以“產業發展剩余”看結構優化
——基于協同論和博弈論的研究

姜 玲，張愛寧，曾碩勛

（1.甘肅省科學技術情報研究所；2.甘肅省科技評價監測重點實驗室，甘肅 蘭州 730000）

以“產業發展剩余”看結構優化
——基于協同論和博弈論的研究

姜 玲1，2，張愛寧1，2，曾碩勛1，2

（1.甘肅省科學技術情報研究所；2.甘肅省科技評價監測重點實驗室，甘肅 蘭州 730000）

文章采用協同論搭建產業結構優化的分析框架，兼顧了產業內部結構、科技進步、資源節約和環境保護四方面目標，然后運用合作博弈方法構建產業博弈模型來解決產業結構優化中多因素的聯盟利益分配問題，并利用夏普利值法對模型進行實證求解，在實證結果分析時，引入“產業發展剩余”這一綜合評價指標對產業結構進行剖析。

產業結構；產業發展剩余；協同；博弈

在經濟全球化3.0時代，以數字化、網絡化、智能化技術應用為重點的第三次工業革命，正在改變一國經濟發展所依賴的要素稟賦結構和資源基礎，導致全球產業組織模式和產業格局的重塑，促使人類進入綠色、低碳、可持續發展的社會。加快產業結構優化成為中國提升在全球產業鏈中的位置、實現新常態經濟發展的必然選擇。

一、文獻綜述

目前，國內外學者對于產業結構優化已開展了大量有價值的研究，但對于何種產業結構能更快促進經濟發展一直存在分歧。劉易斯（1954）的“二元經濟結構論”較貼合欠發達地區的現實，他指出欠發達地區實現經濟快速發展的有效途徑，就是通過資本積累促使產業結構從傳統的農業部門向以制造業和服務業為主的現代化部門轉變。在二元經濟結構假設條件下，卡爾多（1966）[1]的“增長引擎論”認為制造業是推動經濟發展的主要引擎，產業結構優化的關鍵在于大力發展制造業。更進一步地，Baumol等學者研究了產業結構優化的“成本病”問題[2]，對城市服務業的增長進行了解釋，但也受到M.Karen（1972）等學者的質疑。Wilber在2002年對Baumol、M.Karen爭論的命題做了很好的補充，提出當服務業的資本密集度高于制造業時，服務業的擴張將提高長期經濟增長率。以林毅夫為代表的“比較優勢論”[3]強調一國產業結構由要素稟賦結構及其變動內生決定，應按比較優勢發展經濟，他還指出發展中國家經濟發展過程本質上是由要素結構升級及變動，從而產業結構優化升級的過程。然而，以Hausmann、Hidalgo等學者認為一國產業結構的升級有時候會偏離比較優勢，沿著技術質量階梯進行，這個偏離程度與一國經濟增長幅度正相關，提出國家通過改變優勢產業組合可實現結構轉型[4-5]，這一理論又被稱為“比較優勢演化論”[6]。從現有文獻來看，有關產業結構的研究，學者在研究方法、模型選擇以及樣本期限的選擇上有所不同，從而得出不同研究結論。在這些研究中，實證分析的研究較多，以時間序列數據和橫截面數據的回歸分析為主。筆者試圖跳出傳統的實證分析模式，采用博弈論方法，構建一般均衡模型，從更加廣義的范疇來探討產業結構優化問題。基于我國產業系統表現出與協同論高度的內在契合[7]，所以運用協同論搭建理論分析框架，并以此來探討產業結構優化問題具有一定的理論基礎。為全面分析產業結構優化問題，將產業發展的協同效應放大到產業、科技和資源環境四個系統下進行探討。

二、理論框架

協同論研究的是遠離平衡態的復雜開放系統的各子系統如何通過交換、合作、協調和耦合使得系統自發地成為時間、空間和功能上的有序結構，這一理論最早由德國物理學家哈肯提出，后由蘇聯學者┌·魯札文（1986）進行了完善。產業結構是一個由農業、工業、服務業子系統構成的具有自組織協同演化特征的遠離平衡態的開放經濟系統。隨著可持續發展、綠色GDP等理念的提出，越來越多的學者認為單從產業內部探討產業結構優化問題具有一定局限性，產業技術進步、環境治理和資源節約等因素也是考察產業結構合理性的重要因素[8]。因為，產業結構既是生產要素的“資源轉換器”，又是各種“污染物種類和數量的控制體”[7]，決定著生產中的各種自然資源、物質材料以及勞動力的配置方向和流量[9]；而技術進步是促進產業發展與結構優化的重要內在因素[10]。因此，在中國經濟進入新常態的背景下，產業結構優化不再是以犧牲資源、環境為代價的“零和游戲”，而是更重視資源節約和環境質量，并依靠科技進步帶來勞動生產率的提高，從而實現多方獲益的“正和游戲”。受協同論和可持續發展理論的啟發，我們認為產業結構優化應是由產業內部各子系統的協調發展與產業系統與科技、資源、環境的協調發展的統一，即產業內部“小協同”和產業結構外部環境的“大協同”的統一。也就是說，產業結構合理與否不能單看產業自身，產業增加值的創造與生產要素、自然資源和技術進步水平都是緊密相關的，應跳出產業系統的“小圈子”，擴展到產業對科學技術的吸收和消化、資源的利用效率以及環境質量改善上來，產業系統通過耦合元素與科技系統、資源系統、環境系統相互作用、彼此影響，形成一個復合有機體。那么，構建一個分析模型來度量這個復雜系統的協調發展程度成為破題的關鍵。合作博弈分析方法是一種解決多個利益主體協調行動產生利益分配問題的數學模型方法[11]。于是，基于此方法構建產業博弈模型，并運用夏普利值法對模型進行實證求解。

三、模型構建

嘗試建立產業博弈模型，從協同發展的角度對產業結構、技術進步、能源消耗、環境治理四方面因素進行綜合分析，達成兼顧多因素的聯盟利益分配策略。

（一）模型假設

（1）合作博弈是在強調集體利益的基礎上，實現單個產業效用最大。

（2）每個產業既可以單獨行動，也可以與其他任意產業合作。產業只有和其他產業合作時其效用函數為非零，單個產業效用函數為零。

（3）選取三次產業的增加值比重、勞動生產率、能源消耗和治污投資四個指標來代表產業內部結構、科技進步、資源節約和環境保護四個維度的特性。

（二）產業博弈模型

1.產業集合（參與人）N

參與人是博弈的決策主體[12]。這里用n={l，2，3}表示產業博弈模型中的參與人集合，其中，i∈N表示產業i，1是第一產業，2是第二產業，3是第三產業。

2.策略集Si

產業合作產生的聯盟（用S表示），任意產業間的合作構成博弈的策略集。

3.效用函數P

產業合作的效用函數是一個復合函數，綜合考慮經濟、科技、資源和環境四個因素的效用。這里分別采用產業比重θi、勞動生產率ρi、能源消耗ψi，治污投資ωi四個指標表征。通過產業合作的實現協同效用，就是要在產業內部結構合理的同時，勞動生產率不斷提高，區域經濟對能源消耗的依賴逐漸降低，對環境污染逐漸減少。

（1）產業比重 θ。若Di表示產業i的增加值，Di= GDP表示地區生產總值，那么產業i的增加值占GDP的比重為：θi=Di/GDP。

（2）勞動生產率ρ。若用Hi表示產業i的從業人數，那么產業i的勞動生產率為ρi=Di/Hi。平均勞動生產率為：ρ=

（3）能源消耗 φ。如用Fi表示產業i的能源消耗量，Fi=F為地區總能源消耗量。產業i的單位產值能源消耗為：φi=Fi/Di。

（4）治污投資ω。采用治理產業排放污染物的投資占產業增加值的比重來描述，Ti表示產業i所造成的污染物單位治理成本。該地區治污投資則可表示為ωi=Ti/Di。

于是，得到產業博弈模型的效用函數為：

4.合作聯盟的效用函數

定義1：設N={l，2，3}，P（C）是定義在N上的一切產業合作子集上的實值函數，且滿足：P（C）=0，若C=φ，P（N）=≥，則P（C）為該產業合作的效用函數。

如果產業合作聯盟成立，那么不同產業間通過合作聯盟將呈現出協同效應，即產業合作聯盟的最大收益要大于各產業單干的最大收益之和。用公式表示為：P（M）=P（C∪D）＞P（C）+P（D）。

定義2：產業合作聯盟的效用函數滿足可加性原則，即P（C∪D）=P（C）+P（D）。

定義3：產業合作聯盟成立的兩個前提條件：

（2）相比單干，合作能夠給產業聯盟中的參與人帶來更多的收益，ri≥P（{i}）。

其中，產業合作聯盟的分配用r=（r1，r2，…，rn），ri表示產業i從合作聯盟中獲得的效用。P（{i}）為產業i單干時的收益。條件（1）要求產業合作聯盟滿足收益和分配相等；條件（2）說明產業合作聯盟是一種帕累托改進，每個聯盟成員都能獲得比不加入聯盟時更多的收益。

5.產業博弈模型

產業博弈模型是映射在t時期（t=1，2，…，T）三次產業之間的動態合作博弈模型。模型定義為：

其中，N表示在t時期所有產業的集合；Si表示第i產業在t時期可行所有純策略的有限集；C為N的任意子集，即C?N；Pt（C）為產業聯盟C在t時期的總效用。

6.目標函數

產業合作博弈目標就是獲得最大效用，即實現產業內部與外部的協同發展。其目標函數為：

（三）產業博弈模型求解

1953年，夏普利提出一種解決多人合作博弈問題的數學分析方法，根據參與人在合作聯盟中的貢獻大小進行分配，反映了個體在集體中的重要性。采用夏普利值法求解產業博弈模型，可以測算不同產業在經濟發展中的實際貢獻。此法中，合作聯盟中各成員所得收益分配稱為夏普利值，表示為E（P）={ε1（P），ε2（P），…，εn（P）}，其中 εi（P）表示在合作聯盟中參與人i所得的分配，可表示為：

其中，|M|表示子產業合作聯盟M中參與人的個數，N表示大聯盟中參與人的個數，P（C）為聯盟M的總收益，P（MC/i）表示聯盟M中除去參與人i后由剩余成員組建的新聯盟所獲得的收益，P（C）-P（C/i）是兩者收益的差值，表示參與人i對聯盟的貢獻。

四、實證分析

（一）樣本選擇與數據來源

甘肅作為典型的資源型欠發達省份，經濟結構偏重的矛盾突出。于是，選取甘肅省為實證對象，依據產業劃分標準分第一、第二和第三產業進行研究。θ三次產業比重、ρ勞動生產率、φ能源消耗數據來源于《甘肅統計年鑒》；治污投資采用環保投資中用于農業、工業和第三產業的部分，數據來源于《中國環境統計年鑒》。

表1 2014年三次產業主要指標值

（二）模型計算

將數據先后帶入公式1和公式4進行計算：

P（{1}）=P（{2}）=P（{3}）=0

根據博弈分析，第一產業和第二產業合作產生的效用為：

同理可得其它產業合作產生的效用：

同理，可求得L2=8.37×108，L3=23.69×108

第一產業對經濟發展的實際貢獻率：

第二產業對經濟發展的實際貢獻率：

第三產業對經濟發展的實際貢獻率：

為進一步分析，選取西部大開發政策實施以來的典型階段數據，按公式計算甘肅三次產業對經濟發展的實際貢獻率。通過對典型年份（2001年、2006年、2011年、2014年）實證結果的分析反映這一時期產業結構優化調整情況，結果見表2。

表2 甘肅產業貢獻的對比分析

（三）結果討論

由表2數據可看出，2001年以來甘肅產業對經濟發展的實際貢獻水平：農業實際貢獻率不足10%，工業實際貢獻20%，服務業實際貢獻接近70%。通過對模型計算的實際貢獻率與產業比重的比較可知，農業對經濟發展的實際貢獻偏小。農業在經濟發展中起著重要的基礎支持作用，為其他產業部門提供了豐富的資源，然而受技術創新能力、自然資源等因素制約，目前農業的產業化經營仍然面臨諸多問題，如農業基礎薄弱，勞動生產率低、大量剩余勞動力被閑置等，從而導致農業實際貢獻不高。工業對經濟發展的貢獻被高估，其實際貢獻率遠小于產業比重。甘肅作為西部重要的工業基地和資源大省，長期以來，形成了以重工業為主的工業結構和以能源、原材料為主的產品結構，工業發展的能源消耗和污染治理成本較大（結合表1可知）。如果只單純追求工業規模和產能的擴大，而不注重提高要素產出效率和改善產業內部的技術結構、勞動力結構，那么只會帶來更多的負面影響，從而嚴重削弱工業的實際貢獻。服務業對經濟發展的實際貢獻率明顯大于其產業比重，對經濟社會發展的促進作用明顯。

五、基于產業發展剩余角度的分析

（一）指標定義

為更進一步地分析，我們將產業發展的實際貢獻超過其在國民經濟中所占份額的部分定義為“產業發展剩余”，即產業發展剩余=產業實際貢獻-產業占比。“產業發展剩余”概念與1953年美國經濟學家保羅·巴蘭提出的“經濟剩余”理論是有區別的，經濟剩余是指經濟部門的總產出中扣除成本消耗以外的所有剩余，是一種價值和物質的增值；而產業發展剩余一個綜合性的相對值評價指標，是衡量產業部門利用現有的生產要素、資源和技術條件創造的實際貢獻與其產業占比的偏離程度。三次產業的發展剩余之和為零。由概念可知產業發展剩余產生的來源有三個：生產要素、自然資源、科技進步，這三者之間的協同與合作可以產生“整體大于部分之和”的系統效應，成為產業部門創造剩余的基礎條件。基于前文的理論框架設計，可以這樣認為產業發展剩余是由于產業系統內部不同行業間的相互依存與合作程度以及產業系統與科技、資源、環境系統之間的耦合協調水平共同決定的。從福利經濟學視角來看產業發展剩余的話，產業占比是經濟系統的私人收益，產業實際貢獻是社會收益。如果產業發展剩余大于0時，則表示產業實際貢獻大于產業占比，存在正外部效應，此時產業發展剩余越大，協調水平越高；反之，如果產業發展剩余小于0時，則說明產業實際貢獻小于產業占比，存在負外部效應，此時產業發展剩余越小，協調發展水平越低。

（二）結果討論

甘肅的產業結構不盡合理，產業實際貢獻與產業占比存在較大程度偏離，其中以第二產業的偏差最大。圖1顯示，在4個不同時期，第二產業發展剩余均為負值（-20%左右），呈現構成“U”型變化特征。第二產業對經濟發展的實際貢獻明顯小于其占GDP比重，工業經濟增長的同時，付出的勞動力、資源、環境成本較大，此時存在帕累托改進。工業系統表現出的“U”型態勢說明：工業系統雖與科技、資源、環境系統之間的協調發展水平較差，但是逐步在改善。第一產業發展剩余為負值，在-5%的水平，說明農業發展的實際貢獻較低，協調發展水平不高。第三產業發展剩余在25%左右，可見，服務業的實際貢獻較大，對經濟社會產生正外部效應。總之，在三次產業中，服務業與其它產業系統協作程度最高，與科技、資源和環境系統之間的協調水平最高。這與服務業產生途徑有很大關系，因為除小部分服務業是與新興產業和新市場需求相伴生以外，大部分服務業是隨著社會分工的發展從第一、第二產業中分離出來。

需要補充說明的是，甘肅產業結構目前呈現出的“三二一”形態，并不真正意味著三次產業進入了深度耦合、協調發展的高級階段。事實上，無論是從高技術產業、知識密集型產業、現代服務業的發育程度和規模來看，還是從資本、勞動力、自然資源等要素的投入產出率來看，甘肅產業結構的高級化程度還遠不夠。在服務業內部，以生活性服務業和社會性服務業發展較好，對經濟（制造業）增長影響最為直接、帶動作用最大的生產性服務業發展明顯滯后于制造業的發展，這與服務業內部結構演變規律不相符，這就解釋了為什么圖1中服務業的產業發展剩余曲線呈現倒“U”形。

圖1 甘肅的產業發展剩余分析

圖2 甘肅產業實際貢獻的演變趨勢

圖2顯示，2001年以來，甘肅產業結構得到不斷調整，但調整速度較為緩慢。具體來看：農業對經濟發展的貢獻持續降低；工業的實際效用雖有上升，但其兩成左右的實際貢獻與所占四成經濟份額之間有較大差距；服務業對經濟發展的貢獻有所下滑。從大系統范疇來看，產業系統與科技、資源、環境系統的協調水平不高，尤其工業系統的貢獻率嚴重偏低。折射出甘肅經濟發展的技術進步內生動力不足，環境成本、資源成本較高等問題。用主流經濟發展理論解釋的話就是粗放型的、資源驅動型的經濟增長模式不可避免地造成自然資源的損耗損失、環境影響和危害損失以及因行業技術滯后帶來勞動力閑置、人才流失的損失等問題，從而導致產業結構演變進程較為緩慢。

六、結論

產業結構優化不單是滿足“三二一”形態，還應滿足產業發展與科技、資源和環境系統協調發展的要求。于是筆者建立了基于產業、科技、資源與環境系統的整合性理論研究框架，將協同發展理念和可持續發展理念融入產業結構優化問題的研究中，兼顧產業結構、科技進步、能源節約和環境保護四個目標，采用合作博弈分析方法構建產業博弈模型來解決產業結構優化中多因素的聯盟利益分配問題，選取甘肅數據進行實證求解，通過實證分析驗證了產業博弈模型的有效性和可行性。在實證結果分析中，創造性地引入產業發展剩余概念，并利用這一指標對產業結構優化問題進行深入剖析，得到以下結論：（1）2001年以來，甘肅產業結構不斷調整，但速度不快；（2）在產業系統中，以服務業系統對經濟發展的實際貢獻最大，其與農業系統、工業系統的合作關系最為緊密，且服務業子系統與科技、資源、環境系統的協調發展程度最高；（3）工業系統雖已呈現“U”型態勢，但由于內生技術進步動力不足、環境成本、資源成本較高等原因導致其對經濟發展的實際貢獻嚴重不足。下一級段，甘肅急需加快產業結構優化速度。筆者提出的“產業發展剩余”這一綜合評價指標高度概括了產業優化的主要影響因素，揭示了產業結構優化進程中產業實際效用與產業比重之間的偏離程度，為剖析產業發展問題提供了依據，但存在一定局限性，仍需進一步的豐富和完善。

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（責任編輯：D 校對：L）

F062.9

A

1004-2768（2016）09-0011-04

2016-06-22

甘肅省軟科學項目（1504ZKCA043-3）；甘肅省戰略性新興產業鏈布局與評價研究；甘肅省青年科技基金計劃項目“循環經濟示范區產業鏈碳排放績效評估及減碳潛力研究”（1506RJYA142）

姜玲（1985-），女，湖南瀏陽人，甘肅省科學技術情報研究所、甘肅省科技評價監測重點實驗室助理研究員，研究方向：區域經濟；張愛寧（1982-），男，甘肅慶陽人，甘肅省科學技術情報研究所、甘肅省科技評價監測重點實驗室副研究員，研究方向：產業經濟；曾碩勛(1981-)，男，江西興國人，甘肅省科學技術情報研究所、甘肅省科技評價監測重點實驗室助理研究員，研究方向：區域經濟。張愛寧為通訊作者。