區域創新供給系統與需求系統的協同演化

范 斐， 翁宗源， 王雪利

(1.武漢大學區域與城鄉發展研究院， 武漢 430072； 2.武漢大學中國中部發展研究院， 武漢 430072)

伴隨著知識經濟的發展，國家創新能力對實現社會經濟發展目標將起到關鍵性的決定作用.在國家創新系統的整體框架內，作為其子系統的區域創新系統由于能夠優化科技資源配置模式，提升創新資源配置效率，成為促進區域高質量發展的關鍵.當前，關于區域創新系統的研究主要圍繞區域創新能力、創新環境、機理演化等方向展開.在區域創新能力方向，相關研究主要從區域創新能力的時空分異[1]、影響因素和形成機理[2]、演變及提升路徑[3]等層面展開，并分析了區域創新能力對于推動區域經濟發展模式轉型的作用和機制[4-5].在區域創新環境方向，圍繞經濟環境、社會環境和生態環境對創新的影響也在不斷展開[6]；在區域創新機理演化方向，相關研究從結構功能、邊界形成、演化主體多個角度進行分析[7-10].同時不同區域創新系統具有地理鄰近性、社會關系鄰近性、認知鄰近性、多維鄰近性等特點[11-16]，有效地銜接起了宏觀和微觀兩個層面，既是國家創新系統的延續，也是區域資源有效整合、經濟結構調整和可持續發展的引擎，更是促進區域發展的最活躍因素.這些研究都較好地促進了區域創新系統理論的發展，然而較少從區域創新系統的兩大子系統創新需求系統和創新供給系統協同演化的視角研究區域創新系統.

黨的十九屆五中全會明確提出要優化供給結構，改善供給質量，提升供給體系對國內需求的適配性.完善擴大內需的政策支撐體系，形成需求牽引供給、供給創造需求的更高水平動態平衡.從區域創新系統的供需來看，區域創新系統是涵蓋供給系統和需求系統的一個綜合創新體系，通過區域創新系統內部各種創新要素的供需交互作用，形成優勢互補、集成高效的區域創新網絡.區域創新系統的供給子系統不僅依賴于還作用于區域創新需求系統，兩者具有耦合發展的特性.因此，只有將區域創新系統內部的供需系統統一起來考慮，才能較為全面地揭示區域創新系統的要素組織與協調方式，進而為促進區域創新效率水平的提升提供科學路徑.創新需求和創新供給子系統作為區域創新系統的重要組成部分，兩者的協同發展對于系統的演化和發展就具有積極影響.但是目前有關供需系統的研究主要集中在旅游、生態和農業等領域，主要利用耦合模型、供需指數模型和系統動力學等方法[17-19].區域創新系統內部的供需失配，將導致區域無法有效應對復雜多變的競爭環境.如武漢擁有的普通院校、重點院校和重點實驗室數量居于全國前列，在校的大學生數也達到了130余萬人.但武漢企業的創新需求長期不足，導致高等人才外流嚴重，整體科技實力大而不強，豐富的創新資源供給和投入長期無法與創新需求有效地契合，導致供需失衡，未能形成有效的供需協同效應.而區域創新系統供需協同發展則有利于實現創新資源在各個生產環節的協同整合，促進各部分之間優勢互補、合作共贏，是充分調動和協調區域內的各種創新資源的重要保障，是區域創新系統發展的必然結果和高級階段.

因此，有必要將區域創新需求和創新供給聯系起來，分析兩者的協同和非對稱關系，用整體和系統的角度來探討區域創新體系的優化和構建，從而提高供給側的創新能力和競爭力.有鑒于此，本文選取全國31個省級區域作為研究對象，以TOPSIS模型構建區域創新供給和需求系統的評價框架[20]，利用哈肯模型分析創新需求和創新供給之間的協同效應及兩個子系統的相互關系，并進一步利用泰爾系數分解中國區域創新供給系統、創新需求系統以及創新供需系統差異，從而豐富區域創新系統的相關研究，以適應區域不斷調整的內部創新需求，形成創新需求與供給之間有效匹配，創新供給引導需求高質量增長的動態平衡，以高水平的區域創新供需平衡驅動區域經濟高質量發展.

1 研究方法及指標體系構建

1.1 TOPSIS評價模型

TOPSIS法的中心思想是選取一個正理想點和一個負理想點，通過比較被評價對象與正理點和負理想點的距離，選擇較優的被評價對象[21].本文將TOPSIS模型引入到中國區域創新系統評價中，測算2011年—2019年區域創新供需系統水平，其主要計算步驟如下：

1) 構建標準化矩陣：X={xij}m×n，對指標進行標準化處理：

(i=1，2，3,…,m;j=1，2，3,…,n).

(1)

式中，xij為標準化后的數值，表示第i個樣本的第j個指標值.

2) 確定“最優方案”X+和“最劣方案”X-：

(2)

(3)

3) 計算單個樣本與X+和X-的距離和：

(4)

(5)

式中，wj為指標數據間的權重系數.

4) 計算各個樣本與“理想”樣本的相對貼近程度：

(6)

式中，Ci為第i個樣本與“最優方案”的貼近度，0≤Ci≤1.

1.2 區域創新系統評價指標體系構建

1.2.1 區域創新供給系統評價體系構建 結合數據的可得性和指標體系構建的科學性等原則，構建區域創新供給系統的評價體系(表1).區域創新供給子系統的指標選取主要從創新成果豐度、創新主體供給能力、供給效率和區域創新供給環境四個方面進行.高新技術產業的利潤總額反映了區域創新產業的產出水平，專利的有效發明和授權數，新產品的項目數表征了創新生產能力的絕對水平.區域創新資源開發利潤與收入比例、研發人員人均參與項目數、研發經費投入強度等反映了創新系統運行的整體效率.企業研發部門、高等院校和科研機構作為區域創新系統的主體，通過知識創造、儲備、技術轉化等方式促進創新系統內部流動，對于知識生產和技術研發起重要的作用.創新環境如創新文化環境、公共設施和創新場所是支撐創新活動的硬件條件，能夠激發創新主體的活力，驅動企業研發部門以獲取最大化利益和引導高等院校和科研機構以成果產出為目的進行知識生產等.

表1 區域創新供給系統評價體系Tab.1 Evaluation system of regional innovation supply system

1.2.2 區域創新需求系統評價體系構建 區域創新需求引導新一輪的創新供給，之前的創新供給水平和結構也會影響創新需求，創新供給和需求兩者協同的目標是為了實現區域經濟高質量發展.創新需求系統由創新需求規模和創新需求特征兩個方面表示(表2)，創新需求規模涵蓋了創新主體開展創新活動的相關成果，包括了專利申請數、R&D項目參加人員全時當量、R&D項目數量和經費支出等.創新需求特征主要由研究項目平均支出、科研人均經費、新產品開發平均經費投入等指標表征.

表1和表2相關數據主要來源為2012年—2020年的《中國科技統計年鑒》和《中國統計年鑒》，少數缺失數據采用線性內插的方法填補，指標權重選取客觀賦權法熵值法進行測算.

表2 區域創新需求系統評價體系Tab.2 Evaluation system of regional innovation demand system

1.3 創新供需系統協同測算

區域創新供需系統是一個不斷演化的自組織系統，各子系統通過內部溝通、能量轉換和外界信息反饋等形式，推動系統由無序狀態演化為有序.哈肯提出的協同學理論為描述系統的有序演變提供了新的研究思路，各子系統或不同的主體參量對于整體的影響是非均衡的，其中慢參量對于整體系統的影響是決定性的，因此，需通過識別慢參量來分析當前系統所處的演化階段.李琳和劉瑩[22]嘗試將哈肯模型應用到區域經濟系統的分析中，哈肯模型給予較好的解釋力.哈肯通過對參量進行數學處理來求解運動方程，假設一個運動系統存在兩個關鍵的狀態變量，其中q1為主要的狀態變量，q2表示運動狀態受主要狀態變量支配的變量.兩個變量之間的作用關系對于系統演化的影響可以描述為：

q1=-λ1q1-aq1q2，

(7)

(8)

式中，λ1和λ2表示運動系統的兩個控制參量，系統的穩定狀態解為q1=q2=0.其中，λ2>0且|λ2|≥|λ1|時狀態變量在數量上有較大的差異，滿足絕熱近似假設.狀態變量q2發生變化后q1來不及調整，此時令q2=0得到：

(9)

將方程(9)代入狀態變量q1演化的方程，得到運動系統的演變方程：

(10)

從式(10)中可以解出q1并將其代入方程(9)，表示q1是序參量，決定了整個系統的演化進程.進一步求q1的相反數積分得到反映系統整體狀態的勢函數，通過該函數來反映運動系統所處的主要狀態.

(11)

在區域創新供需系統中，由不同性質決定的子系統對于區域創新供需系統的影響是不平衡的，因此需要通過識別區域系統在演化過程中的關鍵參量，來分析創新供需系統的演化.因為物理方程中多為連續隨機變量，所以對社會經濟數據展開分析需要離散化處理，得到區域創新供需系統的演化方程：

SUP(t)=(1-λ1)SUP(t-1)-aSUP(t-1)DE(t-1)，

(12)

(13)

式中，SUP代表創新供給，DE代表創新需求.

1.4 泰爾指數

(14)

(15)

(16)

(17)

式(15)和(16)分別測算的是區域內泰爾指數TWR和區域間泰爾指數TBR，分別代表各省份創新供給系統、創新需求系統和創新供需協同系統的區域內差異和區域間差異，式(17)代表泰爾指數的可加分解性，即總體差異等于區域內差異加上區域間差異．

2 實證結果分析

2.1 區域創新供需系統測度

通過TOPSIS模型分別測算2011年—2019年中國省級區域創新供給和創新需求水平(表3和表4).研究期內，各省級區域的創新供給水平均呈現增長趨勢，全國平均水平從2011年的0.066增長到了0.112.但區域創新供給水平的空間異質性明顯，其中廣東的區域創新供給水平增加最多，為0.408，其次為江蘇增加0.242、浙江增加0.175、北京增加0.151、上海增加0.089，這些區域主要在東部沿海地區，區位優勢明顯，人才和資金等創新資源集聚，創新要素流動便捷、高效，創新驅動能力較強.而黑龍江、青海、甘肅、新疆、吉林、遼寧、寧夏、蒙古、海南和西藏的區域創新供給水平增幅較小，這些區域主要位于西部地區和東北地區，雖然國家實施西部大開發和東北振興戰略有效地促進了這些區域創新供給能力的提升，但由于地理位置和創新資源稟賦等因素的限制，導致這些區域創新驅動的先天優勢不足，缺乏規模產業帶動和創新人力資本的支持，綜合創新供給水平提升較慢.

表3 區域創新供需系統評價(2011年—2019年)Tab.3 Evaluation of regional innovation supply and demand system (2011-2019)

區域創新需求和創新供給的空間分布格局比較相似，雖然在研究期內整體呈現波動增長的態勢，但變化幅度不大，區域創新需求平均水平由2011年的0.137增長到2019年的0.138.區域創新需求水平較高的區域主要為上海、北京、江蘇和浙江省等沿海發達地區，此類地區產業基礎比較好，創新需求規模比較大，創新需求能夠推動市場實現產品生產和技術轉化.區域創新需求水平較低的地區主要為西部地區，與東部地區創新需求水平存在較大差距，高新技術產業基礎薄弱，創新要素在區域間的流動不充分不平衡，未能形成有效的創新需求.

2.2 區域創新供需系統的協同演化

根據協同學的基本理論，本文將區域創新供給(SUP)和創新需求(DE)兩個變量構建運動系統，通過模型求解識別運動系統中發揮主導作用的關鍵參量，進一步利用距離公式求得不同區域創新供需系統的協同水平.模型回歸分析主要采用軟件Eviews 8.0，結果見表4.

表4 2011年—2019年區域創新系統內部協同分析結果Tab.4 Results of internal collaboration analysis of regional innovation systems from 2011 to 2019

通過模型求解可以發現，區域創新運動系統成立，滿足阻尼系數差異的基本假設.其中SUP為阻尼系數小變化緩慢的關鍵參量，DE為受支配的參量，進一步求得演化方程：

(18)

再進一步根據演化方程求得勢函數：

(19)

(20)

因為d越大，代表區域創新供給系統和需求系統之間的協調程度越低，需要對其進行逆向化處理，來考察區域創新供需子系統的平衡關系.

從創新供需系統演化的回歸結果可以看到，創新供給子系統(-0.208)對于自身具有正向的影響，而創新需求子系統(0.532)的優化能夠正向促進創新供給系統.研究期內，省級區域創新供需系統的協同水平整體處于下降趨勢，東部地區由0.375下降為0.361，西部地區由0.146下降為0.052，東北地區由0.104下降為0.055，這說明在省級區域層面，全國創新資源進一步向少數區域集聚，區域創新供給與區域創新需求之間的空間錯配更加明顯.在四大板塊中，僅有中部地區的區域創新供需系統協同水平有所提升，由2011年的0.135上升為2019年的0.140，其中安徽、江西和湖北三省增幅明顯，說明中部地區創新供給作為關鍵參量的更替對于區域創新供給系統的影響比較明顯，特別是安徽和湖北擁有較多的科研院校和科研人員，伴隨人才引進和企業招商引資政策的持續投放，推動區域創新環境不斷優化，區域創新供需系統逐漸走向更加協同的狀態.

具體到各個省級區域來看，北京、江蘇、浙江、廣東的創新供需系統協同水平較高，而上海在研究期內創新供需系統的適配性不強，協同水平有待進一步提升.同時區域創新供需系統協同水平較高的地區也可能為西藏等西部地區，比如2011年的西藏，其區域創新供給和區域創新需求均處于較低水平，屬于低水平供需系統協同創新，且這種區域創新供需系統的適配性也是不穩定的，其在研究期的均值僅為0.150.西部地區的區域創新供需系統協同水平差異較大，除重慶、四川和陜西作為西部地區創新驅動的核心區域外，絕大多數省級區域創新供給系統的協同水平還比較低，變動比較小.

表5 2011年—2019年區域創新供需系統協調得分Tab.5 Coordination score of regional innovation supply and demand system from 2011 to 2019

續表5

2.3 中國區域創新供需系統的差異分解

為進一步考察中國省域區域創新供給、區域創新需求和區域創新供需協同水平差異的來源，本文利用Matlab軟件分別測算了2011年—2019年中國區域創新供給、區域創新需求和區域創新供需協同水平的泰爾指數(表6～表8).

表6 2011年—2019年區域創新供給水平的泰爾指數Tab.6 Theil index of the level of regional innovation supply from 2011 to 2019

表7 2011年—2019年區域創新需求水平的泰爾指數Tab.7 Theil index of the level of regional innovation demand from 2011 to 2019

表8 2011年—2019年區域創新供需協同的泰爾指數Tab.8 Theil index of regional innovation supply and demand synergy from 2011 to 2019

從整體來看，2011年-2019年間，中國區域創新供給水平的泰爾指數顯著為正，并且呈現逐漸增加的趨勢，這意味著在研究期間內，各個省級區域的創新供給差異顯著存在且隨著時間推移有所擴大的演化態勢.值得注意的是，在四大板塊中，東部地區的區域創新供給差異增加明顯，泰爾指數由2011年的0.256增加至2019年的0.341.西部地區創新供給的泰爾指數由2011年的0.798顯著下降，但近些年又呈現顯著的上升趨勢.中部的創新供給差異遠遠小于西部和東部，但依然高于東北地區.截止2019年，西部地區創新供給的區域差異性最大，中部和東北地區的創新供給差異較小.

從區域間和區域內差異的關系來看，區域內差異表現出先縮小后增加的“U”型趨勢，2011年—2013年，區域內差距貢獻度由76.9%降至50.4%，但2014年及之后，中國區域創新供給的差異又逐年增加，并于2018年首次超過區域間差距.就區域間差異來看，區域間差異在2011年的時候貢獻率僅有23.2%，但呈現逐年增長，近些年趨緩的趨勢，說明中國四大板塊間創新供給的差異在逐漸縮小.

從區域創新需求系統的差異來看，2011年—2019年間中國區域創新需求水平的泰爾指數顯著為正，但相比供給差異，創新需求差異較為穩定，基本保持在0.4左右，2019年需求差異顯著下降，降為0.201，這意味著中國區域間的創新需求差別不大，并且有序減少，這與中國對創新資源配置和創新要素、政策的傾斜有關，使得區域間創新需求的差異減小.從四大板塊來看，各個板塊的創新需求差異也呈現出逐年下降的趨勢，但東部地區的創新需求差異較大，其次為西部地區、東北地區，中部地區內部的區域創新需求差異較小.

從區域內和區域間差異的關系來看，區域內差異表現出持續增加的趨勢，區域內創新需求差異由2011年50.9%的貢獻率，上升至2019年67.2%的貢獻率.隨著經濟發展，雖然從國家和四大板塊整體上看，創新需求的差異都在呈現逐年減少的趨勢，但從省份個體而言，各個省份對創新資源的需求不一致，導致區域內差異明顯，區域間創新需求差異也呈現逐年下降的趨勢.

從區域創新供需系統的協同性來看，區域內創新供需系統的協調性差異呈現明顯的增加趨勢.這意味著中國目前還面臨著很強的創新要素供需不平衡的問題，就四大板塊來看，創新要素供需的矛盾在東部和西部尤為明顯，其泰爾系數分別可以達到0.357和0.428，中部和東北地區的創新供需較為平衡，僅為0.088和0.100.從區域內和區域間差異的關系來看，創新系統供需的矛盾主要是由區域內差異導致的，雖然區域內的差異貢獻率呈現出減少的趨勢，但是依然高于區域間的差異貢獻率.截止2019年，區域內創新供需的差異貢獻率依然超過50%，達到了51.6%，這意味著，解決各個區域內部的創新要素供需矛盾是當下合理配置創新要素的關鍵.

3 結論與建議

基于系統理論，本文構建了創新供給系統和創新需求系統的評價指標體系，以熵值法-TOPSIS模型對指標體系進行評價，之后在計算創新供需綜合水平的基礎上，進一步將供給和需求作為變量考察系統的協同演化，構建了演化方程并識別了關鍵參量，最后對不同省市的發展水平和協同階段以及差異進行了分析，并得到以下結論和政策啟示.

1) 從全國整體來看，創新供給和創新需求水平在2011年—2019年不斷提高，但空間異質性明顯，高創新供給和需求的區域主要集中在東部沿海地區.創新供給系統作為主要的參量對于系統整體的演化發揮關鍵的作用.運動方程的結果顯示系數a為負，創新需求有所增長，需求提高的速度比較快，對于創新供給發揮正向的作用，系數b為正表示各省市利用創新資源促進創新供給.所以，政府一方面要優化創新資源的配置.良好的交通基礎設施和創新資源作為區域創新重要的基礎條件，制約著中上游省市創新產出的水平.在加強基礎設施建設和暢通信息化溝通的基礎上，以合理的區域產業發展政策為導向，引導創新人力和資金往中西部地區有序傾斜，鼓勵東北和中西部地區依據地區實際和主導產業推動關聯產業的配套和承接，促進創新供給推動創新系統內部優化.另一方面是要引導創新需求.創新供給要與創新需求適配，鼓勵創新主體利用現有的資源稟賦進行創新活動.同時配套好區域創新環境支撐，引導技術人才和高新技術產業留在本地，促進創新主體在創新系統不同階層中的自由流動.其次，以現有創新示范區為依托，推動創新項目的跨區域合作，實現區域整體創新需求的提升.

2) 從不同區域來看，2011年—2019年東部地區平均創新供需協同得分為0.363，西部地區為0.671，創新供需系統協調發展水平差異較大.在四大板塊中，僅有中部地區的區域創新供需系統協同水平有所提升，在省級層面上全國的創新資源進一步向少數區域集聚，區域創新供需的空間錯配更加明顯.從個體來看，東部的江蘇、北京、浙江、廣東等省市的創新系統供需系統有序水平較高，中部湖北省和安徽省供需子系統的協同向有序狀態演化，而西部地區除四川省以外整體協同水平較低，存在較大的內部差異.所以應著眼于整體創新要素配置效率的提升，把握區域創新合作的契機，通過城市群和經濟圈等形式的區域合作促進創新資源的自由流動，資源集聚程度較高的地區和創新供給冗余的區域要以周邊新型創新城市為依托點向中小城市輻射和擴散，推動整體創新能力的提升.其次，對于創新要素供給充足但創新需求不適配的區域，要進一步留住創新人才和深化企業招商引資政策，推動區域創新環境不斷優化，促使區域創新供需系統逐漸走向更加協同的狀態.

3)從創新供給、需求系統及其供需協同的差異性來看，創新供給的差異隨著時間呈現顯著增加的趨勢，其中，東部和西部的創新供給差異明顯，各個區域內的創新供給差異的貢獻率較大；與創新供給不同的是，創新需求的差異隨著時間不斷減少，東部和西部內部的創新需求差異較大，中部的創新需求差異較小，區域內創新需求差異貢獻較大，說明各個省份對創新資源的需求存在明顯的不一致性.從區域創新供需系統的協同性來看，創新供需系統協同的差異性逐年增加，說明中國目前還面臨著很強的創新要素供需不平衡的問題，尤其是東部和西部.由此可見，目前存在著創新資源過分供給與供給不足雙重矛盾的問題，東西部梯級差異明顯，應該完善創新市場的運作機制，依靠合理的政策工具來適配創新資源.其次，推動區域信息交流平臺的建設，減少各創新主體供給與需求之間因信息不對稱和流通受阻而導致的不匹配問題.面對區域內創新需求差異較大的問題，引導各創新主體樹立創新空間協同和開放的發展理念，構建多創新主體協作、多元共生的創新空間，配套好區域中小城市創新發展的軟環境，促進創新需求規模與創新供給協調.