美国国家实验室的科研评估和启示——以美国劳伦斯伯克利国家实验室为例

徐志玮

（中山大学图书馆，广东广州 510275）

美国国家实验室的科研评估和启示
——以美国劳伦斯伯克利国家实验室为例

徐志玮

（中山大学图书馆，广东广州 510275）

对美国劳伦斯伯克利国家实验室的科研水平进行了评估，并且与国内3家国家重点实验室进行了比较分析。美国国家实验室的科研论文数量和国际影响力很高，他们不仅有国家庞大的资金支持，也吸收了众多其他国家的大量资金，承担了很多国际重大项目的研究，国际间科研合作的增加，相应也提高了美国国家实验室的科研水平和国际影响力。国内重点实验室需要增加国际合作，吸引国际基金的支持。

美国劳伦斯伯克利实验室；国家重点实验室；SCI论文；ESI论文

1984年启动的国家重点实验室建设计划，作为国家科技创新体系的重要组成部分，是国家组织高水平基础研究和应用基础研究、聚集和培养优秀科学家、开展高层次学术交流的重要基地。我国在重点实验室中投入了大量的经费，也取得了较好的成效。美国开展国家实验室项目远远早于我国，成绩非常显著。历史追溯到1931年的美国劳伦斯伯克利国家实验室，在物理、化学、材料科学、航空等众多学科领域享有很高的声誉。本文对该实验室的科研能力进行SCI和ESI的评估分析，并且同我国的3家国家重点实验室进行比较，分析两者之间的差距，可以为我国重点实验室今后的发展提出有用的建议。

1 相关研究回顾

从实验室的发展历程对美国国家实验室的成功进行阐述。马雯［1］对美国国家实验室的“大学内国家实验室”这种新型体系进行了定义，并且以劳伦斯伯克利国家实验室为典范，从该实验室的历史发展进行了详细论述，分析实验室在各个阶段获得发展的原因和表现，作者认为，大学在人才培养上的优势和国家对国家实验室经费的大力支持，是美国国家实验室取得成功的主要因素。鄂福德尔［2］从学科专业角度出发，对Los Alamos国家实验室在1944—2006年期间的科研成果进行了阐述。赫尔布朗和罗伯特 .赛德尔［3－4］整体阐述了劳伦斯伯克利国家实验室从创建到第二次世界大战期间（1940年左右）的发展过程。

从美国国家实验室的类型、管理方式、体系、结构等方面进行的研究。谢彤［4］和帕帕达克斯［5］从国家实验室的目标、成果、管理类型、国家实验室之间的合作进行了阐述，并且以此对实验室的未来趋势进行了预测。杨少飞和许为民［7］对美国国家实验室管理模式进行探析、张强［8］对实验室的绩效评估进行反思与借鉴、张轩［9］对实验室的技术转让政策与机制进行了分析，赵文华等人在论文中认为［10］：大学通过代管的国家实验室，由于经费充足，可以竞争到大批的国家重大研究项目，从而实现他们为国家战略目标服务和提升学校学术水平的目标。劳伦斯伯克利实验室为提升学校整体学术水平做出了巨大贡献。实验室利用回旋加速器，发展了医学物理、理论物理、辐射检测技术等新兴科学技术领域，同时，促进了生命科学、高温化学、生物有机化学等相关学科的快速成长。伯克利分校的诺贝尔奖获得者主要集中于化学和物理学，劳伦斯实验室功不可没。任波等人［11］从美国国家实验室的分类、特点、经费等进行了总结，对国家实验室通过建立以成绩为基础的伙伴关系进行了赞扬，认为这样可以达到科学技术目标和管理运作效益的平衡。卫之奇对美国能源部国家实验室的绩效评估体系的原则、内容和评估实施方案等进行了详细说明。

对中国国家重点实验室和其他国家的实验室进行比较分析。卞松保和柳卸林［9］对美、德等发达国家创新体系中基于原始创新的国家实验室和中国国家创新体系中从事原始创新研究工作的国家重点实验室进行了比较研究，阐释了国家实验室在原始创新中的作用及内在机制，说明了国家实验室的分类和在当代背景下的功能，最后提出了推动国家实验室发展的有关建议。庄越、宋伟、杨少飞等人［14－16］也对比了中美国家实验室的管理制度和运行模式的差别，具体从目标定位、经费、学科分布、人力资源、法律法规等方面，分析了我国国家重点实验室建设与运行中存在的若干问题和不足，进而指出了我国国家实验室科技管理体制改革和发展的方向。

综上所述述，美国国家实验室的管理模式、创新体系以及绩效评估体制等都值得我国国家重点实验室学习和借鉴。但是，所有论文却都没有进行最关键的分析：重点实验室制定各种管理体系的最终目的，就是能有一个高水平的科研能力。先进管理体系下的美国国家实验室，它的科研能力究竟比国内国家重点实验室高多少，从中又能看出多少隐含的内容，是所有相关论文都没有开展的研究。本文利用SCI和ESI等国际通用的科研论文评判工具进行实证研究，用数据进行分析。

2 美国劳伦斯伯克利国家实验室简介

美国许多国家实验室是GOCO（Government－Owned ＆Contractor－Operated）管理模式，即由政府拥有，但由承包商代理进行运营和管理。承包商一般为大学、企业或其他教育机构等。劳伦斯伯克利国家实验室（以下简称“伯克利实验室”）成立于1931年，隶属于美国政府的能源部，由加州大学管理。目前，伯克利实验室有13位诺贝尔奖获得者，57位国家科学院院士，13位科学家获得国家科学奖，18位国家工程院院士，其中的3位是医学院院士。该实验室大约有4 200位科学家、工程师、支持员工和学生，共有13个科学部，包括地球科学、基因组学、生命科学、化学科学、环境能源技术、材料科学、物理生物科学、计算研究、加速器和聚变研究、工程、核科学和物理、科学网络，是一个跨学科的综合性科研机构。伯克利实验室的经费非常充足，从其官方网站上［17］看出，2011年的经费是7.35亿美元，还有额外的1.01亿美元基金的支持，总计8.36亿美元的科研经费。

3 本文的研究思路和方法

本文首先对伯克利实验室的重大项目成果进行介绍，然后，通过SCI论文，从整体上了解实验室的科研能力。通过Web of Science工具，查询了伯克利实验室的研究方向，发现论文数量最多的前3个学科是“物理”、“化学”和“材料科学”，由于该实验室是大学管理的国家实验室，所以，选取了3家获得过评估“优秀”的国内高校管理的国家重点实验室进行对比，它们是：材料科学学科的“晶体材料国家重点实验室”（以下简称“晶体材料实验室”）、物理学科的“固体微结构物理国家重点实验室”（以下简称“国体微结构实验室”）和化学领域的“固体表面物理化学国家重点实验室”（以下简称“固体表面物理化学实验室”）。当然，双方的实验室规模、经费、人员等存在很大的差距，加上学科并非完全吻合，因此，只是相对性质下的比较，但是，从中依然可以看出一些值得我们关注的问题。统计时间为2013年2月26日，统计年限选取2003—2012年和2008—2012年的2个时间段，统计数据是那些标示了实验室名称的SCI论文。

4 伯克利实验室的重大科研成果介绍

伯克利实验室获得了国家和国际上众多的重大科研项目支持，科研成果非常瞩目，完全可以用“卓越”来形容，其中的29项重大技术成果彻底改变了世界的医学、能源、健康等领域，有些成果获得了诺贝尔奖。其主要科研成果如下：

（1）发现16个元素周期表中的元素，其中Technetium－99已经彻底改变了医学图像领域，Americium被广泛应用于烟探测器。

（2）确定对人体有益和有害的胆固醇，该项成果可以为预防心脏疾病提供有力的帮助。

（3）确定宇宙大爆炸，发现黑能量。

（4）节约能源的玻璃涂层材料研究，可以阻挡夏天热能进入和避免冬天热能的散去，为美国节约了数十亿美元。

（5）揭示了恐龙灭绝的杀手，认为是小行星撞击地球引起的。

（6）揭示了光合作用机理。

（7）研制出目前为止最坚固的陶瓷材料。

（8）研制出凉爽屋顶材料，通过反射太阳光，降低表面温度，大幅减少制冷费用。如果全世界都用这种材料，就相当于减少全世界6亿辆汽车排放18年的二氧化碳数量。

（9）发明了节能荧光灯和电子镇流器。

（10）研制持久可充电电池。

（11）研制UV（紫外线）净水系统，利用紫外光杀死水中的病菌，比如痢疾病菌等，可以帮助发展中国家解决饮水问题。

（12）研制了世界上最小的合成电动机，和纳米技术等其他突破性技术一起使用，可以应用在医学和超级电脑上。

（13）利用高科技技术，电子化重现历史音频资料。实验室的科学家们研制出一种进行数字化改造，储存那些过于脆弱无法播放的老化录音（如19世纪后期爱迪生蜡盘）的高科技方式。

（14）创造了超小型DNA取样器，确定空气、水和土壤样品中微生物的工具，广泛用于公共卫生、医学和环境清除项目。

（15）开发超强气候模型，模拟气候变暖对生态系统和人类健康造成的影响。

（16）促成了中国的能源效率。中国在制定能源标志和电器标准时，实验室给予了相当大的支持，还帮助提高中国的住宅和商业楼宇以及工业部门，如水泥制造业的能源效率。

（17）实验室研制的望远镜，使星星离我们更近，让我们可以一睹数十亿光年远的超新星。

（18）揭示了人类基因的秘密，发现人类的第5、16和19条染色体是控制人类糖尿病、动脉硬化、哮喘和其他疾病的基因。

（19）生物燃料的研究取得重大进展。实验室和能源部的BioEnergy机构合作研究，从细菌中制取燃料，在生物燃料研究方面又进了一步。

5 SCI论文统计分析

5.1 SCI论文数量

从近10年的SCI论文数量（见图1，横坐标为年份，纵坐标为SCI论文数）看出，伯克利实验室和国内3家实验室的SCI论文数量都在稳步增加，伯克利实验室年平均SCI论文数量是1 947篇，国内的3家重点实验室的年平均SCI论文数量分别是274、391和237篇。

图1 图伯克利实验室和3家国内重点实验室SCI论文柱状对比图

5.2 SCI论文的基金资助

从SCI论文的基金资助看出，中国和美国国家实验室资助结构有所不同（由于基金的英文标示不统一，笔者进行了统一）。

伯克利实验室所属的国家能源部资助金额最多，约占1/4的资助比例，其次是美国自然科学基金、美国国立卫生研究院的资助，另外，其他国家的资助也非常庞大，比如意大利、瑞士、加拿大、德国和芬兰等5国的资助金额就占总额的11.866%。

伯克利实验室与中国的合作论文合计2 057篇，依次为中科院、山东大学、清华大学、南京大学、中山大学等，其中大约316篇论文是中国国家自然科学基金资助，占2.895%。

中国国家重点实验室的论文资助来源绝大部分是国家自然科学基金，其次是“973项目”、各省自己的自然科学基金等。在表1中，笔者罗列了晶体材料实验室的前10个论文资助基金名称，可以看出，该实验室的论文资助基金是中国国家自然科学基金，占到71.805%，其次是“973项目”占25.994%和山东省自然科学基金占13.140%。在前100个基金项目中，几乎没有得到其他国家的基金资助，其他2家国内重点实验室的情况也类似。从表1中还可见，伯克利实验室的合作国家范围之广、合作项目数量之多是国内国家重点实验室所无法比的。国内国家重点实验室的国际合作项目少，合作基金不多，大部分是由国家出资开展的科研活动。表1为两者资助比例前10的基金项目名称。

表1 伯克利实验室和晶体材料实验室基金列表

5.3 研究方向比较

表2所示为伯克利实验室的前20个研究方向，表3为国内3家国家重点实验室的前10个研究方向。从中看出，双方的前3个研究方向都为“化学”、“物理”和“材料科学”，只是所占比例有所不同。伯克利实验室的“物理”占所有SCI论文的40.95%，“化学”占19.845%，“材料科学”占9.948%，“科学技术其他主题”占9.931%，“天文学和天体物理学”占8.178%。国内的固体表面物理化学的“化学”占73.95%，固体微结构实验室的“物理”占75.22%，而晶体材料实验室的“物理”占40.98%，“化学”占36.70%。另外，伯克利实验室的“天文和天体物理学”和“微生物学”是国内3家实验室没有涉及的学科，国内3家实验室排在前5位的 “光学”、“电化学”、“晶体学”和“冶金和冶金工程”没有进入伯克利实验室的前10位。从中可以看出4家实验室的优势学科。

表2 伯克利实验室前20个研究方向

表3 国内3家重点实验室前10个研究方向

6 引文数据统计及比较

引文数据可以看出论文的国际影响力，是判断论文质量的最直接和简单的方法。通过SCI影响因子论文和ESI为工具，对伯克利实验室和国内3家国内重点实验室进行了比较，从中可以看出两者的差距。

6.1 SCI论文的影响因子比较

对伯克利实验室和3家国内重点实验室的SCI论文进行研究方向的分类，并且，把国内3家实验室的相关论文进行集中，与伯克利实验室进行比较，以“物理”、“化学”和“材料科学”这3个学科的SCI论文影响因子≥10.0、5.0和3.0这3个数据集，见图2所示。从中看出，双方的高影响因子论文比例都在上升，论文质量都在提高。伯克利实验室的影响因子≥10.0的论文比例远远高于国内3家重点实验室，尽管国内实验室“化学”的影响因子≥3.0的论文进步很快，与伯克利实验室的差距在缩小，但是，“化学”的影响因子≥10.0的高影响力论文依然存在差距。

图2 伯克利实验室和国内3家重点实验室的3个研究方向影响因子比较

6.2 ESI论文比较

研究机构能够进入ESI的Top Papers论文，表示该机构的科研能力水平步入世界先进行列，在国际上有很深远的影响力。伯克利实验室在ESI中可以查到共有347篇Top Papers，国内3家重点实验室合计有106篇，具体见表4。通过统计分析，发现：

（1）伯克利实验室被引频次最高的是2004年发表在PHYS LETT B上的论文，共被引3 177次，其次是2006年发表在J PHYS G－NUCL PARTICLE PHYS上的论文，共被引3 137次。实验室在物理、化学、太空科学、工程、材料科学、生物＆生物化学和分子生物＆遗传学等学科有很大的优势。347篇ESI论文中，有56篇的合作机构都大于等于40家，最多的一篇论文有245家机构，发表在2010年PHYS REV LETT期刊上，排在该实验室ESI论文被引频次的第一名3 177次，被引频次排在第二的合作机构有79家，被引频次3137次。

（2）国内3家重点实验室中，被引频次最高的是固体表面物理化学实验室发表在Science上的2007年论文，被引频次823次。3家实验室ESI论文主要集中在化学、物理和材料科学学科上。尽管实验室所在的高校ESI论文有与其他机构的大型合作，但是，实验室本身与其他机构合作的论文很少。

表4 伯克利实验室和国内3家国家重点实验室ESI论文数量对比

7 结束语

从上述对伯克利实验室的重大科研成果和SCI/ESI论文与国内重点国家实验室的论文比较分析看出，美国国家实验室的论文数量和质量都很高，庞大的资金资助不仅有国家的支持，还吸收了众多其他国家的资金，承担了很多重大科研项目的研究，另外，国际间合作很广泛，在现代开放的全球化社会中，科研团队的国际协作不仅能得到资金的支持，还能通过共同发表论文提高国际影响力。国内重点实验室需要增加国家合作，吸引国际资金的支持，以提高影响力。

（References）

［1］马雯.大学内国家实验室的典范：劳伦斯伯克利国家实验室的研究［D］.北京：首都师范大学，2011.

［2］Efurd D W，Steiner R E，LaMont S P，et al.History of the Plutonium bioassay program at the Alamos national laboratory，1944－2006［J］.Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistr，2006（2）：499－504.

［3］Heilbron J L，Seidel R W.Lawrence and his laboratory：A history of the lawrence berkeley laboratory：Volume 1［M］.San Francisco：Berkeley University of California，1989.

［4］Heilbron J L，Seidel R W，Wheaton B R.Lawrence and his laboratory：A historian’s View of the Lawrence years［M］.Newsmagazine Publication，1981.

［5］谢彤.美国的国家实验室［J］.全球科技经济瞭望，2000（2）：44－46.

［6］Papadakis M.Federal laboratory missions，products，and competitiveness［J］.Journal of Technology Transfer，1995（4）：54－66.

［7］杨少飞，许为民.美国国家实验室管理模式探析［J］.实验技术与管理，2005，22（5）：119－122.

［8］张强.美国联邦政府绩效评估的反思与借鉴［J］.中共福建省委党校学报，2005（7）：72－76.

［9］张轩.美国国家实验室的技术转让政策与机制［J］.全球科技经济瞭望，1992（2）：17－20.

［10］赵文华，黄缨，刘念才.美国在研究型大学中建立国家实验室的启示［J］.清华大学教育研究，2004，25（2）：57－62.

［11］任波，候鲁川.世界一流科研机构的特点与发展研究：美国国家实验室的发展模式［J］.科技管理研究，2008（11）：61－62.

［12］卫之奇.美国能源部国家实验室绩效评估体系浅谈［J］.全球科技经济展望，2008，23（1）：35－40.

［13］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（4）：567－576.

［14］宋伟，宋小燕.中美国家实验室管理模式刍议［J］.中国科技论坛，2006（1）：56－59.

［15］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.

［16］庄越，叶一军.我国国家重点实验室与美国国家实验室建设及管理的比较研究［J］.科学学与科学技术管理，2003（12）：21－24.

［17］美国劳伦斯伯克利实验室官方网站［EB/OL］.［2013－01－04］.http：//www.lbl.gov/

Assessment and enlightenment of scientific research of US national laboratory：Taking US Lawrence Berkeley National Laboratory as an example

Xu Zhiwei
（Library，Sun Yat－sen University，Guangzhou 510275，China）

This article assesses the level of scientific research at the US Lawrence Berkeley National Laboratory，in comparison with the top three domestic state key Laboratories.The US national laboratories have published a great number of research papers and have high international influence.They are not only getting huge financial support from the US government，but also attracting agreat amount of funding from many other countries，undertaking a lot of major international projects，increasing international research cooperation and correspondingly improving the level of scientific research and international influence.Our domestic state key laboratories need to increase the international cooperation，to attract the support of the international funds.

US Lawrence Berkeley National Laboratory；state key laboratory；SCI articles；ESI articles

G3；G649

A

1002－4956（2014）1－0201－06

2013－05－06 修改日期：2013－07－15

中山大学2012年高校管理研究课题“中山大学重点实验室科研竞争力分析研究——基于SCI和Scopus统计分析”的研究成果之一

徐志玮（1968—），女，江苏苏州，硕士，馆员，研究方向为科研评价和知识组织.

E－mail：xuzhiwei＠mail.sysu.edu.cn

实验室安全与环保