高校貴重儀器共享服務和示范應用實踐與探索

李成范， 周時強， 劉 嵐， 宋 陽， 趙俊娟

(上海大學 計算機工程與科學學院，上海 200444)

0 引 言

教育部對高校貴重儀器設備的定義是單價在人民幣40萬元(含)以上的儀器設備，以及單價不足人民幣40萬元，但屬于國外引進、教育部明確規定為貴重、稀缺的儀器設備[1-3]。高校貴重儀器設備是高校進行科研、人才培養、服務社會的重要物理基礎，充分體現了高校綜合辦學實力和先進科研水平，其管理技術和服務水平在一定程度上已成為高校科技創新和服務社會經濟發展能力的重要衡量標準之一[4-6]。當前，隨著國家對教育事業支持力度的加大，高校在貴重儀器的采購和管理方面有了長足進步，設備類型多樣，服務范圍不斷拓寬。如何對高校眾多的貴重儀器進行有效管理，提升其服務社會的能力，已成為儀器設備管理和信息化建設領域中的一個難點。

貴重儀器共享服務和示范應用是盤活現有儀器資源、推動資源共享、打破部門藩籬、解決資源分散、避免重復浪費的有效手段[7]。對上海高校來說，貴重儀器共享服務和示范應用不僅是大學集中力量辦大事的具體體現和解決科研測試難題的有力舉措，更是在固定資金條件下完成科研任務的同時如何更好地服務于社會的重要保障。高校貴重儀器的管理和使用，一定程度上左右著科研的進程以及服務社會的水平，這對于當前提高高校貴重儀器使用效率，提升服務上海科創中心建設和國際競爭力具有重要意義。

1 貴重科研儀器共享服務現狀和發展趨勢

1.1 國內外現狀

在國外，尤其是美國、英國、德國和日本、新加坡等國，高校貴重儀器設備在共享服務和示范應用方面開展較早，其應用經驗也相對豐富，有很多成功的案例值得借鑒[8-9]。例如，美國硅谷的產學研模式，高校完成的科學研究，通過企業提供資金和設備計算服務，實現科技成果的快速落地和轉化；英國帝國理工學院大數據中心通過將獲取大數據對中國“一帶一路”和沿海人口遷移進行計算，并通過可視化進行展示，最終形成高校儀器設備的共享服務和示范應用；日本東京的多所高校通過與企業、醫院等進行合作，在高校共享儀器服務平臺上將獲取的醫學大數據進行快速計算和分析，形成科研成果的同時并最終形成實用化的醫學醫療設備等。

在國內，隨著我國總體經濟實力的增強，國家和地方科研投入不斷增加，高校貴重儀器的數量、價值也快速增加[10-12]。據統計，我國高校貴重儀器在2011～2015年間增長了約3.5倍，年增長率超過40%，明顯高于高校儀器設備的整體增長幅度。截至2015年，高校貴重儀器總金額已達到700億元。此外，在貴重儀器使用時間方面，同時期的“985”和“211”高校大型貴重儀器設備平均使用平均時間為900多h/a，其他高校貴重儀器設備的平均使用時間則為600多h/a。然而，隨著高校貴重儀器數量的激增，其設備利用率和共享水平卻不高，2011～2015年間的全國儀器對外使用率僅為10%左右，資源閑置和浪費現象突出。2014年10月，“關于國家重大科研基礎設施和大型科研儀器向社會開放的意見”獲得審議通過，為高校貴重科研儀器設備共享服務和示范應用提出了指導性意見。

1.2 發展趨勢

隨著高校貴重儀器設備數量的增長，原有的高校儀器管理模式也在逐漸發生改變，已由最初的“一切服務于儀器”到80年代初期“集中管理”、90年代的校院兩級分級管理模式，再到如今的“逐步全面共享”。整個貴重儀器設備管理模式的發展過程也充分暴露了原有管理模式的弊端[13-14]。例如，貴重儀器重復購置、缺乏整體性協調，浪費閑置明顯；開放共享力度弱，使用率低；應用范圍寬廣，缺乏示范應用；實驗人員業務能力較差，管理水平低下等。

隨著當前上海科創中心建設的持續推進，高校貴重儀器開放共享和示范應用更加具有必要性和重要意義。由于高校貴重儀器設備具有公用性、稀缺性等特征，只有向社會開放共享、形成示范應用才能充分釋放其服務潛能，為實施創新驅動發展戰略提供更加有效的支撐。通過共享服務充分發揮大型貴重儀器的使用效率和有限的應用示范，使更多的高水平研究工作和重大工程項目得到高校貴重儀器的全力支持，在推動高校科研水平提高的同時，為上海科技創新和經濟社會發展服務，推動上海市區域經濟社會的全面發展，提升上海參與國際競爭的綜合能力。

2 影響貴重科研儀器共享服務和示范應用的主要因素

高校在貴重儀器設備使用和管理工作中往往都具有一定的程序和規范，然而由于歷史、或現實和社會環境等問題，使得高校貴重儀器共享服務和示范應用存在著各種各樣的問題，導致其使用效率偏低，服務社會水平低下。通過對影響高校貴重儀器共享服務和示范應用的因素進行歸納和總結。

2.1 共享意識淡薄，管理制度落后

長期以來，由于國家和地方政府對貴重儀器設施運行經費不足，運行機制不活，使得儀器設備擁有單位常把貴重設備當寶貝珍藏，不輕易對外單位和社會開放，缺乏貴重儀器共享意識[15]。與此相對應，由于信息不透明，導致對貴重儀器有服務需要的需求單位，常常又要舍近求遠、甚至到國外去完成有關測試任務。這就造成高校貴重儀器擁有單位和社會需求單位之間的脫節。

此外，在早期高校貴重儀器設備管理落后，體制也不完善，貴重儀器設備“重規劃和采購、輕管理與使用”，以及不同單位之間重復采購等現象，造成大量的經濟資源浪費。這與高校貴重儀器設備管理運行和社會服務并不相符。而這些貴重儀器設備一旦采購成功，往往又缺乏長遠的設備規劃和系統維護與管理等，造成儀器長期被閑置、老化，甚至提前報廢。當前，共享意識單薄、貴重儀器設備管理制度落后，已成為制約高校貴重儀器共享服務和示范應用的難點和瓶頸。

2.2 實驗隊伍不合理，管理方式落后

(1) 不重視實驗隊伍建設。目前，隨著高校貴重儀器設備的大量采購和投入使用，與之相配套的實驗技術和管理人員數量較少，且文化程度普遍不高；存在人員待遇偏低，不受單位重視，發展空間有限，人才流失嚴重等現象[16]。與此同時，這些不利因素又導致實驗人員工作積極性低、業務上得過且過、不求上進，不利于高校實驗室發展的良性循環。長期以來，突出的不爭事實就是高校實驗人才隊伍建設逐漸成為高校師資隊伍建設中薄弱環節。

(2) 儀器設備的管理方式落后。高校對于貴重儀器設備的管理仍舊沿用傳統的院校二級封閉管理系統，管理方式落后；對于貴重儀器設備的使用仍舊以獨立的課題組或實驗室為主，遵循“自己的設備自己用、不愿與人共享”的陳舊觀念，設備橫向利用率偏低。此外，在高校貴重儀器管理中普遍存在著“重保管、輕宣傳”的現象，幾乎沒有一家高校曾向社會進行廣泛宣傳，即使對既有用戶也缺少足夠的溝通和互動，服務意識弱，導致貴重儀器共享程度低，嚴重削弱了高校貴重儀器的社會服務能力。

2.3 共享網絡平臺建設滯后，系統不完善

盡管因特網已在儀器設備管理和信息化建設中得到的廣泛應用，但是高校貴重儀器設備共享網絡平臺建設工作滯后，大多流于形式，還未真正實現共享和精細管理[17]。①由于貴重儀器設備較少，部分高校仍然停留在儀器設備的紙質化辦公與管理階段；貴重儀器設備網絡管理平臺大多是以校級網絡平臺，兼顧院級網絡平臺，通過校級平臺實現貴重儀器設備的瀏覽和查詢，但是校院二級平臺并不能實現共享或共享程度較低。②在已有的高校院校貴重儀器設備二級網絡共享平臺中，功能簡單，管理粗放，系統也還不完善。例如院級網絡平臺往往是簡單的連接到校級網絡平臺，兩者之間缺少有效溝通和反饋，缺少足夠的信息對接渠道，不能做到實時更新和維護、刪除等，難以及時完成高校貴重儀器設備的績效評估和資源監控。

3 提高貴重科研儀器共享服務和示范應用

針對影響貴重科研儀器共享服務和示范應用的主要因素進行梳理，本文探索了提高高校貴重儀器共享和示范應用的主要舉措。

3.1 更新儀器管理觀念，改進共享服務模式

打破傳統的二級單位之間的橫向管理方式，借鑒當前國外高校貴重儀器設備的空間管理方式，建立集中放置、統一管理的實驗平臺環境。對于特殊貴重儀器設備需單獨放置之外，一般的貴重儀器設備提前規劃出合理的空間，統一托管，形成集中的空間管理方式，有利于不同用戶之間、用戶與儀器管理者之間的相互交流和溝通；通過形成有限的示范應用并進行展示，提高高校貴重儀器利用透明度。改變陳舊的儀器設備管理理念，建立全新的開放實驗環境，實現隨時隨地的預約、操作、管理，顯著提高貴重儀器設備的使用效率。在開放和集中實驗環境中，通過對不同貴重儀器設備進行集中管理和開放使用，打破了以往舊的貴重儀器設備共享服務模式束縛，大大提高了高校貴重儀器設備的開放共享和社會服務程度。

此外，以往高校貴重儀器設備共享服務中，由于歷史原因，大多是免費或象征性收費。但是在市場經濟下，鼓勵和提倡共享服務的合理收費等有償服務既能激勵實驗人員的積極性，提高儀器所屬單位開展共享服務意愿，又能提高貴重儀器設備自身的維護和管理，延長使用壽命,提高服務質量，擺脫以往貴重儀器設備運轉完全依靠政府行政經費的尷尬局面。

3.2 強化實驗技術隊伍建設

提高實驗人員的技術水平與業務能力以及貴重儀器的高效使用，是實現高校現有貴重儀器設備管理、使用和共享的關鍵。建設一支結構完整、管理高效的實驗隊伍是實現高校貴重儀器共享服務和示范應用的根本保障。加大培養力度，切實提高實驗技術隊伍的專業水平和整體素質。對包括從事實驗教學、科研、儀器設備維護與管理等實驗人員進行專業培養，提高實驗人員技術水平和業務能力；完善包括建立健全考核制度、根據實際情況修訂實驗技術隊伍的職責和聘任辦法、鼓勵實驗人員參與具體技術研發等眾多激勵措施，充分調動實驗技術人員積極性，促進實驗人員隊伍建設和實驗技術創新。同時，采取有效措施，從國內外知名高校或企業引進高層次實驗人才，通過設立一批特定崗位計劃，吸引高素質的實驗人才參與到高校實驗技術隊伍中。在領軍實驗人才引領下，充分發揮貴重儀器的共享優勢，形成特定領域的示范應用，顯著提高貴重儀器設備的共享服務水平。

3.3 實施合理的激勵政策

在高校實驗技術隊伍具體建設中，不同高校還可以通過定期或不定期的設立貴重儀器開放專項基金，以及對高校優秀實驗室和實驗人員進行評選活動，分別對優秀部門或實驗人員從物質和精神鼓勵，切實提高實驗人員的工作熱情和積極性。針對實驗人員職稱晉升難度大、晉升空間有限等問題，通過改革現有實驗隊伍結構，增設實驗技術主管和實驗技術總監以及教授級高級實驗師，進一步完善高校實驗人員職稱晉升制度，豐富其發展空間。

3.4 大力推進共享網絡平臺建設

大力推進高校貴重儀器共享網絡平臺建設，實現管理信息實時接入、更新、分類檢索和實時查詢，改變以往貴重儀器設備簡單掛靠的弊端，有效克服貴重儀器設備數據的分散存儲和條狀分隔。高校貴重儀器在完成日常科研任務的前提下，應為生物醫藥、工業制造、航空航天、農產品和食品等在內的多個社會領域進行計算、測試服務，特別是為企業創新，提供了便捷的服務。此外，依托互聯網建立起的門戶網站，實現貴重儀器設備共享服務，通過將把這些貴重儀器設備整合入網，實現貴重儀器共享服務網上預約、儀器知識查詢、計算等功能，大大節約了開發成本，提高了企業創新和市場競爭力，形成高校貴重儀器設備在不同行業中的示范應用。例如，上海市科委每年都會以上海市科技創新卷的形式對社會共享服務成果突出的高校等科研院所進行相應的獎勵和補償。

4 案例——自強4000高性能計算機共享服務示范

在上海市科委科學儀器項目的資助下，現以我校自強4000高性能計算機為例，對其共享服務和示范應用進行了初步的實踐和探索。

4.1 自強4000高性能計算機概況

我校自強4000高性能計算機采用IBM Cluster1350集群架構，具有3 000多個CPU核和多塊GPU、MIC的集群系統，計算節點選用IBM最新一代的x240刀片服務器，配置最新技術的Intel Xeon E5-2690系列處理器，集群配置專業的高性能集群管理軟件Platform LSF。為了方便管理和使用，自強4000高性能計算機集群系統的計算部分主要是由140臺IBM PureFlex x240刀片節點構成，其中，集群中包括140臺瘦節點、2臺胖節點和11臺GPU計算節點及2臺登錄節點組成。自強4000高性能計算機于2013年構建，峰值運算速度達到7×105億次/s，其性能在國內各大高校大型高性能計算機中居于前列。

4.2 自強4000高性能計算機共享服務現狀

當前，自強4000高性能計算機定位是以教學和科研并重的實驗模式。①以往依托自強4000高性能計算機的高性能計算實驗教學課程模式主要是“理論講解+實驗操作+考核”，課程選修過后，結果只是學過而已，一知半解，很快淡忘，學生在儀器實驗技能方面沒有實質性提升，無助于提高學生就業競爭力。②目前自強4000高性能計算機的服務對象也往往局限于校內不同科研團隊的需要，側重于材料計算、仿真計算等，應用范圍較窄，大多時候處于閑置狀態，高性能計算的作用也并未體現出來。對于高性能計算服務較多的很多領域，自強4000高性能計算機并未涉及，傳統的實驗模式存在一定的弊端。隨著上海科創中心建設，自強4000高性能計算機的定位也逐漸調整為以服務為主、研發為先、教學為本的格局。

自強4000高性能計算機最初只供本單位使用，且對于校內各個對象的計算服務是免費的。這顯然已不符合社會經濟發展的需求，而且國家對儀器設備管理單位的指導意見是按照成本收取相應的服務費用，提倡有償服務。在符合監管條件的前提下，針對傳統的自強4000高性能計算機管理和教學模式，如何發揮這一高校貴重儀器設備優勢，提高實驗操作人員業務水平、儀器開放共享程度及形成應用示范，對于高校貴重儀器設備服務上海科創中心建設的能力提升和實現“彎道超車”來說已迫在眉睫。

4.3 自強4000高性能計算機共享服務示范應用

(1) 找準服務定位。針對自強4000高性能計算機共享服務現狀：結合本校現有研究基礎，明確社會服務定位，通過與上海超級計算中心及兄弟院校高性能計算中心功能互補，重點開展材料基因計算服務，形成自強4000高性能計算機應用示范流程； 對自強4000高性能計算機使用和管理文檔與流程進行更新，做到可預約周期為30 min、每周7 d、全天24 h服務，提高儀器使用效率，提升其對接上海市科技創新“十三五”規劃、服務上海科創中心建設的能力。

(2) 編制自強4000高性能計算機上機指南、用戶手冊和培訓文檔，規范使用流程。原自強4000高性能計算機用戶手冊和申請方法等文檔主要是沿用自強2000和3000的相關內容和流程，目前其具體的應用對象和計算任務等都已發生了較大的變化。基于此，有必要根據自強4000高性能計算機特點、應用對象和計算量等重新編制上機指南、用戶手冊和培訓文檔等文檔；針對前期計算服務主要是基于校內用戶申請特點，需要制定校外用戶申請流程和審核標準及收費標準等細則，進一步規范自強4000使用流程。

(3) 根據具體服務對象，對現有的自強4000軟硬件資源進行整理和歸納。前期自強4000高性能計算機主要為校內各單位不同學科和團隊進行科學計算服務，服務社會的程度較低，與具體應用相配套的軟件資源相對較少，且現有的軟硬件資源也未充分利用。通過對當前上海科創中心建設需要進行分析，整理現有的軟、硬件資源，將其歸納成為基礎研究計算的科學計算服務和為動漫渲染、工程仿真等計算的工程計算服務兩大類，更加符合上海科創中心建設實際需要。

(4) 培訓實驗儀器操作人員，形成自強4000高性能計算機在材料基因計算領域的應用示范流程。通過對實驗儀器操作人員進行系統培訓，在提升實驗操作人員專業技術能力的同時，面向材料基因、生物與醫藥、航空航天、氣象預報、動漫渲染、工程仿真等工程計算領域和物理、化學等基礎科研領域用戶提供高性能計算、云計算和大數據三位一體的計算、存儲和分析服務，形成自強4000高性能計算機材料基因計算領域的示范應用，為后續相關儀器的社會共享服務提供參考。

(5) 對實驗人員實行合理柔性激勵政策，切實提高實驗人員工作積極性和經濟收入。通過對自強4000高性能計算機共享服務實行有償服務以來，已經初步獲取一定的經濟收益，除去日常的儀器運營維護和相關管理費用之外，適當的提高了實驗人員的收入水平，緩解由于以往收入低而帶來的巨大經濟和生活壓力。此外，對于校內二級部門，根據當前經濟收入結構主要來自于績效考核這一現狀，自強4000團隊還正在探索對校內服務團隊(部門)實行工作量劃分和轉移嘗試，以此穩定實驗隊伍和提高實驗人員積極性。

5 結 語

高校貴重儀器作為一種重要的科技資源，其擁有、配置和利用方式的優劣，日益成為決定其科技強弱的關鍵因素之一。在當前科研、創新等對貴重儀器設備的依賴程度與日俱增的前提下，高校貴重科研儀器不僅要完成日常科研任務，而且還要為包括企業創新在內的社會上眾多領域的開發研究服務，形成不同行業示范應用。

此外，科技資源不僅包括貴重儀器設備，還包括圍繞儀器的大量實驗人才資源。高校通過貴重儀器共享服務負責推進本單位科學儀器設備內部共享，組織本單位儀器面向社會服務，在提升企業創新能力和促進高校科研教學事業發展的同時，提高了儀器使用人員隊伍的技術水平，實現了高校貴重儀器共享服務和實驗人才培養的雙贏。更加有效地對接“中共上海市委上海市人民政府關于加快建設具有全球影響力的科技創新中心的意見”、上海市科技創新“十三五”規劃和國務院關于建設上海科創中心方案這一經濟建設和社會發展需求。