美国国家标准与技术研究院访学记——朱虹

2014-06-03

 

一、初见NIST

美国东部时间2012年12月16日凌晨,从美国华盛顿特区杜勒斯国际机场见到我的合作导师John L. Gross先生的一霎那,我真切地感受到,为期一年的访学经历正式开始了。受中国国家留学基金委资助,经我校国家“千人计划”特聘专家Mohammad Noori教授推荐,我获得了这次以访问学者身份到 美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)交流学习的难得机会。NIST虽然是一个大型机构,但是没有追求楼宇的气派,装修的豪华,到处可见简约实用类似厂房的办公场所,也正是基于简单实用环保的理念,这里没有国内那些没完没了的翻新、装修所产生的刺鼻气味和刺耳声音,处处给人的感觉是充满了宁静,充满了清新。整个NIST就是一个天然的公园,里面有成群的梅花鹿、松鼠、野鹅等野生动物,常年可见蓝天绿草,春夏秋冬的景象各具特色。NIST的标牌十分普通,灰色背景白色字母,旁边庆祝获得诺贝尔奖的标语也十分低调。2012年NIST的科学家第五次荣获诺贝尔奖,为NIST的历史又增添了荣耀的一笔,标语上简洁的祝贺显示出一种功到自然成的自信。  

 

二、在Fire Division的工作和科研

结构抗火研究,对我来说,是一个感兴趣但还知之甚少的领域。虽然还没有多少研究积累,但对方看重了我结构工程学科的背景以及开展试验研究的能力,我有幸被接受并安排到NIST的EL(Engineering Laboratory)部门Fire Division(火灾研究分部)进行访学。这里是全世界火灾科学研究最顶尖的机构之一,著名的FDS火灾模拟软件就诞生于此。Fire Division是美国911恐怖事件中世贸中心双塔倒塌分析报告的主要撰写单位,随后获得美国政府拨款,启动了在NIST盖瑟斯堡总部建设全世界最先进的国家火灾研究实验室(National Fire Research LaboratoryNFRL)的计划。这个大型火灾实验室建成后可以开展9米高足尺建筑火灾试验,火灾载荷最大可达20 兆瓦,而且在火灾的同时可以施加水平力和垂直力,完全模拟足尺建筑在火灾发生时的真实情况,不仅能对建筑材料及家具的燃烧特性、火灾温度场、整体及局部烟气流动等进行监测,而且可以真正掌握结构材料和整体结构在火灾下的力学性能退化规律。实验室的建成,将为模拟真实火灾提供强有力的硬件支撑条件,为促进火灾科学的发展发挥重要作用。

 

正是由于这是一个无先例可循、全世界首创的实验室,因此建设进程比较缓慢。原本计划在2013年初开始试运行,但是直到我2013年12月末结束访问离开美国之时,设备也还未能安装到位。实验室细节的反复论证,安全的多轮评估直接导致了工程项目进度的滞后。虽然,我为未能按原计划参与火灾实验室试运行而感到遗憾,但也被美国人重视细节和安全的精神所折服,他们宁可牺牲进度,也不留任何遗憾和安全隐患。

因为实验室建设进程推迟了,所以我的科研工作重点转向了大型足尺结构构件真实火灾试验的试验规划。目前,抗火设计方法还是基于构件层次的,耐火极限所依据的是标准火灾,这些都和实际情况有所不同。为了发展基于性能的抗火设计方法,开展真实火灾试验就显得尤为重要,以验证他们所提出的更精细的高温材料模型以及真实结构火灾反应模拟结果的准确性。在NIST,我参与了钢结构构件高温本构模型的模拟以及钢结构构件真实火灾试验的模拟分析,并结合我自身的研究背景,进行了FRP加固/增强混凝土结构的耐高温性能的分析工作,以及开展了预应力FRP筋增强混凝土结构的抗火性能的试验的规划工作。访学期间,我完成了2篇SCI论文和1篇EI论文。

 

三、对NIST管理工作的认识

 

NIST是一个科研机构,具有不同于高校的管理模式。

人员管理:NIST的科研人员包括正式员工(staff)、合同工(Contractor)、博士后(Post-doctor)和访问学者(Guest Researcher)。正式员工是终身制的,名额较少,竞争激烈,对于非美国高校毕业的博士,要想成为正式员工的难度非常大。合同工是NIST科研力量的重要组成部分,1~3年签约一次,如果考核不合格或者课题组下一年度研究经费紧张,就可能被辞退,因此合同工的流动性较大。他们对博士后把关较严,待遇高于一般高校,但是他们对博士后的国籍以及博士毕业院校有较严格的规定,因此很难申请。NIST接纳很多来自世界各国的访问学者,其中有不少来自于中国的联合培养的博士研究生以及访学的教师。

为了适应这样的流动性,NIST每季度为新进人员举办一次培训会,介绍NIST的历史和现状、管理部门职能、规章制度、安全知识等,并集体乘车参观NIST整个园区。对于正式员工和合同工,还会有更细致的培训。所有人员在入职之前,都会确定一个负责人,我的负责人不是我的合作导师,而是项目组长Dr. Jiann Yang,虽然后来他升职为deputy chief,但是与我有关的一切事务依然由Jiann负责,并由部门秘书进行落实。

安全管理:在美国一年,我充分感受到美国人对于安全的重视,在NIST,这种感觉尤为强烈。初到NISTJiann就拿着密密麻麻满满两页纸的文件,逐条向我解释安全条例并打勾确认,条例甚至细致到关于爬人字梯时的注意事项。每个季度,各部门会专门召开一次安全管理会议,通报当季所发生的安全问题或发现的安全隐患。在我参加的4次会议中,每次会议都持续1小时以上,通报的内容基本上都是打开的抽屉忘了关上后不小心撞到了别人,或者化学试剂瓶盖忘了关被别人不小心碰到洒了之类的事情,但大家仍非常热烈地讨论,献计献策,希望将所有安全隐患都消除。从外表看,办公楼大部分是3层左右的厂房式建筑,但是楼与楼之间都有通道联系,一方面方便雨雪天行走,另一方面也作为避难场所。出楼是自由的,但是每进一栋楼都需要刷卡(Badge,一个带芯片的证件,)。初到NIST的几天,由于我申请的证件还没有领到,所以走哪儿都需要别人陪着。由于单位的背景特殊,很多区域不允许拍照,而且办公电脑也会不定期被IT部门远程监控扫描。我认识的一名访问学者违规安装软件,导致机器轻微中毒,立刻就被IT部门发觉,把电脑搬走检查了。NIST的办公楼,都是内廊式,一侧是办公室,一侧是实验室,每个人的办公桌上都有防护眼镜,进入实验室时必须带上。曾经有一次,一位朋友带我去参观锥形量热仪,到了实验室门口,一脚跨进门向实验室内的专家介绍我,但是那位专家坚持要他先带上眼镜再对话,否则就必须到门外谈。我对他们这种一丝不苟的态度感到由衷的敬佩。火灾实验室作为大型实验室,要求更为严格,任何时候进入都需要穿带上安全帽、防护眼镜和反光服。我在NIST期间,我院副院长舒赣平教授等一行访美到NIST参观交流。Gross先生不仅要求我提前一周申请并上报NIST安全部门进行审批,而且还亲自发来邮件,强调了实验室的安全规定,细到进实验室穿的鞋子。最特别令我难忘的是三次紧急撤离的经历:一次是飓风警报,两次是火灾演习。美国的天气预报非常准确,无论是飓风还是下雨下雪,都能精确到小时。NIST会通过email告知飓风几点到达,人员几点钟开始撤离,时间一到,警铃就会响起,部门安全负责人就会安排所有办公室中的人员撤离到单层通道或者地下通道,办公室最后一个撤离的人必须在门上贴上“已撤离”的黄色磁条,所有人必须待在通道里直到安全员通知警报解除。每次有恶劣天气的时候,也是收到email最多的时候。Email是内部沟通最重要、最常用的工具。

 

上图  土木工程学院舒赣平副院长(右二)到NITS考察,左二是本文作者 

办公自动化管理。NIST,我平均每天都会收到10封以上的邮件,包括各级部门点对点直线下发的各类通知。同事之间也首先用email,其次才是办公电话。见面前先email预约或者办公电话预约,基本上不会打个人手机,显示出契约精神和对私人空间的尊重。 

在安排好工作的前提下,美国人可以自由地安排带薪休假,因此Microsoft Outlook办公软件非常有用,每个人将自己的安排列于outlook日程表中。小组会议就会尽可能地照顾到大部分人的时间安排,非常人性化。部门的会议安排、会议室的使用情况也都可以随时查询,极大的提高了工作效率。我不禁联想到,如果我们院系公共会议室的使用计划也能方便在办公系统中查询,就可省去师生跑去会议室门前查看的麻烦,而且也避免了在会议室利用时间上的冲突。

 

四、NIST发展经验的可借鉴之处

NIST隶属于美国商务部(正因为属于政府部门,2012年10月也因美国联邦政府关门事件关闭了大半个月),是美国重要的国家级研究机构之一。通过二十多年的建设,已由原来的计量测试及标准化研究机构,发展成为一个强大的美国共性技术研发机构,在美国技术创新体系中居于核心位置。NIST的科学家们获得过4次诺贝尔物理奖和1次诺贝尔化学奖,充分证明了他们在基础研究方面的卓越成就。NIST的基础技术研究的平均社会回报率远高于其他机构,充分证明了他们在科技转化方面的卓越效率。这里,在促进科技成果转化方面,有两点很值得我们借鉴。

一是关于项目评估和鉴定机制。NIST采用的是学术评估和经济评估双重评估机制,这使得NIST不仅注重创新成果在学术上的领先性,而且更加注重这些创新成果的社会应用价值。评估专家来自于同领域的科研部门、技术公司,甚至于应用该类技术的客户。他们无报酬自愿参加评估工作,更贴近于市场的反馈,因此创新成果“更接地气”,一方面有助于研发人员对未来的市场前景有更好的判断,另一方面也有助于创新成果对接市场需求。专家们没有应景性评价,更不会流于形式,有一说一,好就是好,不好就是不好,非常客观。好的评估或鉴定机制是非常重要的,起到“指挥棒”的引领和导向作用,否则,就会出现那么多“一流”、 “第一”、 “领先”,扼杀科学精神,破坏创新原动力。

二是关于大型共性技术研发平台对中小企业创新活动的支持。在美国,中小企业才是创新的主体,很多有理想的年轻人会以兴趣为导向创立某个技术领域的小公司,通过几年,十几年的努力,在某项技术取得突破性成果时再转让给大公司或者整个公司由大型公司来收购,小公司的创业者可以受聘于大公司,或者获得不菲的经济回报后再次创业。NIST就专门设有Hollings制造业扩展合作计划,向中小企业提供技术和商业协助。将合作对象定位于具有强烈创新冲动的中小企业,不仅刺激了中小企业,同时给大企业造成压力,从而激活整个产业的技术创新。我国在各类大型项目(例如2011项目等)的申报中,追求的仍是行业内实力最强的单位之间的联合,中小企业通常是被遗忘的,这样并不利于整个国家的创新能力的提升。

 

五、 美国生活点滴感受

蓝蓝的天上白云飘,白云下面鹿儿跑。天人合一,人畜共生,和谐自然。NIST不仅是各门类科学实验室所在地,也是天然的畜牧场。工作在NIST的有五六千人,而在这里落户的各类动物恐怕也不少于五六千吧?在这里,人与动物,是互相欣赏的,是互不伤害的,各自忙碌着,过好每一天。落叶很多,动物粪便星星点点,但是很难得看到一张废纸,一个烟头。感受这样的和谐自然,呼吸着这样的清新空气,内心期待着“美丽中国”能早日成为现实。

 

美国通常情况下是宁静的、秩序井然的,人与人之间是信任的、彬彬有礼的,当然,任何秩序井然,都得益于成熟完善的社会法律和政策(Policies)体系。无论哪个州的哪个郡,即使置换小区内路崖的一块水泥板,都会提前发出公告。不仅充分尊重民众的知情权,而且极大的减少了混乱的发生。Gaithersburg郡各小学计划于2015年调整放学时间,延后半个小时,在2013年秋季就开始通知家长参加听证会,而且反复多次通知。虽然我是匆匆过客,作为当时的家长,也具有同等的投票权利,心情还是蛮舒畅的。邮递这件事情则非常能体现美国社会人与人之间的信任。各户town house门前信箱从不上锁,一般的包裹,邮递员直接放在门前台阶上,无需签收,却很少听闻顺手牵羊这样的事情发生。即使偶尔丢失,只要你告知卖家,卖家会二话不说地给你重新邮寄一份过来,甚至洗衣机,甚至笔记本电脑!我想,这背后一定有完善的信用体系作为支撑,当每个人都珍惜自己的信用时,整个社会便自然而然诚信起来。

在美国,几乎见不到加设防盗窗的房屋和设置围栏的校园,开始真对这里的安全不放心,慢慢也就泰然处之了。美国的大学校园,都是完全开敞式的,与周边没有明显的界限,这体现了大学的自由精神。虽然关于是否禁枪争论不休,但是却没有听说过对学校设置围栏的提议。我的理解,他们认为自由高于一切,因而不愿意用有形的屏障将家、校园、身体乃至于自己的灵魂禁锢起来。美国小学校园也不是封闭的,为了在紧急情况下能及时逃生,教学楼的很多门都可以向外开启的,直通校外的马路;操场与外界也无隔离,这很让我担心小孩会不会在课间走失。但似乎老师们和家长们并没有这样的担心,这一点,也是我觉得不可思议的地方。

 

【美国国家标准与技术研究院(NIST)】

美国国家标准与技术研究院(NIST)是直属于美国商务部的一个副部级的联邦政府部门,是美国重要的国家级研究机构之一,主要从事物理、生物和工程方面的基础和应用研究,以及测量技术和测试方法方面的研究,提供标准、标准参考数据及有关服务,在国际上享有很高的声誉。NIST主要为标准建设开展科研工作,拥有工程(EL)、信息科技(ITL)、材料(MML)、物理(PML)、纳米科技(CNST)、NIST中子(NCNR)等六个研究部门,数千名专家学者,为促进美国的创新和产业竞争力等发挥着重要作用。NIST迄今已有100多年历史,总部设在马里兰州盖瑟斯堡(Gaithersburg),占地234公顷,分部设在科罗拉多州玻尔得(Boulder)。

(转自东南大学土木工程学院院网)

 

 

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