企業國家重點實驗室建設的可視化分析和建議

涂 娟，邱 武

(1. 江漢大學 物理與信息工程學院， 武漢 430056； 2. 湖北瀛通通信線材股份有限公司， 湖北 咸寧 437400)

0 引 言

2016年國家頒布《“十三五”國家科技創新規劃》，強調國家步入科技創新型國家的決勝階段。科技創新是改變國家力量和重塑國際競爭格局的核心力量。作為國家創新體系的兩個重要構成部分，國家重點實驗室著力于探索科學前沿和解決國家重大需求；企業國家重點實驗室則側重于滿足社會和行業未來發展的需求。

目前已有很多學者對國家重點實驗室進行系統研究：對實驗室創新建設的理論探討[1-3]；對評估制度的回顧和思考[4-8]；對實驗室運行和管理機制的探索[9-13]。但是針對企業國家重點實驗室的研究文獻卻很少[14-15]，且有限的企業國家重點實驗室相關文獻又集中在2014年以前。近年來國家新建和淘汰了部分企業國家重點實驗室，目前缺乏相應的研究對其發展和成果進行跟進分析。已發表文獻的研究內容偏向于模型分析和單年度的數據統計，沒有從空間分布和時間發展的角度來進行宏觀分析，并且分析手段局限于SPASS或Excel，展示效果有限。因此，以最新企業國家重點實驗室的數據為研究對象，使用更強大的Python和QGIS等可視化分析工具，從布局、發展等方面進行研究分析很有必要。

1 研究對象和方法

1.1 研究對象

1.1.1 企業國家重點實驗室的配置結構

企業國家重點實驗室的配置結構包括實驗室軟件和硬件配置。軟件配置主要指人員配置，硬件配置包括實驗室的建筑面積、設備臺數和總值。關于企業國家重點實驗室申報條件和評估標準，國家對建筑面積、儀器設備總值等有明確規定。根據《關于依托轉制院所和企業建設國家重點實驗室的指導意見 國科發基字〔2006〕559號》，企業需具備較集中的實驗用房，面積在3 000 m2以上，儀器設備總值在1 500萬元以上。《科技部關于組織申報企業國家重點實驗室的通知 國科發基〔2014〕228號》則上升相關條件，實驗室面積要求一般應在5 000 m2以上，科研條件和設施總值則需在3 000萬元以上。因此分析實驗室相關配置的結構是觀測我國企業國家重點實驗發展情況的重要指標。

1.1.2 企業國家重點實驗室的成果產出

按照年度報告制，企業國家重點實驗室需每年向科技部提交上一年度工作報告，每5年提交工作總結。年度報告需要匯總承擔科研任務量、科研產出量、人才培養和隊伍建設、學術交流和開放共享、公眾開放情況等全面反映企業國家重點實驗室運行情況。科技部確定每5年為一個評估周期，以年度報告和工作總結作為評估材料，每年選擇若干領域驗收后的企業國家重點實驗室進行評估。《國家重點實驗室評估規則》經過了科技部的多次修訂，已建立起“優勝劣汰”的機制，整改或淘汰評估結果靠后的實驗室，加大支持評估優秀的實驗室。目前此規則被作為企業國家重點實驗室評估標準。

1.2 研究方法

(1) 數據來源。國家科技部官方網站提供的2011-2016年《企業國家重點年度報告》；國家企業信用信息公示系統提供的企業注冊信息；各托管單位官方網站提供企業的歷史發展信息；國家統計局官方網站提供的國家R&D等經濟數據。其中，本文以企業注冊信息提供的注冊地址作為企業重點實驗室所在地。

(2) 分析工具。利用Python及其相關數據庫進行數據的預處理和可視化分析。利用QGIS分析和展示企業國家重點實驗室的空間地理分布。跟SPASS或Excel相比，Python具有豐富和強大的擴展庫，在大數據和統計分析方面具有更強大的功能，在數據可視化分析和展示上具有顯著的優勢。而QGIS作為重要的空間信息系統，能夠分析和反映區域狀況的各種空間信息。

2 結 果

2.1 企業國家重點實驗室的布局結構

2006年，為了加強和完善國家技術創新體系建設，國家開始以企業和轉制院所為托管對象，建設企業國家重點實驗室。至今共批復建設了177個企業國家重點實驗室。根據《科技部關于發布99個企業國家重點實驗室評估結果的通知國科發基字〔2018〕51號》，有4個企業國家重點實驗室被淘汰。截至2018年8月，全國共有173個正在建設和運行的企業國家重點實驗室。將分別從實驗室所在地域、獲得批復時間、所屬行業、托管單位的年齡和性質，分析現有的173個企業國家重點實驗室基本的布局情況。

2.1.1 地域分布

(1) 利用QGIS對企業國家實驗室的地址數據進行聚類分析，分別按照省份和城市統計實驗室總數，結果如圖1所示。全國一共22個省、3個自治區和4個直轄市擁有企業國家重點實驗室。按照全國省界統計實驗室總數，結果顯示全國實驗室呈現出4個梯度分布。實驗室最集中的第一梯度是以“北京——上海”為中心聚集的北部區域和以“廣州——深圳”為中心的南部區域。整體上4個梯度以南北兩區域為中心由內向外、由東向西輻射，數量上逐級減少。東西部落差較大，其中山東省共16個，而整個西藏和新疆區域目前還沒有企業國家重點實驗。全國67個城市擁有企業國家重點實驗室，大部分城市擁有實驗室5個以內，南京、 青島、 武漢 、廣州、西安和深圳等城市擁有5～9個，上海擁有11個，而北京則高達35個。

(2) 通過分析每個城市實驗室個數分別占全省和全國實驗室總數之比，觀察實驗室分布密度，見圖2。

圖1 企業國家重點實驗室地域分布情況

占全國實驗室總數1.49%的均值線和占全省實驗室總數43.28%的均值線將坐標區域分為4個部分，除北京以外，其他城市明顯分布在1.49%全國均值線附近。絕大部分城市集中堆積在圖中的左下角，即這些城市擁有實驗室數量相對全省和全國比重都較低。少部分城市沿著100%全省占比線分布，即全省實驗室集中在一個城市。其中北京、上海、重慶和天津這4個直轄市，屬于省級行政區，因此計算結果必然為100%，但北京一城聚集了全國20.2%的企業國家重點實驗室，呈現絕對優勢。

圖2 企業國家重點實驗室的城市分布情況

2.1.2 行業領域分布

企業國家重點實驗室共覆蓋8個行業，如圖3所示。其中材料領域的企業國家重點實驗室最多，高達43個，占全部總數的24.9%。信息領域的實驗室最少，共12個，僅占總數的6.9%。

QGIS地理分析分布顯示材料、礦產、制造和能源這4個行業的企業國家重點實驗室分布相對均勻。交通、信息、醫療和農業這4個行業呈現出較明顯的局部分布。7個交通行業的實驗室沿著長江分布，此外北京、西安作為原鐵道和公路研究院所集中地，分別擁有3個和2個實驗室，長春作為老牌汽車廠所在地擁有1個實驗室。18個醫療和16個農業實驗室集中分布于東部沿海區域。12個信息行業的實驗室則集中在山東和湖北兩個教育大省、北京和深圳兩個科技城市。

圖3 企業國家重點實驗室行業分布情況

2.2 企業國家重點實驗室的發展趨勢

為了解企業國家重點實驗室的發展趨勢，將分析國家批復建設的全部177個企業國家重點實驗室，其中包含了已經淘汰的4個實驗室。分別觀察實驗室所在地域、行業領域隨批復時間的變化。從2005～2018年，國家每一批次批復建設實驗室總數增長迅速，但不同地區和行業的獲得批復的比例各不相同。同時，分析企業國家重點實驗室關于人員和設備的配置情況。

2.2.1 分布地域的變化趨勢

177個企業國家重點實驗室按批復時間可分成3批，見圖4。第1批(2005～2007年)共批復38個；第2批(2009～2012年)共批復61個；第3批(2015年)集中批復78個。QGIS地理分布分析顯示3批實驗室集中分布在中東部，且都局限于增加現有區域的實驗室覆蓋密度。顯然實驗室由東向西部擴散不明顯。

圖4 企業國家重點實驗室批復時間分布

2.2.2 行業領域的批復趨勢

分析8個行業的企業國家重點實驗室3批的批復情況，如圖5所示。材料行業的批復比例明顯高于其他7個行業，且加速增長，第3批的批復比例甚至達到29.5%。制造行業的批復比例波動劇烈，由第1批的13.2%減少到第2批的6.6%，在第3批中的占比再次增長到21.8%。農業、能源行業的批復比例波動明顯，第3批中的占比分別相對第2批下降了4.14%、2.29%。礦產、信息、醫療、交通4個行業的批復比例持續下降，其中礦產、信息行業的下降速度明顯快于醫療和交通，其降幅分別高達10.73%、13.23%。

圖5 批復趨勢圖

2.2.3 企業國家重點實驗室相關配置的發展

(1) 人員結構配置。企業國家重點實驗室人員分為固定人員和流動人員，隨著企業國家重點實驗室建設數量的增多，兩類人員的數量不斷增加。通過分析實驗室人員職稱和學歷的構成，可以反映企業國家重點實驗室組建成員的特點。

圖6所示為全部實驗室人員的學歷結構，中級職稱人員占比最高，大于30%，且6年間占比相對穩定。其次是副高職稱人員，占比大約25%。2015年后，正高和副高職稱人員占比增加明顯。相反，初級職稱以下的人員占比下降較大。

對全部實驗人員的學歷結構分析結果顯示。6年期間博士、碩士、學士和其他這4類學歷人員的占比相對穩定，依次大約為23%、42%、30%、4%。顯然碩士和學士是企業國家重點實驗室的主力軍。其中：固定人員在博士學歷員工中的占比遠低于在其他學歷中的占比，其占比始終維持在78%以下。而固定人員在碩士以下學歷中的占比保持在85%-95%之間波動。

圖6 企業國家重點實驗室人員職稱結構

(2) 基礎設施配置。企業國家重點實驗室基礎設施指標包括實驗室面積、實驗儀器設備數量和總價值。隨著實驗室隊伍的擴大，兩項指標的總量快速增長，然而實驗室的儀器配備密度和使用情況才能真正反應基礎設施建設情況。如圖7(a)所示，實驗室全部儀器的配備密度起伏較大。2011～2013年，平均每年增加108臺/萬m2，但2015年直線下降了90.7臺/萬m2。此外，實驗室30萬元以上儀器配備密度2012年增長了4.9臺/萬m2，之后的4年保持在16臺/萬m2左右。如圖7(b)所示，30萬元以上儀器的占比在2013年下降到3.5%，之后緩慢增加到2016年的4.7%。相反，30萬元以上設備的機時率在2013年緩慢增加到126.4%，但2016年再次下降到99.8%。

圖7 企業國家重點實驗室基礎設施結構情況

2.3 企業國家重點實驗室的成果產出

2.3.1 承擔科研任務情況

企業國家重點實驗室承擔和主持的科研課題分為國家級、省部級、國際合作和橫向合作，包括了當年立項和結題的課題。研究經費為當年到位經費。對2011～2016年不同類型課題獲得總經費的占比進行分析，結果如圖8(a)所示。國家級課題經費占比穩定在40%左右，是企業國家重點實驗室研究經費的重要來源。省部級經費的占比2012年后快速上漲，2016年達到33.1%，成為第二大企業國家重點實驗室的經費來源。國際合作經費占比極低，2016年僅占3.45%。2012年之后，橫向合作與國際合作經費占比持續下降，且橫向經費占比下降較快。

對各類課題的平均單項經費額度進行分析，其中《企業國家重點2015年度報告》的國家級和省部級課題的總數作為異常值，以拉格朗日法進行了修正。結果如圖8(b)所示。2012年后，國家級課題的單項額度最高，橫向合作最低。國家級、省部級的平均單項經費在2013～2015年間緩慢增加，2016年有所下降。但6年來國際合作和橫向合作的單相經費下降明顯，其中國際合作的平均單相經費由2011年的371.4萬元/項下降到2016的142.6萬元/項。

(a) 不同類型的課題年度經費相對年度總經費的占比

(b) 平均單項經費(修正異常值之后)

2.3.2 成果產出情況

企業國家重點實驗室的年度成果產出主要從國家級和省部級獎勵數量、國內和國外發明專利授權數量、學術論文發表數量3個方面衡量。其中國家級獎勵、國外發明專利、SCI和EI論文分別代表三者的較高質量成果。

圖9(a)是三方面成果總量的歸一化統計，2011～2014年科研論文發表總量上下波動，除此之外，6年間每種成果的總量整體快速上漲。但3種成果中各自高質量成果占比存在明顯區別，如圖9(b)所示。2011～2014年，國家級獎勵占比和國外發明專利占比緩慢上漲，分別漲幅4.7%和5.6%，但隨后2年下降明顯，到2016年分別下降了6.2%和1% 。6年間SCI和EI論文占全部論文發表總量之比波動中緩慢上漲了10.2%，但2016年比2015年下降了4%。

(a) 科研產出總量情況

(b) 高質量產出占比情況

圖9 企業國家重點實驗室成果產出情況

2.3.3 學術交流情況

企業國家重點實驗室的學術交流情況衡量指標包括講學人次、參加學術會議人次和承辦大型學術會議次數。講學分為與國外的和與國內的同行間交流講學；參加學術會議分為參加國內和國外學術會議；大型學術會議包括全球性、區域性、雙邊性和全國性會議。分別取與國外的交流講學人次、參加國外學術會議人次和承擔全球性學術會議次數作為三者中影響力范圍更廣的指標。

圖10顯示2014年企業國家重點實驗室的講學交流總人次以及承擔大型會議總次數有所降低，但整體上對外交流的三項指標6年間上升明顯。2013年后，國外講學人次占交流講學人次之比和參加國外會議人次占參加會議總人次之比快速下降，2016年相比2013年兩者分別減少了6.2%和5.6%。相反，承辦全球會議占承辦會議總次數之比在2014年后上升明顯，由17.1%增加到23.7%。

圖10 企業國家重點實驗室對外交流情況

3 討 論

3.1 合理布局

(1) 平衡地域分布。企業國家重點實驗室在地域分布上東部和西部呈現兩極化，且明顯集中在中東部地區某些省份的某個城市。3批批復建設的實驗室數量不斷增大，但更多的局限在中東部區域不斷增加實驗室的覆蓋密度。雖然國家有意在每一批使2個左右省份的企業國家重點實驗數量突破0。但全局來看實驗室自東向西延伸覆蓋的趨勢還不明顯。

企業國家重點實驗室的建設條件有其硬性條件，要求企業必須有足夠的經濟和研究能力來承擔重大科研項目。中國東西部經濟和科研教育水平發展不均衡的現狀，必然導致中東部地區相對有更多實力企業能夠建設企業國家重點實驗室。北京、上海等直轄市以及各省的省會城市，往往作為周邊區域的經濟和政治中心，成為大型企業的聚集地，其對政策方針的宣傳、解讀、實施有更強的敏銳度和便捷性。反過來，企業國家重點實驗室的科研創新動力又進一步推進企業和地區的發展。

為避免強者越來越強，弱者越來越弱的馬太效應。國家應當在建設企業國家重點實驗室時注意發展西部省份，對于西部企業可適當調節申請標準，保護地域特色。同時要注意適當分散中東部城市實驗室的聚集度，照顧省內其他城市實驗室的發展建設，最終促進區域經濟的平衡發展。

(2) 把握行業發展方向。在8個行業中材料行業實驗室占比遠高于其他行業，且增長提速。第3批中制造業實驗室建設數量激增。礦產和信息行業實驗室占比下降明顯。地域分布上，交通、信息、醫療和農業這4個行業局部分布明顯。

在轉制之前研究院校的科研方向偏向礦產、材料和交通行業，改革前的國企大多集中在制造、礦產和能源行業，而科技部最初擬定的企業國家重點實驗室建設對象主要針對轉制研究院校等國企。這些首先決定了相關行業的實驗室基本占比和地域分布情況，比如：第一批的礦產和材料行業批復的實驗室數量明顯高于其他行業；交通行業分布在原鐵道研究院所的聚集地。其次，行業自身的發展規律也影響著實驗室的發展和分布。以制造業為例，它是工業的主體，是國民經濟的支柱。當前我國正在經歷經濟結構轉型，制造業發展迅速，比重不斷提高。行業發展的大趨勢導致制造企業迫切需要通過提高自己的科技研發能力來提升競爭力。針對行業布局，國家應該順應行業發展，注意防止個別行業的過熱。保證農業、醫療等關乎民生基本的行業比例穩定。在實驗室數量不斷突破的基礎上，應當優先發展行業內高科技的和急需的研究方向，避免多而不精。

3.2 優化配置

(1) 提升實驗室固定人員高學歷和高職稱人員。企業國家重點實驗室全體人員的職稱和學歷結構相對合理和穩定。但是正高職稱、博士學歷中固定人員的占比遠少于其他較低職稱和學歷中的占比。換言之，企業國家重點實驗室的固定人員主要是中級職稱、碩士學歷。但是企業在正高、博士的引進上，更偏向于依靠流動人員的形式。

科研院所和大學院校相對企業具有更加優越的科研條件和更加靈活的作息制度成為中國博士生的最先選擇。同時，企業出于性價比、著眼當前利益和快速效益等原因，更偏向于招聘碩士生。因此，造成固定人員中碩士和本科學歷占比更高，學歷直接和職稱掛鉤，從而進一步造成各類職稱中固定人員占比分化的現象。另一方面，國家相關文件規定，企業申請建設企業國家重點實驗室必須構建自己的學術委員會和招聘對應的實驗室主任等。而通過流動人員的形式組織其他單位的正高、博士人員成為最優、最快的方式。這導致了流動人員的平均職稱和學歷高于固定人員。

高學歷和高職稱人員是科研能力的標志之一。科研人員是實驗室的根本，成為高質量和高產出的實驗室必須先配置強大的研究團隊。隨著國家近年來高校的不斷擴招，未來全民平均學歷水平的提升成為必然。因此，國家和企業應當重視實驗室高學歷、高職稱人員的配置。相關國家機構制訂優秀人才引進政策，吸引優秀人才留在地方。企業應當優化自身的科研環境，改善實驗室的硬件配置 、管理措施和生活條件等。讓科研人員感到在企業可以做科研，能做得出優秀成果，并且自己在未來能有所發展。

(2) 加強實驗室基礎儀器配備。2011年以來企業國家重點實驗室30萬元以上儀器設備的占比和覆蓋密度有所增長，但2015年實驗室全部儀器設備的平均覆蓋密度和30萬元以上儀器設備的機時率開始急劇降低。主要源于實驗室基礎建設沒跟上實驗室數量增長。2015年以前，已有的兩批企業國家重點實驗室正處于不斷完善自身配置的階段，主要以購置30萬元以下的設備為主。2015年國家一次批復建設78個實驗室，企業通過大面積規劃實驗室場地和配置30萬元以上儀器來快速匹配國家相關政策對實驗室面積和儀器設備總價值兩項硬性指標，這保證了30萬元以上儀器設備的覆蓋密度穩定緩慢上漲。但實驗室的其他基礎設施未及時增加，實驗室面積的單方面急劇擴大，從而導致實驗室的基本儀器配備密度驟然降低。同時初期的人員不足和實驗室研究環境不成熟，進一步導致實驗室運轉率低，表現為30萬元以上儀器設備的機時率的極大下降。

3.3 提高成果產出質量

(1) 鼓勵國際合作和橫向合作。國家級和省部級項目作為企業國家重點實驗室的主要經費來源，從2014年開始這兩類項目的平均單向支持經費持續增長。近年來，國家對科技創新越來越重視，且不斷在加大支持力度。相反，2012年以后國際合作和橫向合作的經費占比和平均單項經費卻持續下降。

橫向合作和國外合作的相關指標能夠有效反央研究機構與國內和國外同行的交流情況。與國內和國外研究同行間的交流有利于技術共享、成果轉化和推廣。和國外研究團隊更加廣泛合作也有利于洞悉世界科研動態與行業前沿。另一方面，《“十三五”國家科技創新規劃》提出了科技創新的新目標，其中提到“國家研究與實驗經費投入強度達到2.5%，規模以上工業企業研發經費支出與主營業務收入比達到1.1%”。可以預料，未來國家級和省部級來源的經費在企業實驗室的占比和單個項目的資助力度會進一步提高。科研實力強的研究機構將有更大的概率申請到國家和省部級項目，而大資金的資助一定程度上更能出成果，并進一步壯大研究機構實力，更加拉大國內研究機構之間差距。國內研究機構要保持乃至縮小這種差距唯有合作和交流。同時，企業國家重點實驗室橫向合作和國外合作的占比近年來的降低一部分是受到了國內和國外經濟大環境的影響。因此，國家可以適當出臺激勵政策來鼓勵國際合作和橫向合作，比如提升項目獎勵配比，擴大項目的報銷范圍等。

(2) 提升高質量成果產出。企業國家重點實驗室的各類科研產出總量整體快速上漲，但從2015年開始國家級獎勵、國外發明專利 、SCI和EI論文這些高質量成果的占比下降明顯。① 科研產出是國家對企業國家重點實驗室每年運行情況的最重要的指標，關乎5年一次的評估結果。② 企業相比研究院校更加重視成果轉化和效益，高質量的科研成果往往意味著更高的轉化率和經濟效益。企業國家重點實驗室數量上的激增，必然帶來成果數量的快速增長。但是要警惕盲目的數量提升，同時還應注意衡量其中高質量科技成果的占比情況。

(3) 加大與國外研究機構的交流。2015年企業國家重點實驗室數量上的增多必然導致講學總量、參加會議總量和承辦會議總量增長明顯。其中，承辦全球會議的占比迅速增加，體現出國家經濟實力和科研實力的明顯增強；但是參加國外會議、受邀去國外或邀請國外來室講學的占比卻急劇下降，表明我國企業研究團體和國外同行的交流迅速減少。開放、包容的交流是強大的學術實力的標志之一。思想碰撞更容易激發創造力，因此，國家應當加強鼓勵企業國家實驗室和國外研究界的交流合作。

4 結 語

對企業國家重點實驗室的現狀進行數據分析，總結了企業國家重點實驗室建設過程中的成果和不足。企業國家重點實驗室目前數量得到快速提升、覆蓋了不同的行業和不同性質的托管單位；企業國家實驗室的人員配置和基礎設施配置不斷提高；企業國家實驗室在承擔科研任務、成果產出和學術交流等方面進步顯著。但是企業國家重點實驗室在以下幾個方面還有待改善:東西部地域和行業需合理分布；進一步優化高學歷和高職稱的固定人員配置，補充并且充分利用基礎實驗設備開放共享；進一步提升高質量成果產出的占比，且加強對外交流合作。以上數據和建議，希望能夠給政府相關部門和企業在管理和申請企業國家重點實驗室等方面提供參考。

致謝在數據搜集的過程中，感謝科技部基礎研究基礎研究室的大力支持和幫助。