►美国伊利诺伊州的阿贡国家实验室。来源：John Hill for Argonne National Laboratory

撰文 | Jane Qiu

翻译 | 陶梦萦

校译 | 刘美幸

责编 | 陈晓雪

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中国是世界上科研力量最为强大的国家之一，但中国的大多数研究机构都只专注于某个特定的研究领域，在很多人看来不足以应对中国复杂的发展需求。作为科研机构改革和创新驱动发展战略的一部分，中国政府计划设立多个综合性的国家实验室，希望以此来提升中国的科研能力，并为大规模项目提供支持。

为了增强国家实验室的建设和管理，中国邀请12名世界顶级国家实验室专家参加于2016年2月2日在北京举行的国家实验室建设管理国际研讨会，分享他们的经验和洞见。研讨会由中国科学院副院长谭铁牛主持，科学家们就多目标国家实验室的重要性、实验室的有效管理之道及其面临的主要挑战进行了讨论。

谭铁牛：中国现在已经有了几个国家实验室，它们与其他国家相比，比如说美国，怎么样？

丁洪：我在美国能源部的阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）工作过七年，当前负责中国国家科学技术部下面的一个国家实验室。大多数现有的中国国家实验室都是出于单一目的，专攻某一个特定研究领域的，而美国的国家实验室是融合了多个学科的多目标实验室。另外，中美国家实验室的规模也有差距。例如，我现在所在的实验室只有500人，而刚才提及的阿贡国家实验室有超过4000名工作人员。

谭铁牛：也就是说中国的国家实验室建设需要步入一个新的时代，使得其体量更大、目标更高。

丁洪：确实如此。建设综合性的国家实验室很重要。和单学科实验室相比，综合性的国家实验室能够承担更大规模的科研项目，进行一些国家迫切需要的领域的跨学科研究。

谭铁牛：建设这样的国家实验室需要考虑哪些重要因素？

吉布斯：广义上讲，国家实验室与能源部的任务是保持一致的，都是通过科学和技术来处理和国家利益相关的关键问题，如经济安全、国家安全和环境安全等。国家实验室的研究包括基础研究和应用研究，其科研设备较高端、昂贵，是大部分大学实验室和行业组织很难负担得起的。虽然说能源部建立了一个国家实验室体系来执行其任务，但每个实验室都根据自身能力设立了自己的愿景和任务。

丁洪：国家实验室应该着力于宏大的长期研究，这类研究是大学和企业做不了的。

马塞洛：虽然国家实验室是任务驱动型的，但它们必须保持一定的灵活性，这样才能与时俱进。另外，和地方大学以及地方企业建立合作、在不同国家实验室之间构建协同关系以及根据国家需求确立区域中心，这几点也是很重要的。

托马斯·梅森（Thomas Mason，美国能源部橡树岭国家实验室主任）：虽然说国家实验室的国家性质体现在其研究项目是着眼于国家利益的，其在设备试用方面也可以是全国性，甚至国际性的。另外，大多数国家实验室在合作方面具有区域特色，比如说和大学、企业或者地方政府合作。这样的区域特色对中国和美国这样的大国来说尤其重要，因为同一个国家不同地区的利益、需求和工业特征存在很大的差异。

王贻芳（中国科学院高能物理研究所所长）：我认为国家实验室有许多不同类型。要去原样复制别人的类型其实是很难的，因为每个国家的情况都不一样。我所在的研究所是在40多年前作为粒子物理学专用实验室建立的。在过去的15年中，我们一直在拓展研究方向，以成为多学科的国家实验室（虽然没有被正式命名），不仅承担基础研究，还要涉及各项应用。我们研究天体物理并在研制5颗卫星；我们在建设世界上最大的地下实验室，还在计划环形对撞机和世界领先的与阿贡国家实验室的先进光源（Advanced Photon Source）类似的同步辐射光源；我们还力争把自己的研究领域扩展至生物、纳米和环境科学等领域。

梅索特：在投入最初的资金后，修建大规模设施还需要花费很多年的时间，而且预算有可能随着物价上涨而超标。所以，长期稳定的预算也要考虑在内。这是一项长期投入，而且大家会以首次的成功来衡量你。如果短期内没有成功，就会产生各种不利影响。这一点也需要考虑清楚。

马塞洛：国家实验室集中了大量财力和人力资源，这一点很独特。在意大利，大学拿不到这个级别的资金，但大学可以随意使用国家实验室。国家实验室必须具有研究优先性，并随着时间的推移源源不断地提供资源。国家实验室为科学界服务，同时也是很多研究生完成部分论文研究的地方。

梅索特：而且国家实验室和国际组织之间也存在一种微妙的平衡。现在有一种趋势是弱化国家实验室的活动，并把一切重心放在国际组织上，比如像欧洲核子研究组织（European Organisation for Nuclear Research）这样的国际机构。这样是不好的，国家实验室和国际组织应该相辅相成。国家实验室在提供设施、设备和工作人员方面发挥着重要的作用。与此同时，我们应该利用好国际组织，把它们变成真正的优势。

►亥姆霍兹联合会18个国家研究中心在德国内的分布图。来源：helmholtz.de

谭铁牛：国家实验室和大学之间应该保持怎样的关系？

梅索特：我们要确保国家实验室不去重复大学的研究，而是补充大学的研究。这一点很关键。我们应该和大学建立合作关系。在瑞士，做到这一点很容易，因为大学和国家实验室都从属于同一个机构。对中国科学院来说，很重要的一点是把现有的研究所综合到即将设立的国家实验室中。

何宏（德国亥姆霍兹国家研究中心联合会北京代表）：德国亥姆霍兹联合会是一家由多个国家实验室共同组成的独特的科研单位。我们的科研特点是具有明确的国家任务导向、以规划运行大型科研设施、从事多学科交互的前瞻性应用基础研究、致力为经济、科技和社会的重大挑战寻找关键解决方案。作为联邦政府直接管理的国家级研究机构，我们相比由所在州政府支持的德国高校有更为充裕的科研经费。作为国家实验室，我们有固定划拨、而且还保证逐年按比例稳定增长的机构性科研经费。这部分固定经费占到每个国家实验室年度开支的80%左右，而且其中90%来自联邦政府，10%来自州政府。

但凡事总是有一利则有一弊，实际上我们也时不时地会因为自己的机构特点和经费优越性而受到自高校和其他研究机构的抨击，甚至马克斯·普朗克学会（Max Planck Institutes）也会被抨击。高校指责在相同科研投入的情况下，我们体系科研人员平均发表的研究论文数量不及高校，还批评我们这种以科研为主的模式所能培养的青年科学家相对更少。比如，除非我们联合德国高校团队、并由高校伙伴挑头，德国科学基金会（German Science Foundation）从政策上就限制亥姆霍兹联合会的科学家自由申请主要对高校科研单位开放的DFG基础研究项目。

梅索特：这是一个根本上的问题。瑞士之前也有这样的情况，但我们现在可以申请国家科学基金会的资助和欧洲方面提供的各类资助了。这对我们来说是一个关键的转折点。

谭铁牛：保罗谢勒研究所的固定预算资金占总预算的多少？

梅索特：大约是70%。但这不只是关于钱的问题，还关乎竞争。我们研究所的科学家可以和大学的研究者一样申请国家科学基金会的补助；他们也开始有了一些知名度，因为他们的研究提案整个科研圈子里的人都能读到。所以我们不会区别对待国家实验室的科学家。同时我们也需要确保大学可以免费使用国家实验室的设施。

维多利亚·赖特（Victoria Wright，英国研究理事会科学与技术设施委员会主任）：在英国，大学和那些拥有强大预算和大型设施的机构之间也存在类似的紧张关系。我们的解决方法就是联合所有研究机构成立一个代表委员会，这些代表们都深知运营大型设施的重要性和必要性。他们一起决定应该从总预算中拿出多少资金用于建设大型设施，以满足所有人的需求。

丁洪：我在阿贡国家实验室工作了7年，在美国大学工作了10年，因此我对两者都有一些见解。在阿贡，有设施，但没有研究生；在大学，有学生，但缺乏设备。我认为中国科学院在这方面是很独特的，因为它两者都有。这是很大的优势。

何宏：亥姆霍兹联合会当下由18个国家实验室共同组成，其中有些已经有超过60年的历史，也还有一些要年轻得多。这些依次成立的国家实验室和亥姆霍兹联合会的成立是一系列持续的科技改革的直接结果，这些改革即要弥补高校科研、小体量科研之不足，建设和运行大型科研设施，提供公共服务，要实现在有限的政府经费框架之内既保证科学研究的卓越性又保证科研方向的战略相关性。为此，我们既强调竞争也强调合作，既推动实验室内部、不同国家实验室之间的竞争，同时也推动各个国家实验室不同团队之间、国家实验室与德国高校和其他科研单位以及国际机构之间合作。其实，社会、政府和科学家个人都有不同的利益诉求，如何做好管理和平衡这是很大的挑战。我相信在中国也存在同样的挑战。如果要向国家领导人提议建立大型国家实验室，你肯定需要来自中国高校合作和竞争单位的肯定与支持，为此，你必须做好充分的论证准备。

谭铁牛：国家实验室在基础研究和应用研究之间如何达成良好的平衡？

王贻芳：我认为，仅仅专注于基础研究的国家实验室在未来可能会遇到问题，因为科学研究总归来说有好日子，也有坏日子，特别是对粒子物理学而言。最好是既有长远的应用研究，比如我们正在进行的同步辐射光源研发，也有基础研究，如粒子物理。我认为把两者分开不是个好主意；把两者综合起来，位于同一个场址，大家一起讨论、一起工作，是有益的。我希望中国科学院在规划国家实验室的未来时能考虑到这点。

吉布斯：除了其他的科学和技术目标之外，美国很多国家实验室感兴趣的是那些能提供现实应用、创造工作岗位和经济效益的研究。这次会议让我认识到，中国的研究者和我们有同样的目标。

梅索特：是的，我们背负着很大的期待。然而一大风险是，我们需要在很短的时间里达到这些预期。我们愈发感到压力。工业领域中的创新链和基础研究完全不匹配。我们通常思考的是未来10-15年，而他们想的是2-3年。要达到这样的预期是很具有挑战性的。基础研究是关键，但要把基础研究变成创新的工业产品则需要很长的时间。

谭铁牛：这是很重要的一点。基础科学和应用研究之间应该有一个合理的平衡关系。我们还应该有一套机制来稳定支持长期的项目，但目前大多数资金周期只有3-5年。要达成这两者之间的平衡确实很具挑战性。

彼特·利特尔伍德（Peter Littlewood，美国能源部阿贡国家实验室主任）：我不认为基础研究和应用研究之间存在真正的区别。我们面对的是那些需要着手几十年、能带来长期愿景的大型国家级重要问题；要解决这些国家级问题，我们要采用基础科学的方法，逐步地实现目标。就像众所周知的那样，我们能从科学中获得技术，也能从技术中发现科学。

一个好的例子就是二维电子气这一奇怪现象的发现过程，虽然这个过程并不是特别有趣。贝尔实验室（Bell Laboratories）和IBM在试图研发出完美晶体来制造速度更快的晶体管时，二维电子气被发现了。一旦有了完美晶体，你就可以制成完美的二维电子气，然后你也会有极大的可能发现一些新的基础物理的规律。

►青岛海洋国家实验室。来源：qnlm.ac

谭铁牛：管理国家实验室的最好方法是什么？

梅森：国家实验室的重要特征之一就是把人才和资源聚集在了同一个地方。我认为地点比组织结构更重要。中国科学院面临的一个巨大挑战是，你们已经具备了实验室、研究所和设施，也就是国家实验室的基本构架，但你们缺乏可以让研究人员密切合作的共同场所。你们可以远程合作，但这样难度更大。我们会尽可能把人员集中到同一个地方工作。比如说，气候变化科学家、计算机科学家和环境科学家之间一般是没有沟通的，但如果他们在同一栋楼里，就可以一起吃午饭、一起讨论问题，很快他们就能建立工作上的合作。如果他们之间相隔几千米，这种情况是不可能发生的。

丁洪：确实如此。中国科学院有100多个研究所，各自专注不同的领域，这些研究所和大学、企业之间应该形成一定的区域研究基础。我们正在建设的国家实验室可能会以不同的模式为基础，而区域性国家实验室在理论上会是一个值得探索的模式，但如何把现有的机构和未来的计划相结合是一个有挑战性的问题。

王贻芳：我不认为远距离一定会成为问题。这实际上取决于相关人员是否有相同的理念，是否能成为一个团队来一起工作。我们在离北京3000公里之外的广东省东莞市和开平市修建了大型科研设施。以现在的通讯技术，距离不是问题。我们可以远程管理此类项目。如果相关人员无法像一个团队那样一起工作，即使他们坐在同一个办公室里也无济于事。许多粒子物理方面的项目就是很好的例子，通常这些大型设施（及团队）都散布在世界各处。我们把他们组织起来，做同一个实验。距离不是根本的问题，至少对我们来说不是的。

利特尔伍德：我想和大家分享一下我们在运营能源储存研究联合中心（Joint Centre for Energy Storage Research）时遇到的挑战。这个国家级项目涉及了很多个体研究人员、大学、国家实验室和产业界。我们试图建立一种和传统方法不一样的模式。这相当困难。我们刚开始是通过电邮、电话、语音邮件和视频系统来建立联系。但之后我们不得不放弃这种做法。最后，我们实际上组织了很多面对面的小组会议，有的是周会，有的是月会，大家都在不停地飞来飞去。如果想要改变研究方向，那得需要进行大量的讨论。如果你想要改变他人的行事方式，你在交际方面需要做大量的工作。

在这种情况下，如果你接手了一个项目，而且真正想推动项目前进，你需要进行非常紧密的合作。这是极大的挑战。我们花了很多时间来做从上至下的管理，花了很多时间来思考我们的研究应该以何种模式来推进。在某些情况下，你真的可以效仿欧洲核子研究组织这种军事化的精密合作模式。这样一来，每个人都清楚他们在某个特定的阶段应该交付怎样的成果。但每一个项目都是不同的。

谭铁牛：欧美国家实验室的前景如何？

马塞洛：每个欧洲国家都有自己的研究机构和国家实验室，虽然其规模小于中国或美国的同类机构，甚至小很多。如今，欧洲研究机构在大力推行泛欧洲的科研基础设施，其中最引人注目的就是欧洲核子研究组织，该组织运行着世界上规模最大的高能加速器。

接下来要建立的设施还有欧洲散裂中子源（European Spallation Source），这是世界上最先进的超高倍显微镜。大规模泛欧洲基础设施的重要性在于，它是当前欧盟第七框架计划（7th Framework Programme）的重要组成部分。第七框架计划是欧盟针对研究和科技的重点资助计划。诸如地平线计划2020（Horizon 2020）这样的项目着重强调的是创新，发明新技术，以及把人力财力资源集中到重点大规模欧洲基础设施上，实现科研机构和工业产业之间的科技转化。

利特尔伍德：在美国，我们正在兴致勃勃地讨论神经科学的未来，该学科当前依然被短期的医疗问题所主导。但我们现在有机会通过大规模成像来绘制一幅神经连接的蓝图，从而推动所有科学领域的长足发展。历史上也有前例，比如科学家用美国能源部国家实验室研发的技术来识别人类基因组序列。当时医学界和生物界对这个项目并不是很感兴趣，还认为能源部是在和他们抢经费，为此能源部花了很大的工夫才把这一计划提上议程。

在我看来，国家实验室的目标就是把他们认为应该推动的长期项目做成型。他们要坚持不懈，有时候不得不拼一拼，在面临权威圈子的反对时也不能退缩。只有这样，国家实验室才能取得显著和重要的进展。

杨学明（中国科学院大连化学物理研究所）：我们现在正在筹建针对清洁能源的国家实验室。我们面临的挑战是，如何确定国家需求及国家战略。在美国，多学科实验室似乎是为了国家需求而建立的。美国政府对国家级实验室体系有效性的评估是怎样的？

梅森：这是一个很热的话题。过去几年来的科研项目非常多，其中大部分问题最为尖锐、催生了相关研究的领域集中在核安全方面，其中一些相关实验室成为了争议和批评集中的对象。其他实验室的这类问题不是很严重，其规划和管理也被认为是大体上做得比较好的。

当前最大的担忧之一是成本效益，尤其是考虑到过去几年的预算压力。有人认为，现在可能建了太多国家实验室。但要是你读报告，报告又告诉你当前的体系非常好。当然，目前的体系可以变得更好，效率可以更高，官僚主义也可以进一步减少。如果你看看这些年的成绩，不管是以诺贝尔奖项、经济影响力、还是突破性的发现来衡量，我们取得的成绩都是很突出的。你绝对可以这样讲：纳税人的投资得到了好的回报。

谭铁牛：我们进行了非常精彩的讨论，触及了很多话题。专家们是否可以用几个要点来总结你们对国家实验室的看法？

梅索特：国家实验室解决的是大学研究范围之外的、国家层面甚至是国际层面的社会挑战。我的建议是，建立一个机制来确保国家实验室的科学家和其他机构的科学家平起平坐，用同样的标准来衡量他们。

吉布斯：国家实验室是任务导向型的。重要的是，我们要确定国家的需求是什么，以及如何去满足这些需求。

马塞洛：确立清晰的目标是理所当然的，但我们也需要一定的灵活性，这样我们的研究方向才能与时俱进。需要强调的一点是，国家实验室必须要坚持开放政策，即任何一个其研究计划被实验室所在国际科学委员会选中的研究者，都有使用该实验室设施的权利。

丁洪：国家实验室是发展科技方面大规模能力和实现长期愿景的重要平台。很多有国家迫切需求的研究领域都需要国家实验室负责。一些跨学科的研究领域需要前沿的研究设施，而这些设施只有政府有财力资助，还需要数百甚至数千名科学家协力合作。多目的国家实验室是我们迫切需求的。

英文原文2016年9月12日发表于《国家科学评论》（National Science Review, NSR），原标题为“Building national laboratories to meet China's development challenges”。 NSR是科学出版社旗下期刊，与牛津大学出版社联合出版。《知识分子》获NSR和牛津大学出版社授权刊发该文中文翻译。

如需阅读英文版，请点击Building national laboratories to meet China's development challenges.

制版编辑：邓志英 |