產業安全視角下全球高鐵專利質量測度與風險識別

劉 鑫，趙婷微

（1.西南交通大學公共管理與政法學院，四川成都 610031；2.中國科學院科技戰略咨詢研究院，北京 100190；3.華中科技大學管理學院，湖北武漢 430074）

1 研究背景

中國高鐵，是經過中國科研人員原始創新與集成創新形成的重要科技成果體系，是新時代全球交通基礎設施建設與中國高端制造業發展的典型代表。隨著新一輪科技革命和產業變革的大規模快速發展，以及全球化進程的傳播、擴散、沖刷，如何保持并擴大中國高鐵在“一帶一路”建設背景下的產業競爭優勢、形成高質量專利布局與保護體系是中國高鐵產業安全的前端支撐［1-2］。

隨著產業專利數量激增，專利質量問題愈發凸顯。專利質量對高鐵等高端產業發展的影響舉足輕重，因專利質量低下對產業安全造成的威脅主要體現在以下三方面：一是技術性風險，未形成對產業中關鍵技術及其組合的有效、全面布局，使得相關專利技術在轉化應用中缺乏可實施性；二是制度性風險，因專利權利效力的不確定性或權利要求范圍不適當形成所謂的“垃圾專利”或低質量的“專利泡沫”，對創新活動、市場競爭、產業安全造成損害；三是全球性風險，專利的國際化布局體系不完備，低質量專利面對國際競爭巨頭的專利挑戰時存在較大風險，令企業在“走出去”的競爭中舉步維艱［3-4］。

基于此，本研究擬通過梳理專利質量的關聯因素及由專利質量引發產業安全問題的機制，依托以專利數據為基礎的產業風險預警和決策思路［5］，構建面向產業安全的專利質量測度體系，并應用于高鐵產業專利質量量化測度與風險識別，以期助力我國高鐵在“走出去”并參與國際競爭中克服專利劣勢、形成優勢。

2 理論基礎與文獻綜述

2.1 專利質量

根據已有的從不同視角對專利質量內涵進行的研究，可對專利質量從內部性和外部性兩方面進行理解。

專利質量的內部性，是指圍繞專利自身素質研究其核心涵義。結合“質量”概念的基本要求——符合性和適用性，專利質量即為專利符合標準和滿足要求的程度［6］。專利的法定授權條件是專利質量概念的核心［7］，學者們對由專利權的質量、專利技術的質量和專利文件的質量構成的專利質量涵義體系的觀點趨于統一［8］。

專利質量的外部性，是指除因專利文本產生影響之外的其他因素。專利質量除了內生于創新主體的技術質量和作為法定權利而具有的法律質量，還有專利審查質量、專利轉換的經濟質量以及專利國際化質量［9］。最為典型就是以市場、技術與審查3個維度對專利技術成果的經濟效益與國際化、技術進步與法律審查作細致的評價，將專利外部性納入專利質量的定義和評價體系中［10］。將專利質量分為內部質量和外部質量，有利于對專利質量進行更為系統的理解和應用。

2.2 專利質量的關聯因素

2.2.1 影響專利質量的因素

專利質量受專利技術、專利審查和專利市場三方面的約束［11］。首先，專利技術影響專利質量，發明創造在技術層面越先進、越稀缺，其專利質量就隨之越高［12］；其次，專利審查影響專利質量。各國按照本國的專利審查指南，通過專利審查的則認為該項技術等符合專利的授權要求，給予具有法律效力的授權，所以，增加專利審查的資源能夠提高專利審查質量，進而能夠提高專利質量［6］；如果專利的審查尺度較松，大量的創造性較低的技術申請獲得授權，其權利也將是不穩定的。第三，專利市場影響專利質量。脫離經濟性的專利都是“紙上”的技術，市場對高質量專利具有引導作用。簡言之，市場驅動產生更多高價值的專利組合。另一方面，在全球技術市場體系下，相關專利或專利組合的國際布局和國際專利家族覆蓋情況，也決定著基礎專利的穩定性、市場價值及其在產業化應用時的各類風險［13］。

2.2.2 專利質量對產業安全的影響機制

風險定義的核心在于結果與預期目標偏離的可能性及結果與預期目標偏離的程度。專利質量對產業安全造成的風險主要體現在技術、法律和全球化方面。

（1）專利質量引發技術風險。在專利的產業化進程中，其內在的技術性風險一再被忽視。如果專利質量較低（如說明書和實施例不完備），導致依托專利文本無法實施技術方案，或無法得到確定的技術效果，進而不能實現專利促進改進創新和科技進步的初衷［14］。

（3）專利質量引發法律風險。一方面，專利質量低，使得技術創新方案得不到最大的排他性的保護，但卻將其公之于眾，這就造成研發資源浪費，不利于保護企業的技術創新，進而降低產業競爭力，令技術和經濟的發展受制于人。另一方面，專利權利要求如果范圍不當，導致專利實施時引發侵權風險。專利權糾紛不僅會使企業負擔較大的訴訟成本，而且會使企業進一步發展或持續盈利的能力處于一種不確定的狀態［15］。

（3）專利質量引發產業全球化風險。全球化風險是技術風險和法律風險在全球產業競爭環境下的升級概括，主要是指在技術跨境流動、海外實施與全球市場銷售時，基于技術性風險和法律性風險的一種系統性風險。它既包含了技術可實施性問題，也包含了由于權利要求交疊而產生的專利叢林，同時又都受制于全球化的知識產權保護環境與訴訟體系［16］。

2.3 專利質量測度

2.3.1 專利質量測度因子

通常來說，單件專利的獨立權利要求中區別技術特征數量越多，代表其創造點越多，則技術的創造性就越大［17］。因此，可以利用專利的相關特征值反映專利質量。而專利中不同的相關性特征可以反映專利質量的不同標準：專利質量的技術性評價標準主要從專利技術創新水平的角度進行評價；專利被授權后具備法定效力的穩定性可以作為專利的法定性評價標準；而專利的商業性評價標準主要從專利轉化后創造經濟效益的視角對專利質量作出評估［18］。常用的專利質量評價指標有專利引證指標（包括被引次數和引文數量）、專利維持水平、專利族大小、專利的生命周期、權利要求的數量、專利申請異議等，從各個層面對專利質量進行評價。

除專利引證指數外，專利的質量測度還有一些其他常用指標：（1）技術范圍，指專利申請中IPC分類的多樣性與數量。（2）發明人數量，發明人數量越多代表專利投入的智力成本越高，相對而言專利質量越高［19］。（3）技術循環周期，指一項專利引用的所有其他專利文獻的中值年齡或平均年齡［20］。（4）專利族大小，指同一項發明在不同國家獲得的專利或提交的專利申請的數量，代表專利的地域性橫向控制［21］。（5）專利保護范圍，專利保護范圍越大，說明專利的原創程度越高，則專利的質量越高，可以用專利說明書中不同的IPC 分類號個數來計算［22］；也有學者提出用專利說明書中權利要求數量(包括獨立權利要求和從屬權利要求)來計算專利保護范圍［23］，其中獨立權利要求數量能夠反映專利保護的范圍，從屬權利要求的數量能夠反映專利保護的深度。

2.3.2 專利質量測度體系

專利質量與量化指標在不斷更新演化，因此同一類型的衡量指標可能存在重復性，如技術覆蓋范圍、專利權項數和專利族數量都是從技術保護的角度來衡量專利質量［24］，因此對專利質量作全面評價，需要拆分計算、綜合評價，即要進行專利質量測度體系研究。已有研究中較為典型的就是“三維度-全過程”專利質量測量指標體系模型，即從技術質量、法律質量、經濟質量3 個維度以及創造、申請、審查、授權后4 個階段進行系統的專利質量測量［25］。專利質量評價體系是相對于專利數量計量而言更深層次的研究，依此可評估出一個企業乃至一個國家在某一技術領域所有申請專利的總體平均質量，綜合指數可反映評測對象整體的專利技術水平和專利質量，更能全面地反映質量信息。專利質量的研究往縱深方向發展，專利質量評估方法和技術得到不斷突破，但是專利戰略也對專利質量的評估提出了更高要求［26］。

綜上可見，現有研究對專利質量的涵義及影響專利質量因素的探討已較為成熟，但在產業視角下對專利質量測度指標的指向性、適用性和簡明度仍需加以辨析與深化；同時，學者們開始將研究重點從專利質量指標的選擇轉向專利質量測度的應用，但是缺乏利用專利質量對產業安全風險進行識別的研究情境。鑒于中國高鐵“走出去”符合本研究理論構建的研究情境，且高鐵具有產業代表性，本研究將從產業安全角度進行高鐵全球專利質量測度并進行風險識別，研究框架如圖1 所示。

圖1 產業安全視角下高鐵全球專利質量測度與風險識別框架

3 面向產業安全監測的專利質量測度體系構建

3.1 產業專利質量測度體系構建原則

定量研究產業專利質量，在構建質量指標體系時應滿足以下原則：第一，科學原則。應選擇含義清晰、明確、通用且易于研究的指標，能反映和突出質量某一方面特性，體現相互存在的差異，并能形成一個完整的體系。第二，可獲取原則。可用于專利質量評價的指標有很多，應避免過于求多求全，選取比較重要且易于獲得的。第三，契合原則。從產業安全監測視角進行指標選取與解釋，緊扣產業安全，選取可實現動態監測的統計量的指標，并注重測度體系在其他產業的可復制性。

3.2 產業專利質量測度體系構建

3.2.1 測度因子選擇

為直觀、量化描述產業安全視角中專利質量狀況，本研究對國內外學者設計的專利文本質量評價指標進行篩選、分類，結合專利對于產業發展的技術影響能力、地域控制能力指標，從專利質量的技術性、制度性和全球性三大方向進行劃分，緊密貼合產業安全、專利國際化的需求，進行多元專利質量測度評價因子的選擇（見表1）1）。

表1 專利質量測度評價因子

3.2.2 確定測度指標權重

層次分析方法是一種定性和定量相結合的系統化、層次化的分析方法，在20 世紀70年代中期由美國運籌學家托馬斯·塞蒂等提出［27］，并廣泛運用于多指標評價。本研究采用層次分析方法中常用的重要性判斷矩陣進行專利質量影響因素權重確定，進而為各個層級影響因子進行權重賦值。引入九分位相對重要比例標度（見表2），構造重要性判別矩陣，分別如表3 至表6 所示。

表2 九分位比率判別矩陣標度

表3 專利質量影響因素判別矩陣

表4 專利質量技術層影響因素判別矩陣

表5 專利質量制度層影響因素判別矩陣

表6 專利質量全球層影響因素判別矩陣

結合表3 至表6 的權重結果，得到專利質量測度各級指標權重（見圖2）。

圖2 專利質量評價的各級指標權重

3.2.3 專利質量測度指標體系的基本表達

基于本研究對專利質量測度體系的分級和分類，以及各層級之間的并列和隸屬關系，可知專利質量是各指標影響作用的疊加結果，故采用下述公式簡明表達專利質量：

式（1）中：Q代表專利質量；Xi代表3 個層面的8 個指標；Wi代表相應指標權重。

4 高鐵產業專利質量測度

4.1 數據來源及數據處理

本研究以高鐵四大關鍵技術體系的專利作為分析對象。結合專家意見與產業實踐，在高鐵產業技術體系中，其核心技術系統主要包括牽引、轉向架、制動和信號控制四大系統。從高鐵四大關鍵技術體系入手，分別進行專利數據檢索。利用PATENTSCOPE 和IncoPat 全球專利數據庫進行跨庫檢索并相互驗證，選取能夠較好揭示產業技術跨境轉移與全球技術競爭的PCT 國際專利申請數據為研究樣本，符合中國高鐵“走出去”的研究情境。為了避免對同一專利重復計算，對數據樣本進行了簡單同族合并；最后根據技術主題進行人工閱讀篩選，得到高鐵四大關鍵技術體系的PCT 專利申請數據，如表7 所示。

表7 高鐵四大關鍵技術系統的全球專利檢索策略與結果

4.2 測度體系應用與分析

根據上述檢索策略，共獲得793 個專利族共988件PCT 專利，經人工標引確定的申請人來源國情況如圖3 所示，其中中國的PCT 專利數量第一。在產業實踐中，通常意義上認為的傳統“高鐵強國”如德國、日本、法國及韓國的專利數量雖然較為領先，但在數量上并非最為突出，可見，用專利數量刻畫產業競爭優勢與技術水平可能存在數據誤導。中國在高鐵專利數量上具有明顯的優勢，需進一步分析與其他各國在專利質量上的深層次差異，以進行更為科學的產業決策。

圖3 全球高鐵PCT 專利申請人來源國分布

對檢索得到的988 件高鐵PCT 專利數據按各評價因子（見表1）相關著錄信息進行統計，并進行數值標準化處理，根據上述專利質量量化方法得到相應的專利質量數值，統計不同國別申請人的專利質量均值和方差，并選取專利總量位列前六的申請人來源國作為分析對象。如表8、表9 所示，一國在某一領域的專利數量能夠反映該國在該技術領域專利量的積累，而專利質量均值則反映了該國專利質量的平均水平，專利質量方差可以刻畫該國在該技術領域的不同子領域的專利質量離散程度，即方差越大，專利質量越參差不齊。

表8 全球高鐵PCT 專利主要申請人來源國的專利質量測算（一）

表9 全球高鐵PCT 專利主要申請人來源國的專利質量測算（二）

本研究建立專利質量的均值與方差的二維坐標體系，并以氣泡圖形式融合呈現各國在高鐵產業各技術領域的專利數量多少和專利質量分布（見圖4）。研究發現：

（1）高鐵轉向架技術領域的全球整體專利質量較高，同時在此技術領域各國專利質量的差異性也最大，其中法國的專利質量均值和專利質量整體水平具有明顯優勢；信號控制技術領域雖然專利數量最多，但各國專利質量普遍不高，其中美國的專利數量和質量均具有明顯優勢，但各國的專利質量差異明顯；制動技術領域，韓國的專利質量位列第一，美國和日本的專利質量具有一定優勢。

（2）從申請人國別角度看，專利數量與專利質量存在較大國別差異，“數量強國”往往并非“質量強國”，以往僅通過專利數量比較的研究易造成數據誤導。其中美國和日本申請人的專利整體質量較高，但日本的專利質量整體差別更小，專利質量水平較為一致；法國、韓國和德國次之；中國的專利質量整體水平最低。

（3）從中國申請人角度看，中國高鐵“走出去”背景下的專利問題主要在于“數量多而質量低”，這一結論對于中國高鐵產業部門應具有啟示意義。其中，在制動和信號控制技術領域，中國申請人的專利質量整體偏低；在牽引和轉向架技術領域，中國申請人的專利雖整體質量較低，但從專利質量方差可以看出已有少量高質量專利出現，致使相關專利質量方差較大。

（4）對未來高鐵產業競爭的關注應逐漸由專利數量競爭轉向專利質量競爭。在制動技術領域，日本和德國申請人的專利數量與中國相當，但總體質量領先中國，是中國高鐵的主要競爭對手；美國申請人在信號控制技術領域優勢最為明顯且數量最多，美國雖不是高鐵運營大國，但其在軌道交通信號控制共性技術領域具備較強的技術儲備，易對中國構成“卡脖子”風險；在牽引技術領域，美國、日本、德國較之中國具有相對優勢，中國雖在專利數量上略優于上述國家，但專利質量劣勢明顯；在轉向架技術領域，美國、法國和德國的專利質量較高，法國、日本等國通過較少量的高質量專利技術對他國形成有效遏制。

圖4 全球高鐵PCT 專利主要申請人來源國的專利質量分析

5 基于專利質量測度的產業風險識別模型

根據以上測量得到的全球高鐵PCT 專利主要申請人來源國的專利質量均值和方差，建立基于專利質量“均值-方差”的產業風險識別模型，由專利質量測度的均值和方差構成二維坐標系，形成四象限產業安全風險識別區域，即安全區、領先區、追趕區和危機區（見圖5）。安全區，即高均值、低方差，處于這一區域的產業安全風險等級低，需鞏固優勢，主動拓展國際市場；領先區，即高均值、高方差，風險等級較低，需預警小范圍專利侵權風險，動態跟蹤技術追趕者，并及時完善優化少量的低質量專利；追趕區，即低均值、高方差，風險等級較高，雖已有少量高質量專利，但仍需加大研發力度，大力提升專利質量，做好大范圍專利風險預警防控；危機區，即低均值、低方差，風險等級高，專利普遍徘徊在低質量水平區間，需引起高度重視，在基礎鞏固之前避免參與國際競爭。以中國高鐵四大技術體系為例，牽引和轉向架領域的PCT 專利質量屬低均值、高方差，處于追趕區；制動和信號控制領域的PCT 專利質量屬低均值、低方差，處于危機區。

圖5 基于專利質量的產業風險識別模型

6 結論與啟示

本研究系統地分析凝練了產業專利質量的影響因素，并在產業“走出去”風險識別的研究情境下對專利質量測度指標的指向性、適用性和簡明度加以深化。選取高鐵產業為對象，進行全球PCT 專利質量的計量分析和比較研究，從繁雜的專利質量指標中選取了具有可實現性和產業安全契合度的指標因子，進一步根據這些指標對產業安全的重要性不同，通過層次分析法對其進行權重分析，構建了面向產業安全的專利質量測度體系。另一方面，對專利質量的測度均值和方差內涵進行了拓展，以期得到更加全面的結論。就專利質量的測度均值而言，不僅考慮了一般意義上的整體產業專利質量水平高低，而且進行專利質量相對值之間的國別比較；就專利質量方差而言，不僅考慮了某一國專利質量水平的整體差異分布，而且與專利質量測度均值相結合構建了產業風險識別模型，并用于全球高鐵產業的實證檢驗，提出專利質量預警是專利預警的重要組成部分。

本研究得到的主要政策啟示在于：（1）中國成為世界專利數量大國后，關鍵產業專利質量低的問題已引起各方關注，高鐵產業就是典型例證，學者和實務界從多方面提出“擠出低質量專利泡沫”的建議，政府也采取了一些措施，本研究提出的專利質量“均值-方差”產業風險識別模型可對于專利質量治理效果及其風險進行有效檢驗和預警。（2）政策制定部門和相關企業從專利“生產”階段起就應高度重視專利質量問題，根據專利質量測度的各類指標對照差距、反思不足，并將專利質量融入關鍵產業專利戰略及其專利預警體系中。（3）針對中國高鐵產業而言，應將專利質量預警擺在突出位置，逐步由“大而全”的專利申請策略轉向“小而精”的關鍵技術高質量專利“點穴式”布局，最大限度降低“走出去”的產業安全風險。

注釋：

1）在專利質量測度體系中，對專利的獨立權利要求與從屬權利要求進行區分統計具有理論意義，但由于統計難度（如國外專利中獨立權利和從屬權利區別識別困難），本研究在實證分析部分將指標5 和指標6 合并統計。