协同创新理论下中国国家实验室建设路径探索——基于美国能源部国家实验室的经验启示

李建强，杨正宜，李 昊

（1.中国工程物理研究院，四川绵阳 621022；2.中国科学院，北京 100190；3.瑞典查尔姆斯理工大学，哥德堡 41281）

0 引言

国家实验室作为科技创新的重要基地，对于推动国家科技进步和经济发展具有重要意义，然而，随着科技创新的复杂性和跨学科性日益增强，传统的单一实验室模式已难以满足创新需求，因此，如何促进国家实验室的协同创新、提高其创新能力和效率成为当前亟待解决的问题。2018 年5 月，习近平总书记在两院院士大会上指出要着力完善国家创新体系，国家技术创新中心、国家重点实验室等创新基地形成系统布局。党的二十大报告提出要强化国家战略科技力量，优化配置创新资源，优化国家科研机构、高水平研究型大学、科技领军企业的定位和布局，形成国家实验室体系，统筹推进国际科技创新中心、区域科技创新中心建设。从中可以看出完善国家创新体系、优化创新资源配置、推进国家重点实验室体系建设的重要性。国家重点实验室是国家科技创新体系的重要组成部分，是开展高水平基础研究和应用基础研究、聚集和培养优秀科技人才、开展国际学术交流合作的重要基地，加强国家重点实验室体系建设有利于提高中国在国际科技竞争中的地位和影响力，为实现中华民族伟大复兴的中国梦提供有力支撑。

国家实验室的显著标志之一便是它面向全球实施科研资源的开放共享、协同创新机制［1］。这涵盖了大型科研设施与尖端仪器设备的对外开放与共同使用，从而吸引国内外杰出的科学家和科研工作者，包括众多访问学者和设施使用者，如同一个汇聚全球顶尖科研人才的“蓄水池”和“高地”。通过全球范围内的学术交流与深度合作，不断激发创新思维，协同创新，推动国家实验室在学术层面和国际声望上不断攀升。为推进国家实验室的开放和协同创新，有必要深入探讨如何进一步推进科研资源的共享，如何加强不同国家实验室间的协同合作以及产学研的深度融合，以及如何有效激发国家实验室、大学与科研机构联合聘用的科研人员的积极性，同时，为了探究如何实施中国国家实验室的国际合作战略，以吸引全球范围内的科学家和优秀科技人才加入，本研究基于协同创新理论，结合美国能源部国家实验室协同创新的实践经验，探讨协同创新促进国家实验室建设的路径。

1 协同创新理论

近十多年来，学者们对于协同创新的研究呈现出多元化和深入化的趋势，从不同角度和层面对协同创新进行了深入探讨。如，李忠云等［2］从高校、科研机构和企业之间的关系出发，强调了政府在国家战略重大项目中的作用，认为政府应当给予相关主体经济和政策的支持，为协同创新提供资源和机会，这种支持可以帮助创新主体共同解决科研项目中的关键问题，促进科研进展和技术突破；高伟等［3］认为在协同创新过程中，各主体通过获取信息、互相吸收和学习，最终将科研成果应用于实际中，这个过程强调了信息交流和知识共享在协同创新中的重要性；危怀安等［4］以新的视角去理解协同创新，强调了各创新主体具有统一目标的重要性，并通过合理分工与合作以及有序竞争来实现整体的协同创新，其观点突出了目标一致性、分工合作和竞争在协同创新中的协同作用；林健等［5］从协同创新的要素开展研究，认为经济收益、团队培养、组织架构、成果评估等要素在协同过程中产生信息交流，并整合各个要素资源以产生合作，其观点强调了要素整合和信息交流在协同创新中的重要性；徐宜青等［6］则发现了动力在协同创新过程中的作用，认为动力可以驱动创新主体寻找合作伙伴、分享协同成果和组建协同网络，其观点突出了动力机制在推动协同创新中的关键作用；吴洁等［7］通过构建“政学产”三方博弈模型，提出了政府激励对高校和企业参与协同创新具有积极影响的观点；李阳［8］的研究则以开放的视角重新审视了协同创新，认为不同类型的主体参与创新的协同程度不同，发现结构简单的企业自身无法实现协同创新，但可以通过与其他创新主体的相互作用实现整体协同创新，其观点强调了主体多样性和相互作用在协同创新中的重要性。可见学者们对协同创新的有关研究涵盖了多个方面和层次，包括政府角色、协同创新过程、要素整合、动力机制以及主体参与程度等，为我们深入理解协同创新提供了丰富的理论和实践依据。

1.1 协同创新的内涵

协同创新的内涵是多维度的，涉及多个主体、多个领域和多个层面的协同合作。从已有相关研究来看，协同创新可以被理解为在共同目标的驱使下，多方创新主体通过优势互补和合理分工产生复杂的相互作用，从而实现整体协同效应的一种科技活动，主要包含了多方创新主体、共同目标、优势互补和合理分工、复杂的相互作用和整体协同效应五方面的核心要素。具体如图1 所示。

图1 协同创新的核心要素

在协同创新的理论框架中，组织协同体系、战略协同导向、创新要素互动等都是重要的支撑和推动力量。同时，协同创新模式也在不断发展演化，从线性模式逐渐演变成网状模式，参与方也由双边创新主体演变成了多方利益共同体［8］。国家实验室作为科技创新的重要基地，需要集聚多方创新主体，形成协同创新的组织架构和运行机制，通过组织协同、战略协同、创新要素协同等手段推动实验室在科学研究、技术创新和人才培养等方面取得重大突破和成果；同时，也需要不断优化协同创新模式，适应科技创新的新形势和新要求，为实现科技强国目标作出更大贡献。

1.2 协同创新的主体

协同创新是一个多元化的过程，涉及多个不同的主体，通常包括高校和科研机构、政府、中介机构、企业和市场需求等，这些主体在创新过程中各自扮演着重要的角色，并通过协同合作共同推动创新的实现。具体如图2 所示。

图2 协同创新主体的构成及角色

1.3 协同创新的结构

协同创新的结构是指不同创新主体之间相互作用与联系的方式和形式。协同学理论认为结构的变革会使系统产生各子系统不具备的功能［9］。因此，在协同创新过程中，组织结构必须发生变革以适应创新的需要。具体而言，协同创新的结构应该从简单无序布局向高级有序组织变革转变为网络化创新结构。网络化创新结构是一种非线性、立体的组织结构形式，不同的创新主体通过紧密的联系和合作形成一个相互依存、相互促进的网络体系，具有自组织性、动态性和开放性等特点，能够根据不同的创新需求和环境变化进行自适应调整和优化配置。网络化创新结构能够为协同创新提供了良好的组织基础和运行机制保障，其中各个创新主体之间不再是简单的点对点线性关系，而是形成了复杂的多元互动型关系，不仅体现在主体之间的直接联系和合作上，还体现在主体之间通过共享资源、共同研发、共同推广等方式形成的间接联系和合作上。这种多元互动型关系为协同创新提供了更多的可能性和机会窗口，但同时也带来了更大的挑战和风险。因此，在构建网络化创新结构时，需要充分考虑不同主体之间的利益平衡和风险控制等因素，以确保协同创新的成功实现。

1.4 协同创新理论可用于指导国家实验室建设

1.4.1 协同观将国家实验室与协作方的使命目标紧密相连

协同创新的核心理念在于通过合作与协调实现共同的目标。国家实验室的使命通常与国家的长期科技规划和发展战略紧密相关，通过与协作方（如高校、企业、其他科研机构等）建立紧密的合作关系，国家实验室能够更好地聚焦于这一共同使命，从而推动相关领域的科技创新和发展。这种以协同观为指导的合作模式，有助于将国家实验室与协作方的资源和能力进行有效整合，形成强大的创新合力。

1.4.2 国家实验室参与协同创新有利于实现系统效应最大化

协同创新强调系统内部各子系统之间的相互作用和协作，以实现整体效应的最大化。对于国家实验室而言，通过参与协同创新发展，可以与其他子系统（如科研机构、企业等）建立紧密的合作关系，共同推动科技创新和成果转化，有助于打破传统的学科和领域壁垒，促进不同领域之间的交叉融合和创新碰撞，从而产生更多具有突破性和颠覆性的创新成果；同时，通过共享资源、共同研发和推广等方式，可以降低创新成本和风险，提高创新效率和质量。

1.5 协同创新理论及其在国家实验室建设中的应用

协同创新是指不同创新主体之间通过深度合作，共同推动科技创新和产业发展的过程。国家实验室建设中的协同创新主要体现为：一是资源整合，即通过整合不同实验室、高校、企业等创新主体的资源，形成优势互补，提高创新效率；二是知识共享，促进不同领域、不同学科之间的知识交流和共享，激发创新灵感，拓展创新思路；三是人才培养，通过联合培养、交流访问等方式，提高研究人员的综合素质和创新能力，为国家实验室建设提供人才保障。当前在中国，国家及资助机构对跨学科研究有较大的支持力度，但完备的跨学科研究资助体系尚未形成［10］。而协同创新理论强调跨学科、跨领域的合作与创新，有助于打破这种限制，激发科研人员的创新活力和创造力。通过参与协同创新发展，国家实验室可以与其他领域的科研机构和企业等建立更广泛的合作关系，为科研人员提供更多跨学科学习和研究的机会，不仅可以拓宽科研人员的视野和思路，还可以促进不同领域之间的知识交流和共享，从而推动学科交叉融合和创新发展；同时，通过引入市场竞争机制和创新激励机制，可以进一步激发科研人员的积极性和创造力，推动中国科研活动的持续繁荣和发展。

2 美国能源部国家实验室的概况与主要特征

2.1 美国能源部国家实验室概况

美国能源部（United States Department of Energy,DOE）下属的国家实验室体系是美国科研力量的重要组成部分，共计17 家实验室［11］，具体如表1 所示。美国能源部国家实验室（以下简称“美国国家实验室”或“实验室”）的研究领域广泛，包括物理学、化学、生物学、工程学等多个学科领域，不仅在基础科学研究领域取得了卓越成就，如宇宙大爆炸的研究、暗物质的发现等，还在工程技术和应用开发方面作出了重大贡献，如核武器、核电站反应堆和核潜艇动力装置的研发等，每家实验室通常涉及5 至10 个左右的学科协同合作［12］，不仅包括国家安全和国家利益的重大科研项目，还积极开展跨学科、综合性的研究，推动了科技创新的快速发展。

表1 美国能源部国家实验室概况

2.2 美国国家实验室的主要特征

2.2.1 明确的战略目标与使命

美国国家实验室的设立和运营都是围绕国家使命和战略目标进行的，其研究方向和重点都与美国的国家战略需求和美国能源部的任务目标相契合，致力于解决国家面临的重大科技问题，为国家的科技发展、经济繁荣和国家安全提供强有力的支撑。根据薛露等［13］的研究，梳理美国国家实验室所承担的使命责任情况如表2 所示。

表2 美国国家实验室承担的使命

2.2.2 充足的财政投入与多元化经费来源保障

美国国家实验室作为服务于国家重大战略需求的重要科研力量，其经费来源和分配机制需要得到高度重视和合理规划。美国政府对美国国家实验室的财政投入稳定且非常充足，不仅用于实验室的基础设施建设、设备采购和人员薪酬等方面，还用于支持实验室的科研项目和创新活动，为验室的长期发展提供了坚实的保障。首先，采取大项目制的财政投入方式有助于国家实验室集中力量攻克重大科学难题。这种方式能够确保经费的统筹与规划，使实验室在面对长期、复杂、需要持续投入的研究项目时有足够的资金保障；同时，明确的任务和研究方向也有助于提高实验室的经费使用效率、避免资源浪费。其次，与大型企业的合作为国家实验室提供了额外的经费来源。这种合作模式不仅有助于实验室的经费筹措，还可以促进产学研的深度融合，推动科技创新和成果转化；同时，与企业的合作还可以为实验室带来更多的研究资源和机会，推动实验室的科研水平不断提升。此外，根据自身发展需求和科研任务完成情况申请财政经费的机制，能够更好地满足实验室的实际需求，提高了经费的使用效率。最后，实验室的财政经费来源于多个部门和机构，这体现了实验室在经费筹措上的多元化和广泛性，可以为实验室提供更多的支持和保障，同时也有助于提高实验室的知名度和影响力。

根据倪君等［14］、方圣楠等［15］的研究，整理汇总美国三大国家实验室研发经费及财政经费来源分别如表3、表4 所示。

表3 美国三大国家实验室研发经费来源构成

表4 美国三大国家实验室的财政经费及来源

2.2.3 高效的管理运行机制

美国国家实验室的管理运行机制非常高效，通常采用项目管理办公室（Project Management Office,PMO）或者项目管理委员会（Project Management Committee,PMC）等模式进行项目管理［16］。这些管理机制能够确保实验室的科研项目按照计划顺利进行，并及时调整和优化项目管理策略，以应对各种不确定性和风险。此外，实验室还建立了完善的科研评价和激励机制，鼓励科研人员积极开展创新活动并取得优秀成果。

2.2.4 人员组成多元化的强大科研团队

美国国家实验室拥有世界一流的科研团队，这些实验室吸引了大量优秀的科研人员前来工作和研究，形成了具有国际竞争力的多元化科研团队。其人员规模庞大，涵盖了各种类型的研究群体（见表5），人员总数为 72 700 人［17］。其中，担任实验室主任、副主任等高级领军科学家有252 人；中级研究/管理人员为5 131 人；研究支持和基层管理人员有3 264 人；技术研究人员有29 026 人；运营支持人员有26 193 人；博士后研究人员有3 526 人［17］。领军科学家为实验室提供了明确的研究方向和战略目标，他们的决策和领导对于实验室的发展至关重要；而中级研究/管理人员则是实验室科研活动的中坚力量，他们负责具体的科研项目管理和执行，确保实验室的科研活动能够顺利进行；研究支持和基层管理人员以及技术研究人员负责实验室的日常运营、设备维护、数据分析等工作，确保实验室的科研环境稳定和高效；博士后研究 人员、研究生和本科生等年轻研究力量则为实验室注入了新的活力和创新力。值得注意的是，非技术研究人员在实验室人员总数所占比例达到了60%左右，这表明美国国家实验室在科研活动中除了重视科研人员的专业能力和技术水平外，还非常注重科研活动的组织、管理、协调等方面的工作。

表5 美国能源部千人规模以上国家实验室科研团队人员多元化构成情况 单位：人

2.2.5 开放化、网络化的对外合作趋势

美国政府在20 世纪80 年代初开始着手制定一系列旨在应对技术系统外部性导致的市场失灵问题的政策，这些政策后来被人们统称为“合作技术范式”，其核心理念在于推动工业界、政府、高校以及科研院所之间的协同合作。与传统的以政府为主导的中心化政产学研关系形成鲜明对比，这种范式更加凸显出去中心化、网络化和开放性的合作特征［18］。

合作技术范式首先是政产学研的深度融合。在这一范式下，政府不再仅仅是政策的制定者和执行者，而是成为了一个协调者，推动工业界、高校和科研院所之间的交流与合作；工业界通过参与研发、提供资金支持等方式，与高校和科研院所建立紧密的合作关系，共同推动技术的创新和应用；高校和科研院所则通过提供人才、技术和知识等支持，为工业界的发展提供有力的支撑。其次是强调网络化的合作模式。与传统的线性合作模式不同，网络化合作模式使得各个合作方能够形成一个相互连接、信息共享的网络，从而加速技术创新和市场应用的进程。在这个网络中，各个合作方可以充分利用各自的优势资源，实现资源的优化配置和共享，提高整体的创新能力和市场竞争力。此外，还具有开放性的特征。这种范式鼓励各种创新主体之间进行开放交流和合作，打破传统的行业壁垒和地域限制，形成更加广泛和深入的合作关系，有助于吸引更多的创新资源和人才，促进技术创新和产业发展的多元化和国际化。。

合作技术范式的主要特征一是去中心化。它摒弃了传统以政府为中心的模式，将合作的重心分散到工业界、高校、科研院所等多个主体上，每个主体都拥有相对独立的决策权和行动能力，能够在合作中发挥自身的专业优势和创新能力。这种去中心化的结构使得合作更加灵活和高效，能够迅速应对市场变化和技术挑战。二是网络化。它构建了一个广泛而紧密的合作网络，将不同领域的创新主体紧密地联系在一起，网络中各个主体之间通过信息共享、资源互补、联合研发等方式进行深度合作，共同推动技术创新和产业发展。这种网络化的合作模式不仅提高了合作的效率和质量，也促进了知识的流动和技术的扩散。三是开放性。它具有高度的开放性，欢迎各种创新主体参与其中，无论是大型企业还是初创公司，无论是知名高校还是研究机构，只要有创新能力和合作意愿，都可以加入这个合作网络。这种开放性的特征使得合作技术范式能够汇聚更多的创新资源和人才，形成强大的创新合力。四是协同性。在此技术范式下，各个主体之间不是简单的竞争关系，而是相互协作、共同发展的关系，通过合作实现资源共享、优势互补，共同解决技术难题和市场挑战。这种协同性使得合作技术范式能够发挥出最大的创新潜力，推动整个产业链的升级和发展。五是动态性。它是一个不断发展和演进的动态过程，随着科技的不断进步和市场环境的不断变化，合作的内容和形式也在不断调整和优化，各个主体需要保持敏锐的市场洞察力和灵活的合作策略以适应这种动态变化。这种动态性使得合作技术范式能够始终保持活力和竞争力。

3 美国国家实验室协同创新的启示

美国国家实验室围绕国家使命开展协同创新，通过加强产学研深度融合，在协同创新方面取得了显著成效［19］。从中主要得出六大方面的启示：

第一，强化战略导向和目标聚焦。

美国国家实验室体系是在明确的国家战略和科技目标指导下建立的，每家实验室都有清晰的研究方向和重点任务，这确保了资源的集中使用和高效产出。

第二，深化产学研合作。

一是建立明确的合作目标与机制。实验室与产学研机构的合作往往建立在明确的目标和机制之上，通过签订合作协议、设立联合研究中心或实验室等方式确保各方在合作过程中能够明确各自的职责和权益，形成有效的合作机制，这有助于减少合作中的摩擦和冲突，提高合作效率。

二是促进人才交流与培养。产学研合作的重要一环是人才的交流与培养。实验室与高校、企业之间建立了广泛的人才交流机制，包括科研人员互访、学生实习、联合培养研究生等。这种人才交流不仅有助于提升科研人员的专业素养和创新能力，还为企业输送了高素质的人才资源，推动了科研成果的转化和应用。

三是加强资源共享与优势互补。在产学研合作中，资源共享与优势互补是关键。实验室拥有先进的科研设备和丰富的科研数据资源，而高校和企业则具有独特的科研优势和市场需求，通过合作，各方可以充分利用各自的资源优势实现资源的共享和互补，从而提高科研效率和市场竞争力。

四是推动科研成果的商业化与产业化。产学研合作的最终目的是实现科研成果的商业化与产业化。实验室与高校、企业之间的合作，注重将科研成果转化为实际生产力，通过设立创业基金、孵化器等机构，为科研成果的商业化提供资金支持和创业服务；同时，加强与市场的对接，了解市场需求和趋势，为科研成果的产业化提供有力保障。

五是建立有效的沟通与协调机制。产学研合作涉及多个主体和领域，因此建立有效的沟通与协调机制至关重要。实验室与产学研机构之间建立了定期的交流会议、项目进展汇报等制度，确保各方能够及时了解合作进展和存在的问题；同时，通过设立专门的协调机构或人员，负责处理合作中的日常事务和突发事件，保障合作的顺利进行。

第三，建立高效的协同机制。

美国国家实验室在推动科研创新的过程中，不仅与外部有关机构建立了协同合作机制，同时在自身内部也形成了定期沟通、联合研发、成果共享等合作机制，这些机制和模式共同确保了各方能够共同参与、推动科研创新，为美国的科技创新体系提供了强大的支撑。在外部合作方面采取了多种合作模式。首先，与企业合作是最为常见的模式之一。实验室与企业共同开展研发项目，利用企业的资金和资源加速科技成果的转化和应用，有助于实验室将最新的科研成果转化为实际生产力，同时也为企业提供了技术支持和创新动力。其次，高校合作也是重要合作方式。实验室与高校在人才培养、科研项目等方面展开深度合作，共同培养高水平的科研人才、推动学科交叉和融合，有助于实验室获得更多的人才资源和创新思路，同时也为高校提供了实践基地和科研成果转化的平台。此外，政府合作也是重要合作方向。实验室与政府机构在政策制定、项目支持等方面展开合作，共同推动国家科技创新和产业发展，政府通过提供资金和政策支持，为实验室的科研工作提供了有力保障。在内部合作方面，定期沟通机制是其中之一，实验室之间定期举行会议、研讨会等活动，分享研究成果和经验，共同探讨科研难题和前沿技术，有助于加强实验室之间的联系和合作，促进知识和技术的交流和传播；联合研发机制也是一种重要形式，实验室之间可以根据各自的专长和优势共同开展研发项目，实现资源共享和优势互补，有助于集中力量攻克科研难题，提高研发效率和质量；成果共享机制则是又一亮点，实验室之间可以相互分享研究成果、专利技术等知识产权，共同推动科技成果的转化和应用，有助于避免资源浪费和重复劳动，促进科技创新的可持续发展。

实验室体系的协同机制采用了矩阵式管理模式，既有利于跨学科的合作与交流，又能保持专业研究的深度和精度。实验室之间通过签订合作协议、建立联合研究中心或实验室等方式形成紧密的合作关系；同时，实验室还积极参与国际科技合作与交流，与其他国际一流实验室和科研机构建立合作关系，共同开展前沿科学研究和技术创新。具体作用机制是，首先通过制定明确的合作目标和任务分工，确保各方在合作过程中能够形成合力；其次通过建立有效的沟通机制和决策流程，确保合作过程中的信息畅通和决策高效；最后通过完善的激励机制和利益分配机制，激发各方参与合作的积极性和主动性。其高效性主要表现在：一是资源共享的高效性。通过建立完善的资源共享机制实现了科研设备、数据资源、技术成果等的高效共享，不仅避免了资源的浪费和重复建设，还提高了资源的利用效率；同时，还积极推动资源的开放共享，与高校、企业等外部机构建立了广泛的合作关系，实现了资源的互补和共享。二是优势互补的高效性。实验室体系涵盖了多个领域和方向，每家实验室都拥有自己独特的专业优势和研究方向，通过协同机制，实验室之间可以实现优势互补，共同解决复杂的科学问题。这种优势互补不仅提高了科研效率，还推动了科技创新的深入发展。三是协同创新的高效性。注重协同创新，通过跨学科、跨领域的合作推动科研人员在共同目标下开展深度合作，不仅有助于突破单一学科和领域的局限，还能产生更多具有创新性和突破性的科研成果；同时，还建立了完善的激励机制，鼓励科研人员积极参与协同创新活动。

以美国国家能源技术实验室（NETL）的合作网络为例进行具体分析如下：

（1）网络规模与密度方面：该合作网络包含596 个节点和2 371 条连线，网络密度为0.013 4［20］，意味着在所有可能的连接中仅有1.34%的连接是实际存在的，表明虽然NETL 合作网络广泛，但并非所有机构之间都与其有直接的合作关系。

（2）合作关系方面：1）工业界。NETL 与能源行业的多家企业建立了紧密的合作关系，有助于实验室将最新的科研成果转化为实际应用，推动能源技术的商业化进程；同时，企业也可以通过与NETL合作获得相关技术支持和研发资源，提升自身在能源市场的竞争力。2）学术界。NETL 与众多高校和研究机构展开了广泛的合作，通过共享研究设施、共同承担研究项目以及人员交流等方式充分利用学术界的创新能力和研究资源，加速能源技术的研发进程；同时，也有助于培养能源领域的专业人才，为能源行业的发展提供有力的人才支持。3）政府部门。作为美国能源部的一个下属机构，NETL 与联邦政府的其他部门以及地方政府机构保持着密切的合作关系，确保能源技术的研发符合国家的能源政策和战略需求，同时也能够推动能源技术在全社会的广泛应用。4）国际组织。NETL 还与国际能源机构、其他国家的能源实验室以及跨国企业等开展国际合作，有助于分享经验、交流技术，共同应对全球能源和环境挑战，了解国际能源技术的发展趋势，并提升自身在全球能源领域的地位和影响力。

（3）核心合作伙伴方面：美国能源部是NETL的最主要合作伙伴。首先，美国能源部作为联邦政府的科研机构，拥有丰富的科研资源和强大的研究实力，NETL 可以充分利用其包括先进的实验设施、专业的科研团队以及大量的研究经费等资源，从而加强自身的科研能力。其次，美国能源部在制定国家能源政策和战略方面扮演着重要角色，通过与能源部的紧密合作，NETL 可以更好地了解国家能源需求和发展方向，确保自身的研发工作符合国家的战略需求，在研发过程中保持正确的方向，避免资源的浪费和重复劳动。此外，美国能源部还与其他国际能源机构、跨国企业等保持着广泛的合作关系，通过与能源部的合作，NETL 可以间接地接触到这些国际合作资源，从而拓展自身的国际视野和合作网络，有助于提升协同创新能力。

（4）其他重要合作伙伴方面：除了美国能源部，美国的匹兹堡大学、卡内基梅隆大学、艾易康咨询公司（AECOM）、莱多斯公司（Leidos）、西弗吉尼亚大学等机构与NETL 的合作关系也较为密切，可能是NETL 的重要合作伙伴。

（5）地理位置与合作方面：NETL 是由位于西弗吉尼亚州的摩根城能源技术中心和宾夕法尼亚州匹兹堡市的匹兹堡能源技术中心合并而成的，这种地理位置上的优势确实为NETL 与附近的匹兹堡大学、西弗吉尼亚大学等机构开展更紧密的技术交流和科研合作提供了便利。首先，摩根城和西弗吉尼亚地区作为煤炭产业的传统重地，拥有深厚的煤炭产业基础和丰富的煤炭资源，这使得NETL 在煤炭利用、清洁煤技术以及碳捕获和储存等方面具有得天独厚的研究条件；同时，西弗吉尼亚大学在能源和环境领域拥有一定的研究实力，与NETL 的合作能够进一步推动该地区的能源科技创新。其次，匹兹堡地区作为美国的钢铁工业中心，长期以来在材料科学、工程技术和环境管理等领域具有显著优势，匹兹堡大学的科研实力与NETL 的专业技术相结合有助于双方共同在能源材料的研发、能源系统的优化以及环境保护等方面取得更多突破。第三，地理位置的邻近使得NETL与这些大学之间的学术交流、人员互访以及共同承担科研项目等合作形式变得更加便捷，不仅有助于提升NETL 的科研水平，还能够推动当地能源产业的转型升级和可持续发展。

（6）合作网络的稳定性与创新方面：NETL 与有关科研机构之间的协同合作关系稳定，这种稳定的合作关系有助于促进科技研究的创新发展，多家机构之间的跨领域协作和多学科交叉融合更容易产生更多的创新思想和研究成果。

第四，强化人才培养和团队建设。

实验室注重人才培养和团队建设，采取了一系列具体且富有成效的措施以吸引和培养优秀科研人才，打造高水平的创新团队。在吸引人才方面，首先重视学术声誉和影响力的提升，通过在世界范围内选拔和聘任人才，尤其是那些具有卓越学术成就和丰富研究经验的科研人才，来增强实验室的研究实力；此外，还提供具有竞争力的薪资和福利待遇以及良好的工作环境和科研设施，为科研人才提供了优质的工作和生活条件。在培养人才方面，注重为科研人员提供多样化的职业发展路径，通过设立博士后、客座研究员等职位吸引年轻科研人才加入，并为他们提供充分的学术自由和研究空间；同时，还鼓励科研人员参与国际合作与交流，拓宽他们的国际视野和合作网络；此外，还建立完善的培训和教育体系，包括举办学术研讨会、邀请知名专家开展专题讲座等，以提升科研人员的专业素养和研究能力。在打造高水平创新团队方面，强调团队合作和跨学科研究的重要性，鼓励不同领域、不同背景的科研人员开展合作共同解决复杂的科研问题；同时，还建立有效的团队管理和激励机制，确保团队成员能够充分发挥自己的优势和潜力，为实验室的科研工作作出重要贡献。

第五，加强国际合作与交流。

美、德、英、日等发达国家均依托大科学装置群建立本国的综合性科学中心，整合科技资源开展国际化的大科学研究，取得了一系列重大成果［21］。美国国家实验室致力于积极参与国际合作与交流，已成功与全球众多顶级科研机构和高校建立起广泛的合作关系，为进行合作的其他国家实验室提供有关资源。美国国家实验室拥有先进的科研理念、技术和管理经验，并在科研合作方面拥有成熟的经验和丰富的资源，中国国家实验室通过与其在联合研发、技术转移、人才培养等方面开展合作，可以接触到更多的前沿技术和创新思路，同时共享资源、互补优势，有助于提升自身的科研水平和创新能力。此外，中美两国在科技领域具有广泛的合作基础和共同利益，两国之间的科技合作不仅可以促进双方的技术交流和人才培养，还可以共同应对全球性科技挑战，为人类社会的可持续发展作出贡献。

第六，鼓励创新，营造宽容失败的文化氛围。

实验室在鼓励创新、宽容失败方面营造了独特的文化氛围，通过明确创新目标、提供创新资源和支持、鼓励跨学科合作以及宽容失败的文化氛围等方式，为研究人员创造了一个有利于创新和探索的工作环境，有助于激发研究人员的创新潜力，推动实验室在科研领域取得重要突破和成果。

（1）鼓励创新的精神。一是明确创新目标。实验室通常设立明确的创新目标，鼓励研究人员围绕这些目标开展探索性研究。二是提供创新资源。实验室为研究人员提供先进的设备、技术和资金支持，确保他们有足够的资源进行创新研究。三是鼓励跨学科合作。实验室鼓励不同学科背景的研究人员合作，以促进创新思路的产生和跨学科研究的发展。

（2）宽容失败的文化氛围。一是把失败视为学习过程。在美国国家实验室，失败被视为研究过程中的一部分，被认为是学习和成长的机会。二是提供失败后的支持。当研究人员面临失败时，实验室会提供必要的支持和资源，帮助他们重新调整研究方向或方法，鼓励他们继续探索。三是不强调短期成果。实验室注重长期研究价值，而不过度强调短期成果，这为研究人员提供了更多尝试的空间。

（3）文化支持和激励机制。一是鼓励自由交流和讨论。实验室鼓励研究人员之间进行自由交流和讨论，以促进创新思想的产生和传播。二是设立创新奖励。实验室设立创新奖励，表彰那些提出和实施创新想法的研究人员，激励更多人参与创新活动。三是提供职业发展机会。实验室为研究人员提供明确的职业发展路径和晋升机会，确保他们能够在实验室内部持续从事科研工作。

4 中国国家实验室建设面临的问题及对策

国家实验室作为中国技术创新的重要力量，开展国际协同合作对其建设发展与技术创新有着重要的促进作用，但当前，以美国为首的西方国家的技术封锁给中国国家实验室的建设和发展，包括在获取先进技术和设备、开展学术交流、进行人才培养等方面带来了巨大的挑战。打破国外技术封锁、拓展中国国家实验室的国际协同合作是当今形势下亟待解决的问题。

4.1 技术封锁带来的影响和挑战

技术封锁阻碍了中国国家实验室技术创新的步伐：使中国实验室难以获得最新的技术成果和关键的技术知识，导致在某些重要领域的技术创新受限，对中国在国际科技竞争中的地位和实力造成影响；对中国实验室获取关键技术设备、材料和人才等创新资源造成限制，影响中国在一些领域的科研进展和成果产出；在相关领域形成了信息壁垒，致使中国实验室与国外科研机构的合作交流受限，不但无法及时了解国际科技发展的最新动态，而且影响了中国在全球科技合作中的话语权和利益，且不利于中国科技人才的培养和科技创新的发展。此外，由于中国国家实验室在某些领域的技术尚无法自行研发，只能依赖进口，因此中国实验室被置于技术断供的风险之中。

4.2 应对技术封锁，加强国际协同合作的策略和措施

中国应毫不动摇地坚持开放共享与合作交流的理念，深化多边科技合作机制的建设。在当前复杂多变的国际形势下，中国的对外科技合作面临着前所未有的挑战和机遇，必须清楚地认识到，科技合作与经济合作一样，都存在着“脱钩”和被打断的风险，这要求我们更加警觉和谨慎。因此，积极拓展多元化、多边化的国际合作变得尤为重要，不仅要加强与发达国家的科技合作，还要积极寻求与发展中国家的科技合作机会，形成优势互补、共同发展的良好局面。

（1）加强国际交流与合作的平台建设和机制完善。首先，建立健全国际合作机构，与国外的科研机构、大学和企业建立更加紧密的联系，通过建立联合实验室、共享研究设施和资源等方式来实现。其次，加强国际学术会议和研讨会的组织，为国内实验室提供展示和交流的机会，以吸引更多国际合作。此外，建立国际交流与合作的信息平台，促进国内实验室与国外的技术专家、学者及企业间的交流与合作，从而促进技术的引进和交流。

（2）提高技术创新能力和核心竞争力。为了打破国外技术封锁，提高国家实验室的技术创新能力和核心竞争力至关重要。首先，要加强基础研究和前沿技术的研发，提高自主创新的能力，加大对科研人员的支持力度，鼓励他们开展具有前瞻性和创新性的研究；同时，要注重培养跨学科的研究团队，提供良好的研究环境和资源支持，为国内实验室的技术创新提供坚实的基础。

（3）加大对人才培养和引进的支持力度。首先，要加强对青年科研人才的培养和引进，可以设立优秀青年科研人才计划，为年轻的科研人员提供良好的科研环境和发展机会；同时，要加强与国外高水平科研机构的合作，引进和培养国际化的科研人才。其次，要注重跨国人才的引进和合作，可以与国外优秀科研机构和企业建立合作关系，引进国际领先的科技人才，促进国际技术交流和合作。通过引进跨国人才，使得国内实验室获得更多的前沿技术和创新思维，提升科技水平和国际竞争力。

（4）加强知识产权保护和国际合作的法律框架建设。首先，要完善知识产权保护的法律法规，加强知识产权的申请和管理，保护实验室的科研成果不受侵权和盗用，鼓励科研人员进行创新研发。其次，要加强国际合作的法律框架建设，可以与国外的科研机构和企业签订合作协议，明确各方的权益和义务，推动国际技术共享和合作。

5 中国国家实验室协同创新发展的路径

针对中国国家实验室协同创新的发展需求，结合协同创新理论与以上对美国国家实验室的实践经验分析，探索提出中国国家实验室进一步协同创新发展的具体路径。

5.1 强化顶层设计与政策引导

构建现代化国家实验室体系的建设思路就是协同创新。结合中国国情，应探索新型举国体制，强化顶层设计和整体统筹。一是加快构建包含广义、狭义、实验室内部等不同层次的国家实验室体系，逐步形成一个开放化体系，促进各层次统筹协调、各要素形成合力。该开放化体系框架包含以下4 个层次：第一层是狭义的国家实验室体系，它秉持“四个面向”的原则，系统整合了多学科资源，以构建综合性的科研平台；第二层是“核心+外延+支撑”多类机构协作的创新攻坚链条，通过汇聚核心研究机构、外延合作单位以及支撑服务机构，形成协同创新的强大合力，共同攻克科技难题；第三层则是以国家实验室为龙头机构，引领并优化整个国家科技创新体系的布局，不仅带动了科研机构、高校、企业等各方力量并进行有效衔接，还明确了各方的功能定位，解决了科研力量分散、经费稳定性不足等关键问题，从而服务于提升国家核心竞争力和自主创新能力的战略目标；第四层是国家实验室的内部体系，涵盖了组织管理运行体系、科技创新科研体系、配套支撑体系等多个方面，通过全要素的一体化配置确保国家实验室的高效运作和持续创新。二是构建协同创新的国家实验室体系。首先，确立国家实验室在科技创新体系中的核心地位，制定清晰、长远的发展目标和战略规划；其次，出台针对国家实验室的专项支持政策，如资金、人才、税收等方面的优惠政策，为其协同创新活动提供坚实的保障；最后，定期对国家实验室的协同创新成效进行评估，确保其与国家发展战略的紧密对接。

5.2 深化产学研用合作

促进产业对接，鼓励国家实验室与龙头企业合作，建立联合研发中心或技术创新联盟，推动科研成果的产业化应用。加强学术交流，定期举办产学研用高峰论坛、学术研讨会等，促进各方在前沿技术和产业趋势上的深入交流。另外，建立产学研用联合人才培养机制，促进科研人员、学生和企业技术人员的双向流动。

5.3 建立高效协同机制

完善组织架构，成立专门的协同创新管理机构负责协调各方资源、推进合作项目等。建立定期沟通会议制度，确保各方在研究方向、项目进度等方面保持高度一致。建立成果共享机制，明确成果共享原则和方式，确保各方在协同创新中能够公平、合理地分享成果和收益。

5.4 基于大学科分类实现多领域协同创新

建立专业学科委员会和跨学科委员会。具体地，根据大学科分类在国家实验室内部设立若干专业学科委员会，这些委员会由相关领域的专家组成，负责规划、组织和协调本学科领域的创新活动，并通过定期召开会议，交流研究成果和共享资源，促进领域内的协同创新、推动学科发展和技术进步。同时，需要在更高层次上统筹各专业学科委员会的工作，可以设立一个综合性的科学委员会或跨学科委员会，负责协调各专业学科委员会之间的合作与沟通，通过组织跨学科研讨会、共享研究设施和联合培养研究生等方式，促进领域间的协同创新，解决复杂科学问题和技术挑战。

5.5 顺应科技发展趋势引领学科交叉创新

一是发挥高校优势。2018 年中国在建设或筹建的19 家国家实验室中，依托中国一流研究型大学牵头筹建有 11 家［22］，这充分展现了高校在科研创新领域的重要角色和突出贡献。由高校承担高水平设施项目是美国国家实验室自二战以来的典型做法［23］。有鉴于此，中国也可以充分利用高校在学科建设、人才培养和科学研究等方面的优势资源，推动国家实验室与高校之间的深度合作，建立完善的人员、资源共享制度，以实现高校与国家实验室建设的相互促进；同时，建立完善的科研设备共享机制，以支持在高校建设大科学装置相关的国家实验室。此外，通过与大学共同设立研究项目、共享研究设施和联合培养人才等方式，可以促进学科交叉创新和国家实验室的建设与发展。

二是完善交叉学科建设综合管理机制。为了推动学科交叉创新的有序进行，需要建立完善的管理机制。可以借鉴美国国家实验室的管理经验，结合中国实际情况，制定一套适合中国国家实验室的交叉学科建设综合管理机制，包括项目管理、经费管理、人员管理、成果评价等方面，确保各项创新活动能够有序开展并取得实效。

三是组建学术背景复合化的研究团队。学科交叉创新需要不同领域的专家共同参与和合作，因此，国家实验室应该注重组建学术背景复合化的研究团队，吸引来自不同学科领域的优秀人才加入，通过加强团队建设、提升团队凝聚力和创新能力培养等措施，打造一支高水平、具有竞争力的研究团队，推动学科交叉创新和自身发展。

5.6 积极推进实验室融入创新联合体建设

创新联合体是新时代推动科技创新的重要组织形式，旨在整合产学研用等多方资源、形成协同创新的强大合力。应进一步加强推进国家实验室融入创新联合体建设，以提升实验室的整体创新能力和效率。

一是以市场需求为导向，发挥领军企业引领性作用。（1）强化领军企业与国家实验室的协同合作。领军企业作为市场的重要参与者，对科技创新具有敏锐的洞察力和强烈的需求，因此应支持领军企业与国家实验室建立紧密的合作关系、共同开展研发活动，推动科技成果的转化和应用，以满足市场需求并促进国家实验室的技术创新和人才培养。（2）完善创新联合体的利益共享机制。创新联合体的稳定运行需要各参与方在利益上形成共识，因此应探索建立有效的利益共享机制，确保各方在合作中能够获得合理的回报；同时，要发挥政府的引导作用，通过政策扶持和资金支持激发各类创新要素资源的活力，推动创新联合体的高效运转。（3）赋予国家实验室更多的自主权。在创新联合体的共建过程中，应赋予国家实验室更多的经费管理使用权、技术路线选定权、研究人员安排权等，这有助于激发其创新活力、提高科研效率；同时，要加强国家实验室与企业的沟通与合作，确保其研究方向与市场需求紧密相连。

二是发挥实验室教学平台功能，以科研促进教学。（1）促进科研成果融入课堂教学。高校是国家实验室建设的重要依托单位之一，应充分利用这一优势，将国家实验室的科研成果融入课堂教学，通过邀请其研究人员参与教学、开设相关课程等方式，让学生接触到最新的科研成果和技术进展，激发学生的学习兴趣和创新精神。（2）推进教学改革和创新实验训练。鼓励高校和国家实验室共同开展教学改革项目，探索新的教学方法和模式；同时，加强创新实验训练，提高学生的实践能力和增强学生的创新思维。（3）实施联合培养人才方案。创新联合体为联合培养人才提供了广阔的平台，鼓励高校、科研院所、企业等各方共同参与人才培养工作，制定联合培养方案，通过联合培养提高学生的综合素质和创新能力，为中国的科技创新提供有力的人才保障。

三是发挥联合体协同创新优势。（1）提高国家实验室基础设施的共享程度。实验室基础设施的开放共享是创新联合体协同创新的重要基础。对美国17 家国家实验室的核心科研能力进行梳理发现，每家隶属于美国能源部的国家实验室都拥有一种或多种独特的研究装置，包括但不限于同步辐射光源、强脉冲中子源、串列加速器、直线加速器以及重离子对撞机等，这些特有的实验设备为学术研究界提供了其他组织所无法提供的实验条件，确保美国国家实验室在各自领域内拥有独特的科研优势和竞争力。因此，中国应进一步加强推动国家实验室基础设施的开放共享，提高资源利用效率；同时，加强与全球顶级大学和科研机构的合作与交流，共同推动科技创新和人才培养。（2）加强创新联合体内部的交流与合作。创新联合体内部各参与方之间的交流合作是推动协同创新的关键，因此要建立定期沟通机制，促进各方在研究方向、技术路线、人才培养等方面的交流与合作；同时，加强知识产权保护和成果转化工作，确保创新成果能够得到合理保护和有效利用。

5.7 弘扬科学家精神，营造鼓励创新探索的科研文化氛围

通过弘扬科学家精神、鼓励研究人员勇于尝试和探索未知领域以及建立宽容失败的机制，尝试在实验室内部营造鼓励创新探索的科研文化氛围，激发研究人员的创新潜力和动力，推动国家实验室的科研水平和创新能力不断提升。

一是弘扬科学家精神，增强创新的精神动力。（1）树立科学家榜样。通过定期举办科学家讲座、分享会或展览，展示杰出科学家的科研历程、成就和精神风貌，激发研究人员的创新热情和探索欲望。（2）强调科研诚信与责任。在国家实验室内部深入宣传科研诚信的重要性，要求研究人员以严谨、负责的态度对待科研工作，促进形成健康积极的科研文化。（3）提供精神激励与荣誉认可。设立科学家精神奖或荣誉榜，表彰那些展现出杰出科学家精神的研究人员，通过赋予其荣誉来增强他们的创新动力。

二是鼓励研究人员勇于尝试和探索未知领域。（1）提供探索性项目支持。专门设立资金支持探索性、风险较高的研究项目，为研究人员提供必要的资源和指导，鼓励他们勇于尝试和探索未知领域。（2）鼓励跨学科合作。促进不同学科之间的研究人员合作与交流、打破学科壁垒，通过跨学科合作来激发新的创新思路和方法。（3）提供研究自由度。在研究方向、方法和时间安排上给予研究人员更多的自由度，让他们能够根据自己的兴趣和专长进行探索性研究。

三是建立宽容失败的机制，鼓励创新精神。（1）明确失败容忍政策。在国家实验室内部明确传达对失败的宽容态度，让研究人员知道失败是创新过程中的一部分，不会受到惩罚或歧视。（2）设立失败分享交流会。定期组织失败案例分享交流会，鼓励研究人员分享自己的失败经历、教训和如何从中学习，从而增强团队的凝聚力、促进相互支持。（3）提供失败后的支持。当研究人员面临失败时，提供必要的支持和资源，帮助他们重新调整研究方向或方法，继续探索创新。

6 结论与讨论

根据对当前中国面临的技术封锁严峻形势分析，可见深化国际协同合作、强化内部协同是应对挑战，推进国家实验室建设的“一体两翼”，是促进国家实验室建设发展、实现科技创新的必然选择。“一体两翼”这一战略模式不仅体现了科技创新的全方位协同，也强调了内外资源的整合与优化，起到了关键性的指导作用。“一体”主要指的是国家实验室建设的核心主体和主导力量，包括国家层面的战略规划和政策引导，以及科研机构、高校、企业等多元创新主体的紧密合作。在这“一体”的引领下，各方围绕国家重大战略需求共同开展基础研究和应用基础研究，努力突破关键核心技术，形成具有国际竞争力的科技创新体系。“两翼”则是对“一体”的补充和延伸，具体包括两个方面：一方面，强化国际协同合作。在全球科技竞争日益激烈的背景下，加强与国际先进科研机构和团队的交流与合作、引进国际创新资源是国家实验室建设不可或缺的一环，通过参与国际大科学计划和大科学工程共同解决全球性重大科学问题，可以提升中国在全球科技创新格局中的地位和影响力。另一方面，加强国内区域协同创新。中国地域辽阔，科技创新资源和人才分布不均，因此，加强国内各区域之间的协同创新、实现资源共享和优势互补对于提升国家整体创新能力具有重要意义，通过构建区域科技创新共同体、推动产学研深度融合，可以加速科技成果的转化和应用，促进区域经济的协调发展。

中国国家实验室建设的主要策略路径集中在国际协同合作与国内内部协同创新两个方面。一方面是深化国际协同合作，加强国际交流合作平台建设和机制完善，提高国家实验室的技术创新能力和核心竞争力，加大对人才培养和引进的支持力度，加强知识产权保护和国际合作的法律框架建设；另一方面，强化内部协同，通过强化顶层设计与政策引导深化产学研用合作，建立高效协同机制，且基于大学科分类实现多领域协同创新，顺应科技发展趋势引领学科交叉创新，积极推进国家实验室融入创新联合体建设，弘扬科学家精神、营造鼓励创新探索的科研文化氛围。

协同创新对于中国国家实验室的建设和发展具有重要意义，应团结多方力量共同参与国家实验室网络体系，聚集产学研创新资源和开放共享科技资源，完善协同创新机制，加强与大学、科研院所、企业等组织的交流合作，形成功能互补、良性互动的格局［24］。通过构建协同创新的组织体系、深化产学研用合作、加强人才交流与培养、完善政策支持体系以及拓展国际合作与交流，推动国家实验室开展协同创新活动，提升其在科技创新和产业发展中的核心作用，为中国的科技进步和经济发展作出更大的贡献。

党中央、国务院高度重视中国国家实验室体系的建设，在政策、资金、人才等方面给予了大力支持，推动国家实验室体系不断发展壮大；同时，各地方政府和相关部门也积极响应，加强协同创新和资源整合，为国家实验室体系的建设提供了有力保障。未来，随着科技的不断进步和国家发展战略的深入实施，中国国家实验室体系将迎来更加广阔的发展空间和更加重要的历史使命，为推进科技强国建设提供更大的助力。