山東農業高校結構實驗室大型設備使用及管理*

張坤強 張鵬 程吉泉 王少杰 李妮

摘? 要? 以省屬農業高校山東農業大學土木學院結構實驗室采購的美國MTS系統為例，總結目前大型儀器設備使用過程中存在的問題，提出轉變思路、擴大開放與共享、參與社會服務等措施，有效解決MTS系統使用率低和維修經費不足的問題，提高科研及實驗管理人員水平，對大型實驗儀器設備使用具有借鑒和參考價值。

關鍵詞? 結構實驗室；MTS系統；土木工程；社會服務；大型儀器設備共享平臺

中圖分類號：G647.6? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）18-0009-04

0? 引言

山東農業大學是農業農村部與山東省人民政府共建高校、國家林業和草原局與山東省人民政府共建高校，是教育部、農業農村部、國家林業和草原局首批卓越農林人才教育培養計劃改革試點高校，是山東省高水平大學“沖一流”建設高校。

山東農業大學水利土木教學實驗中心成立于2001年，實驗室總面積6 000余平方米，設備總值2 800余萬元，結構實驗室總建筑面積1 008 m2，主

要大型儀器設備主要有MTS多通道擬靜力加載系統、3 000 kN結構試驗機、500 kN動靜萬能試驗機、2 000 kN巖石三軸試驗機。美國進口MTS系統主要由動力源系統、控制系統、作動系統、配合反力墻及反力架系統組成，價值800余萬元，是結構實驗室重要儀器，對學科發展起到強有力的支持作用。結構實驗室主要服務土木工程、水利水電工程、土木工程（裝飾）、橋渡、給排水科學與工程、建環、建筑學、藝術設計等八個本科專業學生實驗教學和創新能力培養以及水利類、土木類學科研究生培養。

1? MTS擬靜力加載系統簡介

MTS系統主要由油源、分油子站、作動器（1 000 kN一個，500 kN兩個）及仿真控制分析系統四部分組成，配合一字反力墻、高強預應力鋼筋混凝土錨孔臺座基礎和多套反力鋼架，組成MTS擬靜力加載系統（圖1）。反力墻為C60高強預應力鋼筋混凝土箱型墻，高10 m，長12 m，單側墻厚60 cm，墻上間隔50 cm預留Φ50 mm錨孔，用于固定作動器，為作動器輸出水平力提供支撐；臺座基礎為地下室式基礎臺座，上部厚60 cm，也為C60高強預應力鋼筋混凝土，地面間隔50 cm預留Φ50 mm錨孔，用于固定反力鋼架，為作動器輸豎向荷載提供固定支撐；反力鋼架高9 m，跨度6.5 m，配合反力鋼梁及豎向布置的作動器提供豎向荷載；三臺作動器均可以進行雙向推拉，位移控制范圍為±250 mm。該套MTS擬靜力系統可以完成三層鄉村建筑全尺寸模型的抗震試驗研究，是整個結構實驗室的核心。

2? 實驗室MTS系統大型儀器設備使用現存問題

高校實驗室是開展科研項目的平臺支撐，大型貴重儀器設備是高校從事教學、科研的重要物質基礎和保障條件[1-2]，隨著山東省高水平大學“沖一流”建設的開展，山東農業大學水利土木工程學院（簡稱水土學院）弱勢學科得到一定發展。水土學院結構實驗室自2016年建成，2017年購進MTS系統，首次擁有單臺套超過百萬元的科研設備。大型儀器設備是支撐科研項目的重要設備和工具，是實驗平臺建設的關鍵核心。MTS系統等大型儀器設備的采購大大提高了實驗平臺水平，為混凝土結構開展抗震試驗提供可能性，解決了結構實驗室傳統的液壓伺服壓力試驗機只能進行豎向加載、不能開展水平加載，只能開展持續靜載加載、不能低頻反復加載的難題。該控制系統還可以輸入地震波加載，豐富抗震試驗研究平臺，促進人才培養，服務教學及科研工作。此前，結構實驗室大型儀器設備較少，引進MTS先進系統后，由于其價格昂貴、功能強大，在管理和運行中發現實驗室對大型儀器設備的管理和使用存在一些問題。

2.1? 大型儀器設備使用率低

MTS系統引進實驗室時，工程師安裝完成并進行簡單培訓后，資產管理部門就驗收完成，對設備后期的使用情況、使用效率關注度不夠。相關實驗管理人員和研究生進行設備的調試運行，簡單學習一段時間后因沒有相關的研究項目和科研經費支持，該儀器設備自調試使用幾次之后便閑置。據統計資料，MTS系統2017—2019學年運行總機時不超過100小時，均為實驗管理人員進行模擬試驗，運行設備期間只做過一次相關科研試驗，無法達到40萬元以上的大型設備每年運行不低于600小時的參考標準。因為MTS系統價值較高，使用經驗不足，且沒有相關科研課題，實驗人員和相關教師不清楚如何利用其進行科研和教學工作。其間，有濟南大學相關科研人員想進行科研項目合作，經過接觸和洽談后，因為擔心設備較新，實驗力量及技術水平不能保證完成相應的科研任務而未達成合作，錯失良機。沒有課題經費和課題項目等種種原因，造成先進大型儀器閑置，技術團隊水平達不到一定水準而不能應用于科研和社會服務，導致儀器使用效率低，造成資源浪費。

2.2? 實驗室管理者水平一般

高校實驗技術崗位數量不足，高級實驗技術人才匱乏，普遍地位比教師低，大型儀器設備缺少專職管理人員[3]。部分領導對儀器管理工作的重要性認識不足，認為實驗管理員的工作就是倉庫保管，做好開關門，看好東西即可，沒有技術含量，不重視實驗管理人員隊伍的技能和業務水平提升。實驗管理人員和教師相比，名聲不好、待遇一般，實驗管理的積極性不夠。由于該MTS系統為美國進口，實驗管理人員對MTS了解較少，銷售商進行簡單使用培訓后，因沒有科研項目和經費支持，使用人員受自身能力和技術水平限制，對MTS大型儀器設備的使用僅知皮毛，只是按照使用說明進行簡單操作，未有項目為依托，無法進行科學研究和儀器功能的多方面利用及深層次開發，不能充分利用MTS相關功能。因此，實驗管理人員缺乏項目進行鍛煉和專業積累，缺乏使用經驗，使用及管理整體水平較低。

2.3? 共享率低

山東農業大學于2019建立大型設備共享平臺，學校內超過40萬的大型儀器設備已進入系統備案。但土木學科處于弱勢學科，大型設備僅此一套，幾乎與其他學科無交集。其他學科（如農學、生命科學）大型儀器設備較多，內部交流使用多，儀器設備利用率高，而跨學科使用MTS系統的只有水土學院，其他學院學科無法共享。省內及跨省高校間的大型儀器設備共享平臺尚未建立，且MTS系統一般試驗構建工作量比較大且復雜，精度要求高，跨校進行試驗難度很大，導致儀器共享率較低。

2.4? 后期維修經費不足

設備的運行使用都有周期性，每隔一段時間就需要對儀器設備進行運行維護、硬件更換、軟件升級等，需要經費投入，MTS系統的維護需要大量經費。然而，土木工程專業屬于學校弱勢學科，學院后期維護經費供給不足，設備只有采購經費，沒有維修經費或維修經費很少，無法及時進行跟蹤管理，造成MTS系統某次維修長達半年才完成。

3? 提高大型儀器設備利用率的方法

3.1? 創造良好的使用環境

MTS系統大型儀器設備的利用采用設備認領制度，將MTS系統專門指定操作人員進行技術培訓，提供一定經費支持其進行設備熟悉、熟練使用，掌握MTS系統的設備性能，充分發揮MTS系統的作用；建立MTS系統的使用責任人、使用管理辦法、使用制度。面向廣大師生開放服務，完善相關鼓勵措施，例如：對前期引入項目，開展相關試驗研究的予以免費使用，提供用電和場地環境，給予相關獎勵；引入與大型儀器設備相關的結構競賽項目、科研課題，吸引教師進實驗室搞科研、用設備；舉辦專題講座，創造良好的使用環境，提高師生的科研興趣和MTS設備使用率。

3.2? 實行管理責任制，加強儀器管理人員技術力量培訓

MTS系統大型儀器設備由國家、學校財政投資購入，不涉及部門或是自身利益，管理者缺乏積極主動性，加之對MTS系統性能了解甚少，管理難度大。實驗技術人員和設備管理人員的素質是大型儀器設備發揮作用的決定因素[4]。實行管理責任制，建立個人責任清單，建立儀器設備管理按需收費制度，對專職責任人進行培訓和專職教育，制定具體的試驗機時數與對應的獎勵辦法，在物質獎勵和榮譽獎勵方面提高實驗技術人員參與管理和科研的能動性、積極性，有利于開展儀器設備后期的跟蹤與維護工作。實驗技術人員定崗負責MTS系統大型儀器設備的管理與維護，每次使用設備之后，做好設備的使用情況記錄，發現問題及時上報維修，避免問題積壓導致儀器癱瘓。只有建立健全管理責任制，才能將大型儀器設備的管理規范化、制度化。

開展大型設備認領，提高專職負責人的技術技能是解決大型儀器設備使用率低的有效途徑。加大專管技術人員的技能培訓，使其能夠熟練掌握大型儀器設備的使用手冊、操作規程和科研設計及實施方案；引進學科拔尖人才和帶頭人，帶來高水平科研項目以提高科研隊伍層次，從側面提升實驗人員技術水平。此外，學院應對專管人員予以重視，重視程度與教學科研人員無差別，讓專管人員專心在實驗管理崗位上開展工作，為后期設備良好運行及維護奠定良好的基礎。

明確管理責任，提高技術水平，不僅可以解決MTS系統管理不善的問題，而且可以解決教師科研工作想用而不會用的矛盾，提高設備利用率。

3.3? 面向社會，拓展服務范圍，加大開放和共享力度

目前，省屬高校弱勢學科爭取國家與省部級科研項目難度較大。例如：結構實驗室尚未承擔過國家級科研項目，省部級科研項目僅有兩項且與MTS系統相關性較小，導致MTS系統在前期閑置，利用機時數較低，作用不能充分發揮。山東農業大學是以農學、生命科學為特色優勢學科的高校，水土學院土木工程類專業相對弱勢且跨學科合作少，雖然學校已建設校內大型儀器設備共享平臺，但其他學科和專業對MTS系統的需求較低，校內使用和共享較少。轉變發展思路，面向社會需求，拓展服務范圍[5]。MTS系統的主要任務不僅是創新性研究，不應只關注國家省部級科研課題，局限于水土學院內部使用，應該聚焦社會需求，加大儀器設備開放共享力度，打破設備共享與地方行業應用、企業需求的信息不對稱，將高校間的抗震計算，各地市結構設計院、大型建筑企業研發部門的試驗研究及科研難題攻關等需求納入服務和業務范圍，加強與地方政府與行業產業的對接。

4? MTS改革措施取得成果

2019年以來，結構實驗室通過高水平會議交流，將服務對象轉向社會，與一些大型企業的研發部門開展合作。目前，實驗室依靠MTS系統已與中國建筑集團八公司、德州建筑集團、濟南建筑集團及江蘇萬融集團建立合作關系，與濟南大學、山東大學等高校開始高校間的跨校交流和合作。兩年內，結構實驗室設立橫向課題六項，科研資金300余萬元，MTS擬靜力加載系統項目和試驗一直不斷，一度出現項目太多，儀器使用需要等待的情況，其功能和使用價值得到充分發揮。通過項目的鍛煉，目前已形成一個設備先進、技術成熟、經驗豐富的鄉村振興鄉村建筑抗震研究團隊，科研隊伍和實驗專管人員的技術和水平得到大幅提高。此外，改革對學院研究生的培養也有很大幫助，依托MTS系統培養的研究生獲山東省優秀畢業論文一項，是水土學院新的突破。

參與社會服務，承擔橫向課題，極大解決了MTS系統的閑置問題和后期維護運行經費問題，提高了使用效率。同時，實驗管理人員技術水平和專業科研人員的技術能力都得到鍛煉和提升，有效提高了MTS系統使用率，進而擴大了社會服務，促進了弱勢學科發展，提高了學院影響力。目前，水土學院MTS系統在低層建筑的抗震領域應用和研究已經走在同類高校的前列。

5? 結束語

結構實驗室是土木工程學科的重要支持基礎，MTS大型儀器設備的管理與運行機制需要進一步探索與研究。基于近幾年在實驗室管理的工作經驗，對目前MTS系統大型儀器設備運行管理中存在的問題進行總結，根據問題提出各項措施：創造良好使用環境；實行管理責任制，設備認領，提高實驗管理人員技術水平；拓展合作對象，增加社會服務；等等。通過提高MTS系統利用率，增加橫向課題和經費保障，解決大型設備的維修養護問題，提高科研人員、實驗管理人員及專業教師的能力水平，促進實驗平臺建設。

參考文獻

[1] 王海波，孫青竹.地方高校提高大型貴重儀器設備利用率的探索與實踐[J].中國現代教育裝備，2016（17）：4-6.

[2] 趙玉茹，馮建躍.提高高校大型儀器設備利用率的策略探析[J].實驗室研究與探索，2019，38（6）：120-124.

[3] 魏銘，馬宏圖.怎樣提高大型儀器設備的利用率[J].實驗教學與儀器，2016，33（Z1）：133-134.

[4] 王婧.提高高校大型儀器設備利用率的研究[J].教育教學論壇，2016（33）：25-26.

[5] 陳莉瓊，石立特.地學國家重點實驗室大型設備開放共享研究[J].地理空間信息，2017，15（11）：43-45，49，10.

*項目來源：山東農業大學教改課題“材料力學實驗課程教學改革”（X2019064）；山東省自然科學基金培養基金“現澆抗凍植被混凝土性能試驗研究”（ZR2018PEE027）。

作者：張坤強，山東農業大學，實驗師，博士，研究方向為生態混凝土材料、結構實驗室管理；張鵬、程吉泉，山東農業大學水利土木工程學院實驗中心，研究方向為實驗室管理；王少杰，山東農業大學水利土木工程學院，研究方向為結構工程研究方向；李妮，通信作者，山東農業大學水利土木工程學院，實驗師，主要研究方向實驗室技術及管理（271018）。