开放式创新视角下美国国家实验室大型科研基础设施共享机制研究

冯伟波，周 源，周 羽

(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 )

长期以来，美国在科技创新领域获得的广泛成功被认为是自由市场运作的典型范例[1]，但该理念的发展过程并非单一不变的，特别是在1980年代美国经济疲软的背景下，美国政府感受到了国家竞争力的日益下降，并在各方面遭遇到了制度主义视角中的系统失灵情况，国家创新体系面临结构性变革的挑战。在80年代初，美国开始制定一系列政策，以政府适度干预来应对技术系统外部性的市场失灵问题——后来被称之为“合作技术范式”[2]。其核心在于鼓励工业界、政府、高校和科研院所的合作。与传统以政府主导为核心的中心化的政产学研关系不同，这种范式更多地体现了一种去中心化、网络化和开放的合作态势，一直以来是学术界关注的焦点[3]。

在这一过程中，作为公有领域创新的主要动力和来源之一[4-5]，美国国家实验室的发展同样经历了开放化、网络化的对外合作趋势[6]。国家实验室的科研创新也与传统的企业创新活动中的“开放式创新”模式类似[7]，包含了从研发到市场化的一系列过程中的开放行为[8]。具体地，国家实验室的开放式科研创新行为表现为国家实验室充分利用外部资源进行科技研发和科技成果的市场化的过程。而大型科研基础设施作为国家实验室最主要的开放共享平台，其共享机制充分体现了美国国家实验室在其发展历程中的特有属性，因而值得我们深入剖析。

1 国家实验室科研基础设施的创新范式演化

大型、独有的科研基础设施可以被看作是美国国家实验室的标志和名片，也是其区别于其他科研机构的关键。例如先进光子源之于阿贡国家实验室，国家点火装置之于劳伦斯利弗莫尔国家实验室。从另外一个角度看，这些重大科研基础设施同时也是国家实验室组建的核心和基石，是国家实验室存在的意义之一。

自从诞生以来，美国的国家实验室在结构和功能上都经历了一个长期的转变过程，这种转变同样也带来了其核心科研基础设施对外开放程度的变化，如图1所示。在曼哈顿计划的初期，这些科研基础设施运行的首要任务在于服务美国核武器研制，也因此成为了国家实验室的雏形[9]。出于严格保密的目的，这一阶段是典型的封闭式创新模式。尽管初期的人员和设施都依赖于所附属的大学和联邦机构，但其科研创新是与外界严格分离的。随着二战的结束和冷战的来临，国家实验室围绕着这些重要基础设施开始慢慢成型。在这一阶段，国家实验室科研创新的目的依然是为了保持美国在核武器研制领域的领先地位，但同时也开始逐渐出现和学校、其他联邦机构乃至工业界的合作，这种合作主要集中于科研上的交流，而在技术市场化方面则鲜有明显成果(以少量的企业孵化为主)[10]。因此，实验室科研基础设施在这一阶段更多的是实行“有限开放的”共享机制。

图1 国家实验室科研基础设施的创新范式演化脉络

更进一步的转变出现在20世纪70年代末越战结束以后，当时国内弥漫的反战情绪使得公众对于每年大规模的核武器研发财政投入的态度变得保守，国家实验室经费出现明显下跌[5]，同时国内开始出现质疑国家实验室的存在意义的声音。而在紧随着的里根政府时期，内外环境的压力使得国家实验室在当时迫切地需要将其科技优势转化到实验室外部、造福公众，最终进一步提升国家在科技创新方面的竞争力[11]。从共和党政府的角度看，他们也乐于见到国家实验室所累积的科研创新能量能够被释放出来，从而更好地刺激自由市场运作。在这种背景下，美国政府开始制定一系列的政策措施，来适度干预国家实验室的运作方向。其中，1980年颁布的Bayh-Dole法案明确了大学、国家实验室等非营利组织可以保留对任何和联邦机构合作产生的专利的权利，原则上对国家实验室的开放共享进行“松绑”。同年，Stevenson-Wydler技术转移法案则要求联邦政府和国家实验室应把技术转移作为一项“本职工作”来对待，规定了国家实验室在商业化内部技术和知识上的义务。而具体的实施方案则是在1986年的联邦技术转移法案(FTTA)中被规划，该法案提出了国家实验室与外界的开放合作可以通过合作研发协议(CRADA)的形式开展。从此，国家实验室及其下属的大型科研基础设施能够以越来越多的渠道和机制连同外界资源进行开放的科研创新。

最后，冷战的结束和国际环境的变化最终使得美国国家实验室能够彻底地从核武器研发的束缚中解脱出来。相对于初期合作研发过程的创新，一个明显的趋势是：国家实验室在近年来越来越多地开始尝试更亲和市场、更多元主体的开放共享模式，表现出网络化的开放式创新趋势。其关注的重点不再仅仅是技术转移，而是更积极主动地参与到其科技成果的商业化、市场化中。作为这篇文章的核心目的之一，我们将遵从上述开放式创新发展脉络，分析美国国家实验室在利用其大型科研基础设施进行开放共享的详细机制。

2 国家实验室科研基础设施的共享机制

大型科研基础设施在美国国家实验室通常以开放共享的形式表现出来，即称之为“用户设施”(User Facility)。实验室通常会将自己独有的、具有重大前沿科研意义的关键仪器和装备按照功能划分为不同的部门，供实验室内部或外部人员使用。从一方面看，用户设施是国家实验室履行技术转移责任的主要平台，可以通过人员流动和合作创新不断的和外界进行技术和知识上的流通。另一方面，用户设施的使用也使得国家实验室能够在财政支持上得到更多形式和数量上的补偿。

从总体人数上来看，仅2015年，使用能源部科学办公室下属的27个用户设施的科研人员一共就有超过32 000名，其中将近一半左右的用户设施人员来自美国各大高校，1/4为实验室内部人员，1/5来自国际上的1 312家科研机构，剩余部分为其他政府部门、企业和非营利组织，实验室创新呈现多主体化。在人员结构上，实验室的创新活动也不乏新鲜血液的加入，呈现出强大的活力。用户设施的使用人员中，学生和博士后人数的占比与教职和研究员大致相同，皆占50%左右1)。

根据开放的对象、性质乃至程度不同，美国国家实验室的用户设施在实现与外界共享和合作上采取的形式也是多种多样的。总体而言，在涉及到具体用户设施的对外开放使用上，一共存在如下4种机制：合作研发协议(CRADA)、对外服务(WFO)、技术商业化协议(ACT)以及用户协议(UFA)。这4种机制在具体结构上表现为经费投入、配套的人员设备和最终的成果产出分配上的差异，如图2。

图2 用户设施开放共享机制

2.1 合作研发协议

合作研发协议即CRADA为最早的联邦政府所属实验室实验室与非联邦机构之间的合作形式。早在1986年，为使联邦政府下属的一批公有科研机构与私有领域的合作得到更好的开展，且更具有可行性，美国政府在当年颁布的联邦技术转移法案(FTTA)中提出了技术转移和成果转化的具体实施办法，并特别为国家实验室量身打造了CRADA合作机制。该机制以大型的、长期的合作为主，并细化到包括了立项、监管等各方面内容。在合作主体方面，CRADA协议所定义的非联邦机构包括学术届(高校)、企业、非盈利组织以及地方政府。但实际上由于门槛限制以及合作体量的要求等原因，实际愿意进行CRADA合作的伙伴多以大型机构和大型企业为主。以美国国家标准研究所为例，1978至2014年间共产生了1 891例CRADA协议，其中75%为私营企业，21%为高校，剩余少量为政府机构(约3%)，研究也表明大型企业开展CRADA合作的意愿更高，收益也更多[12]。

值得一提的是，CRADA协议要求合作方提出的项目至少是和实验室本身的项目或发展规划是一致的，这进一步限制了实验室利用外部资源的渠道。尽管如此，从内容上看，CRADA协议的重点在于实验室和合作方都会同时提供相应的人员和经费支持，以用户设施为平台进行研发活动，同时成果产出也会按照协议进行分享。因此这种形式的共享相对于其他机制会更加紧密，资源的整合的力度也更大，对于知识、技术的交流会有更强的促进作用。

2.2 对外服务

对外服务(WFO)是国家实验室充分利用其独有科研设施的另一种主要方式，其历史可以追溯到1933年的经济法案，表明联邦所属机构可以从其他联邦机构获得财产或服务。更为有意义的是1954年颁布的原子能法案，该法案允许了联邦机构可以为其他非联邦机构提供服务，因而可以被看作是WFO的雏形。

具体地，外部机构通过WFO有偿聘请实验室，让实验室利用自身独有的人员设备、用户设施平台和其他软件资源，代替其开展研究工作。这种形式的合作不受实验室及其隶属机构的直接资助，原则上是由外部机构提供所有的科研经费。但是必须获得实验室隶属机构的批准和监管。在这种合作形式下，用户设施的使用并没有外部人员的参与，仅有可能的(和实验室主要资助方不同的)资金流入和科研成果流出，因此可以被认为是一种“非接触式”的、单向的(从成果、经费等要素的投入上看)共享机制。

具体地，WFO在能源部下属的国家实验室中以战略伙伴项目(SPP)的方式运行，包含了诸如政府机构间协议(IAG)、外来资助协议(FIA)以及技术服务协议(TSA)多种形式。在不同的WFO协议中，用户设施的共享形式也不尽相同。例如在IAG协议中，设施的共享对象被限定为政府机构；FIA协议中的设施共享则表现为经费全由外部提供；TSA专注于小型项目，同样要求外部合作方提供全部经费，但仅限于设施提供的单纯的技术服务，而没有额外产出的要求。

最后，和CRADA类似的是：WFO同样要求对外提供的服务和工作内容同用户设施本身的任务保持一致，在最大程度发挥实验室科研基础设施的“余热”的条件下，充分实现现有资源的开放共享。这种要求一方面保证了实验室在科研探索上的一致性，从另一方面也限制了一些相对较小的、灵活的外部主体参与到实验室的创新活动中来[6]。

2.3 技术商业化协议

技术商业化协议(ACT)是美国能源部近年来实行的一种新型的、更加灵活的、专注于技术转移的合作共享方式，目的在于降低企业合作门槛，弥补WFO和CRADA不能完全满足国家实验室技术转移需求的缺陷，这使得ACT在合作对象的选择上有着广阔的光谱(例如无力签订大型合作项目的中小型企业)。从实验室用户设施使用的角度上看，ACT在实行标准上更接近于工业界的要求，包括用户设施使用过程中的专利产出、知识产权保护和设备保障等方面的要求都尽力与企业先行实施标准一致。

ACT协议另外一个重要特点在于其合作形式更为开放，允许多个参与方加入到同一个研究项目中[13](相比之下WFO和CRADA通常只包含实验室和外部机构两方)，从而促使知识和技术更为有效率地在实验室和高校、企业和政府等各个主体间扩散和流动。

ACT协议目前采取试点先行(6年试运行期)、有序扩张的方式进行，在能源部下属的17家实验室中一共有7家参与了ACT的试点。在2017年，能源部又提出了Fed ACT的试运行方案，该方案将其他联邦机构也纳入到合作对象中来，使得用户设施的开放共享对象的到进一步扩展。

2.4 用户协议

用户协议(UFA)是使用国家实验室用户设施最直接的一种方式，也是最频繁的。通常，实验室下属的机构在科研活动中，为最大化利用自身独有设施，会选择将资源开放给外界的科研团队，使实验室能够更灵活地吸纳外界优质人才和知识。在实际操作上，用户协议采取竞争的方式鼓励全球的科研人员申请设施的使用权。相对于CRADA、WFO和ACT的商业化氛围，其基于用户的“申请-使用”模式更偏向于以科研为导向。在协议实效性方面，由于设施的使用通常是为了特定边界的科学研究，对应的用户协议的签订以短期(数星期至数月)为主。

根据不同的科研成果产出所有权的归属划分，用户协议分为私有用户协议和公有用户协议。私有用户协议类似于WFO，申请者同样负责全部的科研经费支出，目的在于利用实验室的独有的条件和资源来得到未来可能用于商业活动或其他私人专有的知识产权、材料等产出。不同之处在于WFO协议实际上相当于将科研任务“外包”给了实验室，而私有用户协议需要自己派出人员亲赴现场使用用户设施。公有用户协议则是实验室开展以拓展人类知识边界为目的的前沿科研创新的主要模式。在这种协议下，实验室致力于开展最广泛的、开放式的外部合作，其合作对象不仅仅局限于实验室内部的科研人员，也主要包含了其他高校、科研院所的主要课题负责人和科研领军人物(PI)。在经费保障上，实验室和设施使用者双方会各自确保协议所关联的课题经费能够覆盖用户设施的使用开销。对应的，公有用户协议下产生的成果原则上需要对社会公开。特别的，对于协议下产生的专利、发明创造等，协议合同方(通常为实验室)、用户及联邦政府皆有权利获得其所有权(具体分配受协议内容约束)。

以美国国家科学基金委(NSF)下属的国家高磁场实验室(NHMFL)为例：高磁场实验室由佛罗里达州立大学(FSU)、佛罗里达大学(UF)、洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)组成的联合体通过与NSF的合作协议(Cooperative Agreement)运营的大型科研基础设施平台，其下属共有7个用户设施，分别专注于磁场科学相关的不同领域的前沿科研任务。高磁场实验室内部和外部的所有科学家均可以通过其在线系统申请用户设施的使用时间，其具体流程如图3所示。用户将科研申请提交以后，将由实验室内部的同行(一般为该用户设施的专职人员)加上外部委员(非上诉联合体机构的，且人数一般多于内部委员)至少7人进行内部审核。审核过程严格遵守回避原则，即审核委员中不能出现与申请者有利益相关的人员，例如师生关系、合作关系(2年内)、编辑关系(1年内)或其他可能导致公平性质疑的情况。待同行评议通过后，实验室主任负责最终的批准。在这过程中，若申请被驳回，用户可以申请上诉，上诉将由实验室主任、用户设施主管人员以及审核委员中的一员在对比同期其他申请的情况下重新审核。另外一个重要机制是：高磁场实验室在用户设施的使用上还设立了快速通道制度，即对于某些具有重大科研意义，且急需马上使用设施的，实验室主任有权单独批准，这种安排相对而言会有更高的用户设施使用优先级。

图3 国家高磁场实验室用户设施申请流程

3 总结和建议

从最开的设立到如今形成庞大的体系，美国的国家试验室为美国社会经济活动与国防事业发展提供了源源不断的科研创新活力，成为美国国家科技创新系统的主要支柱之一[14]。但是国家实验室的这种功能和角色的形成并非是一蹴而就的，而是经历了长时间的“封闭”——“有限度开放”——“开放式创新”的创新范式渐变过程。同时各阶段时期的创新范式的具体表现，即实验室利用其大型科研基础设施进行开放共享的行为，也从最开始的有限几种机制逐步增加到后来的多种机制并存。本文对这种演化过程的剖析以及具体机制分析将有助于我们更深入地了解美国国家实验室，从而对我国自身的国家实验室系统的讨论提供一定的启发和参考意义。

当前我国国家实验室的建设正经历一个开放探索的时期，有关其体制机制的设想也越来越多地融入开放共享的理念。这种理念与美国在20世纪80年代经历的有关国家实验室运行的思维方式的转变相比，尽管目的不尽相同，但最后的效果将会殊途同归，因此在具体手段上我们能够充分加强借鉴。例如，我国国家实验室的建设可以考虑建立更加多样化的科研基础设施共享制度，以应对不同的外部环境，加大开放共享程度。此外，也需要进一步扩大国际上的交流，并保证科研基础设施共享过程中对实验室内部和外部的公平性。最后，我们应给予实验室更多科研自主权，以提升共享机制的灵活性。

注：

数据来自于能源部科学办公室官方网站(https://science.energy.gov/user-facilities/)，所有资料均为公开。