专访：听方向院长讲讲中国计量院那些事儿
中国计量科学研究院院长 方向
今年是中国计量科学研究院建院60周年；已拥有自主研制的国家计量基准130项、标准296项、实现测量能力国际互认1224项，排名实现亚洲第一位、世界第四位，近80项科技成果获得国家科学技术奖……时任副总理的王岐山同志2011年到中国计量院视察的时候曾说“没想到你们这儿藏了一个共和国宝贝”，一系列璀璨的数字，诠释着这个“共和国宝贝”为新中国所作出的贡献。近日，记者采访了方向院长，听他讲讲中国计量院那些事儿。
兵工厂“催生”中国计量院
新中国的计量局成立于1955年。关于计量局的成立，还有个小故事。中国计量局的首任局长叫钟林，他是兵器工业专家，新中国成立前后一直工作在兵器工业战线。抗美援朝时前线遇到一些问题，有时炮弹在膛里就爆炸或者是飞不远，造成自己人员伤亡，或打击不准。中央正着急时，钟林反馈：这是因为新中国工业的度量衡还未有统一的标准，各兵工厂用的“尺”可能出现了误差，结果造成炮和弹的尺寸不一，炮弹尺寸太大，会在膛里爆炸；太小则没有足够动力，打不远打不准。之后，钟林成为了中国计量院前身的机械工业工具研究所所长，国家计量局和计量科学研究院正式成立后，钟林任首任局长（院长），从此，新中国的计量体系正式上路……
1965年，行政职能剥离出去后，中国计量科学研究院形成稳定的运行模式。1976年成立中国计量院四川分院，后发展为中国测试技术研究院，1998年，国务院批准中国计量科学研究院昌平实验基地项目，2009年正式投入运行；2006年，计量纳入《国家中长期科技发展规划纲要（2006-2010）》，2013年国务院发布《计量发展规划2013-2020》颁布，我国计量事业发展步入快车道，中国计量院也迎来了最重要的发展机遇期。
计量的作用和战略地位
一般认为计量有两个方面的基础作用。一是建立信心。计量通过建立测量的溯源性，获得可靠的测量结果，使标准的结果可以检验，过程可以复现，进而实现人们对质量信赖。二是实现创新。计量通过测量科学和技术进步之间的相互依存和相互促进推动创新；新的测量技术也必然刺激新的产品、流程和服务的创新，同时也会推动劳动力新技能的产生和掌握。
聂荣臻元帅曾说过，“科技要发展，计量要先行。”回顾科技发展历程，计量一直和创新密切相关。一方面计量正是建立在最新科学理论和最先进的技术基础上的，很多最新发现的物理现象和理论第一次就是被用于新的计量基准。原子喷泉理论孕育了原子喷泉钟的诞生，奠定了原子时的基础，将时间基准提升到3千万年不差一秒的水平；飞秒激光光梳技术架起了光频与微波频率的桥梁，将光钟变为现实，从而有可能将时间频率标准的不确定度再提高到10-18量级；再比如，约瑟夫森效应提升了电压基准，量子化霍尔效应提升了电阻基准，中国计量科学研究院张钟华院士利用量子化霍尔效应复现电阻基准，形成的电阻基准比现阶段国际最高水平高出10倍。最近的几十年里，共有14位计量科学家获得诺贝尔物理学奖；作为国际著名的计量科学奠基人的17位物理学家，他们的名字成为了计量单位，而他们名字的首字母更是成为了该计量单位的符号，比如：力值单位牛顿（N），电流单位安培（A），温度单位开尔文（K），电压单位伏特（V），功率单位瓦特（W）等。计量学往往是最新科学（特别是物理学）理论的最先应用和最佳载体，是科学发现和科技创新走向应用最重要的桥梁。
而另一方面，计量技术的发展，支撑着社会发展的各个方面；计量技术的创新，引领了科技和产业的创新。没有相应的测量技术不可能有新的科学知识，“凡是可以测量的，就要实现对它的测量；凡是还不能测量的，也要实现对它的测量”。准确有效的测量是认识世界的基础，更是改造世界的前提。秦始皇统一的度量衡制度促进了社会、军事、制造标准化的快速发展，巩固了其统治地位。美国首任总统华盛顿确定的联邦中央政府六项主要政权就包含度量衡管理权。
在现代社会中，计量更是举足轻重，80%以上的贸易必须通过测量才能够完成，工业化的国家测量活动对国民生产总值贡献率达到4%-6％；贸易结算与公平交易，火箭发射与卫星导航，精密制造与健康安全，网络互联与智能电网等，无一不与计量密切相关，无一能离开精密测量技术。在当前国家倡导的“质量强国”战略中，计量也起到及其关键的作用。国家质量基础设施（NQI）由计量、标准与合格评定（包括检验检测、认证认可）共同构成。计量是控制质量的基础，标准引领质量提升，合格评定建立质量信任。
中国计量“基地”
专业院所：14个计量专业所
中国计量院自建院以来已建立了长度与精密工程所、热工所、力学声学所、电磁所、信息电子所、光学所、电离辐射所、时间频率所、化学所、纳米与新材料所、能源环境所、医学生物所、工程所、战略研究所等领域的14个计量专业所，两个国家中心，即国家标准物质研究中心和国家时间频率计量中心。
近年来，随着中国计量院昌平院区的建成，一大批国际一流的计量实验投入运行，开展了应对SI基本单位重新定义的相关基本物理常数测量等前沿研究，启动了能源、生物、环境、微纳技术、医学、信息技术等服务国家战略性新兴产业发展和社会可持续发展的计量新领域研究工作，获得国际互认的国家校准测量能力数量跃居世界第四。通过不懈努力，我国计量科技水平已得到全面提升，基本实现了从“望其项背”到“并驾齐驱”，在一些领域具备了赶超发达国家的基础条件。
60年的发展，中国计量院从最初200平的四合院到几十万平米的科研基地，从当时没有等级的几架天平到上万台套的先进仪器设备，从连一颗小小的螺丝钉尺寸都无法达到统一的计量标准到为经济社会发展和重大工程建设保驾护航，中国计量科学研究院实现了从无到有、从弱到强的历史性跨越式发展。
人才建设：硕士以上人员占专业技术人员52%
昌平院区
现在的中国计量院人才济济，其中中国工程院院士2人、研究员73人、博士186人，硕士以上人员占专业技术人员52.07%，在职员工1000余人。其中新建的昌平院区占地56万平，拥有实验室350间，是国际合作和人才的培养基地。
科技创新：服务于包括国家战略在内的各个行业
仪器和工具创新，达到国际最先进水平
“计量院所用的仪器，基本上都是靠自己，因为计量院所需要的测量精度一定不是普通商业仪器所能满足的。”方向说。
比如说，过去长度的基本单位1米的标准，是在国际计量局的一把英钢尺，但是随着时间、温度、湿度等外部环境的变化，都可能发生变化，不可避免地产生测量误差。随着量子技术和激光技术的成熟，国际计量委员会对1米进行了重新定义为：20摄氏度时，激光在真空中3亿分之一秒所走的距离。
中国计量院要自己设计装置，测量激光3亿分之一秒走的距离，目前的测量能够实现1米误差在60纳米以内（60纳米约为人头发直径的千分之一）。中国计量院尤其是物理类实验室几乎看不到成型的商业仪器，几乎都是自己搭建。“某种意义上来说，计量院的核心工作就是在研究仪器。”方向说。
李天初院士在NIM5
中国计量院铯原子喷泉时间频率基准，不确定度为1.5×10-15，相当于2000万年不差一秒，支撑定位系统和国防建设。NIM5数据被BIPM采纳，参与驾驭国际原子时。
2014年8月7日，国际计量局（BIPM）正式通知：“NIM5铯原子喷泉钟”通过评审，被接收为国际计量局（BIPM）认可的基准钟之一，作为世界上几台“最准的原子钟”之一参与驾驭国际原子时（TAI）。这标志着我国在国际标准时间的产生过程中不仅具备了话语权，更具备了表决权。2009年开始，计量院自主研制的铯原子时间频率基准钟NIM5作为国家北斗系统的地面基准钟而发挥了不可替代的作用，即将建成的NIM6原子钟，时间频率不确定度有望达到5×10-16，相当于6000万年不差一秒，步入时间频率“第一梯队”。而正在研制的下一代锶原子光钟，预期时间频率不确定度将达到5×10-18，相当于几十亿年不差一秒，甚至整个宇宙长河中，时间的误差都不会大于一秒。
在长度基准方面，中国计量院也做出了杰出的贡献，作为长度基准核心的稳频激光技术，曾先后获得国家自然科学二等奖，科技进步一等奖和二等奖。其中633nm和532nm两个波长激光成为国际十三个基准的组成部分。
另一项由中国计量院专家历经20多年完成的科研项目——量子化霍尔电阻基准，不仅解决了一系列国外尚未提出过的技术难题，使该基准的准确度比当时国外最好水平还高出10余倍，并在由国际计量委员会组织的关键比对中得到证实，水平位列世界第一。
“十一五”以来，中国计量院更是收获累累，先后获得国家科技进步奖一等奖2项、二等奖11项、省部级奖近400余项。
中国计量院开展的各种以量子物理为基础的现代计量基准研究包括：波尔兹曼常数测量；能量天平法精密测量普朗克常数；精细结构常数测量；阿伏伽德罗常数测量；锶原子光晶格钟。在波尔兹曼常数测量领域，目前国际上只有中国计量院和美国NIST能够做到同时采用两种不同方法获得高水平的玻尔兹曼常数测量结果并相互印证，其测量结果被成功收录入CODATA数据库，取得了令世人瞩目的成绩。
在以化学纯物质准确测量为代表的化学计量基准研究中，计量院根据各种目标物特性，建立样品处理技术和测量技术。其中，标准物质国际互认数量位居国际前三位。关于为什么要研究和发展标准物质，方向院长表示：“在物理领域，只要有几个基本量就可以做到量值传递和溯源；但化学领域的化合物众多，而且测量的结果又与各种基质密切相关，所以目前全球只能研制更多的标准物质，来满足化学和生命科学领域不断涌现的测量需求，但科学家们希望有一天，在化学领域能找到更基础的、普适的测量量值溯源方法，建立起更有效的溯源链。”
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服务各行各业
在国家安全和航天领域，除了前文讲过的铯原子钟服务北斗系统，计量院的工作还服务于航天如神舟工程、嫦娥工程，比如对航天的各种光学系统、表面性能等提供精确测量和分析参考。
在服务社会方面，计量院成功解决三峡超大口径12.4m超声流量计在复杂流态使用时的准确度评估难题，支持了发电效率评估。在新能源产业方面，计量院研制了与电动汽车充电计量有关的4套计量标准装置，编制了两项国家标准已发布实施，为电动汽车充电设施的电能准确计量提供了有效的手段。除此之外，计量院在能源贸易、节能环保、轨道交通、食品安全、医学诊疗等各个领域都发挥了巨大的作用。
在国计民生领域中国人已经历过的历次突发事件中，中国计量院更是充当起了领头军的作用。在之前的禽流感、非典、三聚氰胺等事件中，中国计量院一直都是身先士卒，为国民的健康担负起重要的责任。
未来发展目标
谈到中国计量院的未来发来，方向院长先谈到几大挑战：
首先，新一轮工业革命正式拉开序幕，新技术、新产品、新业态层出不穷
后金融危机时代全球化产业和贸易正在进行新一轮布局，先进制造业正在重新受到发达国家的青睐；能源革命和互联网革命正在爆发，大数据时代以超乎想象的速度悄然来临；深空、深海、深地、深蓝，已经成为探索未知领域的新方向，人们认识自然的能力和愿望正在不断膨胀。
其次，国际计量科技正在经历前所未有的跨越式发展
以量子基准为核心技术重新定义国际单位制是当代计量科技的重大变革，最突出的体现就是“计量单位量子化”和“量值溯源扁平化”，这一变革将带动相关产业实现跨越式发展。目前，量子技术与信息技术正在相互融合，量子技术+互联网技术的发展模式，将掀起一场真正的计量科学、甚至是整个测量科学的革命。
面对这样的挑战，中国计量院未来发展战略是：一个明确的目标；二维的组织结构；三个有力的支撑；四组平衡的动力引擎；五类清晰的期望。
二维的组织结构：建立以学科为划分原则的大专业所；建立以领域为划分原则的领域计量研究中心。
三个有力的支撑是：人才资源；以创新和成果转化为核心的机制建设；基础设施建设。
四组平衡的动力引擎是：计量基础前研研究；国家测量能力建设；成果转化和技术服务；国际国内贡献和担当。
五类清晰的期望是：具有一批拥有世界级领军专家和国际领先研究成果的一流研究团队；具有一流的校准测量能力；具有一流的研究量传实验基地；在国际国内合作贡献和担当方面具有一流水平；具备一流的技术服务水平。
在2015年初中国计量院建院60年庆典上，方向提出三个关键语：
一是传承与发展，将计量文化的传承与计量科技的创新发展实现有机的融合。
二是创新与改革，在国家加快转变经济增长方式和国际间经济竞争日趋激烈的今天，计量被赋予了新的内涵和新的使命。比如在国家新时期的质量战略中，进行创新和改革。
三是担当与奉献，为质检事业发展、国家核心竞争能力提升和世界计量科技进步做出贡献。