、杰出人才提供相应的科研条件和手段，使他们能够进行科技创新活动;另一方面，科研平台开放共享，打破科研条件和设备等部门和个人垄断，为所有愿意从事科研活动的人员提供必要的条件和场所，提供人才脱颖而出的沃土，为全社会的科技创新活动提供普遍的公共服务;另外，科研平台开放共享为实验室带来大量不同领域的科研人员，这些科研人员不仅学习和使用设备，完成科研项目，同时也带来丰富的科学创意和学术思想，为不同学术背景人员思想的碰撞提供了机会，从而也为科研注入了巨大的活力［8］。LBNL通过一系列规章制度，向世界开放科研平台的大型先进仪器设备，客观上也提升了LBNL的学术水平和国际声誉，对推动世界范围的科技进步也发挥了一定的作用。

3．4 同行评议决定项目立项与职称晋升

LBNL科研平台采用同行评议制度进行项目立项评审，择优立项。此外，科研平台在评估实施中或新近完成的研发项目时也普遍使用同行评议的方法。另外，同行评议还广泛地运用在科研平台研究人员的职称与职务晋升，特别是决定科研平台高级人员的晋升与去留方面［9］。同行评议的专家组一般由来自其他实验室、政府机构、大学及工业界的知名专业人士组成，评议的标准按有关章程规定执行。这种评议制度有力、有效地鼓励竞争，树立高标准，提高项目绩效;培养创造性和促进公平，有利于筛选合格的领军人才，组成极强凝聚力的研究团队，并将资源用于最重要和最有前景的课题上。

3．5 科研平台有法可依并严格执法

与LBNL科研平台直接相关的法律主要有机构法、授权法和各项专项法［10］。其中机构法具体规定科研平台的职能、组织、人数、主任的职责等;1年一度的授权法则决定了科研平台的经费、项目计划等;技术转移法使各个科研平台在提供技术转移时，可采用灵活的协议方式:包括合作研究与开发、人员交流、发放许可证、设备使用、协作等。这些法规的制定与实施，保证了科研平台的有效运行与管理，推动了科研平台对外交流与合作。

4 结语

当代科技创新和发展的突出特点是科学研究和技术发展越来越依赖于现代化的科研装备和实验手段，依赖于战略资源的储备、科技条件的共享，依赖于通过网络手段的信息交流和协同合作。劳伦斯伯克利实验室科研平台通过整合存量科技资源，并适时扩充增量，建立和完善以共享为核心的管理制度，稳定和培养技术支撑人员队伍，为科研活动提供完备、优质的物质和信息基础条件支撑，为科技发展构建便利、充分的资源和信息共享服务平台。实验室的四大科研平台，将高水平人才、先进仪器设备、先进的管理体制和运行机制结合在一起，催生了高水平的研究成果，也铸就了实验室的卓越地位和世界声誉。

他山之石，可以攻玉。通过分析LBNL科研平台的建设成就和经验，可以获得以下几点启示:

(1)科技资源开放共享。科研平台建设，能够集约科技资源，并促进科学装置和仪器设备向全社会开放，有利于实现大型仪器设备等科技资源的共享，避免重复建设，提高经费使用效益［11］;有利于汇聚高水平的学科队伍，推动多学科交叉、多种学术思想交流以及多方面力量合作［12］，形成科研的集团军;有利于为科学研究提供“五高”服务，为全社会的科技原始创新与集成创新提供重要支撑［13］。

(2)实施优化组合。在科技竞争日趋激烈、社会一体化高度发展的今天，是否实现创新人才之间［14-15］、人才与研究项目和科研仪器设施之间的优化组合，已经成为科研平台建设成败的关键之一。

(3)平台需政府财政支持。科研平台最为明显的特征即为前沿基础研究提供有力的公益性质的支撑，依靠科研人员项目经费、仪器测试收费作为解决平台运行经费问题的做法，势必会使大量处于起步阶段的基础性和要求大量重复性实验的科研工作无法进行，导致平台失去应有的功能。因此，政府财政应该为平台的建设与运行提供持续的支持和经费的稳定增长，为平台长期、可持续的建设与发展提供保障。

(4)实行科学考核。应在科研平台的评估与考核中建立并坚持同行评议制度，对于高级别、高水平的实验室和科研平台，应有国际知名专家参与评议。评估的内容可包括两个方面:①对于研究项目和人员的评估;②针对平台建设的评估［16］。评估的结果作为平台申请下一阶段经费的依据。对于评价较差的平台，削减年度经费，或给予关闭或合并。

(5)规范管理。为建立“开放、有序、竞争、联合”的运行机制，保证我国科研平台的高效运转与健康发展，相关机构要拟定或完善平台的法律制度、规定章程，并配套制定相应的实施细则，真正做到有法可依，执法必严，违章必究。

［1］ 周勇义，张黎伟，黄 凯，等．高等学校科研公共服务平台建设与管理初探［J］．实验室研究与探索，2010，29(12):175-176．

［2］ 牛立元，邓月娥，孔德川．高校教学科研公用平台的建设与使用［J］．实验室研究与探索，2012，31(1):165-167．

［3］ Berkeley Lab．About Berkeley Lab ［EB/OL］，http://www．lbl．gov/LBL-PID/LBL-Overview．html，2012-7-11．

［4］ 何 洁，郑英姿．美国能源部国家实验室的管理对我国高校建设国家实验室的启示［J］．科技管理研究，2012(3):68-72．

［5］ Berkeley Lab．About Berkeley Lab ［EB/OL］，http://www．lbl．gov/，2012-7-11．

［6］ 周 岱，刘红玉，叶彩凤，等．美国国家实验室的管理体制和运行机制剖析［J］．科研管理，2007，28(6):108-114．

［7］ 杨少飞，许为民．我国国家重点实验室与美国的国家实验室管理模式比较研究［J］．自然辩证法研究，2005，21(5):64-68．

［8］ 熊 耕．浅析美国大学中国家实验室的管理特点［J］．高等工程教育研究，2011(1):115-116．

［9］ 廖建锋，李子和，夏亮辉．美国联邦政府依托高校运营管理的国家实验室特点及其发展经验［J］．科技管理研究，2005(1):114．

［10］ 杨少飞，许为民．我国国家重点实验室与美国的国家实验室管理模式比较研究［J］．自然辩证法研究，2005，21(5):64-68．

［11］ 陆建玲，秦 娟，夏春阳，等．建设大型科学仪器设备资源共享服务平台的实践与思考［J］．科技管理研究，2007，27(9):89-91．

［12］ 张黎伟，周勇义，黄 凯，等．北京核磁共振中心建设与成效［J］．实验技术与管理，2010，27(11):9-12．

［13］ 段立伟，阚连合，张庆军．建立大型仪器共享机制，为学校科研和地方经济服务［J］．实验室研究与探索，2008，27(12):158-160．

［14］ 黄 琳，丁宏刚，范伶俐，等．充分调动高校大型仪器技术管理人员积极性的措施［J］．实验技术与管理，2005，22(2):144-146．

［15］ 林建华．队伍是实验室建设的核心［J］，实验室研究与探索，2006，25(2):137-144．

［16］ 卞松保，柳卸林．国家实验室的模式、分类和比较——基于美国、德国和中国的创新发展实践研究［J］．管理学报，2011，8(4):576．