呂萬鈞 呂永波 李美楠 劉朝陽 李 晶

（1.北京交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，北京 100044；2.遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧錦州 121000）

0 引言

科技資源是國家戰(zhàn)略性資源，科技資源的高效開發(fā)和利用在很大程度上決定著國家科技創(chuàng)新和核心競爭力的形成[1]。作為一種重要的科技資源，大型科學(xué)儀器資源是國家自主創(chuàng)新的基石，是科技創(chuàng)新最基本的物質(zhì)基礎(chǔ)。大型科學(xué)儀器的建設(shè)水平不僅制約著科技的發(fā)展，同時也是國家科技綜合實(shí)力的表現(xiàn)。

自2008年起，科技部、財政部共同啟動了國家重點(diǎn)科技基礎(chǔ)條件資源調(diào)查工作，對中央和省級部門所屬的科研機(jī)構(gòu)科技資源狀況進(jìn)行了摸底[2]。本文主要基于大型科學(xué)儀器設(shè)備的資源調(diào)查數(shù)據(jù)，通過對其分布及利用情況研究，提出我國大型科學(xué)儀器資源共享的相關(guān)模型。

1 發(fā)展現(xiàn)狀

截止到2014年年底，參與調(diào)查的大型科學(xué)儀器設(shè)備總量為79808臺（套），原值合計810.4億元。參與對外開放的設(shè)備有68780臺（套），原值為706.3億元，分別占全部設(shè)備數(shù)量和原值的86.2%和87.1%。其中，跨區(qū)域共享的設(shè)備為8280臺（套），原值為131.3億元，分別占全部設(shè)備數(shù)量和原值的10.4%和16.2%。

由表1可知，我國大型科學(xué)儀器資源評價年有效工作機(jī)時為1360.7小時，還未達(dá)到我國大型科學(xué)儀器管理部門設(shè)定的儀器年額定工作機(jī)時1600小時，說明在大部分地區(qū)大型科學(xué)儀器資源還存在未充分利用的情況。

我國大型科學(xué)儀器資源絕大部分都是通過國家政府投資撥款進(jìn)行購置的，屬于國有資產(chǎn)[3]，具有公共物品屬性，應(yīng)最大限度地為社會提供服務(wù)，政府需要對大型科學(xué)儀器資源進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，促進(jìn)大型科學(xué)儀器資源的共享。此外，通過促進(jìn)資源共享的方式，也是國家減小資源配置不均衡性的重要手段。大型科學(xué)儀器資源的有效共享有利于提高政府的投資效率[4]，使得大型科學(xué)儀器資源配置達(dá)到系統(tǒng)最優(yōu)，最大可能地發(fā)揮其價值，為我國科研事業(yè)作出貢獻(xiàn)。因此，作為資源優(yōu)化配置和提升利用效率的一種重要手段，資源共享逐漸成為國內(nèi)外科技管理領(lǐng)域?qū)W者專家們關(guān)注的重點(diǎn)問題。

2 大型科學(xué)儀器資源共享模型簡述

本文重點(diǎn)以地區(qū)間資源共享的理念來盤活大型科學(xué)儀器資源的存量資源，以提高我國大型科學(xué)儀器資源的利用共享水平，促進(jìn)大型科學(xué)儀器的高效利用，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。

2.1 共享主體供給量和需求量確定

大型科學(xué)儀器資源共享首先需要確定共享主體以及大型科學(xué)儀器資源的供應(yīng)量和需求量，本文中選取設(shè)備利用率作為判斷指標(biāo)。

單臺（套）大型科學(xué)儀器設(shè)備的利用率是指每年設(shè)備實(shí)際使用機(jī)時與額定機(jī)時的比值，但考慮到貴重儀器開機(jī)使用時間和產(chǎn)出效益，在進(jìn)行設(shè)備利用率計算時，將設(shè)備原值作為權(quán)重指標(biāo)，因此地區(qū)大型科學(xué)儀器整體利用率公式如式（1）所示：

表1 2014年我國各區(qū)域大型科學(xué)儀器設(shè)備配置情況

其中：

aij表示地區(qū)i領(lǐng)域j的設(shè)備利用率。經(jīng)過咨詢專家，本文定義大型科學(xué)儀器設(shè)備的合理利用率范圍為80%～120%，超過該范圍，設(shè)備運(yùn)行超過額定機(jī)時會導(dǎo)致設(shè)備高負(fù)荷運(yùn)行，而小于這個范圍則認(rèn)為設(shè)備沒有充分利用，存在閑置浪費(fèi)現(xiàn)象。

bijn表示地區(qū)i領(lǐng)域j的第n臺設(shè)備年工作機(jī)時。

cijn表示地區(qū)i領(lǐng)域j的第n臺設(shè)備原值。

uij表示地區(qū)i領(lǐng)域j設(shè)備的年額定工作機(jī)時。該指標(biāo)取值參考國家科學(xué)技術(shù)部關(guān)于大型科學(xué)儀器額定工作機(jī)時定義，取值為1600h，即

對資源供給方來說，該地區(qū)儀器設(shè)備平均利用率應(yīng)該小于120%。每年每臺大型科學(xué)儀器設(shè)備的額定工作機(jī)時為1600h，故若第j個供給方擁有臺大型儀器設(shè)備，利用率為那么一年內(nèi)該供給方大型科學(xué)儀器資源的共享量就是：對于資源需求方，若第i個需求方擁有臺大型科學(xué)儀器設(shè)備，利用率為那么其需求量就是：

Xi=模型中涉及設(shè)備數(shù)量時，單位均為小時臺，不足一小時臺的，則向上取整。

2.2 共享問題

首先，共享的根本目標(biāo)就是要實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的最大效益[5]。本文是站在科技管理部門的角度，基于各參與方效益最大化的思想對各個地區(qū)的大型科學(xué)儀器資源進(jìn)行匹配，由此起到促進(jìn)共享和引導(dǎo)作用。

其次，資源共享是資源供給方和需求方共同參與的行為，因此每個參與方的成本或收益可以叫作聯(lián)合成本或聯(lián)合收益，因此共享行為選擇與每個參與方的自身發(fā)展水平有著密切的關(guān)系。

鑒于上述兩個方面的思考，共享問題可以簡化為：科技管理部門根據(jù)科技基礎(chǔ)條件資源調(diào)查結(jié)果，篩選出大型科學(xué)儀器配置過量地區(qū)和稀缺地區(qū)，將配置過量地區(qū)作為儀器供給方，這些地區(qū)需要向儀器稀缺地區(qū)（即需求方）開放共享其設(shè)備，該過程中雙方考慮收益和成本因素會產(chǎn)生選擇行為。本文要解決的問題就是在考慮雙方總效益的情況下，確定各個供給方和需求方之間的匹配關(guān)系。

2.3 模型建立

一般情況下，科技管理部門為了使收益最大化，需減少分配成本，要考慮如何定價、如何選擇科研院所和科技資源的分配并增加科技資源共享收入費(fèi)用，這就要求管理部門加強(qiáng)收費(fèi)制度管理；設(shè)備需求方則希望降低設(shè)備的使用成本，取得自己的最大收益。本文模型的建立是在假設(shè)科技管理部門已經(jīng)具備了完善的價格機(jī)制前提下，需求方只需從自身角度考慮如何降低使用成本。

（1）上層規(guī)劃

科技資源共享產(chǎn)生價值的同時會伴隨各種成本的支出，任何一個科技資源共享的供給方都不能無限制地提供共享服務(wù)[6]，在進(jìn)行儀器共享的過程中必須要控制成本的支出。一是要控制科技資源共享的供給成本，二是要控制科技資源共享的服務(wù)成本。

因此，上層規(guī)劃（U）描述為：從儀器供給方角度出發(fā)，使總的固定成本和服務(wù)成本最小。

上層規(guī)劃（U）：

模型中的符號意義如下：

下標(biāo)編號：i表示需求方編號，j表示供給方編號，

決策變量xij表示第i個需求方在第j個供給方得到的設(shè)備共享量；zj表示0—1變量，當(dāng)?shù)趈個供給方被選擇共享時，值為1，否則為0，Q表示科學(xué)儀器設(shè)備的總共享量，所有需求方對儀器設(shè)備需求量要小于設(shè)備總共享量。

常數(shù)αj表示第j個供給方對外共享科學(xué)儀器設(shè)備的固定成本，如對實(shí)驗(yàn)室條件進(jìn)行改善的費(fèi)用、儀器共享平臺建設(shè)以及設(shè)備的調(diào)試、維修、維護(hù)等費(fèi)用；βij表示第j個供給方為第i個需求方提供共享服務(wù)時的單位服務(wù)成本。儀器共享過程中由于共享雙方熟悉度不同，會導(dǎo)致無形成本有所差異，如溝通成本、流程成本等。

上層目標(biāo)函數(shù)是從儀器供給方的角度出發(fā)，盡可能減少該地區(qū)總的固定及服務(wù)成本。上層規(guī)劃（U）的第一部分為儀器資源共享的固定成本，第二部分為儀器共享過程中的服務(wù)成本。

式（2）保證至少有1個供給方對需求方共享；式（3）表示科學(xué)儀器設(shè)備的總供應(yīng)量大于全部需求方的儀器設(shè)備需求量的總和。式（4）表示第i個需求方的總需求量為Xi。

（2）下層規(guī)劃

價值是驅(qū)動科技資源共享的重要因素，科技資源本身所具有的公共屬性，意味著不僅資源擁有者擁有使用權(quán)利[7]，而且其他需求者擁有共享該資源的權(quán)利。科技資源的共享需求主體只需要付出一定的價值就能獲得科技資源的使用權(quán)利，在此過程中他們所產(chǎn)生的創(chuàng)新活動自然會產(chǎn)生新的更大的價值，并且由于節(jié)省了本身對于科技資源的投入支出，他們在科技資源共享中獲得的效益更加明顯。

因此，下層規(guī)劃（L）描述為：從需求方角度出發(fā)，在多個供給方存在的情況下，需求方選擇最優(yōu)的供給方，使得總效益最大。

模型中的符號意義如下：

fij表示儀器設(shè)備的產(chǎn)出成果效益函數(shù)，是指第i個需求方在第j個供給方共享儀器設(shè)備時產(chǎn)生的效益。其中，λ為效益系數(shù)，反映單位產(chǎn)出成果效用的效益值。需要說明的是，此處所提到的效益值并非絕對數(shù)量，而是代表著在資源利用中產(chǎn)生的利益水平。

aij表示第i個需求方在第j個供給方共享設(shè)備時的授權(quán)專利產(chǎn)出能力，授權(quán)專利產(chǎn)出越多，代表專利產(chǎn)出水平越高，需求方獲得的效益也最大。計算方式如下：

其中，ai為第i個需求方的授權(quán)專利產(chǎn)出能力指數(shù)，表示m個需求方中授權(quán)專利產(chǎn)出的最大值；aj為第j個供給方的授權(quán)專利產(chǎn)出能力指數(shù)，表示n個供給方中授權(quán)專利產(chǎn)出的最大值。采用aij為需求和供給雙方的幾何平均數(shù)是考慮了聯(lián)合收益水平，體現(xiàn)了鼓勵和引導(dǎo)產(chǎn)出水平相仿的共享雙方尋求合作的思想。

同理，bij表示科技論文產(chǎn)出能力，cij表示科技成果獎勵產(chǎn)出能力，計算過程與aij同理。由計算公式可知，

θij表示第i個資源需求方在共享第j個資源供給方過程中需要付出的成本系數(shù)，主要包括共享過程中人力成本。

Qj表示第j個資源供給方的儀器設(shè)備供應(yīng)量。

M表示任意大的正整數(shù)。

下層規(guī)劃表示，需求方在選擇共享合作對象時獲得的收益最大化。式（6）表示當(dāng)供給方被選定，即當(dāng)zj=1時，需求方才可以在該供給方獲得資源共享量，反之，當(dāng)zj=0時，需求方不能在該供給方獲得資源共享量；式（7）保證變量非負(fù)；式（8）表示需求方在第j個供給方獲得資源共享總量應(yīng)該不超過其供應(yīng)量。

3 實(shí)例分析

3.1 研究對象選擇及分析

我國華東地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，交通便利，科技資源豐富，是中國綜合技術(shù)水平最高的經(jīng)濟(jì)區(qū)，同時也是我國科技基礎(chǔ)條件中資源最為豐富的地區(qū)[8]。華東地區(qū)包括安徽、福建、江蘇、江西、山東、上海和浙江7個省份。這7個省份經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展水平不一致，因此對這7個省份的研究對其他地區(qū)具有借鑒意義。通常來說，不同研究領(lǐng)域內(nèi)的科學(xué)儀器是不能進(jìn)行共享的，因此本文選擇生物和醫(yī)藥領(lǐng)域的科學(xué)儀器資源進(jìn)行研究。

調(diào)查結(jié)果顯示，2014年我國華東地區(qū)生物和醫(yī)藥領(lǐng)域大型科學(xué)儀器資源配置情況如表2所示。表2中的地區(qū)I—地區(qū)VII分別代表安徽、福建、江蘇、江西、山東、上海和浙江7個省份地區(qū)。

由表2可以看到，華東地區(qū)生物和醫(yī)藥領(lǐng)域大型科學(xué)儀器資源利用率為87.9%，處于合理區(qū)間。但就華東地區(qū)各省份來說，科學(xué)儀器資源配置情況差異較大。從儀器數(shù)量和原值來看，地區(qū)III和地區(qū)VI大型科學(xué)儀器資源配置數(shù)量較多，分別占華東地區(qū)總量的20.5%和38.2%，原值占比分別為23.1%和38.7%。從利用率來看，地區(qū)I和地區(qū)IV設(shè)備利用率分別為127.4%和150.1%，均超過合理利用水平，存在儀器超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)現(xiàn)象，處于儀器配置稀缺狀態(tài)；地區(qū)II和地區(qū)VII儀器利用率分別為79.3%和76.4%，均不足80%，存在儀器閑置現(xiàn)象，處于儀器配置過量狀態(tài)；地區(qū)III、地區(qū)V和地區(qū)VI，大型科學(xué)器儀器資源利用率均處于80%～120%，儀器資源配置總體較為合理。

3.2 模型求解

（1）確定需求量和共享量

根據(jù)表2可知，在華東地區(qū)7個省份中，地區(qū)I和地區(qū)IV生物和醫(yī)藥領(lǐng)域大型科學(xué)儀器資源配置不足，因此由定義可知，這兩個地區(qū)為儀器共享需求方1和儀器需求方2，分別計算兩個地區(qū)的共享需求量。

儀器需求方1：

同理，可計算共享需求方2的大型科學(xué)儀器資源需求量為：

同樣，由表2可知，地區(qū)II、地區(qū)III、地區(qū)V、地區(qū)VI和地區(qū)VII為儀器供給方，分別為供給方1、供給方2、供給方3、供給方4和供給方5，分別計算各個儀器供給方的資源可共享量。

儀器供給方1：

同理，可計算出其他儀器供給方的資源共享量：

表2 2014年我國華東各地區(qū)生物和醫(yī)藥領(lǐng)域大型科學(xué)儀器設(shè)備配置情況

計算出華東地區(qū)生物和醫(yī)藥領(lǐng)域各省份的儀器資源需求量和共享量，如表3所示，可知資源共享量遠(yuǎn)大于需求量，直接用雙層規(guī)劃模型求解即可。

（2）常數(shù)參數(shù)設(shè)計

在具體參數(shù)設(shè)計時，由于實(shí)際數(shù)據(jù)缺失且核算過程復(fù)雜，考慮參數(shù)設(shè)定的科學(xué)性和合理性，本文中的固定成本和單位服務(wù)成本參數(shù)均為當(dāng)量參數(shù)，僅表示相對關(guān)系。

共享固定成本αj見表4。

單位機(jī)時服務(wù)成本βij見表5。

由表6中各地區(qū)的成果產(chǎn)出能力，可計算出需求方的共享產(chǎn)出能力，結(jié)果如表7所示。

需求方的成本系數(shù)θij見表8。

將上述參數(shù)帶入模型，則上層規(guī)劃模型為：

表3 華東各地區(qū)生物和醫(yī)藥領(lǐng)域大型科學(xué)儀器資源共享量和需求量

表4 共享固定成本

表5 單位機(jī)時服務(wù)成本

表6 各地區(qū)成果產(chǎn)出能力

表7 共享的成果產(chǎn)出能力

表8 需求方成本系數(shù)

下層規(guī)劃模型為：

約束條件為：

最終求得的共享匹配雙方的大型科學(xué)儀器資源共享量為：

上述結(jié)果表明，最終的共享需求匹配方案為供給方2向需求方1和需求方2提供全部共享設(shè)備機(jī)時，同時說明供給方2和需求方1和需求方2之間應(yīng)加強(qiáng)合作和儀器資源共享，在總消耗最小的基礎(chǔ)上最大程度發(fā)揮華東地區(qū)現(xiàn)有儀器資源的作用。

4 政策建議

本文用雙層規(guī)劃模型定量地研究了大型科學(xué)儀器設(shè)備的共享問題，充分考慮了管理部門、設(shè)備供給方以及需求方的全局利益，使模型在實(shí)際中更具有參考價值。但模型僅在理想狀態(tài)下考慮，所以本節(jié)提出以下針對性建議。

科研管理部門要不斷提高儀器設(shè)備管理水平，使共享模式制度化，收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)化，可參考本文以設(shè)備利用率為基礎(chǔ)的雙層規(guī)劃模型，在今后設(shè)備資源配置研究時，根據(jù)區(qū)域特征，確立多種不同的共享模式。同時，隨著信息化程度提高，要不斷完善通過互聯(lián)網(wǎng)直接獲取可用的儀器設(shè)備狀態(tài)信息的技術(shù)，儀器設(shè)備資源的共享可以依據(jù)信息系統(tǒng)的儀器設(shè)備利用情況進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)儀器設(shè)備信息資源的利用與共享，提高設(shè)備利用率。此外，共享體現(xiàn)的是社會效益，但有時對某個儀器擁有單位卻不一定非常有利，導(dǎo)致部分單位加入共享平臺的積極性并不高，進(jìn)而影響設(shè)備利用，因此，可以考慮從制定法律法規(guī)等方面增強(qiáng)執(zhí)行力度。

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