基于地理鄰近與社會鄰近的創新網絡動態演化分析——以我國裝備制造業為例

呂國慶，曾 剛，顧娜娜

(華東師范大學 中國現代城市研究中心，上海 200062)

一、引言

自西方新經濟地理學發生關系轉向和演化轉向以來，創新網絡被看作是一種空間相互作用的過程，成為研究區域知識溢出、創新與技術擴散、區域發展路徑、創新集群等領域不可缺少的變量。總體上看，經濟地理學視角下創新網絡的研究主要從三個方面展開:一是對創新網絡結構和空間結構的解析(曾剛等，2006;Liefner 等，2011;汪濤等，2011)［1－3］;二是鄰近性對創新網絡知識流動及創新績效的影響(Boschma，2004;Sorenson 等，2006;李琳等，2013)［4－6］;三是創新網絡的動態演化及其驅動力分析(Powell 等，2005;Balland 等，2012;Li 等，2012)［7－9］。雖然，現有研究已取得了諸多具有創見的成果，但仍存在有待學術界深入研究的問題。第一，創新網絡的空間特征及功能結構多側重于靜態分析，缺乏企業層面的動態研究，對傳統產業的較少關注是近來研究中的一個不足(呂國慶等，2014)［10］;第二，鄰近性的研究往往集中于分析單一維度對創新的作用及影響，但是不同維度的鄰近性之間并非割裂的，而是相互聯系的(李琳等，2013)［11］;第三，創新網絡演化是演化經濟地理學的重要內容之一，發掘了地理如何影響創新的新視角，卻尚未涉及演化過程中地理角色的評價。

當前，我國正處于經濟結構轉型關鍵時期，產業結構的調整和升級需要得到裝備制造業的支撐，產業效率的提高也需要裝備制造業來引領。作為提供技術裝備的戰略性產業，裝備制造業創新水平的提高不僅對自身效率存在積極的影響，還能通過有效的技術擴散，促進其他部門產業效率提升。因此，裝備制造業技術創新能力的提升是我國新型工業化的關鍵所在。

有鑒于此，本研究在借鑒相關研究成果的基礎上，選取地理鄰近和社會鄰近兩個維度，以裝備制造業作為研究對象，探索地理鄰近、社會鄰近以及二者交互作用對創新網絡的影響，試圖對驅動創新網絡演化的兩種鄰近性因素進行評價，以期對創新網絡的后續研究有所啟發，并為區域經濟發展戰略以及裝備制造業創新水平的提升提供政策參考。

二、文獻綜述及相關假設

(一)地理鄰近在創新網絡形成中的作用

在90年代末知識經濟蓬勃興起的背景下，地理鄰近引起了新經濟地理學、創新經濟學等多學科的熱切關注，學者們從國家或區域創新系統視角，對地理鄰近與知識溢出、創新績效等論題進行探討，得出一個基本的結論:創新知識的適用性和可靠性會隨著地理距離的增加而衰減，進而降低行為主體之間發生創新聯系的概率(Abramovsky等，2011)［12］。由于知識在本地社會網絡和地方人力資源的流動中進行傳輸，為追逐知識的外部性，行為主體表現出較強烈的集聚傾向(Giuliani 等，2005)［13］，地理鄰近對創新網絡的形成具有重要意義。一般來說，行業相同且地緣相近，可以避免信息不對稱帶來的風險，企業家和技術人員基于共同的教育背景和工作經驗可以跨越組織邊界形成技術社區(Bresch 等，2009)［14］，特別是，在一些專業的產業集群中，其創新網絡的本地化特征更加明顯(Grabher 等，2006)［15］。

雖然高水平的地理鄰近有利于行為主體間進行面對面交流，促進隱性知識的傳播從而推動創新，但亦有不少學者提出異議(Gordon 等，2005;李琳等，2011;Huber，2012)［16－18］，認為地理鄰近所起的作用甚微(Howells，2002)［19］，過度的地理鄰近會阻礙新知識的進入，削弱行為主體的創新能力，導致空間鎖定(王孝斌等，2007)［20］。與此同時，一些研究亦開始關注行為主體與地理距離較遠尤其是處于技術領先地位的產業集群之間的創新聯系，Bathelt 等(2004)用“本地蜂鳴和全球管道”來描述創新網絡空間分布的雙重性［21］。

基于此，筆者認為，在新技術的早期階段，知識的隱性程度往往很高，公司和個人很大程度上可以受益于地理鄰近(Audretsch 等，2005)［22］;當該技術逐漸成長并發展成熟時，知識變得規范化，創新合作將突破地理空間的束縛轉而向更遠的地方轉移(Cowan 等，2004)［23］。可以預期的是，隨著時間的推移，地理鄰近在創新網絡形成中的重要性逐漸降低。

假設1:地理鄰近在創新網絡形成中的作用隨著時間的推移而下降。

(二)社會鄰近在創新網絡形成中的作用

社會鄰近源于嵌入性理論，指行為主體之間社會嵌入性關系的遠近。在社會學的研究中，三元閉包經常被作為一種解釋社會資本的標志而存在(Coleman，1998)［24］，它通過降低行為主體間隱性知識轉移與吸收的難度而為知識溢出創造條件。研究認為，前期存在的創新網絡在提供潛在合作伙伴信息的可用性和可靠性方面發揮著重要作用(Gulati 等，1999)［25］。閉合、內聚的創新網絡具有互惠、持續和頻繁作用等基本特征，每一種屬性都能夠激發創新合作者之間的信任，以促進復雜或敏感性知識的交換(Zaheer 等，2005)［26］。因此以信任為基礎的合作關系常優于匿名或新增關系的建立(Broekel 等，2012)［27］，具有相同橋接中介的行為主體之間更容易發生創新合作，從而形成一種三角閉合結構。國內外有關社會鄰近的研究尚不多見，具有代表性的有Giuliani(2005)、Cantner(2006)、Broekel(2012)、Ter Wal(2013)分別從智利啤酒集群［13］、德國耶拿地區企業間科學家流動［28］、荷蘭航空知識網絡［27］和德國生物技術［29］等方面對上述結論進行了驗證。

然而，過度的社會鄰近也不利于行為主體之間知識流動。當彼此間關系過于緊密時，信任程度較高，會低估機會主義行為的發生(Uzzi，1997)［30］，導致創新成本過高。同時，由于長期關系中的過度承諾，會將行為主體鎖定在既定的社會網絡中，對外部創新知識采取保守態度(毛睿奕，2012)［31］。總之，社會鄰近通過建立互信來促進互動式學習和創新，適度的社會鄰近應是市場關系與社會關系的某種平衡(李琳等，2013)［11］。

基于此，筆者認為，伴隨著裝備制造業的發展，為抑制知識編碼化所帶來的無意識溢出風險，以信任為主的交流方式將逐漸增多，創新網絡中的行為主體有一個明確的偏好，更傾向于與合作伙伴的伙伴建立聯系，由此三角閉合的趨勢將不斷增加。但是，在產業發展的早期階段，尤其是當裝備制造業領域的知識多為隱性狀態時，信任尚未像后期那樣重要。因此，可以預期的是，隨著時間的推移，三元閉包在創新網絡形成中的重要性逐漸增加。

假設2:社會鄰近在創新網絡形成中的作用隨著時間的推移而增加。

(三)地理鄰近與社會鄰近的交互在創新網絡形成中的作用

創新網絡的空間演化存在路徑依賴，已有的創新網絡結構在很大程度上決定了其演化趨勢(Ter Wal 等，2011，2013)［29，32］。在產業發展的初期階段，地理鄰近對創新網絡影響較強，三元閉包效應相對較弱，因此，在地理集聚和路徑依賴的共同作用下，大多數具有潛力形成三元閉包的行為主體之間的地理距離較小，三元閉包可能會強化由于地理鄰近所產生的本地化效應。然而，在產業演進的后期階段，地理鄰近對于創新網絡的影響逐漸削弱或趨于穩定，三元閉包的作用開始被放大。這樣，地理距離和三元閉包之間的相互作用方式開始發生變化，地理鄰近作用的削弱增加了與距離較遠的行為主體建立三元閉包的強度(Martin，2010)［33］。由此可以認為，早期較為穩定的地方合作模式逐漸被打破，三元閉包發展成為有利于較遠合作的一種機制。

假設3:隨著時間的推移，通過社會鄰近形成創新聯系的行為主體之間的地理距離逐漸增加。

三、研究方法

(一)數據來源與處理

聯合申請發明專利可以反映創新網絡中相關節點基于創新活動所進行的合作，正越來越多地作為關系數據被應用于科學研究。本研究的實證分析即基于專利數據來建構創新網絡，數據來源于國家知識產權局專利檢索與服務系統中的重點產業專利信息服務平臺。

數據篩選的標準及處理方式:(1)由于專利申請日到公開日需要18 個月，在2011年12月以后的數據并不完全，因此本研究提取數據的截止日期為2011年12月，國外和港澳臺地區的聯合申請專利不在討論范圍之內。(2)合作發明專利揭示了行為主體間存在創新交流，若合作者分屬于不同機構，則說明行為主體間出現了知識流動，其機構構成了創新網絡中的節點，合作次數構成了節點間關系鏈的數目。(3)本研究假設，創新合作項目通常是長期的并以合約的形式進行固化，合作過程最終致使專利的應用年限達到五年，加之1987年前合作發明專利數量較少。所以，檢索年限為1987－2011年，并將其分為5 個時間序列進行考察，每一階段的創新網絡包含本年度及四年前的發明連接。(4)對大學及科研院所分支單位作如下處理:隸屬于同一大學，且處于同一城市的學院視為同一機構;處于不同城市的同一大學為不同的機構，用其所在城市區分;中科院等科研院所的二級分支單位視為不同的機構。(5)為降低部分行為主體短時間進入或退出對創新網絡造成的影響，文中用來衡量合作創新的專利僅限于在不同年份至少出現過兩次的行為主體。

對數據進行遴選，剔除上述不符合分析要求的數據后，得到樣本共30318 項，涉及行為主體計12066 個(圖1)。總體來看，合作發明專利和參與創新行為主體數量的變化基本一致，呈現不斷上升的態勢，1987－2002年，創新合作一直處于較低水平，專利及行為主體的數量分別在500、600 以下;從2003年開始，兩項指標數量迅速增加，2006年分別超過800、1000 項;2009年以后，裝備制造業創新合作進入躍升期，專利數量全部在5000 項以上，參與合作主體的數量均超過3000 個。

圖1 1987－2011年合作發明專利及行為主體的數量情況

(二)分析方法

本研究參考Ter Wal(2013)的研究思路［29］，實證分析主要有以下三個方面:首先，描述性統計分析將闡明創新網絡中地理平均距離和三元閉包的變化趨勢;第二，Ucinet 軟件多元回歸分析(QAP，quadratic assignment procedure)用來評估地理鄰近和社會鄰近對裝備制造業創新網絡的作用;最后，運用Stocnet 軟件的縱向網絡數據分析模塊(SIENA，simulation investigation for empirical network analysis)驗證地理距離和三元閉包如何驅動創新網絡演化。

1.地理鄰近的測度

地理鄰近是創新網絡中的行為主體在地理空間上的接近程度。地理距離的衡量方法有以下幾種:(1)利用Arcgis 軟件或在地圖上計算兩城市之間的直線距離;(2)兩城市之間最短的道路距離;(3)兩城市之間最短的交通時間。考慮到獲取數據的難易及準確程度，本研究選取第一種方法，以城市地理坐標為依據，利用Arcgis 中Point Distance功能生成創新網絡行為主體對之間的地理距離。為了降低實際值差異過大所帶來的偏誤，借鑒王貝貝(2013)的研究方法［34］，采用取對數的形式，將每組行為主體間的地理距離加1，計算地理鄰近的公式為:

其中dij為行為主體i 和j 之間的實際地理距離，Maxdij為相應階段地理距離的最大值。同一區縣的行為主體間的地理鄰近為最大值1，距離最遠的行為主體間取值為0，構建地理鄰近矩陣，為取值在0－1 之間的連續變量。

2.社會鄰近的測度

本研究將三元閉包作為社會鄰近的表征，用來描述創新連接形成的傾向。目前國際上對社會鄰近的衡量方法有以下幾種:(1)兩節點原有的合作次數;(2)兩節點之間合作過的科學家人數;(3)構建過去時段的創新網絡，兩節點之間關系距離的倒數。本研究對社會鄰近的衡量通過上一時段兩節點在創新網絡中關系距離的倒數來計算。如果主體i 和主體j 直接相連，他們之間的關系距離為1，互為直接相連的主體。如果主體i 和主體j沒有直接相連，且可達路徑上經過一個共同主體，那么他們之間的關系距離為2，社會鄰近系數為0.5。本質上，三元閉包是一個社會鄰近效應作用于創新聯系的特殊案例，被定義為關系距離為2(即社會鄰近=0.5)轉變為直接聯系的傾向。

四、創新網絡的動態演化

(一)網絡空間結構

為直觀地反映1987年以來我國裝備制造業創新網絡行為主體的空間集聚變化狀況，本研究輸入節點的空間屬性數值，利用Arcgis 測算其空間分布特征。為使結果具有可比性，選擇相同的搜索半徑與柵格大小對核密度進行測算，繪制創新網絡核密度估計圖(圖2)。裝備制造業創新網絡的行為主體主要分布在長三角、環渤海以及珠三角等三大經濟區，呈現密集的群團式分布特征;其次是鄂、渝、湘、川和遼等直轄和省會城市，其他省、自治區的城市多以零星分布;總體上主要分布在”胡煥庸人口線“右側，核密度最大值一直呈擴大趨勢，空間集聚度逐漸升高。

圖2 創新網絡行為主體空間分布核密度圖

此外，把樣本數據按所屬城市、省份進行歸類，將創新網絡中行為主體均在同一城市的認定為城市內部合作，同一省份的為本省合作，其他情況為省際合作，旨在超越單一節點的分析，重點討論我國裝備制造業創新網絡在空間層面的分布狀況及變化(表1)。總體而言，我國裝備制造業創新網絡的空間模式較為穩定。

表1 創新網絡空間分布狀況

隨著時間的推移，地理距離和三元閉包對創新網絡形成的影響各異(圖3)。(1)2001年地理平均距離達到最大值703.3KM 后，逐漸減小并趨于穩定，基本在550KM 上下波動。(2)對各年份發生創新聯系的行為主體進行重點觀察，創新網絡關系距離從2 變為直接聯系的比例逐漸增大，該比例在2011年達到21.22%，由此可以認為:結合2000年后高校成為中國公共科研的主要力量(顧建民等，2008)［35］的這一論斷，基于中介的牽線搭橋作用，三元閉包豐富了行為主體間的知識流動渠道，發展成為創新主體尋找合作伙伴的重要方式。

圖3 創新網絡的描述性統計圖

(二)多元回歸分析

基于最小二乘法的多元回歸要求變量之間是相互獨立的，常用統計檢驗一般不適用于對矩陣形式的關系數據進行統計分析，原因在于矩陣中存在結構性的自相關會使OLS 多元回歸方法的變量顯著性檢驗失效［36］。為此，本研究采用社會網絡分析中常用的QAP 多元回歸分析方法。首先將因變量和自變量進行標準的回歸分析，然后通過對矩陣的行與列進行隨機置換，計算每次矩陣重排后的檢驗統計量，經多次重復的置換后，得到統計量的分布及顯著性檢驗結果［37］。使用Ucinet 軟件，經2000 次置換，得到表2。需要指出的是，本研究通過計算地理鄰近和社會鄰近的乘積項來表征二者之間的交互作用。

表2 QAP 多元回歸分析

回歸結果顯示:(1)地理鄰近的回歸系數不斷發生變化，1987－1991年為2.623，1997－2001年增加至最大值2.871 之后，數值趨于穩定，說明地理距離對創新網絡形成的影響與前述分析一致;但是，地理鄰近在所有觀察年份的回歸系數一直為正且最為顯著，說明地理距離并未死亡，盡管伴隨著創新網絡節點數量的日益增多，地理鄰近的作用有所減弱，但在行為主體進行復雜知識傳播和交流時，地理鄰近依舊是我國裝備制造業創新網絡形成的基礎，是創新網絡能否長期存在的決定性因素，假設1 不成立。(2)從社會鄰近方面來看，模型顯示觀察系數逐漸升高，1992－2001年分別經歷了－0.843、－0.472，到2002－2006年增加為正數，尤其到2011年達1.513。由此可以說明，伴隨著時間的推移，為獲得更為準確、更具信任的知識，我國裝備制造業創新網絡越來越傾向于通過中介節點發生合作，間接聯系轉化為直接聯系的方式逐漸增多，假設2 可以得到支持。(3)地理鄰近和社會鄰近之間的交互作用方面，回歸系數總體并不穩定且沒有顯著的變化規律。為此，本研究構建了依靠社會鄰近發生創新的行為主體之間地理距離變化趨勢(圖4)。除1994年外，1996年前，尚未存在通過社會鄰近發生聯系的行為主體;之后的觀察年份，除2004、2005年外，通過三元閉包形成創新聯系的地理距離均大于直接新增聯系的地理距離。造成這一現象的原因是:選擇社會鄰近的方式建立聯系的行為主體，一般會優先考慮潛在合作對象在經濟、技術和知識資源等方面的比較優勢，地理距離對于創新聯系的阻礙和削弱作用小于其對直接新增聯系的作用。所以，通過三元閉包建立聯系的節點之間的地理平均距離較大，由此假設3 成立。

圖4 地理鄰近和社會鄰近交互作用分析

(三)網絡演化分析

一般而言，創新網絡研究包括兩個方面，即創新網絡結構的成因和結果，而創新網絡演化是結構的動態體現(Borgatti 等，2003)［38］。筆者認為，創新網絡中行為主體的戰略選擇與創新網絡的構建、演進緊密相關，如何構建創新聯系并伴隨創新網絡演進實現互動，是行為主體獲取資源、產生競爭優勢繼而持續成長的重要過程。表3 就1987－2011年間我國裝備制造業創新網絡及主要指標的變化進行了統計分析，可以發現，裝備制造業創新網絡中參與合作的行為主體數量日益增多，知識交流愈發頻繁，創新網絡規模以及中心性均不斷增大，多數行為主體之間進行了兩次或兩次以上的創新合作。但是，創新網絡密度較低，持續聯系所占比例較小，節點新增及退出變化劇烈。總體上，我國裝備制造業創新網絡的建構尚處于初級階段。

表3 創新網絡演化的統計分析

為探求地理鄰近和社會鄰近在我國裝備制造業創新網絡演化中的角色，本研究將創新網絡的變化看作是馬爾科夫過程，用SIENA 進行模擬，這一方法在經濟地理學新近的文獻中已有所應用(Balland，2012; Pierre，2012; Ter Wal，2013)［8，29，39］。利用Stocnet 軟件執行創新網絡結構動態變化的模擬，參數估計經歷了馬爾科夫鏈蒙特卡羅(MCMC)1000 次迭代，各個階段模型均具有良好的收斂度(T ＜0.1)，生成置信區間為95%的網絡參數估計變化圖(圖5)。研究發現:(1)與Ter Wal(2013)對德國生物技術創新網絡的研究不同，鑒于裝備制造業本身的特殊性及其發展路徑，地理鄰近仍是創新網絡演化的首要驅動因子;(2)信息技術和通訊手段的發達，節點傾向于選擇與其自身社會鄰近的合作以滿足更高層次的創新需求，社會鄰近在創新網絡演化中的作用逐漸上升;(3)地理鄰近和社會鄰近作為發生創新聯系的兩種驅動因子，可以用來解釋創新網絡的空間模式。該分析具有的理論和實際意義是，行為主體在選擇創新合作對象時具有的社會鄰近可以作為地理鄰近的有效補充。當地方創新資本匱乏時，節點與其他創新主體的嵌入性關系可以激發與地理距離較遠的潛在合作伙伴建立創新聯系，這樣既可減少合作成本，又可以提升創新成功的概率。

圖5 創新網絡演化的驅動力分析

五、結論與展望

筆者從微觀數據入手，選取我國裝備制造業為研究對象，通過前述實證分析得出以下結論:

第一，學術界一直認為，潛在合作伙伴信息的適用性和可靠性隨著地理距離的增加而衰減，但也可以通過創新網絡中已存的合作關系，形成三角閉合的網絡。本研究支持現有創新網絡理論的部分論斷，認為:地理鄰近的作用趨于穩定，但地理距離并沒有死亡，依舊是我國裝備制造業創新網絡形成的基礎，是創新網絡能否長期存在的決定性因素;社會鄰近豐富了行為主體間的知識流動渠道，逐漸發展成為尋求創新合作伙伴的重要方式。

第二，本研究將地理學視角植入對創新網絡動力的研究，發現:盡管地理鄰近的直接效應有所減弱，但基于裝備制造行業發展的歷史原因和路徑依賴特征，地理鄰近依舊是我國裝備制造業創新網絡演化的首要驅動因子;選擇社會鄰近的方式建立創新聯系的主體，一般會優先考慮潛在合作對象在經濟、技術和知識資源等方面的比較優勢，地理距離對于創新聯系的阻礙和削弱作用小于其對新增聯系的影響。

第三，基于實證結論提出提升我國裝備制造業創新網絡績效的針對性建議:產業演進的早期階段，知識多為隱性狀態，相對較弱的閉合效應強化了創新網絡的地方化特征，地理鄰近的作用明顯;后期階段，產業變得更加成熟并逐漸針對特定的商業發展應用時，閉合效應愈發明顯，信任機制發揮作用，進而激發地理距離較遠的行為主體建立創新關系。作為鄰近性理論的一種有效的補充，地理鄰近和社會鄰近作為創新聯系發生的兩種形式，可以用來解釋與鄰近或遙遠的伙伴進行創新合作的傾向。如何把握并充分發揮不同維度鄰近性帶來的正向效應，相關政府部門和企業應該有適當的行為策略。

本研究進一步拓展的方向主要有:(1)選用專利數據作為指標，優點在于可獲得性和可控性較高，但其僅為創新成果的一個側面，可能會因為關注面過窄影響結論的實用性。(2)本研究僅限于對地理鄰近和社會鄰近的探討，構建科學、合理的多維鄰近分析框架，探討網絡空間和地理空間的交互作用對創新行為的影響無疑是一個有趣的研究方向。(3)結合企業訪談和問卷調研，加強對創新網絡的演化機理的探討。

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