開放式創新視角下美國國家實驗室大型科研基礎設施共享機制研究

馮偉波，周 源，周 羽

(1.清華大學公共管理學院；2.清華大學中國工程科技發展戰略研究院，北京 100084 )

長期以來，美國在科技創新領域獲得的廣泛成功被認為是自由市場運作的典型范例[1]，但該理念的發展過程并非單一不變的，特別是在1980年代美國經濟疲軟的背景下，美國政府感受到了國家競爭力的日益下降，并在各方面遭遇到了制度主義視角中的系統失靈情況，國家創新體系面臨結構性變革的挑戰。在80年代初，美國開始制定一系列政策，以政府適度干預來應對技術系統外部性的市場失靈問題——后來被稱之為“合作技術范式”[2]。其核心在于鼓勵工業界、政府、高校和科研院所的合作。與傳統以政府主導為核心的中心化的政產學研關系不同，這種范式更多地體現了一種去中心化、網絡化和開放的合作態勢，一直以來是學術界關注的焦點[3]。

在這一過程中，作為公有領域創新的主要動力和來源之一[4-5]，美國國家實驗室的發展同樣經歷了開放化、網絡化的對外合作趨勢[6]。國家實驗室的科研創新也與傳統的企業創新活動中的“開放式創新”模式類似[7]，包含了從研發到市場化的一系列過程中的開放行為[8]。具體地，國家實驗室的開放式科研創新行為表現為國家實驗室充分利用外部資源進行科技研發和科技成果的市場化的過程。而大型科研基礎設施作為國家實驗室最主要的開放共享平臺，其共享機制充分體現了美國國家實驗室在其發展歷程中的特有屬性，因而值得我們深入剖析。

1 國家實驗室科研基礎設施的創新范式演化

大型、獨有的科研基礎設施可以被看作是美國國家實驗室的標志和名片，也是其區別于其他科研機構的關鍵。例如先進光子源之于阿貢國家實驗室，國家點火裝置之于勞倫斯利弗莫爾國家實驗室。從另外一個角度看，這些重大科研基礎設施同時也是國家實驗室組建的核心和基石，是國家實驗室存在的意義之一。

自從誕生以來，美國的國家實驗室在結構和功能上都經歷了一個長期的轉變過程，這種轉變同樣也帶來了其核心科研基礎設施對外開放程度的變化，如圖1所示。在曼哈頓計劃的初期，這些科研基礎設施運行的首要任務在于服務美國核武器研制，也因此成為了國家實驗室的雛形[9]。出于嚴格保密的目的，這一階段是典型的封閉式創新模式。盡管初期的人員和設施都依賴于所附屬的大學和聯邦機構，但其科研創新是與外界嚴格分離的。隨著二戰的結束和冷戰的來臨，國家實驗室圍繞著這些重要基礎設施開始慢慢成型。在這一階段，國家實驗室科研創新的目的依然是為了保持美國在核武器研制領域的領先地位，但同時也開始逐漸出現和學校、其他聯邦機構乃至工業界的合作，這種合作主要集中于科研上的交流，而在技術市場化方面則鮮有明顯成果(以少量的企業孵化為主)[10]。因此，實驗室科研基礎設施在這一階段更多的是實行“有限開放的”共享機制。

圖1 國家實驗室科研基礎設施的創新范式演化脈絡

更進一步的轉變出現在20世紀70年代末越戰結束以后，當時國內彌漫的反戰情緒使得公眾對于每年大規模的核武器研發財政投入的態度變得保守，國家實驗室經費出現明顯下跌[5]，同時國內開始出現質疑國家實驗室的存在意義的聲音。而在緊隨著的里根政府時期，內外環境的壓力使得國家實驗室在當時迫切地需要將其科技優勢轉化到實驗室外部、造福公眾，最終進一步提升國家在科技創新方面的競爭力[11]。從共和黨政府的角度看，他們也樂于見到國家實驗室所累積的科研創新能量能夠被釋放出來，從而更好地刺激自由市場運作。在這種背景下，美國政府開始制定一系列的政策措施，來適度干預國家實驗室的運作方向。其中，1980年頒布的Bayh-Dole法案明確了大學、國家實驗室等非營利組織可以保留對任何和聯邦機構合作產生的專利的權利，原則上對國家實驗室的開放共享進行“松綁”。同年，Stevenson-Wydler技術轉移法案則要求聯邦政府和國家實驗室應把技術轉移作為一項“本職工作”來對待，規定了國家實驗室在商業化內部技術和知識上的義務。而具體的實施方案則是在1986年的聯邦技術轉移法案(FTTA)中被規劃，該法案提出了國家實驗室與外界的開放合作可以通過合作研發協議(CRADA)的形式開展。從此，國家實驗室及其下屬的大型科研基礎設施能夠以越來越多的渠道和機制連同外界資源進行開放的科研創新。

最后，冷戰的結束和國際環境的變化最終使得美國國家實驗室能夠徹底地從核武器研發的束縛中解脫出來。相對于初期合作研發過程的創新，一個明顯的趨勢是：國家實驗室在近年來越來越多地開始嘗試更親和市場、更多元主體的開放共享模式，表現出網絡化的開放式創新趨勢。其關注的重點不再僅僅是技術轉移，而是更積極主動地參與到其科技成果的商業化、市場化中。作為這篇文章的核心目的之一，我們將遵從上述開放式創新發展脈絡，分析美國國家實驗室在利用其大型科研基礎設施進行開放共享的詳細機制。

2 國家實驗室科研基礎設施的共享機制

大型科研基礎設施在美國國家實驗室通常以開放共享的形式表現出來，即稱之為“用戶設施”(User Facility)。實驗室通常會將自己獨有的、具有重大前沿科研意義的關鍵儀器和裝備按照功能劃分為不同的部門，供實驗室內部或外部人員使用。從一方面看，用戶設施是國家實驗室履行技術轉移責任的主要平臺，可以通過人員流動和合作創新不斷的和外界進行技術和知識上的流通。另一方面，用戶設施的使用也使得國家實驗室能夠在財政支持上得到更多形式和數量上的補償。

從總體人數上來看，僅2015年，使用能源部科學辦公室下屬的27個用戶設施的科研人員一共就有超過32 000名，其中將近一半左右的用戶設施人員來自美國各大高校，1/4為實驗室內部人員，1/5來自國際上的1 312家科研機構，剩余部分為其他政府部門、企業和非營利組織，實驗室創新呈現多主體化。在人員結構上，實驗室的創新活動也不乏新鮮血液的加入，呈現出強大的活力。用戶設施的使用人員中，學生和博士后人數的占比與教職和研究員大致相同，皆占50%左右1)。

根據開放的對象、性質乃至程度不同，美國國家實驗室的用戶設施在實現與外界共享和合作上采取的形式也是多種多樣的?？傮w而言，在涉及到具體用戶設施的對外開放使用上，一共存在如下4種機制：合作研發協議(CRADA)、對外服務(WFO)、技術商業化協議(ACT)以及用戶協議(UFA)。這4種機制在具體結構上表現為經費投入、配套的人員設備和最終的成果產出分配上的差異，如圖2。

圖2 用戶設施開放共享機制

2.1 合作研發協議

合作研發協議即CRADA為最早的聯邦政府所屬實驗室實驗室與非聯邦機構之間的合作形式。早在1986年，為使聯邦政府下屬的一批公有科研機構與私有領域的合作得到更好的開展，且更具有可行性，美國政府在當年頒布的聯邦技術轉移法案(FTTA)中提出了技術轉移和成果轉化的具體實施辦法，并特別為國家實驗室量身打造了CRADA合作機制。該機制以大型的、長期的合作為主，并細化到包括了立項、監管等各方面內容。在合作主體方面，CRADA協議所定義的非聯邦機構包括學術屆(高校)、企業、非盈利組織以及地方政府。但實際上由于門檻限制以及合作體量的要求等原因，實際愿意進行CRADA合作的伙伴多以大型機構和大型企業為主。以美國國家標準研究所為例，1978至2014年間共產生了1 891例CRADA協議，其中75%為私營企業，21%為高校，剩余少量為政府機構(約3%)，研究也表明大型企業開展CRADA合作的意愿更高，收益也更多[12]。

值得一提的是，CRADA協議要求合作方提出的項目至少是和實驗室本身的項目或發展規劃是一致的，這進一步限制了實驗室利用外部資源的渠道。盡管如此，從內容上看，CRADA協議的重點在于實驗室和合作方都會同時提供相應的人員和經費支持，以用戶設施為平臺進行研發活動，同時成果產出也會按照協議進行分享。因此這種形式的共享相對于其他機制會更加緊密，資源的整合的力度也更大，對于知識、技術的交流會有更強的促進作用。

2.2 對外服務

對外服務(WFO)是國家實驗室充分利用其獨有科研設施的另一種主要方式，其歷史可以追溯到1933年的經濟法案，表明聯邦所屬機構可以從其他聯邦機構獲得財產或服務。更為有意義的是1954年頒布的原子能法案，該法案允許了聯邦機構可以為其他非聯邦機構提供服務，因而可以被看作是WFO的雛形。

具體地，外部機構通過WFO有償聘請實驗室，讓實驗室利用自身獨有的人員設備、用戶設施平臺和其他軟件資源，代替其開展研究工作。這種形式的合作不受實驗室及其隸屬機構的直接資助，原則上是由外部機構提供所有的科研經費。但是必須獲得實驗室隸屬機構的批準和監管。在這種合作形式下，用戶設施的使用并沒有外部人員的參與，僅有可能的(和實驗室主要資助方不同的)資金流入和科研成果流出，因此可以被認為是一種“非接觸式”的、單向的(從成果、經費等要素的投入上看)共享機制。

具體地，WFO在能源部下屬的國家實驗室中以戰略伙伴項目(SPP)的方式運行，包含了諸如政府機構間協議(IAG)、外來資助協議(FIA)以及技術服務協議(TSA)多種形式。在不同的WFO協議中，用戶設施的共享形式也不盡相同。例如在IAG協議中，設施的共享對象被限定為政府機構；FIA協議中的設施共享則表現為經費全由外部提供；TSA專注于小型項目，同樣要求外部合作方提供全部經費，但僅限于設施提供的單純的技術服務，而沒有額外產出的要求。

最后，和CRADA類似的是：WFO同樣要求對外提供的服務和工作內容同用戶設施本身的任務保持一致，在最大程度發揮實驗室科研基礎設施的“余熱”的條件下，充分實現現有資源的開放共享。這種要求一方面保證了實驗室在科研探索上的一致性，從另一方面也限制了一些相對較小的、靈活的外部主體參與到實驗室的創新活動中來[6]。

2.3 技術商業化協議

技術商業化協議(ACT)是美國能源部近年來實行的一種新型的、更加靈活的、專注于技術轉移的合作共享方式，目的在于降低企業合作門檻，彌補WFO和CRADA不能完全滿足國家實驗室技術轉移需求的缺陷，這使得ACT在合作對象的選擇上有著廣闊的光譜(例如無力簽訂大型合作項目的中小型企業)。從實驗室用戶設施使用的角度上看，ACT在實行標準上更接近于工業界的要求，包括用戶設施使用過程中的專利產出、知識產權保護和設備保障等方面的要求都盡力與企業先行實施標準一致。

ACT協議另外一個重要特點在于其合作形式更為開放，允許多個參與方加入到同一個研究項目中[13](相比之下WFO和CRADA通常只包含實驗室和外部機構兩方)，從而促使知識和技術更為有效率地在實驗室和高校、企業和政府等各個主體間擴散和流動。

ACT協議目前采取試點先行(6年試運行期)、有序擴張的方式進行，在能源部下屬的17家實驗室中一共有7家參與了ACT的試點。在2017年，能源部又提出了Fed ACT的試運行方案，該方案將其他聯邦機構也納入到合作對象中來，使得用戶設施的開放共享對象的到進一步擴展。

2.4 用戶協議

用戶協議(UFA)是使用國家實驗室用戶設施最直接的一種方式，也是最頻繁的。通常，實驗室下屬的機構在科研活動中，為最大化利用自身獨有設施，會選擇將資源開放給外界的科研團隊，使實驗室能夠更靈活地吸納外界優質人才和知識。在實際操作上，用戶協議采取競爭的方式鼓勵全球的科研人員申請設施的使用權。相對于CRADA、WFO和ACT的商業化氛圍，其基于用戶的“申請-使用”模式更偏向于以科研為導向。在協議實效性方面，由于設施的使用通常是為了特定邊界的科學研究，對應的用戶協議的簽訂以短期(數星期至數月)為主。

根據不同的科研成果產出所有權的歸屬劃分，用戶協議分為私有用戶協議和公有用戶協議。私有用戶協議類似于WFO，申請者同樣負責全部的科研經費支出，目的在于利用實驗室的獨有的條件和資源來得到未來可能用于商業活動或其他私人專有的知識產權、材料等產出。不同之處在于WFO協議實際上相當于將科研任務“外包”給了實驗室，而私有用戶協議需要自己派出人員親赴現場使用用戶設施。公有用戶協議則是實驗室開展以拓展人類知識邊界為目的的前沿科研創新的主要模式。在這種協議下，實驗室致力于開展最廣泛的、開放式的外部合作，其合作對象不僅僅局限于實驗室內部的科研人員，也主要包含了其他高校、科研院所的主要課題負責人和科研領軍人物(PI)。在經費保障上，實驗室和設施使用者雙方會各自確保協議所關聯的課題經費能夠覆蓋用戶設施的使用開銷。對應的，公有用戶協議下產生的成果原則上需要對社會公開。特別的，對于協議下產生的專利、發明創造等，協議合同方(通常為實驗室)、用戶及聯邦政府皆有權利獲得其所有權(具體分配受協議內容約束)。

以美國國家科學基金委(NSF)下屬的國家高磁場實驗室(NHMFL)為例：高磁場實驗室由佛羅里達州立大學(FSU)、佛羅里達大學(UF)、洛斯阿拉莫斯國家實驗室(LANL)組成的聯合體通過與NSF的合作協議(Cooperative Agreement)運營的大型科研基礎設施平臺，其下屬共有7個用戶設施，分別專注于磁場科學相關的不同領域的前沿科研任務。高磁場實驗室內部和外部的所有科學家均可以通過其在線系統申請用戶設施的使用時間，其具體流程如圖3所示。用戶將科研申請提交以后，將由實驗室內部的同行(一般為該用戶設施的專職人員)加上外部委員(非上訴聯合體機構的，且人數一般多于內部委員)至少7人進行內部審核。審核過程嚴格遵守回避原則，即審核委員中不能出現與申請者有利益相關的人員，例如師生關系、合作關系(2年內)、編輯關系(1年內)或其他可能導致公平性質疑的情況。待同行評議通過后，實驗室主任負責最終的批準。在這過程中，若申請被駁回，用戶可以申請上訴，上訴將由實驗室主任、用戶設施主管人員以及審核委員中的一員在對比同期其他申請的情況下重新審核。另外一個重要機制是：高磁場實驗室在用戶設施的使用上還設立了快速通道制度，即對于某些具有重大科研意義，且急需馬上使用設施的，實驗室主任有權單獨批準，這種安排相對而言會有更高的用戶設施使用優先級。

圖3 國家高磁場實驗室用戶設施申請流程

3 總結和建議

從最開的設立到如今形成龐大的體系，美國的國家試驗室為美國社會經濟活動與國防事業發展提供了源源不斷的科研創新活力，成為美國國家科技創新系統的主要支柱之一[14]。但是國家實驗室的這種功能和角色的形成并非是一蹴而就的，而是經歷了長時間的“封閉”——“有限度開放”——“開放式創新”的創新范式漸變過程。同時各階段時期的創新范式的具體表現，即實驗室利用其大型科研基礎設施進行開放共享的行為，也從最開始的有限幾種機制逐步增加到后來的多種機制并存。本文對這種演化過程的剖析以及具體機制分析將有助于我們更深入地了解美國國家實驗室，從而對我國自身的國家實驗室系統的討論提供一定的啟發和參考意義。

當前我國國家實驗室的建設正經歷一個開放探索的時期，有關其體制機制的設想也越來越多地融入開放共享的理念。這種理念與美國在20世紀80年代經歷的有關國家實驗室運行的思維方式的轉變相比，盡管目的不盡相同，但最后的效果將會殊途同歸，因此在具體手段上我們能夠充分加強借鑒。例如，我國國家實驗室的建設可以考慮建立更加多樣化的科研基礎設施共享制度，以應對不同的外部環境，加大開放共享程度。此外，也需要進一步擴大國際上的交流，并保證科研基礎設施共享過程中對實驗室內部和外部的公平性。最后，我們應給予實驗室更多科研自主權，以提升共享機制的靈活性。

注：

數據來自于能源部科學辦公室官方網站(https://science.energy.gov/user-facilities/)，所有資料均為公開。