林伟岸，李俊超，赵 宇，朱 斌

ZJU400超重力离心机系统开放共享探讨

林伟岸，李俊超，赵 宇，朱 斌

（浙江大学 超重力研究中心 软弱土与环境土工教育部重点实验室，浙江 杭州 310058）

该文围绕ZJU400超重力离心机系统试验的开放共享机制及运行现状，对实验室人才队伍及管理制度进行了讨论。ZJU400离心机的协调会制度、方案审核、上机排队等相关制度有效提高了其运行效率。并进一步提出了建立试验任务管理平台、加强实验技术队伍建设和完善激励体制等具体举措，为今后高校大型设备开放共享工作提供了参考。

ZJU400离心机；开放共享；运行效率

大型仪器设备是高校完成教学、科研以及保证学科发展的重要物质基础，是实验室的主要技术装备，是体现高校综合实力的重要标志之一[1]。随着各高校相继引进先进大型设备，办学条件得到大幅改善，同时也带来了大型设备如何进行有效管理和充分利用的问题。主要问题有：（1）实验室队伍结构不稳定。受待遇津贴、职称晋升和编制人数等条件的限制，实验室难以吸引高水平实验技术人员，导致实验室队伍结构不合理、稳定性差，难以满足大型仪器的使用和管理需求。（2）运行维护经费不足。很多大型仪器设备的运行维护成本很高，仅靠开放服务收费难以支撑设备的长期正常运行，且受经费不足的限制，仪器不能及时维修和更新升级，这使得仪器的使用率普遍偏低。（3）运行管理机制不健全。一方面，一些高校实验室在仪器的购置、管理和使用等方面没有形成系统的规章制度，科研人员根据自身需求购置和使用，规划不合理；另一方面，很多高校对于实验技术人员的激励政策及仪器使用效益的评估不够重视，难以激发仪器设备管理人员的积极性。

上述问题常常导致科研设施与仪器利用率和共享水平不高、专业化服务能力不足，甚至出现部分科研设施与仪器重复建设、购置和严重闲置浪费等现象，难以充分发挥科研仪器对科技创新的服务和支撑作用[2-5]。本文以浙江大学ZJU400超重力离心机系统为对象，结合其他高校实验室的探索[6-8]和本校自身特点，对高校大型设备开放共享体制方面进行了一些创新尝试和探讨。

1 ZJU400超重力离心机系统简介

超重力离心机在岩土工程领域研究具有极其重大的作用。我校软弱土与环境土工教育部重点实验室建造了ZJU400离心机试验系统，其主要包括：

（1）ZJU400超重力离心机，其有效旋转半径为4.5 m、负载能力400 gt，双吊篮臂式结构，吊篮尺寸达1500 mm×1200 mm×1500 mm，可开展150 g重力加速度下的静态试验和100 g重力加速度下的动态试验，能实现百米空间、百米时间尺度的岩土体灾变过程模拟；

（2）离心机振动台，其最大工作离心加速度100 g，最大施振加速度40 g，最大振动幅值为0.6 cm，施振频率范围10~250 Hz。

（3）超重力环境下三自由度耦合加载系统、高水头地层盾构开挖面失稳模拟装置、强降雨模拟装置等机载设备。

（4）超重力、高噪音环境下CPTu和T-bar测试系统、压电陶瓷弯曲元剪切波速测试装置、微型TDR、粒子图像测速（PIV）系统等机载测试设备。

ZJU400超重力离心机系统能模拟和重现地基和土工构筑物静动力灾变及时空演化、固体废弃物填埋场失稳滑坡和污染物在地下水土环境中迁移扩散等灾变过程。

2 开放共享体制与运行现状

ZJU400超重力离心机系统作为非标准化装备，由重点实验室集中管理，对校内外开放，实行有偿收费制度，保证仪器装备使用安全和高效。

从2013年—2017年，实验室共开展了74个项目，共计307组离心机模型试验，开放共享机时数达17 154 h，试验内容涵盖实验室主要研究方向，包括地震工程、环境土工、基础工程、近海工程等。其主要设备开放使用情况见表1。

表1 超重力离心机系统2013—2017年开放运行情况

注：使用率=开放共享机时/工作时间，工作时间按照每年250 d、每天8 h估算。

ZJU400超重力离心机系统开放共享具有用户广和试验任务类型多样的特点。

2.1 用户广

实验设备向众多国内外的科研和工程单位开放，包括日本、新加坡、澳大利亚40余家单位。

2.2 试验任务类型多样性

（1）纵向科研任务：ZJU400超重力离心机系统承担了一大批国家和省部级重大（重点）计划项目。

（2）国际合作任务：重点实验室与国际知名科研单位开展了实质性合作，利用ZJU400离心机设备共同完成多项科研任务。例如，2013年与美国加州大学、英国剑桥大学、日本京都大学等国际著名高校共同发起“地震液化实验与分析”国际合作项目（LEAP计划），针对地震液化研究领域的核心问题进行系列合作，取得了重要研究成果，在国际权威期刊《Soil Dyn. Earthq. Eng.》上发表了3篇合作论文，并召开了2次国际学术研讨会。

（3）项目委托任务：ZJU400超重力离心机系统还承接了大量国内外科研单位委托项目任务，不仅提供设备，还同时提供试验技术服务。

（4）开放课题任务：ZJU400离心机同样承担了重点实验室设立的相关开放课题的研究任务。例如，在开放课题资助下成功研发的微型高吸力量程张力计，在本实验室开展的降雨诱发边坡失稳的超重力模型实验中得到了应用。

3 运行管理制度完善

ZJU400超重力离心机系统建立运行以来，在实验室团队的不断尝试和摸索中，逐渐形成了一系列高效的管理制度。采用分级管理体系，由试验指导人员和实验室管理人员成立运行管理小组，负责上机实验的方案审核和运行安全复核，确保试验的科学性、创新性与可行性；由相关技术人员具体负责离心机、振动台、机载装置及其附属设备的安全运行、维护以及专用试验装置的设计与加工。

3.1 离心机协调会制度

为了提高离心机的运行效率，专门设立一个运行管理小组，定期召开离心机协调会，要求参会人员包括运行管理小组成员、正在或即将开展离心模型实验的项目负责人和实验人员。

3.2 试验方案审核流程

为了顺利完成各项试验，实验室制定了严格的试验方案审核流程，以确保试验方法的科学性、创新性和可行性。其主要流程如下：（1）试验方案自审，试验人员提出项目试验方案，并与责任教师充分讨论修改后，签字上交运行协调会；（2）运行管理小组审核，由运行管理小组负责人及试验相关方向科研人员审核试验方案中的试验研究内容等，并督促实验人员改进方案，确认后签字；（3）实验室主任审核，经过运行管理小组商议修改后的方案，提交至实验室主任进行审核，签字确认后方案进入上机排队流程；（4）最终进入准备的试验方案，由实验室技术人员对其操作性进行审核修改并具体实施。

3.3 上机排队秩序

为了提高ZJU400离心机运行效率，实验室对上机试验排队提出了具体的原则。首先，所有试验任务必须遵循实验室整体规划安排，实验室会根据各阶段静力和动力项目的数量和比例，集中安排离心机振动台试验；其次，进行离心机承担的任务具有多样性（科研任务、设施预研任务、合作项目和委托任务等），根据试验任务类型的不同和实验室阶段性目标，进行优先级别分类；再次，原则上试验先审核通过准备完毕先上机，多项试验任务并行准备，轮流上机试验，提高离心机的转机率以及真空饱和装置等试验准备装置的利用率；最后，根据具体试验任务时间的紧迫性，允许适当插排队空隙进行试验。

3.4 实验人员离心机上机操作流程

实验人员进行试验前，需进行安全培训，根据试验需要填写精密仪器借用表，参加仪器使用培训，并使用传感器进行标定。实验人员独立进行试验模型制作，制模完成后，由实验技术人员指导上机安装。在离心机运行前，对模型及监控设备状态进行检查，并填好相应检查表。试验过程中需对试验详细情况和过程进行记录。

3.5 技术人员离心机开机操作流程

实验技术人员操作离心机前，需进行安全与技术培训，并熟练掌握试验配平、模型安装、安全检查等过程，负责填好运行前安全检查表、离心机安全审核、运行记录表。

4 进一步完善ZJU400开放共享的思路

目前ZJU400的开放共享已经初见成效，在国内外产生了良好的影响力，承接的离心机合作或委托项目与日俱增。随着超重力离心模拟与装置国家重大科技基础设施的建设，也给ZJU400离心机带来了大量的预研及装置研发任务。为了应对将来长期高负荷的试验工作，保障ZJU400的顺利运行和设施建设的顺利开展，实验室拟从以下方面进一步加强和完善ZJU400超重力离心机系统的开放共享机制。

4.1 建立试验任务管理平台，加强体制创新

试验任务管理平台主要包括实验室门户网站、实验室预约管理、实验室资产管理、实验过程控制等，为设施开放共享提供服务平台。

4.1.1 实验室门户网站

实验室门户网站主要功能有：（1）实验室介绍。包括实验室的职责、组织机构、实验室人员组成、实验室研究方向、实验室规章制度等；（2）实验室信息发布。包括实验室新闻、实验室研究动态、实验室成果展示等；（3）开放交流功能。方便实验室使用方和管理方、实验室管理人员与实验操作人员的互动。

4.1.2 实验室预约管理

实验室预约管理接受并审核预约实验的信息，在审核通过并在实验设备支持的前提下预约登记，实验室可按时间段和实验室空间对实验操作人员开放，配合门禁等安全管理方案，协同实现实验操作人员的管控。

4.1.3 实验室资产管理

实验室资产管理实现设备、仪器、物资耗材等方面的管理，建立设备、仪器、耗材等资产的信息库，对各资产设备的使用状态、领用、借用、报修、报废等进行规范合理的管理。形成资产台账、出入库流水账、进出库汇总表、库存分析等一系列报表。具备资产配置优化智能分析功能，帮助用户实现设备最大化利用。

4.1.4 实验过程管理

根据实验标准操作规程，实验过程管理以电子表格形式映射标准实验操作程序规定的所有步骤流程，确保在每个步骤记录、验证所有需求信息，实现如下功能：任何实验流程的执行操作都严格遵循预先设定的方法；流程中的每个步骤都有完备的电子记录；所需要的支持信息都以完全符合规范指南要求的方式记录下来。

系统通过分析各准备及实验阶段对设备的占用时间，合理安排准备及实验步骤起止时间，确保设备最大化利用。同时对历史实验进程进行挖掘分析，发现实验进程优化瓶颈，提供优化设备资源配置方案。

4.1.5 系统用户管理

对平台中各类用户实现有效管理，系统面向全国乃至全世界用户，用户类型众多，包括实验室内部人员、各类外部企事业用户、高校用户、科研机构用户等，要实现各类用户操作及访问权限的有效管控，系统需要提供一套严谨的用户管理机制。

4.2 加强实验技术人才队伍建设，提升技术水平，鼓励实验创新

为了应对骤增的实验项目需求以及超重力离心模拟与装置国家重大科技基础设施建成后多台离心机运行管理，仍需进一步扩大现有实验技术团队和细化人员职能分工，而实验技术队伍建设的难点和重点在于缺乏具有吸引力的人才政策。

4.2.1 做好实验技术队伍的建设规划，逐步增大团队规模

基于目前实验技术队伍现状，综合考虑实验室的建设、未来发展以及离心机及配套设备的管理规模等因素，统筹规划实验技术队伍的建设。首先做好现有实验技术队伍的定编定岗工作。实验技术人员的岗位职责应按照从事的工作内容分类管理，每一类别的实验技术人员的岗位职责尽可能明确具体，避免模糊不清。其次，要加强对实验技术队伍的考核。按实验技术人员从事的工作内容制定适合实验技术队伍的考核指标，防止在编不在岗的现象发生；同时，考核也有助于将不称职的人员从实验技术队伍中剔除出去，提高实验技术队伍的整体水平。再次，基于目前ZJU400离心机实验技术人员数量需求，扩展实验技术人员队伍，增设模型制备专员、仪器保管检测专员等职位，完善运行管理小组的职能。

4.2.2 提高实验技术队伍水平

实验室应注重建设高层次技术队伍，从国内外引进技术过硬的知名专家直接参与大型设备的管理和运行，带动整体技术队伍水平提升。同时为每台设备设立1~2名责任教授全权负责该设备的功能研发、技术指导。

设立技术人员专项培训制度，分类制定大型设备技术操作人员培训大纲和培训计划，实施技术人员技能提升计划。定期聘请专家、教授对设备的技术操作人员进行培训，组织他们到国内外知名的设备使用机构实地学习进修，邀请厂家的技术人员举办技术讲座、现场操作培训、技术要领讲解等，提高技术人员理论水平和操作技能，减少人为因素对设备的损坏，保障设备的完好率[9]。

4.2.3 完善激励机制，拓展晋升通道

（1）提升实验技术人员的发展空间。出台具有吸引力的人才政策，吸纳高水平实验技术人才、防止人才流失，同时关注实验技术人员的职业生涯规划和发展空间的提升。制定适合实验技术队伍的职称评聘条件、单独评聘体制，打通晋升渠道；实施分级管理，扩展实验技术人员发展方向的可选择性[10]。

（2）提供物质激励。将实验室开放服务业绩与实验室运行管理人员个人绩效挂钩，将开放服务的收入按一定比例用于发放人员酬金作为激励。综合考虑试验完成数量及质量等因素，对实验室人员考核评级，对于考核优秀人员按比例提升下一年薪酬。建立科学合理的效益评价指标体系，对每个成员进行公平合理的评价，以效益带动积极性，促使实验室运转步入良性循环。要确保政策的落实，需尽快出台仪器设备效益考核指标对开放效益进行考核，并严格按照考核结果及时调整酬金比例，以充分发挥政策的激励作用[11]。

（3）科研成果激励。鼓励实验技术人员积极参加科研工作，通过科研工作的开展，提高和拓展专业知识面。实验技术人员在课题组需求的基础上，利用对仪器设备的专业知识、实践操作技能和经验，研发新仪器或改进仪器设备在使用过程中出现的不足，实现设备创新，从而提高仪器设备的使用率。同时在参与科研活动过程中，促进大型仪器设备的进一步开发和使用，并且合作发表论文及申请专利等。

5 结语

加强以ZJU400离心机为主要代表的大型设备仪器的开放共享，完善体制，优化管理，使其发挥作用，为进一步培养创新型人才、提高科研水平与实现学科发展做出更大的贡献，为超重力离心模拟与实验装置国家重大基础设施建成后的开放共享探索一条可复制的道路。

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[3] 陈晓兰，张勇，程清天，等.以人为本、机制创新，促进贵重仪器设备开放共享[J].实验技术与管理，2009, 26(3): 301–304.

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Exploration on opening and sharing of ZJU400 hypergravity centrifuge system

LIN Wei’an, LI Junchao, ZHAO Yu, ZHU Bin

(Key Laboratory of Soft Soils and Geoenvironmental Engineering of Ministry of Education, Hypergravity Research Center, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China)

Based on the opening and sharing mechanism and operation status of ZJU400 hypergravity centrifuge system test, this paper has discussed the laboratory technical team and management system. The related regulations for the ZJU400 centrifuge such as the coordinating system, scheme auditing, on-line queuing, etc., have effectively improved its operational efficiency. Some concrete measures are also put forward such as setting up a platform for the management of experimental tasks, strengthening the construction of experimental technical team and perfecting the incentive system so as to provide reference for the opening and sharing of large-scale equipment in colleges and universities in the future.

ZJU400 centrifuge; opening and sharing; operating efficiency

G482; G647

A

1002-4956(2019)11-0282-04

10.16791/j.cnki.sjg.2019.11.069

2019-03-29

林伟岸（1981—），男，湖南邵阳，博士，高级工程师，主要研究方向为超重力实验技术与管理和环境岩土工程。E-mail: linweian@zju.edu.cn