創新空間網絡績效評價方法初探

劉 翠劉 娜

當今世界已步入以創新為主要特征的知識經濟時代。創新驅動發展主要依靠科技進步、勞動者素質提高和管理創新等知識要素，而不是主要依靠土地、資源、勞動力等初級要素的投入和資本要素的規模擴張。以2008年全球金融危機為分水嶺，各國主要城市相繼通過產業化和科技創新來使經濟走出低迷，陸續開始重視科技創新能力的提升。創新成為城市經濟實力的核心要素和社會發展的驅動力量，并成為城市競爭的主要方向。從創新網絡的視角對城市空間結構進行績效評價，進而有針對性地優化城市空間結構，有助于推動創新網絡構建，增強城市的創新競爭力。

1 創新空間網絡

創新的概念最早由Schumpeter于1912年在經濟學領域提出。他認為，創新就是建立一種新的生產函數，即實現生產要素從未有過的新組合。與工業社會以“科學的物化”為導向的技術創新不同，知識社會的創新是運用知識這一基本生產要素來創新知識。20世紀90年代初，Freeman和Camagni提出了創新網絡（Innovation Network）的概念。創新網絡是指創新主體在創新過程中通過正式或非正式關系進行分工協作所形成的組織形態。創新網絡的基本要素包括節點與關系，節點與關系的組合狀態決定了創新網絡的結構特征。與更早期的創新系統概念相比，創新網絡的概念將創新環境等外部因素內化為創新主體的行為特征，著重突出創新主體的互動關系，聚焦于具體的創新過程。

空間是創新活動的物質載體，創新空間網絡則直接表現為創新活動在空間上的分布。創新網絡的節點也就是創新主體，同時也處于空間網絡之中。創新網絡研究可以在不同的空間尺度展開：以區域或城市為研究對象的宏觀尺度，以校區、園區、社區為研究對象的中觀尺度，以個體人為研究對象的微觀尺度。許多實證研究利用合作論文、發明專利等數據刻畫了創新網絡的空間結構。研究發現：從整體來看，理想化的創新網絡演化過程包括離散碎片化、單中心—輪軸結構、多中心小世界網絡、中心—外圍結構等四個階段（圖1）[1]；從局部來看，創新主體之間的直接聯系與間接聯系數量、結構洞、關系互惠性、強關系與弱關系等均對創新績效產生影響。

圖1 理想化創新網絡演化過程的四個階段

隨著創新空間研究的不斷深入，許多學者開始關注創新網絡與空間網絡的相互作用機制。相關研究表明，空間網絡的鄰近效應（proximity effect）、集聚效應（agglomeration effect）、累積因果效應（cumulative causation effect）影響創新網絡的形成與發展[2]。這是因為，技能知識（know-how）與人力知識（know-who）等隱性知識（tacit knowledge）的獲取需要面對面的接觸以及在實踐過程中邊干邊學，因此依賴于空間維度的鄰近性；空間維度的鄰近性有助于培養信任、降低成本、促進合作，從而吸引更多的創新資源形成集聚；集聚加速了知識的共享、衍生與轉化，從而推動創新網絡的知識存量與創新能力累積增長。

2 創新空間網絡的績效評價

創新—空間的相關性表明，通過有針對性地調整空間布局可以對創新網絡進行優化。空間績效（Spatial Performance）為定量描述創新—空間的相關性提供了一個有效參照。它指的是通過對空間進行配置而獲得的收益，反映了空間組織的質量及效率。依據空間資源配置的目標不同，可分為空間的經濟績效、生態績效、社會績效、交通績效等。目前空間績效研究比較常見的是對城市空間結構的綜合績效評價，主要從城市空間的空間載體、組成要素、運行機制等三個方面出發，以社會、經濟、環境、空間、制度等五個維度構建評價體系[3]。在建筑設計層面，針對建成環境如何支持和滿足使用者需求的后評估（Post Occupancy Evaluation）可作為空間績效研究的重要基礎。該方法自20世紀80年代引入我國之后，已經形成了一些突出的方法與案例，主要集中在環境行為學領域的相關研究中[4]。

空間的創新績效指的是空間資源配置對創新功能的影響。很多學者從網絡結構的視角出發分析了產業集群的創新能力，并認為網絡結構已經成為影響集群創新績效的重要因素[5]。與孤立研究某個創新空間不同，這種基于網絡能力的創新績效研究具有客觀性、過程性、可度量性和非完全個體性。目前，空間的創新績效研究已經逐漸從集群整體層次的規模經濟、范圍經濟等角度向集群內部成員間的微觀作用機制過渡。比如，對日本和加拿大的集群研究發現，在提升創新能力方面，集群內部的網絡連接比區域間聯系和國際間交易更占優勢，這也證明了空間維度的鄰近性對創新績效的重要性[6-7]。

針對研究側重點不同，空間創新績效評價的指標選取也有差異。另外，由于創新過程的演化總體上是從簡單的線性過程向網絡化發展，創新影響要素也從單一要素向多要素發展，因此在實際應用過程中一般根據創新空間的網絡特征而混合采用各種指標。比如，關于網絡結構的研究通常采用網絡規模、密度、結構洞等指標；關于網絡關系的研究一般采用連接強度、交互頻率、連接久度等指標；關于網絡位置的研究則多采用中心度指標[8]。

3 創新空間網絡的績效評價方法

3.1 指標體系

如前文所述，空間網絡的鄰近效應、集聚效應、累積因果效應影響創新網絡的形成與發展。這三個效應分別對應創新空間網絡的鄰近性、集聚性、持續性等三個維度。其中，鄰近性指的是網絡節點之間的聯系能力；集聚性指的是網絡節點的稠密程度；持續性指的是網絡隨時間變化保持相對穩定的能力。除此之外，某些節點在其他節點之間的聯系中扮演著不可或缺的橋梁作用，這些節點對于建立創新空間網絡的整體結構至關重要，因此以中介性定義網絡節點影響其他節點聯系的能力，并將其也作為一個主要的分析維度。

不論是以創新主體及其創新合作關系所構成的創新網絡，還是以建筑單體及其路徑連接所構成的空間網絡，都具備網絡的基本特征。創新空間網絡分析就是將個體抽象為“點”，把關系抽象為聯系點的“線”，利用圖論等數學工具對復雜系統進行認知。創新空間網絡分析主要包括個體和群體兩個層面。個體網絡分析主要通過節點之間的聯系來衡量節點的中心度，包括度數中心度、接近中心度、中間中心度等指標。群體網絡分析側重網絡的群體結構特征，包括K核、派系、切點等指標。各指標的含義及計算公式如表1所示。

創新空間網絡的指標體系可從鄰近性、集聚性、中介性、持續性等四個維度、個體和群體兩個層面進行構建。其中，以度數中心度（個體）和K核（群體）衡量網絡的鄰近性，以接近中心度（個體）和派系（群體）衡量網絡的集聚性，以中間中心度（個體）和切點（群體）衡量網絡的中介性，以這三個維度的六個指標在時間軸的變化來衡量網絡的持續性。

3.2 評價模型

創新空間網絡的績效評價研究已經從社會計量學、數學、統計學、概率論等領域發展了許多定量分析方法，如數據包絡分析評價方法、層次分析法、模糊綜合評價法、灰色系統評價、粗糙集理論等[9]。這些評價方法都非常綜合，也比較精確，但是它們過于依賴全面、復雜、抽象的數據，難以融入以圖示語言為主的空間分析，也因此使得關于創新—空間相關性的研究受制于兩種分析模式的差異而難以把握兩者互動的細微特征。

近年來開發的諸多網絡模型，在對網絡節點關系進行量化分析的基礎上，將網絡結構特征以可視化圖形的方式呈現，幫助用戶快速直觀地讀取。目前，可用于創新空間網絡研究的可視化模型主要有兩大類。第一類是社會網絡（Social Network）模型，可研究具有空間屬性的創新網絡關系。運用該方法進行創新空間網絡研究有兩個前提：一是創新網絡中的節點需要具備固定且唯一的空間信息，因為只有這樣的節點才具備空間意義；二是節點之間的關系必須確定且唯一，因為該關系在創新網絡模型構建中僅存在“0”和“1”兩種可能。目前各領域的社會網絡分析工具已有50多種，大部分具有可視化功能。其中UCINET影響最為廣泛，已應用在不同尺度的社會網絡研究中（圖2）[10-11]。

圖2 利用UCINET繪制的社會網絡拓撲結構示例

第二類是空間網絡（Spatial Network）模型，可直接重現現實空間的網絡特性。與社會網絡模型相比，空間網絡模型的節點具有位置屬性、連邊具有長度屬性、網絡結構的拓撲中心性與空間中心性并存。2011年，城市形態實驗室（City Form Lab）基于ArcGIS平臺發布了Urban Network Analysis（UNA）插件，開辟了空間網絡分析的新方向[12]。UNA基于社會網絡分析方法構建模型，以影響范圍（reach）、引力（gravity）、中間度（betweenness）、接近度（closeness）、直線度（straightness）等五種中心度參數表達空間網絡特性（圖3）。UNA對于網絡結構指標的定義和計算方式與UCINET基本相同，因此在分析空間特征及其創新動力機制時參數通用度較高，為研究基于空間的創新網絡關系提供了便利。

圖3 利用UNA繪制的空間網絡影響范圍示例（搜索半徑600m）

3.3 操作步驟

進行創新空間網絡分析時，首先需要對創新空間網絡的“點”和“線”分別進行定義，使得表達創新活動關系的創新網絡與表達空間結構關系的空間網絡不僅具有相關性，而且具有節點對應性；不僅能夠被量化表示，還可以采用相同或相近的評價指標進行比較。

然后，運用UCINET和UNA這兩類網絡分析工具，分別對創新網絡與空間網絡的相關指標進行量化計算（圖4～5）。創新網絡中的創新合作關系通常根據創新主體之間合作的專利、論文等成果形式進行定義。若創新主體之間存在創新合作關系，則認為“點”之間存在連接的“線”，記為“1”；若不存在合作關系，則認為“點”之間不存在連接的“線”，記為“0”。確定“點”的個數和“線”的取值之后，建立創新合作關系的二值矩陣數據。通過UCINET軟件平臺，導入矩陣數據，分別計算創新網絡的各項指標，并選擇不同形式分別輸出數據處理結果。

圖4 UCINET操作界面

圖5 UNA操作界面

與社會網絡模型相比，空間網絡的節點具有位置信息、連邊具有長度信息。UNA將空間網絡的“點”定義為建筑平面的形心點，將“線”定義為道路中心線，抽象過的建筑“點”經垂直距離連接至最近的“線”（圖6）。由于空間網絡中的點通過線可以全部相連，因此在計算點的中心度時，加入了搜索半徑這一參數，即只將位于搜索半徑內的點納入計算范圍。確定搜索半徑和權重屬性之后，將創新空間的總平面通過ArcGIS軟件生成建筑形文件和網絡文件，然后在UNA插件中選擇相應的文件或參數進行輸入，生成空間網絡的相關指標。

圖6 街區平面圖（左）及其在UNA的轉譯（右）

最后，進一步借助于ArcGIS平臺，實現創新網絡模型與空間網絡模型之間的數據轉換，對UCINET和UNA輸出的不同表現形式的指標進行統一，并對UNA缺失的指標進行補充。將UCINET輸出的創新網絡的個體指標數據轉換為UNA的色彩分級平面圖，將UNA缺失的空間網絡的群體指標生成為UCINET的拓撲結構圖（圖7～8）。通過比較兩類網絡的指標圖形，可對兩者的相關性進行直觀判斷。

圖7 從UCINET到UNA的指標轉換（以“度數中心度”為例）

圖8 從UNA到UCINET的指標補充（以“派系”為例）

關于指標的比較分析主要通過兩種方式進行。第一種方式是直接對比，也就是直接通過色彩分級平面圖對比創新網絡和空間網絡的個體指標、通過拓撲結構圖對比群體指標。指標越接近，說明空間結構績效越高。第二種方式是通過比值進行分析，僅針對個體指標。個體指標包含了每個節點的中心度數值，將空間網絡與創新網絡的個體指標取比值后再賦予UNA模型相對應的“點”，可生成關于空間網絡中心度績效的色彩分級平面圖（圖9）。該圖比值越接近1，說明空間網絡與創新網絡的結構越匹配，績效越高。

圖9 UNA與UCINET的指標比值輸出（以“度數中心度”為例）

結語

以創新網絡為切入點解析城市空間結構，為城市空間研究提供了一個新的視角。由于創新空間是隨著知識經濟崛起而出現的一種新類型，目前針對城市創新職能的空間研究相對較少。在較少的既有研究中，主要關注社會、經濟、制度等創新環境要素對城市空間的影響，而對創新活動本身與城市空間的相關性研究不足。本文從創新網絡的視角出發，將創新環境等外部因素內化為創新主體的行為特征，聚焦于創新主體之間的互動關系；并且進一步從空間的工具性與能動性出發，探討城市空間布局如何影響創新主體的互動關系，即空間布局對創新網絡的推動作用而非被動再現。本文構建的針對城市創新空間網絡分析的量化可視模型，是對空間分析方法的進一步推進，尤其為探討空間特征及其背后的社會作用機制提供了定量化與可視化的分析工具。

資料來源：

圖1：參考文獻[1]；

圖2：參考文獻[11]；

圖3，6：參考文獻[12]；

文中其余圖片均為作者整理或繪制。