技经观察丨美国家实验室大科学装置对外合作机制与模式分析（美国高校十分注重实验室合作）

国家实验室大科学装置既是一个国家科研的“国之重器”，也是一个国家集聚全球科技创新资源的“重要枢纽”，更是国家科技对外合作交流的“关键桥梁”。美国国家实验室及大型科学装置脱胎于“曼哈顿计划”，历经近一个世纪发展，现已成为引领世界前沿科技发展的重要创新策源地之一。美国历届政府高度重视国家实验室和大型科学装置对外科技合作，不断探索实验项目对外合作机制，形成诸多有益探索和创新实践。本文从政策设计、合作路径等不同维度分析美政府如何依托国家实验室及大科学装置开展“科技外交”的机制与模式，以期带来新的思考和启示。

一、大科学装置已成为美对外开展合作的“加分项”

美国国家实验室被美政府誉为“无价之宝”，长期承担着美国科技创新的重任，催生了众多前沿技术产业，形成了以国家实验室为主导的产业创新生态。2020年，美国能源部对旗下的17家国家实验室与大型科学装置进行回顾性评估发现：“科技合作是国家实验室研发生态系统可持续运行的关键”，其中大科学装置发挥了重要引领作用。

一是大科学装置成为近些年美对外合作重点，不断出现在各类对外合作倡议或战略合作伙伴协议中。

例如，核物理领域大科学装置。2023年6月，印度总理莫迪访问美国，与美达成多项合作协议，其中两国表示将在尖端科学基础设施领域深化合作，印度原子能部将向美国费米国家实验室提供1.4亿美元，用于合作开发质子改进计划II加速器，而长基线中微子设施是美国境内第一个也是国际上最大的研究设施；2023年11月，美国和英国同意就聚变能源建立“战略伙伴关系”，研究合作涉及美国“DIII-D”国家聚变设施；2023年11月，美国能源部科学办公室和法国能源和原子能委员会达成合作意向，就布鲁克海文国家实验室与托马斯·杰斐逊国家联合建设与运行的电子离子对撞机进行合作。

二是全力支持国家实验室大科学装置运行与建设，使美能源部成为全球最全面、最前沿的大装置运行机构之一。

一方面，将国家实验室大科学装置纳入各类国家战略中持续推动建设。2022年11月底，美能源部宣布从《通货膨胀削减法案》中拨款1.5亿美元以加强美国国家实验室建设，特别是升级科学设施；2023年5月，美白宫发布《国家人工智能研发战略计划》（2023版），其中特别新增了“开发共享的大规模和专业的先进计算和硬件资源”优先事项，进一步扶持超级计算机等国家实验室运行的大型算力基础科学装置。

另一方面，全产业链、全学科布局大科学装置建设。美国国家实验室不断适应国家发展与前沿技术变革需要，在2021年美国国家实验室评估中，美能源部确定旗下的国家实验室已形成化学工程、生物、材料、凝聚态物理、粒子物理、计算科学等30余项学科的核心攻关能力，美国家实验室已运行包括Argonne Leadership Computing Facility (ALCF)、DIII-D National Fusion Facility (DIII-D)等近30座全球闻名的大型科学装置（具体领域与设施名称详见附表1）。既满足基础科学研究需要，也覆盖新兴交叉学科的多功能实验需要。

三是美国家实验室大科学装置有助于其吸纳全球顶尖创新资源，形成世界级创新高地。

一方面，当前基础学科研究和交叉领域技术突破愈发依赖大型实验室和大科学装置支撑。2020年底，美国家实验室主任委员会(NLDC)就未来研究机遇进行了一次全视野扫描，发现未来学科机会集中在生物技术、计算科学、加速器科学、能源等领域。其中，粒子加速、高能磁场、高能激光、高性能计算机等大型科学装置在科技创新生态中发挥关键作用，承担“规模科学”研究重任。

图1：美能源部国家实验室类型及范围

另一方面，国家实验室大科学装置运行必须依靠强大人力、物力、财力。随着科学设施建设愈发复杂，建设成本、运行成本不断攀升，对实验人员要求也大幅提升。在美能源部规划中，大学科装置和拟建设的装置预计将“更大、更昂贵”。在未来10-30年的发展区间中，美能源部科学办公室与美国核安全局希望建设数十亿美元新型加速器和测试设施，粒子对撞机领域设施规模或将接近300亿美元。

二、先进的管理模式与机制是美国家实验室大科学装置对外科技合作“关键保障”

如果将国家实验室大科学装置誉为基础学科研究与前沿技术突破的“硬基础”，那实验室及大装置管理体系与合作机制则是技术突破与成果转化的“软链接”。美能源部指出对外合作是国家实验室大科学装置融入创新生态的关键，也是推动科研成果走向市场的必由之路。美国国家实验室高度重视大科学装置的对外合作，建设了一套体系完备的合作与设施开放机制，涉及合同管理、机构管理、人员管理等多个维度。

（一）管理模式

美能源部为国家实验室及大科学装置设计了一套相对独立的运行模式，便于其科技研究与对外合作。

• 能源部层面

一方面，对国家实验室管理采取副部长直辖机制，负责战略项目管理与协调。由三位能源部副部长直接对接国家实验室管理，分别涉及能源领域副部长、科学领域副部长（又称科技与创新局）、核领域副部长（又称核安全局）。既能确保能源部对国家实验室需求能直接反馈，也能确保国家重大需求可下沉至国家实验室层面，还能确保国家实验室开展重要的跨领域协助。

另一方面，17家国家实验室分别在能源部设立直属管理的办公室，负责协调整体资金与运营资源。由能源部长办公室、能源部战略规划和政策办公室、科学办公室提供支持，并接受战略规划和政策办公室下属的实验室运营委员会监督。运营资金及预算计划由能源部科学办公室负责。

• 国家实验室层面

一方面，国家实验室采取竞争性管理模式。17家实验室中16家采取政府所有、承包商运营模式（government-owned·contractor-operated，GOCO）。

GOCO模式下，允许竞争性选择和约束承包商，承包商在承接国家项目的同时，也拥有更多自主权，可更多规划大科学装置对外合作与研究项目设计。

GOCO模式下，允许能源部考核实验室绩效，并在绩效不达标的情况下重新开启竞争选聘流程，重新更换实验室管理层和关键人员。

另一方面，国家实验室成立“国家实验室主任委员会”(NLDC)，进一步促进17家实验室及大科学装置形成国家创新网络。NLDC由17家实验室负责人组成该主任委员会，负责协调实验室各项资源与各利益相关方。在NLDC管理下，设立由各实验室高级管理人员组成的管理理事会，如由国家实验室首席运营官组成的“NLCOO”。

• 大科学装置层面

美国能源部对大科学装置的投资决定是依据科学界长期战略规划来确定的，每个大科学装置的项目资金都代表一个领域的重大规划。故此，美能源部科学办公室对大型科学设施的管理采取监督模式，给予其对外合作的自主权，最大限度发挥其科技影响，最大程度释放其生产力。

一是做好对外信息公开。针对各大科学装置做好信息开放，成立单独的运营网站，并公布大科学装置的行政、工程、安全等管理程序，使第三方用户可以快速且直接的了解大科学装置相关情况。比如，费米国家实验室运行的加速器复合体Fermilab Accelerator Complex，由四个加速器组成，其官网上会动态更新国际合作目录，目前已有中国、法国、德国在内的35个国家约200多个科研机构在长基线中微子设施上开展科研活动。

二是设置项目合作部门。美国大科学装置所属学科类型、运行主体各有不同，但相同的是在大装置运行架构中增设项目合作方面的组织职能，并配置专门的行政管理人员负责，以此带动大科学装置运行过程中对外项目合作。比如由布鲁克海文实验室运行的加速器测试设施Accelerator Test Facility，每年会由其咨询管理委员会牵头开展年度用户会议，评估其每年用户申请的项目情况，该会议已连续举办25届。

三是设置创新中心，鼓励跨领域开展交叉学科研究与创新。美能源部根据学科特点，为进一步吸引外部创新实体合作，特别围绕大科学装置特点与学科特性，设置新兴研究中心，鼓励跨学科、跨实验室合作。比如，美能源部在2014年发起设立的下一代材料设计中心（The Center for Next Generation of Materials Design，CNGMD），共有8家机构参与，国家可再生能源实验室（NREL）、劳伦斯伯克利国家实验室、布鲁克海文国家实验室位列其中。SLAC所属的同步辐射光源为该中心提供基础科学实验支撑，阿贡国家实验室先进光子源 (APS)为其提供高能光学支撑，NREL旗下Peregrine 超级计算机为其提供算力支持。

（二）合作方式

美能源部为国家实验室及大科学装置对外合作设立了完备的合作模式。由能源部总法律顾问办公室牵头负责，按照美国知识产权法等相关法律规定与国家安全要求，设计了相应的合作方式。

针对合作目的，能源部分别制定了两类合作方式。对于非商业基础科学研究，研究人员需使用非专有用户协议。此类合作，用户需自行支付装置使用的研究费用，可以使用专门的实验室设备并与实验室科学家合作。对于非专有用户而言，国家实验室保留其发明的所有权，并且非专有研究产生的研究数据是公开的；对于商业研究，研究人员需使用专有用户协议。此类合作，用户需支付使用专用实验室设备的全部费用，除少数例外情况外，可保留所生成的技术数据以及任何新发明的权利。此外，提供非专有或专有用户协议涉及的大科学装置列表由能源部负责定期更新。

针对外国主体，能源部专门颁布了部令“外国与能源部国家实验室的合作”（DOE P 485.1A）。一是规定了外国实体参与美国大科学装置相关项目需符合美国法律要求，包括《出口管制条例》。二是美能源部负责确认外国实体是否存在潜在风险，如有则被列为限制科学领域的风险国家。三是若大科学装置运行主体仍要求与风险国家合作，则需联邦监督咨询机构将对合作的外国实体进行全面审查，核查是否存在潜在安全风险。

针对合同文件，依据美国法律要求，国家实验室及大科学装置对外合作具有充沛的合作合同选择。国家实验室围绕大科学装置可对外与研究实体签订谅解备忘录(MOU)、战略合作伙伴项目（SPP）、合作研究与开发协议（CRADA）、技术商业化协议（ACT），上述合同是经过美国政府严格审批，可确保美国安全与政府权利得到充分保障，被广泛应用于联邦各层级科研合作中。而国家实验室大科学装置方面，SPP与CRADA是最广泛使用的两类合同。

SPP前身为Work for Others (WFO)，为企业、大学及外国机构提供一种方式，可以围绕特定的项目获取美实验室大科学装置使用的资源。根据SPP协议要求，合作伙伴可以通过为实验室服务支付成本获得相关收益，例如保留发明专利所有权、保护生存数据独有性。

CRADA被广泛应用于国家实验室大科学装置与私营部门合作研发的项目中，是国家实验室将其开发的技术、流程和技术知识转让给私营部门进行商业化一种机制。知识产权方面，CRADA签署期间内任一合作伙伴创建的知识产权均归该合作伙伴所有，共同创造的知识产权是共同拥有的；资源方面，实验室及大科学装置允许向CRADA 项目提供技术资源，如人员、设施等，业务合作伙伴须提供资金和实物捐助。通过CRADA合作协议，能源部和私营企业可以联合资助一个项目，在保密的环境下开展相关研究工作。例如，美国量子计算领域初创企业QCI，通过CRADA模式，成功早2021年与洛斯阿拉莫斯国家实验室签署三年合作协议，研究大规模模拟计算的关键技术，比如依据QCI公司的Qatalyst 量子软件开发经典/量子算法提升计算能力。

三、启示

现今人工智能、高性能计算、材料科学、合成生物学等领域发展非常迅猛，各层级的科技合作已成为推动科技突破和技术治理的重要手段。美国家实验室大科学装置已成为美国乃至全球科技创新与合作一面旗帜，既有大科学装置的“硬基础”，也有管理制度的“软链接”。梳理美国家实验室大科学装置对外合作的机制与模式后，大科学装置对外合作裨益良多：

一是合作“共担风险”。大科学装置投资高、建设周期长、运营难度大，对外合作不仅可以摊薄成本费用，也有利于吸纳他国运维经验。

二是合作“共享智慧”。大科学装置投建的最终目标是推动科学前沿突破，借助大科学装置对外合作可以进一步集中全球创新人才，吸收借鉴其他科研机构研究创意，有助于加强科技创新，更利于探索科技“无人区”。

三是合作“共赢信任”。大科学装置对外合作可集中一批本领域前沿科学家，围绕前沿问题开展长期合作，有助于促进科技交流与认同，为后续成果转化与前沿技术科技治理奠定基础。

当前，我国大科学装置发展势头强劲。但应看到，在大型科学装置对外科技合作方面仍有提升空间。11月6日，在首届“一带一路”科技交流大会上，我国发起了《国际科技合作倡议》，其中明确提出“加强科技创新主体深度协作、互学互鉴，推进实施国际大科学计划和大科学工程”。我应进一步挖掘我大科学装置在对外科技合作方面潜力，推进大科学装置对外开放与国际合作。

附表1：2023年美国能源部运行的大科学装置名录

参考文献：

[1]Joint Statement from the United States and India [EB/OL]. https://www.whitehouse.gov/briefing-room/statements-releases/2023/06/22/joint-statement-from-the-united-states-and-india/

[2]French and US Agencies Take First Step to Collaborate on Electron-Ion Collider [EB/OL]. https://www.labmanager.com/french-and-us-agencies-take-first-step-to-collaborate-on-electron-ion-collider-31288

[3]Biden-Harris Administration Announces $1.5 Billion From Inflation Reduction Act to Strengthen America’s National Laboratories [EB/OL]. https://www.energy.gov/articles/biden-harris-administration-announces-15-billion-inflation-reduction-act-strengthen

[4]The State of the DOE National Laboratories (2020 Edition) [EB/OL]. The State of the DOE National Laboratories (2020 Edition) | Department of Energy

[5]NATIONAL LAB DIRECTORS’ COUNCIL [EB/OL] https://nationallabs.org/our-labs/national-lab-directors-council/

[6]THE LAB DIRECTORS INNOVATION [EB/OL] https://nationallabs.org/innovation/

[7]User Facilities at a Glance [EB/OL] https://science.osti.gov/User-Facilities/User-Facilities-at-a-Glance#0

[8]The Center for Next Generation of Materials Design [EB/OL] https://www.cngmd-efrc.org/

[9]Access to High Technology User Facilities at DOE National Laboratories [EB/OL] https://www.energy.gov/gc/access-high-technology-user-facilities-doe-national-laboratories

[10]User Agreements [EB/OL] https://science.osti.gov/User-Facilities/User-Resources/User-Agreements

[11]Foreign Engagements with DOE National Laboratories [EB/OL] https://www.directives.doe.gov/directives-documents/400-series/0485.1-APolicy-a

[12]Patent Waivers Overview [EB/OL] https://www.energy.gov/gc/patent-waivers-overview

[13]Identification and Protection of Unclassified Controlled Nuclear Information [EB/OL] https://www.directives.doe.gov/directives-documents/400-series/0471.1-BOrder-b

[14]Quantum Computing Inc. Enters 3-Year Agreement with Los Alamos National Laboratory in Exascale & Petascale Simulations [EB/OL] https://www.globenewswire.com/news-release/2021/06/14/2246542/0/en/Quantum-Computing-Inc-Enters-3-Year-Agreement-with-Los-Alamos-National-Laboratory-in-Exascale-Petascale-Simulations.html

[15]Fermilab Partnering Agreements [EB/OL] https://partnerships.fnal.gov/partnering/types-partnering/

[16]国际科技合作倡议 [EB/OL] https://www.most.gov.cn/kjbgz/202311/t20231107_188728.html

作者简介

白路国务院发展研究中心国际技术经济研究所研究一室

研究方向：科技战略、科技安全

联系方式：bailu_801@163.com

编辑丨郑实

研究所简介

国际技术经济研究所（IITE）成立于1985年11月，是隶属于国务院发展研究中心的非营利性研究机构，主要职能是研究我国经济、科技社会发展中的重大政策性、战略性、前瞻性问题，跟踪和分析世界科技、经济发展态势，为中央和有关部委提供决策咨询服务。“全球技术地图”为国际技术经济研究所官方微信账号，致力于向公众传递前沿技术资讯和科技创新洞见。

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