美國國家實驗室的科研評估和啟示
——以美國勞倫斯伯克利國家實驗室為例

徐志瑋

（中山大學圖書館，廣東廣州 510275）

美國國家實驗室的科研評估和啟示
——以美國勞倫斯伯克利國家實驗室為例

徐志瑋

（中山大學圖書館，廣東廣州 510275）

對美國勞倫斯伯克利國家實驗室的科研水平進行了評估，并且與國內3家國家重點實驗室進行了比較分析。美國國家實驗室的科研論文數量和國際影響力很高，他們不僅有國家龐大的資金支持，也吸收了眾多其他國家的大量資金，承擔了很多國際重大項目的研究，國際間科研合作的增加，相應也提高了美國國家實驗室的科研水平和國際影響力。國內重點實驗室需要增加國際合作，吸引國際基金的支持。

美國勞倫斯伯克利實驗室；國家重點實驗室；SCI論文；ESI論文

1984年啟動的國家重點實驗室建設計劃，作為國家科技創新體系的重要組成部分，是國家組織高水平基礎研究和應用基礎研究、聚集和培養優秀科學家、開展高層次學術交流的重要基地。我國在重點實驗室中投入了大量的經費，也取得了較好的成效。美國開展國家實驗室項目遠遠早于我國，成績非常顯著。歷史追溯到1931年的美國勞倫斯伯克利國家實驗室，在物理、化學、材料科學、航空等眾多學科領域享有很高的聲譽。本文對該實驗室的科研能力進行SCI和ESI的評估分析，并且同我國的3家國家重點實驗室進行比較，分析兩者之間的差距，可以為我國重點實驗室今后的發展提出有用的建議。

1 相關研究回顧

從實驗室的發展歷程對美國國家實驗室的成功進行闡述。馬雯［1］對美國國家實驗室的“大學內國家實驗室”這種新型體系進行了定義，并且以勞倫斯伯克利國家實驗室為典范，從該實驗室的歷史發展進行了詳細論述，分析實驗室在各個階段獲得發展的原因和表現，作者認為，大學在人才培養上的優勢和國家對國家實驗室經費的大力支持，是美國國家實驗室取得成功的主要因素。鄂福德爾［2］從學科專業角度出發，對Los Alamos國家實驗室在1944—2006年期間的科研成果進行了闡述。赫爾布朗和羅伯特 .賽德爾［3－4］整體闡述了勞倫斯伯克利國家實驗室從創建到第二次世界大戰期間（1940年左右）的發展過程。

從美國國家實驗室的類型、管理方式、體系、結構等方面進行的研究。謝彤［4］和帕帕達克斯［5］從國家實驗室的目標、成果、管理類型、國家實驗室之間的合作進行了闡述，并且以此對實驗室的未來趨勢進行了預測。楊少飛和許為民［7］對美國國家實驗室管理模式進行探析、張強［8］對實驗室的績效評估進行反思與借鑒、張軒［9］對實驗室的技術轉讓政策與機制進行了分析，趙文華等人在論文中認為［10］：大學通過代管的國家實驗室，由于經費充足，可以競爭到大批的國家重大研究項目，從而實現他們為國家戰略目標服務和提升學校學術水平的目標。勞倫斯伯克利實驗室為提升學校整體學術水平做出了巨大貢獻。實驗室利用回旋加速器，發展了醫學物理、理論物理、輻射檢測技術等新興科學技術領域，同時，促進了生命科學、高溫化學、生物有機化學等相關學科的快速成長。伯克利分校的諾貝爾獎獲得者主要集中于化學和物理學，勞倫斯實驗室功不可沒。任波等人［11］從美國國家實驗室的分類、特點、經費等進行了總結，對國家實驗室通過建立以成績為基礎的伙伴關系進行了贊揚，認為這樣可以達到科學技術目標和管理運作效益的平衡。衛之奇對美國能源部國家實驗室的績效評估體系的原則、內容和評估實施方案等進行了詳細說明。

對中國國家重點實驗室和其他國家的實驗室進行比較分析。卞松保和柳卸林［9］對美、德等發達國家創新體系中基于原始創新的國家實驗室和中國國家創新體系中從事原始創新研究工作的國家重點實驗室進行了比較研究，闡釋了國家實驗室在原始創新中的作用及內在機制，說明了國家實驗室的分類和在當代背景下的功能，最后提出了推動國家實驗室發展的有關建議。莊越、宋偉、楊少飛等人［14－16］也對比了中美國家實驗室的管理制度和運行模式的差別，具體從目標定位、經費、學科分布、人力資源、法律法規等方面，分析了我國國家重點實驗室建設與運行中存在的若干問題和不足，進而指出了我國國家實驗室科技管理體制改革和發展的方向。

綜上所述述，美國國家實驗室的管理模式、創新體系以及績效評估體制等都值得我國國家重點實驗室學習和借鑒。但是，所有論文卻都沒有進行最關鍵的分析：重點實驗室制定各種管理體系的最終目的，就是能有一個高水平的科研能力。先進管理體系下的美國國家實驗室，它的科研能力究竟比國內國家重點實驗室高多少，從中又能看出多少隱含的內容，是所有相關論文都沒有開展的研究。本文利用SCI和ESI等國際通用的科研論文評判工具進行實證研究，用數據進行分析。

2 美國勞倫斯伯克利國家實驗室簡介

美國許多國家實驗室是GOCO（Government－Owned ＆Contractor－Operated）管理模式，即由政府擁有，但由承包商代理進行運營和管理。承包商一般為大學、企業或其他教育機構等。勞倫斯伯克利國家實驗室（以下簡稱“伯克利實驗室”）成立于1931年，隸屬于美國政府的能源部，由加州大學管理。目前，伯克利實驗室有13位諾貝爾獎獲得者，57位國家科學院院士，13位科學家獲得國家科學獎，18位國家工程院院士，其中的3位是醫學院院士。該實驗室大約有4 200位科學家、工程師、支持員工和學生，共有13個科學部，包括地球科學、基因組學、生命科學、化學科學、環境能源技術、材料科學、物理生物科學、計算研究、加速器和聚變研究、工程、核科學和物理、科學網絡，是一個跨學科的綜合性科研機構。伯克利實驗室的經費非常充足，從其官方網站上［17］看出，2011年的經費是7.35億美元，還有額外的1.01億美元基金的支持，總計8.36億美元的科研經費。

3 本文的研究思路和方法

本文首先對伯克利實驗室的重大項目成果進行介紹，然后，通過SCI論文，從整體上了解實驗室的科研能力。通過Web of Science工具，查詢了伯克利實驗室的研究方向，發現論文數量最多的前3個學科是“物理”、“化學”和“材料科學”，由于該實驗室是大學管理的國家實驗室，所以，選取了3家獲得過評估“優秀”的國內高校管理的國家重點實驗室進行對比，它們是：材料科學學科的“晶體材料國家重點實驗室”（以下簡稱“晶體材料實驗室”）、物理學科的“固體微結構物理國家重點實驗室”（以下簡稱“國體微結構實驗室”）和化學領域的“固體表面物理化學國家重點實驗室”（以下簡稱“固體表面物理化學實驗室”）。當然，雙方的實驗室規模、經費、人員等存在很大的差距，加上學科并非完全吻合，因此，只是相對性質下的比較，但是，從中依然可以看出一些值得我們關注的問題。統計時間為2013年2月26日，統計年限選取2003—2012年和2008—2012年的2個時間段，統計數據是那些標示了實驗室名稱的SCI論文。

4 伯克利實驗室的重大科研成果介紹

伯克利實驗室獲得了國家和國際上眾多的重大科研項目支持，科研成果非常矚目，完全可以用“卓越”來形容，其中的29項重大技術成果徹底改變了世界的醫學、能源、健康等領域，有些成果獲得了諾貝爾獎。其主要科研成果如下：

（1）發現16個元素周期表中的元素，其中Technetium－99已經徹底改變了醫學圖像領域，Americium被廣泛應用于煙探測器。

（2）確定對人體有益和有害的膽固醇，該項成果可以為預防心臟疾病提供有力的幫助。

（3）確定宇宙大爆炸，發現黑能量。

（4）節約能源的玻璃涂層材料研究，可以阻擋夏天熱能進入和避免冬天熱能的散去，為美國節約了數十億美元。

（5）揭示了恐龍滅絕的殺手，認為是小行星撞擊地球引起的。

（6）揭示了光合作用機理。

（7）研制出目前為止最堅固的陶瓷材料。

（8）研制出涼爽屋頂材料，通過反射太陽光，降低表面溫度，大幅減少制冷費用。如果全世界都用這種材料，就相當于減少全世界6億輛汽車排放18年的二氧化碳數量。

（9）發明了節能熒光燈和電子鎮流器。

（10）研制持久可充電電池。

（11）研制UV（紫外線）凈水系統，利用紫外光殺死水中的病菌，比如痢疾病菌等，可以幫助發展中國家解決飲水問題。

（12）研制了世界上最小的合成電動機，和納米技術等其他突破性技術一起使用，可以應用在醫學和超級電腦上。

（13）利用高科技技術，電子化重現歷史音頻資料。實驗室的科學家們研制出一種進行數字化改造，儲存那些過于脆弱無法播放的老化錄音（如19世紀后期愛迪生蠟盤）的高科技方式。

（14）創造了超小型DNA取樣器，確定空氣、水和土壤樣品中微生物的工具，廣泛用于公共衛生、醫學和環境清除項目。

（15）開發超強氣候模型，模擬氣候變暖對生態系統和人類健康造成的影響。

（16）促成了中國的能源效率。中國在制定能源標志和電器標準時，實驗室給予了相當大的支持，還幫助提高中國的住宅和商業樓宇以及工業部門，如水泥制造業的能源效率。

（17）實驗室研制的望遠鏡，使星星離我們更近，讓我們可以一睹數十億光年遠的超新星。

（18）揭示了人類基因的秘密，發現人類的第5、16和19條染色體是控制人類糖尿病、動脈硬化、哮喘和其他疾病的基因。

（19）生物燃料的研究取得重大進展。實驗室和能源部的BioEnergy機構合作研究，從細菌中制取燃料，在生物燃料研究方面又進了一步。

5 SCI論文統計分析

5.1 SCI論文數量

從近10年的SCI論文數量（見圖1，橫坐標為年份，縱坐標為SCI論文數）看出，伯克利實驗室和國內3家實驗室的SCI論文數量都在穩步增加，伯克利實驗室年平均SCI論文數量是1 947篇，國內的3家重點實驗室的年平均SCI論文數量分別是274、391和237篇。

圖1 圖伯克利實驗室和3家國內重點實驗室SCI論文柱狀對比圖

5.2 SCI論文的基金資助

從SCI論文的基金資助看出，中國和美國國家實驗室資助結構有所不同（由于基金的英文標示不統一，筆者進行了統一）。

伯克利實驗室所屬的國家能源部資助金額最多，約占1/4的資助比例，其次是美國自然科學基金、美國國立衛生研究院的資助，另外，其他國家的資助也非常龐大，比如意大利、瑞士、加拿大、德國和芬蘭等5國的資助金額就占總額的11.866%。

伯克利實驗室與中國的合作論文合計2 057篇，依次為中科院、山東大學、清華大學、南京大學、中山大學等，其中大約316篇論文是中國國家自然科學基金資助，占2.895%。

中國國家重點實驗室的論文資助來源絕大部分是國家自然科學基金，其次是“973項目”、各省自己的自然科學基金等。在表1中，筆者羅列了晶體材料實驗室的前10個論文資助基金名稱，可以看出，該實驗室的論文資助基金是中國國家自然科學基金，占到71.805%，其次是“973項目”占25.994%和山東省自然科學基金占13.140%。在前100個基金項目中，幾乎沒有得到其他國家的基金資助，其他2家國內重點實驗室的情況也類似。從表1中還可見，伯克利實驗室的合作國家范圍之廣、合作項目數量之多是國內國家重點實驗室所無法比的。國內國家重點實驗室的國際合作項目少，合作基金不多，大部分是由國家出資開展的科研活動。表1為兩者資助比例前10的基金項目名稱。

表1 伯克利實驗室和晶體材料實驗室基金列表

5.3 研究方向比較

表2所示為伯克利實驗室的前20個研究方向，表3為國內3家國家重點實驗室的前10個研究方向。從中看出，雙方的前3個研究方向都為“化學”、“物理”和“材料科學”，只是所占比例有所不同。伯克利實驗室的“物理”占所有SCI論文的40.95%，“化學”占19.845%，“材料科學”占9.948%，“科學技術其他主題”占9.931%，“天文學和天體物理學”占8.178%。國內的固體表面物理化學的“化學”占73.95%，固體微結構實驗室的“物理”占75.22%，而晶體材料實驗室的“物理”占40.98%，“化學”占36.70%。另外，伯克利實驗室的“天文和天體物理學”和“微生物學”是國內3家實驗室沒有涉及的學科，國內3家實驗室排在前5位的 “光學”、“電化學”、“晶體學”和“冶金和冶金工程”沒有進入伯克利實驗室的前10位。從中可以看出4家實驗室的優勢學科。

表2 伯克利實驗室前20個研究方向

表3 國內3家重點實驗室前10個研究方向

6 引文數據統計及比較

引文數據可以看出論文的國際影響力，是判斷論文質量的最直接和簡單的方法。通過SCI影響因子論文和ESI為工具，對伯克利實驗室和國內3家國內重點實驗室進行了比較，從中可以看出兩者的差距。

6.1 SCI論文的影響因子比較

對伯克利實驗室和3家國內重點實驗室的SCI論文進行研究方向的分類，并且，把國內3家實驗室的相關論文進行集中，與伯克利實驗室進行比較，以“物理”、“化學”和“材料科學”這3個學科的SCI論文影響因子≥10.0、5.0和3.0這3個數據集，見圖2所示。從中看出，雙方的高影響因子論文比例都在上升，論文質量都在提高。伯克利實驗室的影響因子≥10.0的論文比例遠遠高于國內3家重點實驗室，盡管國內實驗室“化學”的影響因子≥3.0的論文進步很快，與伯克利實驗室的差距在縮小，但是，“化學”的影響因子≥10.0的高影響力論文依然存在差距。

圖2 伯克利實驗室和國內3家重點實驗室的3個研究方向影響因子比較

6.2 ESI論文比較

研究機構能夠進入ESI的Top Papers論文，表示該機構的科研能力水平步入世界先進行列，在國際上有很深遠的影響力。伯克利實驗室在ESI中可以查到共有347篇Top Papers，國內3家重點實驗室合計有106篇，具體見表4。通過統計分析，發現：

（1）伯克利實驗室被引頻次最高的是2004年發表在PHYS LETT B上的論文，共被引3 177次，其次是2006年發表在J PHYS G－NUCL PARTICLE PHYS上的論文，共被引3 137次。實驗室在物理、化學、太空科學、工程、材料科學、生物＆生物化學和分子生物＆遺傳學等學科有很大的優勢。347篇ESI論文中，有56篇的合作機構都大于等于40家，最多的一篇論文有245家機構，發表在2010年PHYS REV LETT期刊上，排在該實驗室ESI論文被引頻次的第一名3 177次，被引頻次排在第二的合作機構有79家，被引頻次3137次。

（2）國內3家重點實驗室中，被引頻次最高的是固體表面物理化學實驗室發表在Science上的2007年論文，被引頻次823次。3家實驗室ESI論文主要集中在化學、物理和材料科學學科上。盡管實驗室所在的高校ESI論文有與其他機構的大型合作，但是，實驗室本身與其他機構合作的論文很少。

表4 伯克利實驗室和國內3家國家重點實驗室ESI論文數量對比

7 結束語

從上述對伯克利實驗室的重大科研成果和SCI/ESI論文與國內重點國家實驗室的論文比較分析看出，美國國家實驗室的論文數量和質量都很高，龐大的資金資助不僅有國家的支持，還吸收了眾多其他國家的資金，承擔了很多重大科研項目的研究，另外，國際間合作很廣泛，在現代開放的全球化社會中，科研團隊的國際協作不僅能得到資金的支持，還能通過共同發表論文提高國際影響力。國內重點實驗室需要增加國家合作，吸引國際資金的支持，以提高影響力。

（References）

［1］馬雯.大學內國家實驗室的典范：勞倫斯伯克利國家實驗室的研究［D］.北京：首都師范大學，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］謝彤.美國的國家實驗室［J］.全球科技經濟瞭望，2000（2）：44－46.

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［8］張強.美國聯邦政府績效評估的反思與借鑒［J］.中共福建省委黨校學報，2005（7）：72－76.

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［10］趙文華，黃纓，劉念才.美國在研究型大學中建立國家實驗室的啟示［J］.清華大學教育研究，2004，25（2）：57－62.

［11］任波，候魯川.世界一流科研機構的特點與發展研究：美國國家實驗室的發展模式［J］.科技管理研究，2008（11）：61－62.

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［15］楊少飛，許為民.我國國家重點實驗室與美國的國家實驗室管理模式比較研究［J］.自然辯證法研究，2005，21（5）：64－68.

［16］莊越，葉一軍.我國國家重點實驗室與美國國家實驗室建設及管理的比較研究［J］.科學學與科學技術管理，2003（12）：21－24.

［17］美國勞倫斯伯克利實驗室官方網站［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

中山大學2012年高校管理研究課題“中山大學重點實驗室科研競爭力分析研究——基于SCI和Scopus統計分析”的研究成果之一

徐志瑋（1968—），女，江蘇蘇州，碩士，館員，研究方向為科研評價和知識組織.

E－mail：xuzhiwei＠mail.sysu.edu.cn

實驗室安全與環保