前不久，有媒體報道，中國計量科學(xué)研究院研制的鍶87原子光晶格鐘（鍶光鐘）數(shù)據(jù)首次被國際頻率標(biāo)準(zhǔn)工作組采納，為我國未來在重新定義秒的國際問題上爭得了話語權(quán)。
中國計量科學(xué)研究院從1955年建院，今年已滿60周年；已擁有自主研制的國家計量基準(zhǔn)130項、標(biāo)準(zhǔn)296項、實(shí)現(xiàn)測量能力國際互認(rèn)1224項，排名實(shí)現(xiàn)亞洲第一位、世界第四位，近80項科技成果獲得國家科學(xué)技術(shù)獎，在十一五，十二五這十年間，共有13個科技進(jìn)步獎，其中兩項科技進(jìn)步一等獎，……。時任副總理的王岐山同志2011年到中國計量院視察的時候曾說“沒想到你們這兒藏了一個共和國寶貝”，一系列璀璨的數(shù)字，詮釋著這個“共和國寶貝”為新中國所作出的貢獻(xiàn)。近日，分析測試百科記者采訪了中國計量科學(xué)研究院院長方向，聽他講講中國計量院那些事兒。
中國計量科學(xué)研究院院長 方向
計量（Metrology）：是測量及其應(yīng)用的科學(xué)；是實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一、保證量值準(zhǔn)確可靠的活動。談到中國計量的歷史，方院長先談到了秦始皇，秦始皇是中國歷史上最早統(tǒng)一“度量衡”的人，可謂中國最早的計量“局長”?！岸取笔情L度，“量”是容量，“衡”是重量?！坝嬃俊保∕etrology）一詞就是由“度量衡”的概念演變而來。
早在中華民國時期，我國就有了度量衡局；新中國的計量局成立于1955年。關(guān)于計量局的成立，還有個小故事。中國計量局的首任局長叫鐘林，他是兵器工業(yè)專家，新中國成立前后一直工作在兵器工業(yè)戰(zhàn)線?？姑涝瘯r前線遇到一些問題，有時炮彈在膛里就爆炸或者是飛不遠(yuǎn)，造成自己人員傷亡，或打擊不準(zhǔn)。中央正著急時，鐘林反饋：這是因為新中國工業(yè)的度量衡還未有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各兵工廠用的“尺”可能出現(xiàn)了誤差，結(jié)果造成炮和彈的尺寸不一，炮彈尺寸太大，會在膛里爆炸；太小則沒有足夠動力，打不遠(yuǎn)打不準(zhǔn)。之后，鐘林成為了中國計量院前身的機(jī)械工業(yè)工具研究所所長，國家計量局和計量科學(xué)研究院正式成立后，鐘林任首任局長（院長），從此，新中國的計量體系正式上路……。
1965年，行政職能剝離出去后，中國計量科學(xué)研究院形成穩(wěn)定的運(yùn)行模式。1976年成立中國計量院四川分院，后發(fā)展為中國測試技術(shù)研究院，1998年，國務(wù)院批準(zhǔn)中國計量科學(xué)研究院昌平實(shí)驗基地項目，2009年正式投入運(yùn)行； 2006年，計量納入《國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2010）》，2013年國務(wù)院發(fā)布《計量發(fā)展規(guī)劃2013-2020》頒布，我國計量事業(yè)發(fā)展步入快車道，中國計量院也迎來了最重要的發(fā)展機(jī)遇期。
按照國際計量局（BIPM）、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）、國際電工委員會（IEC）、國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會（IUPAC）、國際純粹與應(yīng)用物理學(xué)聯(lián)合會（IUPAP）、國際臨床化學(xué)和實(shí)驗室醫(yī)學(xué)聯(lián)盟（IFCC）、國際法制計量組織（OIML）、國際實(shí)驗室認(rèn)可合作組織（ILAC）等八個國際組織聯(lián)合制訂的VIM國際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC GUIDE 99:2007《國際計量學(xué)詞匯基礎(chǔ)和通用概念及有關(guān)術(shù)語》第三版（簡稱GUIDE 99），計量學(xué)被定義為“測量及其應(yīng)用的科學(xué)”。并在注解中說明：“計量學(xué)包括測量的理論和實(shí)踐的所有方面，不論測量不確定度大小和應(yīng)用領(lǐng)域?！敝袊鳭JG1001－91《通用計量名詞及定義》中定義：計量為實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一、量值準(zhǔn)確的活動。
那么既然計量是關(guān)于測量的科學(xué)，為什么不叫測量呢？這就涉及到了計量和測量的區(qū)別。測量是為確定量而進(jìn)行的全部操作，是對非量化事物的量化過程，其目的是用數(shù)據(jù)描述事物。而計量是實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一、保障量值準(zhǔn)確可靠的活動，計量的目的是確保測量結(jié)果準(zhǔn)確。準(zhǔn)確性、一致性、溯源性和法制性是計量最重要的4個特征，而測量并不必須具備以上4個特征。因此計量源于測量，而又嚴(yán)于測量。狹義地講，計量是與測量結(jié)果的置信度相關(guān)、與不確定度相聯(lián)系的一種規(guī)范化測量，具備計量特性的測量活動才能獲得有效的測量結(jié)果。
通俗地講：如果事物可以量化測量，計量學(xué)就研究怎樣測得更準(zhǔn)；如果事物還不能量化測量，計量學(xué)就研究如何進(jìn)行量化測量的方法?！胺彩强梢詼y量的，就要實(shí)現(xiàn)對它的測量；凡是還不能測量的，也要實(shí)現(xiàn)對它的測量”。
基于計量的戰(zhàn)略地位，發(fā)達(dá)國家普遍高度重視計量。美國、德國、英國等44個國家和地區(qū)把計量（度量衡）寫入憲法，作為中央事權(quán)和統(tǒng)一管理國家的基本要求。國際計量委員會所屬的國際計量局（BIPM）設(shè)在法國，各國均設(shè)國家計量院（National Metrology Institutes, NMIs）, 美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院NIST；德國聯(lián)邦物理技術(shù)研究院(PTB)；英國國家物理研究院（NPL）是各自國家的國家計量院。中國計量科學(xué)研究院（NIM）是中國的唯一國家計量院。
目前，計量國際單位制（SI）共包括 7個基本量和單位，如下表：
| 基本量名稱 | 長度 | 質(zhì)量 | 時間 | 電流 | 熱力學(xué)溫度 | 物質(zhì)量 | 發(fā)光強(qiáng)度 |
| 單位 | m | kg | s | A |
K |
mol | cd |
| 米 | 千克 | 秒 | 安培 | 開爾文 | 摩爾 | 坎德拉 |
計量的作用和戰(zhàn)略地位
一般認(rèn)為計量有兩個方面的基礎(chǔ)作用。一是建立信心。計量通過建立測量的溯源性，獲得可靠的測量結(jié)果，使標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果可以檢驗，過程可以復(fù)現(xiàn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人們對質(zhì)量信賴。二是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。計量通過測量科學(xué)和技術(shù)進(jìn)步之間的相互依存和相互促進(jìn)推動創(chuàng)新；新的測量技術(shù)也必然刺激新的產(chǎn)品、流程和服務(wù)的創(chuàng)新，同時也會推動勞動力新技能的產(chǎn)生和掌握。
聶榮臻元帥曾說過，“科技要發(fā)展，計量要先行?！被仡櫩萍及l(fā)展歷程，計量一直和創(chuàng)新密切相關(guān)。一方面計量正是建立在最新科學(xué)理論和最先進(jìn)的技術(shù)基礎(chǔ)上的，很多最新發(fā)現(xiàn)的物理現(xiàn)象和理論第一次就是被用于新的計量基準(zhǔn)。原子噴泉理論孕育了原子噴泉鐘的誕生，奠定了原子時的基礎(chǔ)，將時間基準(zhǔn)提升到3千萬年不差一秒的水平；飛秒激光光梳技術(shù)架起了光頻與微波頻率的橋梁，將光鐘變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，從而有可能將時間頻率標(biāo)準(zhǔn)的不確定度再提高到10-18量級；再比如，約瑟夫森效應(yīng)提升了電壓基準(zhǔn)，量子化霍爾效應(yīng)提升了電阻基準(zhǔn)，中國計量科學(xué)研究院張鐘華院士利用量子化霍爾效應(yīng)復(fù)現(xiàn)電阻基準(zhǔn)，形成的電阻基準(zhǔn)比現(xiàn)階段國際最高水平高出10倍。最近的幾十年里，共有14位計量科學(xué)家獲得諾貝爾物理學(xué)獎；作為國際著名的計量科學(xué)奠基人的17位物理學(xué)家，他們的名字成為了計量單位，而他們名字的首字母更是成為了該計量單位的符號，比如：力值單位牛頓（N），電流單位安培（A），溫度單位開爾文（K），電壓單位伏特（V），功率單位瓦特（W）等。計量學(xué)往往是最新科學(xué)（特別是物理學(xué)）理論的最先應(yīng)用和最佳載體，是科學(xué)發(fā)現(xiàn)和科技創(chuàng)新走向應(yīng)用最重要的橋梁。
而另一方面，計量技術(shù)的發(fā)展，支撐著社會發(fā)展的各個方面；計量技術(shù)的創(chuàng)新，引領(lǐng)了科技和產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新。沒有相應(yīng)的測量技術(shù)不可能有新的科學(xué)知識，“凡是可以測量的，就要實(shí)現(xiàn)對它的測量；凡是還不能測量的，也要實(shí)現(xiàn)對它的測量”。準(zhǔn)確有效的測量是認(rèn)識世界的基礎(chǔ)，更是改造世界的前提。秦始皇統(tǒng)一的度量衡制度促進(jìn)了社會、軍事、制造標(biāo)準(zhǔn)化的快速發(fā)展，鞏固了其統(tǒng)治地位。美國首任總統(tǒng)華盛頓確定的聯(lián)邦中央政府六項主要政權(quán)就包含度量衡管理權(quán)。
在現(xiàn)代社會中，計量更是舉足輕重，80%以上的貿(mào)易必須通過測量才能夠完成，工業(yè)化的國家測量活動對國民生產(chǎn)總值貢獻(xiàn)率達(dá)到4%-6％；貿(mào)易結(jié)算與公平交易，火箭發(fā)射與衛(wèi)星導(dǎo)航，精密制造與健康安全，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與智能電網(wǎng)等，無一不與計量密切相關(guān)，無一能離開精密測量技術(shù)。在當(dāng)前國家倡導(dǎo)的“質(zhì)量強(qiáng)國”戰(zhàn)略中，計量也起到及其關(guān)鍵的作用。國家質(zhì)量基礎(chǔ)設(shè)施（NQI）由計量、標(biāo)準(zhǔn)與合格評定（包括檢驗檢測、認(rèn)證認(rèn)可）共同構(gòu)成。計量是控制質(zhì)量的基礎(chǔ)，標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)質(zhì)量提升，合格評定建立質(zhì)量信任。
國家質(zhì)量基礎(chǔ)設(shè)施（NQI）由計量、標(biāo)準(zhǔn)與合格評定（包括檢驗檢測、認(rèn)證認(rèn)可）共同構(gòu)成
專業(yè)院所：14個計量專業(yè)所
中國計量科學(xué)研究院的發(fā)展歷程
中國計量院自建院以來已建立了長度與精密工程所、熱工所、力學(xué)聲學(xué)所、電磁所、信息電子所、光學(xué)所、電離輻射所、時間頻率所、化學(xué)所、納米與新材料所、能源環(huán)境所、醫(yī)學(xué)生物所、工程所、戰(zhàn)略研究所等領(lǐng)域的14個計量專業(yè)所，兩個國家中心，即國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心和國家時間頻率計量中心。
近年來，隨著中國計量院昌平院區(qū)的建成，一大批國際一流的計量實(shí)驗投入運(yùn)行，開展了應(yīng)對SI基本單位重新定義的相關(guān)基本物理常數(shù)測量等前沿研究，啟動了能源、生物、環(huán)境、微納技術(shù)、醫(yī)學(xué)、信息技術(shù)等服務(wù)國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展和社會可持續(xù)發(fā)展的計量新領(lǐng)域研究工作，獲得國際互認(rèn)的國家校準(zhǔn)測量能力數(shù)量躍居世界第四。通過不懈努力，我國計量科技水平已得到全面提升，基本實(shí)現(xiàn)了從“望其項背”到“并駕齊驅(qū)”，在一些領(lǐng)域具備了趕超發(fā)達(dá)國家的基礎(chǔ)條件。
60年的發(fā)展，中國計量院從最初200平的四合院到幾十萬平米的科研基地，從當(dāng)時沒有等級的幾架天平到上萬臺套的先進(jìn)儀器設(shè)備，從連一顆小小的螺絲釘尺寸都無法達(dá)到統(tǒng)一的計量標(biāo)準(zhǔn)到為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和重大工程建設(shè)保駕護(hù)航，中國計量科學(xué)研究院實(shí)現(xiàn)了從無到有、從弱到強(qiáng)的歷史性跨越式發(fā)展。
人才建設(shè)：碩士以上人員占專業(yè)技術(shù)人員52%
現(xiàn)在的中國計量院人才濟(jì)濟(jì)，其中中國工程院院士2人、研究員73人、博士186人，碩士以上人員占專業(yè)技術(shù)人員52.07%，在職員工1000余人。其中新建的昌平院區(qū)占地56萬平，擁有實(shí)驗室350間，是國際合作和人才的培養(yǎng)基地。
中國計量科學(xué)研究院昌平院區(qū)
科技創(chuàng)新：服務(wù)于包括國家戰(zhàn)略在內(nèi)的各個行業(yè)
儀器和工具創(chuàng)新，達(dá)到國際最先進(jìn)水平
“計量院所用的儀器，基本上都是靠自己，因為計量院所需要的測量精度一定不是普通商業(yè)儀器所能滿足的?！狈较蛘f。
比如說，過去長度的基本單位1米的標(biāo)準(zhǔn)，是在國際計量局的一把英鋼尺，但是隨著時間、溫度、濕度等外部環(huán)境的變化，都可能發(fā)生變化，不可避免地產(chǎn)生測量誤差。隨著量子技術(shù)和激光技術(shù)的成熟，國際計量委員會對1米進(jìn)行了重新定義為：20攝氏度時，激光在真空中3億分之一秒所走的距離。
中國計量院要自己設(shè)計裝置，測量激光3億分之一秒走的距離，目前的測量能夠?qū)崿F(xiàn)1米誤差在60納米以內(nèi)（60納米約為人頭發(fā)直徑的千分之一）。中國計量院尤其是物理類實(shí)驗室?guī)缀蹩床坏匠尚偷纳虡I(yè)儀器，幾乎都是自己搭建?！澳撤N意義上來說，計量院的核心工作就是在研究儀器。”方向說。
中國計量院銫原子噴泉時間頻率基準(zhǔn)，不確定度為1.5×10-15，相當(dāng)于2000萬年不差一秒，支撐定位系統(tǒng)和國防建設(shè)。NIM5數(shù)據(jù)被BIPM采納，參與駕馭國際原子時。
2014年8月7日，國際計量局（BIPM）正式通知： “NIM5銫原子噴泉鐘”通過評審，被接收為國際計量局（BIPM）認(rèn)可的基準(zhǔn)鐘之一，作為世界上幾臺“最準(zhǔn)的原子鐘”之一參與駕馭國際原子時（TAI）。這標(biāo)志著我國在國際標(biāo)準(zhǔn)時間的產(chǎn)生過程中不僅具備了話語權(quán)，更具備了表決權(quán)。2009年開始，計量院自主研制的銫原子時間頻率基準(zhǔn)鐘NIM5作為國家北斗系統(tǒng)的地面基準(zhǔn)鐘而發(fā)揮了不可替代的作用，即將建成的NIM6原子鐘，時間頻率不確定度有望達(dá)到5×10-16，相當(dāng)于6000萬年不差一秒，步入時間頻率“第一梯隊”。而正在研制的下一代鍶原子光鐘，預(yù)期時間頻率不確定度將達(dá)到5×10-18，相當(dāng)于幾十億年不差一秒，甚至整個宇宙長河中，時間的誤差都不會大于一秒。
在長度基準(zhǔn)方面，中國計量院也做出了杰出的貢獻(xiàn)，作為長度基準(zhǔn)核心的穩(wěn)頻激光技術(shù)，曾先后獲得國家自然科學(xué)二等獎，科技進(jìn)步一等獎和二等獎。其中633nm和532nm兩個波長激光成為國際十三個基準(zhǔn)的組成部分。
另一項由中國計量院專家歷經(jīng)20多年完成的科研項目——量子化霍爾電阻基準(zhǔn)，不僅解決了一系列國外尚未提出過的技術(shù)難題，使該基準(zhǔn)的準(zhǔn)確度比當(dāng)時國外最好水平還高出10余倍，并在由國際計量委員會組織的關(guān)鍵比對中得到證實(shí)，水平位列世界第一。
量子化霍爾電阻基準(zhǔn)
“十一五”以來，中國計量院更是收獲累累，先后獲得國家科技進(jìn)步獎一等獎2項、二等獎11項、省部級獎近400余項。
中國計量院開展的各種以量子物理為基礎(chǔ)的現(xiàn)代計量基準(zhǔn)研究包括：波爾茲曼常數(shù)測量；能量天平法精密測量普朗克常數(shù)；精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)測量；阿伏伽德羅常數(shù)測量；鍶原子光晶格鐘。在波爾茲曼常數(shù)測量領(lǐng)域，目前國際上只有中國計量院和美國NIST能夠做到同時采用兩種不同方法獲得高水平的玻爾茲曼常數(shù)測量結(jié)果并相互印證，其測量結(jié)果被成功收錄入CODATA數(shù)據(jù)庫，取得了令世人矚目的成績。
在以化學(xué)純物質(zhì)準(zhǔn)確測量為代表的化學(xué)計量基準(zhǔn)研究中，計量院根據(jù)各種目標(biāo)物特性，建立樣品處理技術(shù)和測量技術(shù)。其中，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)國際互認(rèn)數(shù)量位居國際前三位。關(guān)于為什么要研究和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，方向院長表示：“在物理領(lǐng)域，只要有幾個基本量就可以做到量值傳遞和溯源；但化學(xué)領(lǐng)域的化合物眾多，而且測量的結(jié)果又與各種基質(zhì)密切相關(guān)，所以目前全球只能研制更多的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，來滿足化學(xué)和生命科學(xué)領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)的測量需求，但科學(xué)家們希望有一天，在化學(xué)領(lǐng)域能找到更基礎(chǔ)的、普適的測量量值溯源方法，建立起更有效的溯源鏈。”
服務(wù)各行各業(yè)
中國計量院服務(wù)國家重大需求
在國家安全和航天領(lǐng)域，除了前文講過的銫原子鐘服務(wù)北斗系統(tǒng)，計量院的工作還服務(wù)于航天如神舟工程、嫦娥工程，比如對航天的各種光學(xué)系統(tǒng)、表面性能等提供精確測量和分析參考。
在服務(wù)社會方面，計量院成功解決三峽超大口徑12.4m超聲流量計在復(fù)雜流態(tài)使用時的準(zhǔn)確度評估難題，支持了發(fā)電效率評估。在新能源產(chǎn)業(yè)方面，計量院研制了與電動汽車充電計量有關(guān)的4套計量標(biāo)準(zhǔn)裝置，編制了兩項國家標(biāo)準(zhǔn)已發(fā)布實(shí)施，為電動汽車充電設(shè)施的電能準(zhǔn)確計量提供了有效的手段。除此之外，計量院在能源貿(mào)易、節(jié)能環(huán)保、軌道交通、食品安全、醫(yī)學(xué)診療等各個領(lǐng)域都發(fā)揮了巨大的作用。
在國計民生領(lǐng)域中國人已經(jīng)歷過的歷次突發(fā)事件中，中國計量院更是充當(dāng)起了領(lǐng)頭軍的作用。在之前的禽流感、非典、三聚氰胺等事件中，中國計量院一直都是身先士卒，為國民的健康擔(dān)負(fù)起重要的責(zé)任。
談到中國計量院的未來發(fā)來，方向院長先談到幾大挑戰(zhàn)：
首先，新一輪工業(yè)革命正式拉開序幕，新技術(shù)、新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)層出不窮
后金融危機(jī)時代全球化產(chǎn)業(yè)和貿(mào)易正在進(jìn)行新一輪布局，先進(jìn)制造業(yè)正在重新受到發(fā)達(dá)國家的青睞；能源革命和互聯(lián)網(wǎng)革命正在爆發(fā)，大數(shù)據(jù)時代以超乎想象的速度悄然來臨；深空、深海、深地、深藍(lán)，已經(jīng)成為探索未知領(lǐng)域的新方向，人們認(rèn)識自然的能力和愿望正在不斷膨脹。
其次，國際計量科技正在經(jīng)歷前所未有的跨越式發(fā)展
以量子基準(zhǔn)為核心技術(shù)重新定義國際單位制是當(dāng)代計量科技的重大變革，最突出的體現(xiàn)就是“計量單位量子化”和“量值溯源扁平化”，這一變革將帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。目前，量子技術(shù)與信息技術(shù)正在相互融合，量子技術(shù)+互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展模式，將掀起一場真正的計量科學(xué)、甚至是整個測量科學(xué)的革命。
面對這樣的挑戰(zhàn)，中國計量院未來發(fā)展戰(zhàn)略是：一個明確的目標(biāo)；二維的組織結(jié)構(gòu)；三個有力的支撐；四組平衡的動力引擎；五類清晰的期望。
一個明確的目標(biāo)：傳承計量文化，成為世界級國家計量院。
二維的組織結(jié)構(gòu)：建立以學(xué)科為劃分原則的大專業(yè)所；建立以領(lǐng)域為劃分原則的領(lǐng)域計量研究中心。
三個有力的支撐是：人才資源；以創(chuàng)新和成果轉(zhuǎn)化為核心的機(jī)制建設(shè)；基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。
四組平衡的動力引擎是：計量基礎(chǔ)前研研究；國家測量能力建設(shè)；成果轉(zhuǎn)化和技術(shù)服務(wù)；國際國內(nèi)貢獻(xiàn)和擔(dān)當(dāng)。
五類清晰的期望是：具有一批擁有世界級領(lǐng)軍專家和國際領(lǐng)先研究成果的一流研究團(tuán)隊；具有一流的校準(zhǔn)測量能力；具有一流的研究量傳實(shí)驗基地；在國際國內(nèi)合作貢獻(xiàn)和擔(dān)當(dāng)方面具有一流水平；具備一流的技術(shù)服務(wù)水平。
在2015年初中國計量院建院60年慶典上，方向提出三個關(guān)鍵語：
一是傳承與發(fā)展，將計量文化的傳承與計量科技的創(chuàng)新發(fā)展實(shí)現(xiàn)有機(jī)的融合。
二是創(chuàng)新與改革，在國家加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式和國際間經(jīng)濟(jì)競爭日趨激烈的今天，計量被賦予了新的內(nèi)涵和新的使命。比如在國家新時期的質(zhì)量戰(zhàn)略中，進(jìn)行創(chuàng)新和改革。
三是擔(dān)當(dāng)與奉獻(xiàn)，為質(zhì)檢事業(yè)發(fā)展、國家核心競爭能力提升和世界計量科技進(jìn)步做出貢獻(xiàn)。
（中國分析測試協(xié)會、分析測試百科網(wǎng)聯(lián)合采編
