企业国家重点实验室建设的可视化分析和建议

涂 娟，邱 武

(1. 江汉大学 物理与信息工程学院， 武汉 430056； 2. 湖北瀛通通信线材股份有限公司， 湖北 咸宁 437400)

0 引 言

2016年国家颁布《“十三五”国家科技创新规划》，强调国家步入科技创新型国家的决胜阶段。科技创新是改变国家力量和重塑国际竞争格局的核心力量。作为国家创新体系的两个重要构成部分，国家重点实验室着力于探索科学前沿和解决国家重大需求；企业国家重点实验室则侧重于满足社会和行业未来发展的需求。

目前已有很多学者对国家重点实验室进行系统研究：对实验室创新建设的理论探讨[1-3]；对评估制度的回顾和思考[4-8]；对实验室运行和管理机制的探索[9-13]。但是针对企业国家重点实验室的研究文献却很少[14-15]，且有限的企业国家重点实验室相关文献又集中在2014年以前。近年来国家新建和淘汰了部分企业国家重点实验室，目前缺乏相应的研究对其发展和成果进行跟进分析。已发表文献的研究内容偏向于模型分析和单年度的数据统计，没有从空间分布和时间发展的角度来进行宏观分析，并且分析手段局限于SPASS或Excel，展示效果有限。因此，以最新企业国家重点实验室的数据为研究对象，使用更强大的Python和QGIS等可视化分析工具，从布局、发展等方面进行研究分析很有必要。

1 研究对象和方法

1.1 研究对象

1.1.1 企业国家重点实验室的配置结构

企业国家重点实验室的配置结构包括实验室软件和硬件配置。软件配置主要指人员配置，硬件配置包括实验室的建筑面积、设备台数和总值。关于企业国家重点实验室申报条件和评估标准，国家对建筑面积、仪器设备总值等有明确规定。根据《关于依托转制院所和企业建设国家重点实验室的指导意见 国科发基字〔2006〕559号》，企业需具备较集中的实验用房，面积在3 000 m2以上，仪器设备总值在1 500万元以上。《科技部关于组织申报企业国家重点实验室的通知 国科发基〔2014〕228号》则上升相关条件，实验室面积要求一般应在5 000 m2以上，科研条件和设施总值则需在3 000万元以上。因此分析实验室相关配置的结构是观测我国企业国家重点实验发展情况的重要指标。

1.1.2 企业国家重点实验室的成果产出

按照年度报告制，企业国家重点实验室需每年向科技部提交上一年度工作报告，每5年提交工作总结。年度报告需要汇总承担科研任务量、科研产出量、人才培养和队伍建设、学术交流和开放共享、公众开放情况等全面反映企业国家重点实验室运行情况。科技部确定每5年为一个评估周期，以年度报告和工作总结作为评估材料，每年选择若干领域验收后的企业国家重点实验室进行评估。《国家重点实验室评估规则》经过了科技部的多次修订，已建立起“优胜劣汰”的机制，整改或淘汰评估结果靠后的实验室，加大支持评估优秀的实验室。目前此规则被作为企业国家重点实验室评估标准。

1.2 研究方法

(1) 数据来源。国家科技部官方网站提供的2011-2016年《企业国家重点年度报告》；国家企业信用信息公示系统提供的企业注册信息；各托管单位官方网站提供企业的历史发展信息；国家统计局官方网站提供的国家R&D等经济数据。其中，本文以企业注册信息提供的注册地址作为企业重点实验室所在地。

(2) 分析工具。利用Python及其相关数据库进行数据的预处理和可视化分析。利用QGIS分析和展示企业国家重点实验室的空间地理分布。跟SPASS或Excel相比，Python具有丰富和强大的扩展库，在大数据和统计分析方面具有更强大的功能，在数据可视化分析和展示上具有显著的优势。而QGIS作为重要的空间信息系统，能够分析和反映区域状况的各种空间信息。

2 结 果

2.1 企业国家重点实验室的布局结构

2006年，为了加强和完善国家技术创新体系建设，国家开始以企业和转制院所为托管对象，建设企业国家重点实验室。至今共批复建设了177个企业国家重点实验室。根据《科技部关于发布99个企业国家重点实验室评估结果的通知国科发基字〔2018〕51号》，有4个企业国家重点实验室被淘汰。截至2018年8月，全国共有173个正在建设和运行的企业国家重点实验室。将分别从实验室所在地域、获得批复时间、所属行业、托管单位的年龄和性质，分析现有的173个企业国家重点实验室基本的布局情况。

2.1.1 地域分布

(1) 利用QGIS对企业国家实验室的地址数据进行聚类分析，分别按照省份和城市统计实验室总数，结果如图1所示。全国一共22个省、3个自治区和4个直辖市拥有企业国家重点实验室。按照全国省界统计实验室总数，结果显示全国实验室呈现出4个梯度分布。实验室最集中的第一梯度是以“北京——上海”为中心聚集的北部区域和以“广州——深圳”为中心的南部区域。整体上4个梯度以南北两区域为中心由内向外、由东向西辐射，数量上逐级减少。东西部落差较大，其中山东省共16个，而整个西藏和新疆区域目前还没有企业国家重点实验。全国67个城市拥有企业国家重点实验室，大部分城市拥有实验室5个以内，南京、 青岛、 武汉 、广州、西安和深圳等城市拥有5～9个，上海拥有11个，而北京则高达35个。

(2) 通过分析每个城市实验室个数分别占全省和全国实验室总数之比，观察实验室分布密度，见图2。

图1 企业国家重点实验室地域分布情况

占全国实验室总数1.49%的均值线和占全省实验室总数43.28%的均值线将坐标区域分为4个部分，除北京以外，其他城市明显分布在1.49%全国均值线附近。绝大部分城市集中堆积在图中的左下角，即这些城市拥有实验室数量相对全省和全国比重都较低。少部分城市沿着100%全省占比线分布，即全省实验室集中在一个城市。其中北京、上海、重庆和天津这4个直辖市，属于省级行政区，因此计算结果必然为100%，但北京一城聚集了全国20.2%的企业国家重点实验室，呈现绝对优势。

图2 企业国家重点实验室的城市分布情况

2.1.2 行业领域分布

企业国家重点实验室共覆盖8个行业，如图3所示。其中材料领域的企业国家重点实验室最多，高达43个，占全部总数的24.9%。信息领域的实验室最少，共12个，仅占总数的6.9%。

QGIS地理分析分布显示材料、矿产、制造和能源这4个行业的企业国家重点实验室分布相对均匀。交通、信息、医疗和农业这4个行业呈现出较明显的局部分布。7个交通行业的实验室沿着长江分布，此外北京、西安作为原铁道和公路研究院所集中地，分别拥有3个和2个实验室，长春作为老牌汽车厂所在地拥有1个实验室。18个医疗和16个农业实验室集中分布于东部沿海区域。12个信息行业的实验室则集中在山东和湖北两个教育大省、北京和深圳两个科技城市。

图3 企业国家重点实验室行业分布情况

2.2 企业国家重点实验室的发展趋势

为了解企业国家重点实验室的发展趋势，将分析国家批复建设的全部177个企业国家重点实验室，其中包含了已经淘汰的4个实验室。分别观察实验室所在地域、行业领域随批复时间的变化。从2005～2018年，国家每一批次批复建设实验室总数增长迅速，但不同地区和行业的获得批复的比例各不相同。同时，分析企业国家重点实验室关于人员和设备的配置情况。

2.2.1 分布地域的变化趋势

177个企业国家重点实验室按批复时间可分成3批，见图4。第1批(2005～2007年)共批复38个；第2批(2009～2012年)共批复61个；第3批(2015年)集中批复78个。QGIS地理分布分析显示3批实验室集中分布在中东部，且都局限于增加现有区域的实验室覆盖密度。显然实验室由东向西部扩散不明显。

图4 企业国家重点实验室批复时间分布

2.2.2 行业领域的批复趋势

分析8个行业的企业国家重点实验室3批的批复情况，如图5所示。材料行业的批复比例明显高于其他7个行业，且加速增长，第3批的批复比例甚至达到29.5%。制造行业的批复比例波动剧烈，由第1批的13.2%减少到第2批的6.6%，在第3批中的占比再次增长到21.8%。农业、能源行业的批复比例波动明显，第3批中的占比分别相对第2批下降了4.14%、2.29%。矿产、信息、医疗、交通4个行业的批复比例持续下降，其中矿产、信息行业的下降速度明显快于医疗和交通，其降幅分别高达10.73%、13.23%。

图5 批复趋势图

2.2.3 企业国家重点实验室相关配置的发展

(1) 人员结构配置。企业国家重点实验室人员分为固定人员和流动人员，随着企业国家重点实验室建设数量的增多，两类人员的数量不断增加。通过分析实验室人员职称和学历的构成，可以反映企业国家重点实验室组建成员的特点。

图6所示为全部实验室人员的学历结构，中级职称人员占比最高，大于30%，且6年间占比相对稳定。其次是副高职称人员，占比大约25%。2015年后，正高和副高职称人员占比增加明显。相反，初级职称以下的人员占比下降较大。

对全部实验人员的学历结构分析结果显示。6年期间博士、硕士、学士和其他这4类学历人员的占比相对稳定，依次大约为23%、42%、30%、4%。显然硕士和学士是企业国家重点实验室的主力军。其中：固定人员在博士学历员工中的占比远低于在其他学历中的占比，其占比始终维持在78%以下。而固定人员在硕士以下学历中的占比保持在85%-95%之间波动。

图6 企业国家重点实验室人员职称结构

(2) 基础设施配置。企业国家重点实验室基础设施指标包括实验室面积、实验仪器设备数量和总价值。随着实验室队伍的扩大，两项指标的总量快速增长，然而实验室的仪器配备密度和使用情况才能真正反应基础设施建设情况。如图7(a)所示，实验室全部仪器的配备密度起伏较大。2011～2013年，平均每年增加108台/万m2，但2015年直线下降了90.7台/万m2。此外，实验室30万元以上仪器配备密度2012年增长了4.9台/万m2，之后的4年保持在16台/万m2左右。如图7(b)所示，30万元以上仪器的占比在2013年下降到3.5%，之后缓慢增加到2016年的4.7%。相反，30万元以上设备的机时率在2013年缓慢增加到126.4%，但2016年再次下降到99.8%。

图7 企业国家重点实验室基础设施结构情况

2.3 企业国家重点实验室的成果产出

2.3.1 承担科研任务情况

企业国家重点实验室承担和主持的科研课题分为国家级、省部级、国际合作和横向合作，包括了当年立项和结题的课题。研究经费为当年到位经费。对2011～2016年不同类型课题获得总经费的占比进行分析，结果如图8(a)所示。国家级课题经费占比稳定在40%左右，是企业国家重点实验室研究经费的重要来源。省部级经费的占比2012年后快速上涨，2016年达到33.1%，成为第二大企业国家重点实验室的经费来源。国际合作经费占比极低，2016年仅占3.45%。2012年之后，横向合作与国际合作经费占比持续下降，且横向经费占比下降较快。

对各类课题的平均单项经费额度进行分析，其中《企业国家重点2015年度报告》的国家级和省部级课题的总数作为异常值，以拉格朗日法进行了修正。结果如图8(b)所示。2012年后，国家级课题的单项额度最高，横向合作最低。国家级、省部级的平均单项经费在2013～2015年间缓慢增加，2016年有所下降。但6年来国际合作和横向合作的单相经费下降明显，其中国际合作的平均单相经费由2011年的371.4万元/项下降到2016的142.6万元/项。

(a) 不同类型的课题年度经费相对年度总经费的占比

(b) 平均单项经费(修正异常值之后)

2.3.2 成果产出情况

企业国家重点实验室的年度成果产出主要从国家级和省部级奖励数量、国内和国外发明专利授权数量、学术论文发表数量3个方面衡量。其中国家级奖励、国外发明专利、SCI和EI论文分别代表三者的较高质量成果。

图9(a)是三方面成果总量的归一化统计，2011～2014年科研论文发表总量上下波动，除此之外，6年间每种成果的总量整体快速上涨。但3种成果中各自高质量成果占比存在明显区别，如图9(b)所示。2011～2014年，国家级奖励占比和国外发明专利占比缓慢上涨，分别涨幅4.7%和5.6%，但随后2年下降明显，到2016年分别下降了6.2%和1% 。6年间SCI和EI论文占全部论文发表总量之比波动中缓慢上涨了10.2%，但2016年比2015年下降了4%。

(a) 科研产出总量情况

(b) 高质量产出占比情况

图9 企业国家重点实验室成果产出情况

2.3.3 学术交流情况

企业国家重点实验室的学术交流情况衡量指标包括讲学人次、参加学术会议人次和承办大型学术会议次数。讲学分为与国外的和与国内的同行间交流讲学；参加学术会议分为参加国内和国外学术会议；大型学术会议包括全球性、区域性、双边性和全国性会议。分别取与国外的交流讲学人次、参加国外学术会议人次和承担全球性学术会议次数作为三者中影响力范围更广的指标。

图10显示2014年企业国家重点实验室的讲学交流总人次以及承担大型会议总次数有所降低，但整体上对外交流的三项指标6年间上升明显。2013年后，国外讲学人次占交流讲学人次之比和参加国外会议人次占参加会议总人次之比快速下降，2016年相比2013年两者分别减少了6.2%和5.6%。相反，承办全球会议占承办会议总次数之比在2014年后上升明显，由17.1%增加到23.7%。

图10 企业国家重点实验室对外交流情况

3 讨 论

3.1 合理布局

(1) 平衡地域分布。企业国家重点实验室在地域分布上东部和西部呈现两极化，且明显集中在中东部地区某些省份的某个城市。3批批复建设的实验室数量不断增大，但更多的局限在中东部区域不断增加实验室的覆盖密度。虽然国家有意在每一批使2个左右省份的企业国家重点实验数量突破0。但全局来看实验室自东向西延伸覆盖的趋势还不明显。

企业国家重点实验室的建设条件有其硬性条件，要求企业必须有足够的经济和研究能力来承担重大科研项目。中国东西部经济和科研教育水平发展不均衡的现状，必然导致中东部地区相对有更多实力企业能够建设企业国家重点实验室。北京、上海等直辖市以及各省的省会城市，往往作为周边区域的经济和政治中心，成为大型企业的聚集地，其对政策方针的宣传、解读、实施有更强的敏锐度和便捷性。反过来，企业国家重点实验室的科研创新动力又进一步推进企业和地区的发展。

为避免强者越来越强，弱者越来越弱的马太效应。国家应当在建设企业国家重点实验室时注意发展西部省份，对于西部企业可适当调节申请标准，保护地域特色。同时要注意适当分散中东部城市实验室的聚集度，照顾省内其他城市实验室的发展建设，最终促进区域经济的平衡发展。

(2) 把握行业发展方向。在8个行业中材料行业实验室占比远高于其他行业，且增长提速。第3批中制造业实验室建设数量激增。矿产和信息行业实验室占比下降明显。地域分布上，交通、信息、医疗和农业这4个行业局部分布明显。

在转制之前研究院校的科研方向偏向矿产、材料和交通行业，改革前的国企大多集中在制造、矿产和能源行业，而科技部最初拟定的企业国家重点实验室建设对象主要针对转制研究院校等国企。这些首先决定了相关行业的实验室基本占比和地域分布情况，比如：第一批的矿产和材料行业批复的实验室数量明显高于其他行业；交通行业分布在原铁道研究院所的聚集地。其次，行业自身的发展规律也影响着实验室的发展和分布。以制造业为例，它是工业的主体，是国民经济的支柱。当前我国正在经历经济结构转型，制造业发展迅速，比重不断提高。行业发展的大趋势导致制造企业迫切需要通过提高自己的科技研发能力来提升竞争力。针对行业布局，国家应该顺应行业发展，注意防止个别行业的过热。保证农业、医疗等关乎民生基本的行业比例稳定。在实验室数量不断突破的基础上，应当优先发展行业内高科技的和急需的研究方向，避免多而不精。

3.2 优化配置

(1) 提升实验室固定人员高学历和高职称人员。企业国家重点实验室全体人员的职称和学历结构相对合理和稳定。但是正高职称、博士学历中固定人员的占比远少于其他较低职称和学历中的占比。换言之，企业国家重点实验室的固定人员主要是中级职称、硕士学历。但是企业在正高、博士的引进上，更偏向于依靠流动人员的形式。

科研院所和大学院校相对企业具有更加优越的科研条件和更加灵活的作息制度成为中国博士生的最先选择。同时，企业出于性价比、着眼当前利益和快速效益等原因，更偏向于招聘硕士生。因此，造成固定人员中硕士和本科学历占比更高，学历直接和职称挂钩，从而进一步造成各类职称中固定人员占比分化的现象。另一方面，国家相关文件规定，企业申请建设企业国家重点实验室必须构建自己的学术委员会和招聘对应的实验室主任等。而通过流动人员的形式组织其他单位的正高、博士人员成为最优、最快的方式。这导致了流动人员的平均职称和学历高于固定人员。

高学历和高职称人员是科研能力的标志之一。科研人员是实验室的根本，成为高质量和高产出的实验室必须先配置强大的研究团队。随着国家近年来高校的不断扩招，未来全民平均学历水平的提升成为必然。因此，国家和企业应当重视实验室高学历、高职称人员的配置。相关国家机构制订优秀人才引进政策，吸引优秀人才留在地方。企业应当优化自身的科研环境，改善实验室的硬件配置 、管理措施和生活条件等。让科研人员感到在企业可以做科研，能做得出优秀成果，并且自己在未来能有所发展。

(2) 加强实验室基础仪器配备。2011年以来企业国家重点实验室30万元以上仪器设备的占比和覆盖密度有所增长，但2015年实验室全部仪器设备的平均覆盖密度和30万元以上仪器设备的机时率开始急剧降低。主要源于实验室基础建设没跟上实验室数量增长。2015年以前，已有的两批企业国家重点实验室正处于不断完善自身配置的阶段，主要以购置30万元以下的设备为主。2015年国家一次批复建设78个实验室，企业通过大面积规划实验室场地和配置30万元以上仪器来快速匹配国家相关政策对实验室面积和仪器设备总价值两项硬性指标，这保证了30万元以上仪器设备的覆盖密度稳定缓慢上涨。但实验室的其他基础设施未及时增加，实验室面积的单方面急剧扩大，从而导致实验室的基本仪器配备密度骤然降低。同时初期的人员不足和实验室研究环境不成熟，进一步导致实验室运转率低，表现为30万元以上仪器设备的机时率的极大下降。

3.3 提高成果产出质量

(1) 鼓励国际合作和横向合作。国家级和省部级项目作为企业国家重点实验室的主要经费来源，从2014年开始这两类项目的平均单向支持经费持续增长。近年来，国家对科技创新越来越重视，且不断在加大支持力度。相反，2012年以后国际合作和横向合作的经费占比和平均单项经费却持续下降。

横向合作和国外合作的相关指标能够有效反央研究机构与国内和国外同行的交流情况。与国内和国外研究同行间的交流有利于技术共享、成果转化和推广。和国外研究团队更加广泛合作也有利于洞悉世界科研动态与行业前沿。另一方面，《“十三五”国家科技创新规划》提出了科技创新的新目标，其中提到“国家研究与实验经费投入强度达到2.5%，规模以上工业企业研发经费支出与主营业务收入比达到1.1%”。可以预料，未来国家级和省部级来源的经费在企业实验室的占比和单个项目的资助力度会进一步提高。科研实力强的研究机构将有更大的概率申请到国家和省部级项目，而大资金的资助一定程度上更能出成果，并进一步壮大研究机构实力，更加拉大国内研究机构之间差距。国内研究机构要保持乃至缩小这种差距唯有合作和交流。同时，企业国家重点实验室横向合作和国外合作的占比近年来的降低一部分是受到了国内和国外经济大环境的影响。因此，国家可以适当出台激励政策来鼓励国际合作和横向合作，比如提升项目奖励配比，扩大项目的报销范围等。

(2) 提升高质量成果产出。企业国家重点实验室的各类科研产出总量整体快速上涨，但从2015年开始国家级奖励、国外发明专利 、SCI和EI论文这些高质量成果的占比下降明显。① 科研产出是国家对企业国家重点实验室每年运行情况的最重要的指标，关乎5年一次的评估结果。② 企业相比研究院校更加重视成果转化和效益，高质量的科研成果往往意味着更高的转化率和经济效益。企业国家重点实验室数量上的激增，必然带来成果数量的快速增长。但是要警惕盲目的数量提升，同时还应注意衡量其中高质量科技成果的占比情况。

(3) 加大与国外研究机构的交流。2015年企业国家重点实验室数量上的增多必然导致讲学总量、参加会议总量和承办会议总量增长明显。其中，承办全球会议的占比迅速增加，体现出国家经济实力和科研实力的明显增强；但是参加国外会议、受邀去国外或邀请国外来室讲学的占比却急剧下降，表明我国企业研究团体和国外同行的交流迅速减少。开放、包容的交流是强大的学术实力的标志之一。思想碰撞更容易激发创造力，因此，国家应当加强鼓励企业国家实验室和国外研究界的交流合作。

4 结 语

对企业国家重点实验室的现状进行数据分析，总结了企业国家重点实验室建设过程中的成果和不足。企业国家重点实验室目前数量得到快速提升、覆盖了不同的行业和不同性质的托管单位；企业国家实验室的人员配置和基础设施配置不断提高；企业国家实验室在承担科研任务、成果产出和学术交流等方面进步显著。但是企业国家重点实验室在以下几个方面还有待改善:东西部地域和行业需合理分布；进一步优化高学历和高职称的固定人员配置，补充并且充分利用基础实验设备开放共享；进一步提升高质量成果产出的占比，且加强对外交流合作。以上数据和建议，希望能够给政府相关部门和企业在管理和申请企业国家重点实验室等方面提供参考。

致谢在数据搜集的过程中，感谢科技部基础研究基础研究室的大力支持和帮助。