山東省創新發展與產業結構升級耦合協調關系研究

□劉清春 公廉潔 夏小荷

[內容提要]促進創新和產業結構升級的良性互動是提高區域發展經濟質量的關鍵。以山東省為研究區域,基于熵權法測度了2006-2018年山東省17地級市的創新水平和產業結構升級水平,并運用耦合協調模型分析了二者協調發展程度。結果表明:總體上,山東省創新與產業結構升級平均耦合協調度處于中級協調狀態,但隨時間推移無顯著改善;子系統中,創新產出與產業高級化、產業合理化的耦合協調度相對較低,但與整個系統耦合協調度相關性較大;空間上耦合協調度呈現出非均衡格局,表現為東高西低,以濟南、青島為核心向外圍降低的特征。隨時間變化各城市耦合協調度數值有所上升,但地區間的極化趨勢有所增強,馬太效應明顯:障礙度模型表明勞動生產率和發明專利是影響創新與產業結構升級耦合協調發展的主要因素。本研究為山東省實現創新與產業的良性互動提供理論和現實依據。

一、引言

創新發展是經濟增長的內生動力，也是產業結構升級的關鍵，企業通過自主創新，可以創造超額利潤，并引導資源轉向高生產率部門，最終實現產業結構升級[1-3]。產業結構升級可以為創新提供原動力和基礎條件，并對新知識和新技術產生更高的需求，最終帶來創新能力的提升[4-6]。然而，由于我國創新發展還存在產出能力不足，創新效率低下等問題，創新與產業結構升級之間往往存在不匹配現象，致使創新驅動作用難以充分發揮。因此，促進產業結構升級和區域創新的耦合協調發展，是實現我國經濟高質量發展的迫切要求。

目前，關于區域創新與產業結構升級關系的研究較多，主要集中于以下兩方面。一是對區域創新與產業結構升級單向影響關系進行研究。學者們普遍認為產業升級對自主創新存在顯著正向溢出效應，能夠有效帶動國家和區域的自主創新[7-9]。創新通過對勞動力、資本與技術的重置，在一定程度上影響著產業結構升級的效率與速度[10,11]。二是區域創新與產業結構升級之間內在互動關系研究。蔣天穎等[12]、李國鳳[13]運用耦合研究理論分別探討了城市區域創新與城市化間、產業集聚與區域創新能力間的內在聯系。目前關于創新與產業結構升級互動關系的研究主要集中于全國、京津冀、珠三角區域[1,2,5,7]，基于省域內部探討的研究相對缺乏，由于區域經濟的差異性，城市創新與產業結構升級的耦合協調關系也不同，這不利于制定有效的創新和產業發展政策。

山東省是黃河流域中下游地區重要的經濟大省，當前正處于推動新舊動能轉化的關鍵期。基于此，本文以山東省17個地級市作為研究對象，運用熵權法、耦合協調度模型測度了創新與產業結構升級之間的耦合協調關系，并基于障礙度模型進一步揭示了主要的影響因素。

二、創新與產業結構升級耦合協調的理論分析

(一)創新與產業結構升級的互動關系

1.創新對產業結構升級的影響

一是優化資源配置。創新通過運用技術與知識等要素，優化配置勞動力和資本等要素，提高勞動生產效率，引導區域主導產業轉向資本密集、技術密集型，最終實現產業結構升級。二是推動產品和技術創新。企業要保持比較競爭優勢，持有更多超額利潤，就會不斷更新或創新技術與產品，引導消費者減少對舊產品的需求，從而形成新的產業鏈，促進產業結構升級。三是產生知識技術溢出效應。在創新網絡協同效應下，通過知識、技術溢出效應，企業可以不斷提升產品的研發、生產與銷售等環節的產出能力，提高勞動生產率，最終推動產業升級發展。

2.產業結構升級對創新的影響

一是提供創新基礎條件。產業結構在演化過程中，提供了創新發展的原動力和基礎條件，生產環境的更新對新知識和新技術產生更高的需求，而新的產品市場一旦形成，就會帶來新的創新需求，最終促進產業創新能力的提升。二是推動了創新成果的轉化和擴散。產業結構升級往往帶來資本、知識和技術的聚集，為創新成果的應用和擴散提供了良好的環境和基礎，推動新知識、新技術的產生和應用。

(二)創新與產業結構升級的耦合協調關系

要素(知識、技術、資本)、組織結構(在集群性、開放性)和產業發展順序、政策制度等使得創新與產業結構升級存在密切的耦合關聯關系，區域創新與產業升級相互轉化、相互溢出和相互依賴的程度決定了系統耦合程度的大小，而耦合度又是耦合協調度的基礎，但耦合協調度主要反映系統之間的內在協調關系，其大小取決于系統間步調、速度和方向的一致性程度[5]。由于區域創新與產業結構升級系統具有周期性，在兩系統演化過程中，系統間的耦合協調度也具有階段性。在發展初級階段，由于缺乏互動，兩系統處于不協調的發展狀態。隨著創新能力的不斷提升，創新開始為產業結構升級提供技術支撐，產業結構升級帶動企業市場擴大，企業通過不斷更新技術、創新產品來應對擴大的市場需求，兩個系統之間開始出現交互作用，此時處于低級協調狀態。隨著二者間互動作用增強，互為支撐，系統開始處于穩定的中級協調狀態。當系統間實現了高水平的良性互動、協同發展，系統處于成熟的高級協調狀態。

三、研究方法和數據

(一)評價指標體系構建

根據相關研究[1-2]，考慮數據的可得性，本文從創新的投入、產出與轉化和環境三方面選取指標，創新投入與創新環境是區域創新的基礎，創新產出與成果轉化則是創新能力的表現。產業結構優化升級系統是以實現經濟、生態、社會效益目標，不斷合理化、高度化的動態系統，其中創新是產業結構升級的重要手段。產業結構合理化刻畫了技術進步引起的產業結構橫向變化，反映了各生產要素被有效利用水平的高低，度量了產業間協調程度、資源環境的合理利用程度[6]；而產業結構高級化刻畫了主導產業的更替，反映了一次產業占主導過渡到二次產業、三次產業占主導的演進規律[10]。詳細指標體系如表1所示，其中泰爾指數作為合理化的度量標準[14]，公式如下：

(1)

其中TL表示泰爾指數，Y表示地區生產總值；L表示從業總人數，Y/L表示平均生產率，i=1，2，3，其值越大，表示各產業結構越趨合理。

表1 創新水平和產業結構升級評價指標體系

(二)評價模型

1.熵權法

熵權法在評價應用中客觀賦權、減少了主觀性，為多指標綜合評價提供依據，在社會經濟分析、自然環境評價等方面得到了廣泛運用。因此，本文使用該方法進行創新系統和產業結構升級系統的評價，保證研究的科學性、合理性。

(1)數據極差標準化。采用極差標準化方法以消除指標之間單位量綱的影響，標準化過程如下[16]：

(2)

(3)

其中：i=1，2，……，m(m為評價對象個數)；j=1，2，……，n(n為指標個數)。

(2)計算各指標權重，過程如下[16]：

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

2.耦合協調度計算

由于耦合度僅能反映創新與產業結構升級系統關聯發展的程度大小，忽視了兩個系統互動的動態性和復雜性，為了科學反映兩系統在動態發展過程中協調的程度，測度整體協同效應，引用耦合協調度模型，公式如下[17]：

(9)

(10)

其中，C為創新與產業升級的耦合程度；Z1和Z2分別表示創新與產業升級水平指數，T表示兩系統的協調指數，α和β為兩系統對總系統的貢獻度，且α+β=1，在此認為創新與產業升級同等重要，因此α和β均為0.5；D表示創新與產業升級的耦合協調度，且0≤D≤1，D值越高表明兩系統協調程度越高，研究中多運用主觀設定法進行分類[15]，本文將耦合協調度劃分為失調區(0

3.障礙度模型

在評價山東省創新能力和產業升級水平的基礎上，更重要的是尋找制約城市創新和產業發展的障礙因素，以便揭示區域創新和產業結構升級之間脫節發展的原因。方法如下：

(11)

其中hij為單個指標對創新與產業結構升級耦合協調度影響的障礙因素，yij為單項指標的標準化值，wij為其相對應的權重，n為指標個數。

(三)數據來源與處理

本文所需數據主要來源于2007-2019年《山東統計年鑒》《山東科技年鑒》《中國城市統計年鑒》和各地級市統計年鑒和統計公報。對涉及相關經濟數據均以2005年為基年，采用GDP平減指數進行消脹處理。

四、實證分析

(一)創新與產業結構升級的特征

1.總體特征分析

基于前文熵權法計算得到的山東省各城市的創新和產業結構升級指數值，以研究期內各城市指標的平均值表示該時期山東省區域創新與產業升級的整體態勢，參見圖1。結果發現山東省產業升級指數在0.43-0.52之間，呈緩慢上升趨勢，創新水平處于0.27-0.30之間，呈現出一定的波動性。2006-2010年間，創新和產業結構均呈現出提升趨勢，分別由0.27上升到0.29，0.44上升到0.45。2011-2015年間產業結構升級水平繼續上升，由0.45上升到0.47，但創新水平有所下降由0.29下降到0.28。顯示出山東省創新發展速度較慢。2016年創新指數上升到0.29，但后下降到0.27，呈現出波動性，產業升級指數2016年上升到0.52，而后下降到0.48。總體來看，近13年兩個子系統均呈現提升的態勢，發展速度與水平大體一致，說明區域創新與產業升級的發展較為均衡。但創新指數一直低于產業結構升級指數，表明山東整體創新水平有待提高，反映了山東加快實施創新驅動發展戰略的必要性。

就創新子系統指標來看，各子系統差異較大，其中創新產出得分最低，隨時間變動不大，一直處于0.2-0.24，創新環境得分最高，隨時間變動呈上升的趨勢，各指標中創新產出水平提升會對創新水平得分起到了關鍵的作用。就產業結構升級水平而言，各子指標差異也較大，其中產業合理性指標得分較高，處于0.48到0.54之間，隨時間變動有緩慢上升趨勢，而產業高級化得分較低，處于0.37到0.50之間，是影響總升級水平的關鍵指標。

2.創新與產業結構升級的區域特征

(1)創新區域特征

從創新投入來看，青島、濟南居全省前列。2006-2018年青島優勢明顯且得分總體呈上升態勢，由0.78提高至0.96，明顯高于山東省平均水平；濟南市創新投入也具有優勢但略有下降。煙臺、濰坊水平居中但得分有所上升，分別由0.37上升到0.43、0.21上升至0.30；棗莊、萊蕪、菏澤及日照等相對不足，創新投入得分始終居于全省后位。

從創新產出來看，地區間差距較大，青島、濟南優勢突出。2006-2018年青島優勢顯著且得分明顯提升，由0.85提高至0.99，高于山東省整體水平；濟南市由0.89降為0.75，得分有所下降，相對優勢在下降；煙臺、濰坊水平居中但得分有所上升，分別由0.28上升到0.36、0. 30上升至0.42；棗莊、日照得分有所上升，但仍低于全省平均水平。

圖1 2006-2018年山東省平均創新與產業結構升級指數變化趨勢圖

從創新環境來看，地區間差距較小。隨時間變化，多數城市得分有所上升，青島、威海、濰坊等城市具有相對優勢。2006-2018年青島具有優勢但得分有所下降，由0.81下降到0.70，高于全省平均水平；威海得分上升較大，由0.26上升到0.62；棗莊、聊城、日照得分有所上升但仍然相對不足，低于全省平均水平。

綜上，創新水平表現為：(1)青島和濟南的創新一直具有顯著優勢。2018年創新平均水平分別為0.92和0.64，這類城市憑借發達的科技水平、豐富的人力資源優勢，創新水平最高。(2)隨時間變化城市間創新水平差距增大。2006-2018年城市間創新水平差距由0.75增加大0.87。其中創新投入差距由0.77增加到0.96，創新產出差距則由0.89增加到0.99。如聊城、菏澤、棗莊、東部日照及中部萊蕪5市，均低于全省平均水平0.26，這些城市創新過程往往具有投入與產出均低的特點，較低的創新投入嚴重抑制了創新產出，導致專利產出低、創新成果轉化慢，地區科技創新能力始終處于低水平區，盡管近13年創新子系統得分有所提升，但仍難以實現向高水平創新發展的跨越。(3)區域創新產出是影響創新水平的關鍵。創新系統各指標中，創新產出得分相對較低，且地區間差異也較大，是影響總體創新水平提升的關鍵。

(2)產業結構升級地域特征

從高級化來看，2018年全省平均值為0.42，41%的城市高于該值。各城市中濟南優勢最為顯著，得分為0.99，顯著高于全省其它城市；而青島市得分為0.86，較2006年略有下降；威海、煙臺得分居于全省平均水平之上，2006-2018年得分上升幅度較大，分別由0.45上升到0.59、0.50上升到0.53；東營市上升幅度也較大，由0.08上升為0.26，但仍低于全省平均水平，其他城市升降的變動幅度并不大。

從合理化來看，2018年全省平均值為0.55，47%的城市高于該值。青島、威海優勢顯著。其中，青島市2006-2018年得分由0.68上升到0.79，超越威海，優勢逐步突現；濟南市得分也居前列，且隨時間變化有所提升，其得分由0.53提高至0.72，得分增加0.19。2018年東營、威海的得分均高于0.82，顯著高于全省平均水平，并且得分隨時間變動有所提升。聊城、菏澤、德州得分均低于全省平均水平，且得分隨時間變動呈現下降趨勢。

表2 2006、2018年山東省各地級市創新指數

綜上，各地市產業結構升級水平呈現出：(1)濟南和青島具有產業結構升級的顯著優勢。這類城市產業結構呈現出合理化與高級化雙高的特點，2018年綜合得分分別為0.85、0.83，高于全省平均水平；(2)隨時間變化，區域不平衡度加大。2006-2018年間，產業升級水平地區間差距由0.49擴大到0.62。區域內城市產業結構升級緩慢的城市主要位于山東西部的聊城、菏澤及北部的濱州、東營及中部的萊蕪等市，其中萊蕪市最低，為0.25。聊城、菏澤等市長期以來農業發達，但勞動效率水平低、二產和三產發展相對緩慢，高級化和合理化程度均較低，抑制了產業結構升級水平的提升。而東營市、濱州和萊蕪等市產業結構單一，第二產業占比大，特別是以石油、化工、鋼鐵等為主的重工業占比較大，隨時間變化產業結構升級緩慢，始終處于低水平區。(3)產業結構高級化是影響產業結構升級的關鍵。產業結構高級化水平相對較低，且提升緩慢，區域間差距較大，制約了整體產業結構升級的提高。

(二)創新與產業升級耦合協調度分析

1.總體演化特征

計算得到2006-2018年山東省創新與產業結構升級平均耦合協調度，如圖2所示。發現近13年來山東省總體耦合協調度均處于0.5以上，其中2016年最高，達到0.62，2006年最低，其值為0.58。耦合協調度隨時間變化較為平穩，表明山東省在該時期整體上呈現相對平穩的中級協調發展狀態。

為更好的認識要素在創新與產業結構升級協調過程中的作用，計算子系統間的耦合協調度，并分析其時間變化特征。從平均值來看，發現子系統協調度均大于0.5，居于中級協調類型。其中創新環境與產業高級化之間耦合協調度值最高，創新產出與產業高級化間最低。隨時間變化高低值間差距逐漸變大。總體上，雖然創新產出與產業高級化、產業合理化的耦合協調度相對較低，但與總體耦合協調度相關性較大，相關系數高于0.94。因此，促進創新產出與產業結構升級的耦合協調度的提升，對于提高系統整體耦合協調度尤為重要。

表3 2006、2018年山東省各地級市產業結構升級指數

圖2 2006—2018年山東省創新子系統與產業結構升級子系統耦合協調度

2.城市耦合協調度時空演化特征

為充分揭示耦合協調度在山東省各城市的時空演化特征，選取2006、2010、2018年做耦合協調度的空間分布圖，并作各城市耦合協調度的時間變化圖，如圖3、圖4所示，結果發現耦合協調度在空間上具有梯度變化，呈現出以濟南、青島為核心向外圍地區遞減的空間特征。東部沿海城市經濟相對發達，系統耦合協調度普遍較高，而經濟發展水平較低的中、西部城市普遍較低。隨時間變化，中協調類型分布范圍有所擴展，但70%以上的城市協調類型未隨時間發生改變，短期雖有波動但長期保持穩定，也反映出耦合協調度在短期內較難實現質的飛躍。

目前，根據耦合協調度的時空變化規律，將全省17地市分為三種類型區域：

(1)高協調區，主要包含經濟相對發達的青島、濟南，耦合協調度均高于0.8，普遍高于其它地區，同時創新與產業結構升級發展能保持同步，耦合協調度隨時間變化呈現上升趨勢。其中青島市、濟南市分別為區域性中心城市和省會城市，是創新資源和創新產業的集聚地，初步形成了產學研一體的創新網絡。從產業結構升級水平來看，現代服務業與高新技術產業發展較快，產業結構合理化與高級化水平均較高。這類城市創新系統與產業結構升級系統的互動性相對較強，能夠協同發展，但創新的發展對協調度的改善起到了關鍵作用。

(2)中協調區，包含城市最多，主要有東營、泰安、濰坊、煙臺、濟寧、濱州、威海、淄博和臨沂9市。這類城市創新環境優良，經濟發展基礎較好，區域創新與產業升級均處于中等發展水平，創新與產業升級互動發展處在互動發展的穩定期。其中東營市隨著黃河三角洲經濟區發展戰略的推進，作為中心城市通過引導企業產業集群、加大新興戰略性產業集群推動了產業優化升級，2010產業升級的跨水平提升推動其由低協調向中協調水平的發展。而魯南經濟帶崛起的戰略也為濟寧、臨沂提供了發展機遇，2010年實現了由低協調向中度協調的轉變。從創新與產業結構升級發展相對發展程度來看，濰坊和煙臺保持同步，且呈現顯著的上升趨勢，但其它城市表現為創新相對滯后狀態。

(3)低協調區，主要包括德州、棗莊、日照、萊蕪、聊城及菏澤6市。這些城市創新研發投入相對不足，創新環境相較差，總體城市創新水平低于全省平均水平。產業發展緩慢，產業高級化和合理化程度均較低，使得產業結構升級水平也低于全省平均水平。總體上，創新系統與產業結構升級系統處于相互作用的初級階段，耦合協調度低，且隨時間變化僅有微弱變動，整體趨于平穩，陷入低水平協調發展的循環陷阱。從相對發展狀態來看，創新嚴重滯后于產業結構升級水平。

圖3 2006、2010、2018年山東省各地級市創新和產業升級協調水平演化圖

圖4 2006～2018年山東省各地級市創新和產業升結構級耦合協調水平變化圖

(三)創新與產業結構升級的障礙因子分析

基于2007～2018年各城市創新系統與產業升級系統各指標的平均值，運用障礙度模型診斷出各城市兩大系統的主要障礙因子，按照障礙度值進行排名，選取前四位影響因素，如表4所示。結果發現，64.7%的城市中，勞動生產率(I4)、發明專利授權量(C7)占居前兩位，障礙度平均值達到16.6%、12.1%，因此提高勞動生產率與創新產出是今后促進耦合協調度的關鍵。

對于不同的城市，主要障礙因素有所差異。在創新系統方面，如濟南市主要面臨政府科技預算支出(C4)不足，而青島市主要面臨R&D人員中碩博人數(C1)的障礙，障礙度達到15.9%，多數城市面臨的發明專利授權量(C7)障礙值均超過12%，政府科技預算支出(C4)、R&D經費投入(C5)障礙值也均超過9%、7.5%，表明應從政府和企業兩方面加大對創新的財政支出力度，增加創新投入，這是提高創新產出水平，有效推動創新與產業結構升級耦合協調發展的重要途徑。在產業結構升級系統方面，對于升級水平較高的濟南、青島，勞動生產率(I4)與產業高級化指數(I7)是重要的阻礙因素。對于其它城市而言，產業升級水平障礙因素集中于勞動生產率(I4)和高新技術產業占工業產值比重(I5)兩方面，因此，提高勞動生產率和大力發展高新技術產業是推動創新與產業升級耦合協調的重要任務。

表4 山東省創新和產業結構升級主要障礙指標及其障礙度(%)

五、結論與建議

(一)結論

基于創新與產業結構升級間的互動關系，運用熵權法客觀評價了2006-2018年山東省17城市創新水平與產業結構升級水平，并運用耦合協調模型和障礙度模型，探究了二者的耦合協調關系與障礙因素，得出以下主要結論。

1.山東省創新發展水平滯后于產業結構升級，并且區域內部差異顯著，空間上均形成了濟南、青島雙核驅動發展的格局，表現為東部高于中西部城市，經濟發展水平高的優于低水平城市的非均衡特征。

2.山東省總體創新與產業結構升級的耦合協調度一直居于中級協調發展階段，盡管隨時間變動有所提升，但未有顯著提升。子系統中創新產出與產業高級化、產業合理化的耦合協調度相對較低，與系統耦合協調度的相關性較高。

3.從空間分布來看，創新與產業結構升級耦合協調度呈現出以濟南、青島為核心向外圍降低的梯度變化格局，隨時間變化各城市耦合協調度有所上升，但地區間的極化趨勢有所增強，馬太效應明顯。經濟發展水平高的城市如濟南、青島始終處于高協調水平類型，這些地區由于創新資源集聚、產出效益和創新環境上占有優勢，具有維持自身高協調發展狀態的能力；而經濟欠發達地區如菏澤、萊蕪、聊城、德州、日照和棗莊則一直處于低協調類型區，在短期內未擺脫低水平的發展困境。

4.勞動生產率和發明專利授權量為影響山東省創新與產業結構升級耦合協調發展的主要障礙指標，城市間的主要障礙因素存在差異。

(二)政策啟示

基于上述研究結論，為推動山東省創新水平與產業升級水平的協調發展，提出以下政策建議：

1.大力提升創新產出水平，強化創新的引擎作用。針對創新基礎好但存在成果產出及轉化效率低的問題，如濟南要加快孵化創新型企業，構建有效銜接的產學研合作長效機制，拓寬成果轉移轉化渠道；青島、煙臺加快科技創新平臺等載體建設，培育技術成果的擴散與轉化中心，形成山東半島海洋創新集聚地。對于創新基礎弱的城市，圍繞提高創新產出的目標，加大創新投入力度尤為關鍵，如菏澤、棗莊、日照等城市要吸引拓寬融資渠道，實現投入、產出正反饋的互動。

2.提高勞動生產率，強化高新技術產業的支撐作用。對于經濟結構偏重的淄博、日照等城市，要以技術創新引領傳統產業的改造和升級，擺脫產業發展對資源的路徑依賴，提升產業的高級化水平。對于產業結構升級水平高的城市，則應注意產業合理化發展，提高要素生產力。如濟南要加快戰略性新興產業的發展，盡快形成以智能制造、高端軟件、電子信息技術產業為特色的產業集群，提升產業競爭力；而青島要發揮海洋經濟優勢，做優做強特色產業。

3.推動區域一體化進程，保障創新與產業結構升級協調發展。盡快形成全省區域一體化發展的機制，東部城市在集聚全省資源實現自身發展的同時，要加強與中西部城市的產業關聯，實現地區間在資源、技術等要素上的優勢互補，更好地發揮東部城市經濟發展的溢出效應，輻射帶動周圍區域，推動創新與產業升級耦合協調發展。