山东农业高校结构实验室大型设备使用及管理*

张坤强 张鹏 程吉泉 王少杰 李妮

摘  要  以省属农业高校山东农业大学土木学院结构实验室采购的美国MTS系统为例，总结目前大型仪器设备使用过程中存在的问题，提出转变思路、扩大开放与共享、参与社会服务等措施，有效解决MTS系统使用率低和维修经费不足的问题，提高科研及实验管理人员水平，对大型实验仪器设备使用具有借鉴和参考价值。

关键词  结构实验室；MTS系统；土木工程；社会服务；大型仪器设备共享平台

中图分类号：G647.6    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2022）18-0009-04

0  引言

山东农业大学是农业农村部与山东省人民政府共建高校、国家林业和草原局与山东省人民政府共建高校，是教育部、农业农村部、国家林业和草原局首批卓越农林人才教育培养计划改革试点高校，是山东省高水平大学“冲一流”建设高校。

山东农业大学水利土木教学实验中心成立于2001年，实验室总面积6 000余平方米，设备总值2 800余万元，结构实验室总建筑面积1 008 m2，主

要大型仪器设备主要有MTS多通道拟静力加载系统、3 000 kN结构试验机、500 kN动静万能试验机、2 000 kN岩石三轴试验机。美国进口MTS系统主要由动力源系统、控制系统、作动系统、配合反力墙及反力架系统组成，价值800余万元，是结构实验室重要仪器，对学科发展起到强有力的支持作用。结构实验室主要服务土木工程、水利水电工程、土木工程（装饰）、桥渡、给排水科学与工程、建环、建筑学、艺术设计等八个本科专业学生实验教学和创新能力培养以及水利类、土木类学科研究生培养。

1  MTS拟静力加载系统简介

MTS系统主要由油源、分油子站、作动器（1 000 kN一个，500 kN两个）及仿真控制分析系统四部分组成，配合一字反力墙、高强预应力钢筋混凝土锚孔台座基础和多套反力钢架，组成MTS拟静力加载系统（图1）。反力墙为C60高强预应力钢筋混凝土箱型墙，高10 m，长12 m，单侧墙厚60 cm，墙上间隔50 cm预留Φ50 mm锚孔，用于固定作动器，为作动器输出水平力提供支撑；台座基础为地下室式基础台座，上部厚60 cm，也为C60高强预应力钢筋混凝土，地面间隔50 cm预留Φ50 mm锚孔，用于固定反力钢架，为作动器输竖向荷载提供固定支撑；反力钢架高9 m，跨度6.5 m，配合反力钢梁及竖向布置的作动器提供竖向荷载；三台作动器均可以进行双向推拉，位移控制范围为±250 mm。该套MTS拟静力系统可以完成三层乡村建筑全尺寸模型的抗震试验研究，是整个结构实验室的核心。

2  实验室MTS系统大型仪器设备使用现存问题

高校实验室是开展科研项目的平台支撑，大型贵重仪器设备是高校从事教学、科研的重要物质基础和保障条件[1-2]，随着山东省高水平大学“冲一流”建设的开展，山东农业大学水利土木工程学院（简称水土学院）弱势学科得到一定发展。水土学院结构实验室自2016年建成，2017年购进MTS系统，首次拥有单台套超过百万元的科研设备。大型仪器设备是支撑科研项目的重要设备和工具，是实验平台建设的关键核心。MTS系统等大型仪器设备的采购大大提高了实验平台水平，为混凝土结构开展抗震试验提供可能性，解决了结构实验室传统的液压伺服压力试验机只能进行竖向加载、不能开展水平加载，只能开展持续静载加载、不能低频反复加载的难题。该控制系统还可以输入地震波加载，丰富抗震试验研究平台，促进人才培养，服务教学及科研工作。此前，结构实验室大型仪器设备较少，引进MTS先进系统后，由于其价格昂贵、功能强大，在管理和运行中发现实验室对大型仪器设备的管理和使用存在一些问题。

2.1  大型仪器设备使用率低

MTS系统引进实验室时，工程师安装完成并进行简单培训后，资产管理部门就验收完成，对设备后期的使用情况、使用效率关注度不够。相关实验管理人员和研究生进行设备的调试运行，简单学习一段时间后因没有相关的研究项目和科研经费支持，该仪器设备自调试使用几次之后便闲置。据统计资料，MTS系统2017—2019学年运行总机时不超过100小时，均为实验管理人员进行模拟试验，运行设备期间只做过一次相关科研试验，无法达到40万元以上的大型设备每年运行不低于600小时的参考标准。因为MTS系统价值较高，使用经验不足，且没有相关科研课题，实验人员和相关教师不清楚如何利用其进行科研和教学工作。其间，有济南大学相关科研人员想进行科研项目合作，经过接触和洽谈后，因为担心设备较新，实验力量及技术水平不能保证完成相应的科研任务而未达成合作，错失良机。没有课题经费和课题项目等种种原因，造成先进大型仪器闲置，技术团队水平达不到一定水准而不能应用于科研和社会服务，导致仪器使用效率低，造成资源浪费。

2.2  实验室管理者水平一般

高校实验技术岗位数量不足，高级实验技术人才匮乏，普遍地位比教师低，大型仪器设备缺少专职管理人员[3]。部分领导对仪器管理工作的重要性认识不足，认为实验管理员的工作就是仓库保管，做好开关门，看好东西即可，没有技术含量，不重视实验管理人员队伍的技能和业务水平提升。实验管理人员和教师相比，名声不好、待遇一般，实验管理的积极性不够。由于该MTS系统为美国进口，实验管理人员对MTS了解较少，销售商进行简单使用培训后，因没有科研项目和经费支持，使用人员受自身能力和技术水平限制，对MTS大型仪器设备的使用仅知皮毛，只是按照使用说明进行简单操作，未有项目为依托，无法进行科学研究和仪器功能的多方面利用及深层次开发，不能充分利用MTS相关功能。因此，实验管理人员缺乏项目进行锻炼和专业积累，缺乏使用经验，使用及管理整体水平较低。

2.3  共享率低

山东农业大学于2019建立大型设备共享平台，学校内超过40万的大型仪器设备已进入系统备案。但土木学科处于弱势学科，大型设备仅此一套，几乎与其他学科无交集。其他学科（如农学、生命科学）大型仪器设备较多，内部交流使用多，仪器设备利用率高，而跨学科使用MTS系统的只有水土学院，其他学院学科无法共享。省内及跨省高校间的大型仪器设备共享平台尚未建立，且MTS系统一般试验构建工作量比较大且复杂，精度要求高，跨校进行试验难度很大，导致仪器共享率较低。

2.4  后期维修经费不足

设备的运行使用都有周期性，每隔一段时间就需要对仪器设备进行运行维护、硬件更换、软件升级等，需要经费投入，MTS系统的维护需要大量经费。然而，土木工程专业属于学校弱势学科，学院后期维护经费供给不足，设备只有采购经费，没有维修经费或维修经费很少，无法及时进行跟踪管理，造成MTS系统某次维修长达半年才完成。

3  提高大型仪器设备利用率的方法

3.1  创造良好的使用环境

MTS系统大型仪器设备的利用采用设备认领制度，将MTS系统专门指定操作人员进行技术培训，提供一定经费支持其进行设备熟悉、熟练使用，掌握MTS系统的设备性能，充分发挥MTS系统的作用；建立MTS系统的使用责任人、使用管理办法、使用制度。面向广大师生开放服务，完善相关鼓励措施，例如：对前期引入项目，开展相关试验研究的予以免费使用，提供用电和场地环境，给予相关奖励；引入与大型仪器设备相关的结构竞赛项目、科研课题，吸引教师进实验室搞科研、用设备；举办专题讲座，创造良好的使用环境，提高师生的科研兴趣和MTS设备使用率。

3.2  实行管理责任制，加强仪器管理人员技术力量培训

MTS系统大型仪器设备由国家、学校财政投资购入，不涉及部门或是自身利益，管理者缺乏积极主动性，加之对MTS系统性能了解甚少，管理难度大。实验技术人员和设备管理人员的素质是大型仪器设备发挥作用的决定因素[4]。实行管理责任制，建立个人责任清单，建立仪器设备管理按需收费制度，对专职责任人进行培训和专职教育，制定具体的试验机时数与对应的奖励办法，在物质奖励和荣誉奖励方面提高实验技术人员参与管理和科研的能动性、积极性，有利于开展仪器设备后期的跟踪与维护工作。实验技术人员定岗负责MTS系统大型仪器设备的管理与维护，每次使用设备之后，做好设备的使用情况记录，发现问题及时上报维修，避免问题积压导致仪器瘫痪。只有建立健全管理责任制，才能将大型仪器设备的管理规范化、制度化。

开展大型设备认领，提高专职负责人的技术技能是解决大型仪器设备使用率低的有效途径。加大专管技术人员的技能培训，使其能够熟练掌握大型仪器设备的使用手册、操作规程和科研设计及实施方案；引进学科拔尖人才和带头人，带来高水平科研项目以提高科研队伍层次，从侧面提升实验人员技术水平。此外，学院应对专管人员予以重视，重视程度与教学科研人员无差别，让专管人员专心在实验管理岗位上开展工作，为后期设备良好运行及维护奠定良好的基础。

明确管理责任，提高技术水平，不仅可以解决MTS系统管理不善的问题，而且可以解决教师科研工作想用而不会用的矛盾，提高设备利用率。

3.3  面向社会，拓展服务范围，加大开放和共享力度

目前，省属高校弱势学科争取国家与省部级科研项目难度较大。例如：结构实验室尚未承担过国家级科研项目，省部级科研项目仅有两项且与MTS系统相关性较小，导致MTS系统在前期闲置，利用机时数较低，作用不能充分发挥。山东农业大学是以农学、生命科学为特色优势学科的高校，水土学院土木工程类专业相对弱势且跨学科合作少，虽然学校已建设校内大型仪器设备共享平台，但其他学科和专业对MTS系统的需求较低，校内使用和共享较少。转变发展思路，面向社会需求，拓展服务范围[5]。MTS系统的主要任务不仅是创新性研究，不应只关注国家省部级科研课题，局限于水土学院内部使用，应该聚焦社会需求，加大仪器设备开放共享力度，打破设备共享与地方行业应用、企业需求的信息不对称，将高校间的抗震计算，各地市结构设计院、大型建筑企业研发部门的试验研究及科研难题攻关等需求纳入服务和业务范围，加强与地方政府与行业产业的对接。

4  MTS改革措施取得成果

2019年以来，结构实验室通过高水平会议交流，将服务对象转向社会，与一些大型企业的研发部门开展合作。目前，实验室依靠MTS系统已与中国建筑集团八公司、德州建筑集团、济南建筑集团及江苏万融集团建立合作关系，与济南大学、山东大学等高校开始高校间的跨校交流和合作。两年内，结构实验室设立横向课题六项，科研资金300余万元，MTS拟静力加载系统项目和试验一直不断，一度出现项目太多，仪器使用需要等待的情况，其功能和使用价值得到充分发挥。通过项目的锻炼，目前已形成一个设备先进、技术成熟、经验丰富的乡村振兴乡村建筑抗震研究团队，科研队伍和实验专管人员的技术和水平得到大幅提高。此外，改革对学院研究生的培养也有很大帮助，依托MTS系统培养的研究生获山东省优秀毕业论文一项，是水土学院新的突破。

参与社会服务，承担横向课题，极大解决了MTS系统的闲置问题和后期维护运行经费问题，提高了使用效率。同时，实验管理人员技术水平和专业科研人员的技术能力都得到锻炼和提升，有效提高了MTS系统使用率，进而扩大了社会服务，促进了弱势学科发展，提高了学院影响力。目前，水土学院MTS系统在低层建筑的抗震领域应用和研究已经走在同类高校的前列。

5  结束语

结构实验室是土木工程学科的重要支持基础，MTS大型仪器设备的管理与运行机制需要进一步探索与研究。基于近几年在实验室管理的工作经验，对目前MTS系统大型仪器设备运行管理中存在的问题进行总结，根据问题提出各项措施：创造良好使用环境；实行管理责任制，设备认领，提高实验管理人员技术水平；拓展合作对象，增加社会服务；等等。通过提高MTS系统利用率，增加横向课题和经费保障，解决大型设备的维修养护问题，提高科研人员、实验管理人员及专业教师的能力水平，促进实验平台建设。

参考文献

[1] 王海波，孙青竹.地方高校提高大型贵重仪器设备利用率的探索与实践[J].中国现代教育装备，2016（17）：4-6.

[2] 赵玉茹，冯建跃.提高高校大型仪器设备利用率的策略探析[J].实验室研究与探索，2019，38（6）：120-124.

[3] 魏铭，马宏图.怎样提高大型仪器设备的利用率[J].实验教学与仪器，2016，33（Z1）：133-134.

[4] 王婧.提高高校大型仪器设备利用率的研究[J].教育教学论坛，2016（33）：25-26.

[5] 陈莉琼，石立特.地学国家重点实验室大型设备开放共享研究[J].地理空间信息，2017，15（11）：43-45，49，10.

*项目来源：山东农业大学教改课题“材料力学实验课程教学改革”（X2019064）；山东省自然科学基金培养基金“现浇抗冻植被混凝土性能试验研究”（ZR2018PEE027）。

作者：张坤强，山东农业大学，实验师，博士，研究方向为生态混凝土材料、结构实验室管理；张鹏、程吉泉，山东农业大学水利土木工程学院实验中心，研究方向为实验室管理；王少杰，山东农业大学水利土木工程学院，研究方向为结构工程研究方向；李妮，通信作者，山东农业大学水利土木工程学院，实验师，主要研究方向实验室技术及管理（271018）。