中原城市群產業技術擴散機制與創新協同效應

尹 翀，丁青艷，楊振亞，崔穎新

（1.齊魯工業大學（山東省科學院）/山東省計算中心（國家超級計算濟南中心），山東濟南 250014；2.齊魯工業大學（山東省科學院）/山東省科技發展戰略研究所，山東濟南 250014；3.長治市引進國外智力（專家）服務中心，山西長治 046011）

1 研究背景

當前，國家正加快建立以內循環為主體的發展格局，推動要素的國內自由流動和統一大市場形成。要素的集聚和集中能夠為以都市圈與城市群崛起為標志的新一輪區域經濟一體化熱潮奠定基礎，都市圈與城市群將成為我國經濟發展的新增長極。中原城市群是促進中部地區崛起的重要戰略支撐，其范圍涵蓋傳統中原經濟區的河南、山東、河北、山西和安徽五省的30 個城市，被長江經濟帶城市群、京津冀城市群、長江中游城市群、關中城市群等所環抱，處于戰略中軸位置。中原城市群在國家區域創新體系中占有重要分量，且發展帶動潛力較大。根據《中國城市統計年鑒2020》，2019 年除濟源外，中原城市群其他29 個城市的教育支出在全國（未含港澳臺地區。下同）占比達到7.71%，R&D 內部經費支出、專利申請數與授權數占比也都近5%，而整個中原地區的R&D 經費內部支出、科學技術支出、科學研究與技術服務人員的全國占比也達到約為全國的1/5。但是中原五省不僅在要素資源稟賦、市場化水平方面不同，在產業技術創新體系、科技創新能力等方面也存在較強異質性。區域科技創新協同是區域經濟一體化的重要基礎和支撐，揭示并優化中原地區產業技術創新與擴散機制，圍繞創新要素優勢互補與緊密聯動，加快構建和完善區域高效的創新協作體系，促進和發揮區域創新協同效應，打造高水平城市群，具有重要的研究意義。

當前跨地區創新協同研究一般將多地區科技創新系統作為一個復雜巨系統，著重探究主體層面或區域層面協同創新機制的分析。近期部分代表性成果包括王昌森等［1］開展的多元主體協同創新的運行體系層次分析，儲節旺等［2］以政產學研為主體的協同創新四元結構分析，柳劍平等［3］基于三螺旋理論的多主體協同創新模式與路徑研究，余曉芳等［4］對高校產學研協同創新機制分析等主體層面的研究，以及陳錫強等［5］基于要素協同視角對粵港澳大灣區科技協同創新分析、褚敏等［6］對長三角城市群協同創新分析等區域層面的研究。由此可見，區域協同創新本質是通過區域主體的交互來促進技術知識的傳導、學習、吸收、轉化、輸出等方面的有效擴散，然后將知識集成并創造出新知識的過程［7］。但相關研究在描述產業鏈協同創新模式，揭示產業技術擴散的動力機制和關鍵因素等方面尚有較大局限。一般來說，由于產業間技術擴散關系是由基本技術關聯關系所決定，并受到產業特性（如相對勞動生產率和創新能力等）的影響，從而構成了一個具有隨機特性的復雜網絡［8］。有研究發現，產業網絡結構洞能夠刻畫系統知識生成與擴散能力［9］，當由網絡樞紐節點發起技術輸出或存在技術溢出時，無標度網絡的創新擴散速率與效率更高［10］。García-Mu?iz等［11］以歐洲為例揭示了信息與通信技術部門作為創新的發起者或啟動方，在技術流擴散網絡中具有強中介作用，且其作用的獨立性明顯。產業技術流網絡（ITFN）從復雜網絡視角探究產業技術創新與擴散的結構機制，實質內含多類不同性質的產業技術擴散結構（如樹、環、核、群等），有利于把握產業技術擴散的動力效應［12］，能夠從整體上刻畫產業技術擴散的結構關系形態，對區域技術創新的協同效應實現系統性評價，進而為區域科技創新一體化的研究提供更深入支持。但由于較受地區間投入產出數據缺乏的限制，區域層面的相關研究受到較大制約，且需要進一步更深入考慮地區間產業結構體系、產業集聚、產業政策的差異性等因素對區域協同創新機制的影響作用規律，相關研究尚不深入。

針對上述問題和已有成果的局限，本研究提出了基于賦權區域產業技術流樹（regional industry technology flow tree,RITFT）模型，對中原地區的產業技術擴散結構機制與創新協同效應進行研究。首先從概率視角提出區域產業技術相關關系的測量方法，在ITFN 基礎上提出RITFT 建模原理及方法，構建中原地區RITFT，并從干流、支流等產業技術流分布特征上揭示中原地區產業技術創新與擴散的核心結構機制，進一步基于對個體產業承載、中介與波動的基礎效應和技術外溢與吸收的強度、乘數效應等方面的分析，綜合評價中原地區創新協同效應，最后提出打造高水平中原城市群的建議啟示。

2 研究原理與建模分析

根據已有研究，垂直產業間的外部技術知識流和來自競爭對手的橫向外部技術知識流分別對工藝流程創新和產品創新發揮影響作用［13］。區域產業技術創新協同效應是指區域產業技術擴散關系的不同結構形態對區域產業間及地區間創新協同模式的影響方式和作用效果。其中，區域產業技術擴散亦稱為租金溢出的實體性技術擴散［14］。地區間產業技術擴散關系則可以采用區域產業技術流網絡（RITFN）進行刻畫和結構分析。首先以投入產出模型為基礎，提出區域地區間的產業技術相關度測量模型L，以L為基礎建立RITFN 并提取RITFT，描述區域產業技術擴散的結構機制，進一步設計區域創新協同效應指標。

2.1 區域產業技術相關度測量

區域產業技術相關度是區域（地區內和地區間）產業技術相關性，是指發生技術擴散的概率。地區投入產出直接消耗系數模型可以直接作為地區內產業技術相關度測量系數。由于影響技術擴散的因素包括市場化水平、政策環境、產業技術水平、產業集聚性等因素，可以以地區內技術相關系數的加權和為基礎，引入上述因素作為調整參數，建立地區間（跨省份）產業技術相關度的測量模型。

設地區r和地區s的產業分別為i和j，L(ri,sj)為地區r內產業i對地區s內產業j的相關度，即：

2.2 區域產業技術流樹內涵及構建

區域產業技術流樹是區域產業技術流網絡中具有最大邊權的，且不含圈的子網絡，是區域產業技術擴散的單向通道和驅動整體技術擴散系統運轉的“動脈”結構。RITFT 包含節點（產業部門）、邊（技術擴散通道）和權值（點權和邊權，即研發投入和技術流）。

（2）RITFT 支流。以RITFT 干流上的任意頂點為源點，以非干流的葉頂點為匯點的路徑定義為一級支流。以RITFT 一級支流頂點為源點，以非干流、非一級支流的葉頂點為匯點的路徑構成二級支流；依此類推，直到源點為葉頂點，可獲得多級支流，多級支流共同構成了RITFN 的支流體系。RITFT 的支流體系頂點集合為VBranch。

2.3 創新協同效應指標設計及計算

區域創新協同效應指標建立在產業技術擴散績效指標和產業技術擴散乘數效應指標之上。

（1）產業技術擴散基礎效應。描述干流產業頂點對于區域產業技術擴散的影響作用和相對位勢，從不同角度設計了技術流承載效應（TFL）、技術流中介效應（TFI）和技術流波動效應（TFW）3 個指標。

1）技術流承載效應描述了在地區間產業技術擴散中，干流產業節點通過相關聯的支流吸納和擴散技術流的能力或水平。即對于地區r的干流所屬產業頂點k，即：

2）技術流中介效應描述了產業在地區間技術擴散中，干流產業頂點對于技術流運動渠道的控制能力。對于地區r的干流所屬產業頂點k，即：

3）技術流波動效應描述了干流產業頂點k 發生技術波動，通過技術相關關系鏈而對創新鏈上下游產業技術創新與技術進步的影響力。即：

（2）產業技術擴散乘數效應。描述RITFT 上重點產業在技術擴散通道上，通過持續性和無限次技術流交互而獲得的技術創新投入放大效應，包括技術外溢強度（TSI）、技術外溢乘數效應（TSM）、技術吸收強度（TAI）和技術吸收乘數效應（TAM）4 個指標。則有：

技術流經過RIFTF 擴散通道反復循環反饋，不斷放大和累積，為產業p對產業q擴散的總技術流。

1）技術外溢強度描述在技術流溢出放大過程中具體產業的影響作用水平。即：

2）技術外溢乘數效應描述具體產業技術流擴散能力的放大水平。即：

其中，RD 為區域產業研發投入的列向量。

3）技術吸收強度描述技術吸收過程:具體產業的影響作用水平。即：

4）技術吸收乘數描述具體產業吸收的技術流的放大水平。即：

區域產業技術擴散乘數效應包括區域技術溢出強度（RTSI）、區域技術溢出乘數效應（RTSM）、區域技術吸收強度（RTAI）和區域技術吸收乘數效應（RTAM）。即：

3 實證研究

采用2020 年7 月國家統計局發布的《中國地區投入產出表2017》1）中山東、河南、河北、山西和安徽中原地區5 省的42 部門投入產出表，5 省GDP、政府財政預算支出和山東、河南、河北、山西的產業研發數據來源于各省2018 年統計年鑒，各省市場化水平以其市場化指數測算［15］，安徽的產業研發數據是除滁州、池州和六安外其他13 個地市2018 年統計年鑒的數據加總。為保持研發數據的產業同投入產出（input-output，IO）表的產業部門的一致，依據《國民經濟行業分類》（GB/T 4754—2017），將產業部門由42 個調整為25 個，以“省+編號”形式表示，產業頂點總量為25×5，頂點間的技術流傳導以有向邊表示。

3.1 中原產業技術流樹構建

依據上述方法構建中原城市群產業技術流樹如圖1 所示，其中空心圈表示中原五省產業，將其中形成新分支的樹頂點（結點）以實心圈表示。中原RITFT 實際共包含相互連通的產業頂點124 個（安徽省不存在石油和天然氣開采產品行業，從而皖2頂點同主干分離）；根點為皖18（電器機械和器材），樹根點1 個，樹枝點58 個，樹葉65 個點；實心結點29 個，皖13（金屬冶煉和壓延加工品）和皖23（電力、熱力的生產和供應）是形成最多數量枝點和葉點的樹結點（分別生成52 個和69 個枝葉點）。

圖1 中原城市群產業技術流樹

3.2 產業技術擴散基礎效應分析

首先提取中原RITFT 的干流結構（見圖2），共包含19 個產業節點，源點和匯點為皖5（食品和煙草）和冀22（金屬制品、機械和設備修理服務）。在干流節點中，安徽數量最多，共8 個點，其中7個點直接相連；聚合在一起，山東和河南則都有3個點聚連在一起，構成省內創新協作鏈；魯、皖、豫、冀的17 號節點（交通運輸設備）相互連接，魯11 與皖11（化學產品）、魯5 與豫5（食品和煙草）、魯6 與豫6（紡織品）等都為兩頂點直接相連，存在較為明顯的橫向技術擴散趨勢。干流中不包含山西的產業節點，其在中原技術交互中不處在上游的有利性位置。

圖2 中原城市群產業技術干流結構

進一步獲得干流產業技術擴散基礎效應情況（見表1）。技術流承載效應上，皖13（金屬冶煉和壓延加工品）和魯11（化學產業）具有最高數值，是中原產業技術流運轉的樞紐；此外，皖11、皖23、魯6 也都有較強的技術流承載力。技術流中介效應上，魯7（紡織服裝鞋帽皮革羽絨及其制品）、魯11、皖4（非金屬礦和其他礦采選產品）、皖13、皖18、皖23、豫6、魯6 等高數值點是技術流轉移運動的瓶頸點。技術流波動效應上，魯11 實力超強，而皖11、皖13、魯7 和魯17 等都具有高數值（豫17、皖17和冀17數值也較高），作為基礎性工業行業，其技術創新與進步的產業體系波及力強，可作為區域進行重點技術突破的行業。

表1 中原城市群干流產業技術擴散基礎效應

3.3 產業技術擴散乘數效應分析

中原城市群中具有顯著效應的26 個重點產業的技術流擴散綜合乘數效應如表2 所示。從R&D 投入強度看，魯11 數值超過10%，魯5、魯13、魯15（通用設備）、魯17、魯18、魯19（通信設備、計算機和其他電子設備）等山東工業行業的研發占比也都在3%以上，其他省份中只有冀17 占比超過3%，由此可見，山東省輕工業、化學、加工、通用設備以及機械設備、交通設備、通信與信息設備等在中原區域內都是原始創新的重要發起方。由于河北省的一部分來自京津的交通設備制造產業轉移，冀17 的基礎研發投入能力有所提升。從總技術流占比來看，魯11 占比最高，魯13、冀13、魯5、魯15、魯17～19 的總流占比水平都超過3%，這些行業成為區域技術擴散的核心產業力量。從溢出乘數看，冀13 的數值最高，晉13、豫13、皖13 的乘數值都超過3，區域創新擴散體系有力促進了這些地區的金屬冶煉和壓延加工品的技術加速向其他行業輸出，而其他行業的溢出乘數也都在2 以上，行業整體對外部的產業關鍵技術支持能力顯著提升。

表2 中原城市群產業技術流溢出乘數效應

中原城市群中具有顯著性的40 個重點產業的技術流吸收綜合乘數效應如表3 所示。從總吸收技術流上看，除魯11 的數值超高外，魯5、魯13、魯17～19、皖11、冀13 等數值也在3%左右，特別是皖11 的總流占比明顯高于其原始流占比。從技術流吸收乘數上看，魯9（造紙印刷和文教體育用品）、皖11（化學產品）、皖13、冀18（電氣機械和器材）、皖15（通用設備）等原始創新投入不強的產業乘數都達到3 以上，原始研發投入較為不足的晉1、豫19、魯20（儀器儀表）、豫12（非金屬礦物制品）、魯2（石油和天然氣開采產品）、魯7、晉13 等行業的乘數也達到2 以上，冀14（金屬制品）和豫14 等的乘數甚至達到7 以上，表明通過有效的區域技術擴散機制，原始創新能力較弱的行業能夠不斷通過吸收和利用外部技術知識，獲取“二次創新”效應。

表3 中原城市群產業技術流吸收乘數效應

3.4 中原城市群創新協同效應分析

首先建立中原城市群產業技術創新協同網絡（見圖3），包括僅有一次技術擴散的單協同網絡和實現技術流吸收放大后的完全協同網絡，提取地區間技術流強度顯著性強的邊，技術流傳導強度以網絡邊的粗度刻畫。可見，山東省同安徽省的城市產業技術創新鏈構成中原城市群的協同結構主軸心，山東省同河南省的城市構成次軸。從單協作網絡上看，3 個較穩定的創新三角鏈是區域產業技術創新的重要支撐：一是山東、安徽、河南3 省構成一個閉合性創新三角結構；二是河北、山東、河南的開放式三角結構，但由于河北同山東省的城市產業協作水平較低，河北-山東鏈較薄弱，因此該三角結構的穩定性稍弱；三是山東、河南、山西3 省城市的開放三角結構，山東-山西協作關系的薄弱也導致此三角結構的開放性。中原城市群單協同創新網絡上的河北同山西省的城市之間，以及河北、山西同安徽省的城市之間存在技術轉移結構洞，這與3 省城市之間產業結構的低耦合性、政策與市場環境差異、地理空間隔離等因素密切關聯。從中原城市群全協同創新網絡上看，通過區域間多層次性、持續性、有效性的技術擴散與反饋作用，山西同河北兩省城市之間的產業技術轉移瓶頸消除，兩省同山東省的技術擴散通道，以及山西同安徽省的城市技術擴散通道被有效打通。

圖3 中原城市群產業技術創新協同網絡

進一步計算中原城市群產業技術創新擴散結構效應如表4 所示。干-支流支撐效應上，無論總效應、干流效應和支流效應，山東省的城市都處于絕對領先位置，而山西省的城市都處于最滯后排序位置。總支撐效應和支流效應上，河南、河北和安徽3 省城市處于第二序列。干流支撐效應上，河南省城市處于第二序列位置，河北和安徽省的城市較接近，數值上5 省城市之間明顯已經拉開距離。技術流乘數效應上，山東省城市研發支出占據絕對優勢地位，其整體工業技術水平最高、進步速率最快，城市技術擴散總流上的優勢也進一步得到強化，同中原技術流的交互與放大作用相關；河北、山西、安徽3省城市的擴散技術總流相對增加，而河南和安徽省的城市則受到一定擠出作用，數值有一定下滑。山東省城市技術吸收總流占比相對初始研發投入占比有較大下降；安徽、山西、河南省的城市技術吸收總流有較大幅度增加。從總乘數上看，中原城市擴散技術流的水平較為接近，都在2.5～3.0 之間，呈現一種線性放大作用；而5 省吸收技術流的放大水平的異質性顯著，河南、山西、安徽和河北4 省城市的放大水平明顯高于山東省城市，特別是安徽和山西省城市的的放大乘數超過3，兩省城市在中原城市群技術創新體系中收益明顯。由此可見，中原城市群強化技術創新協同，有利于發揮山東等優勢省份城市同其他省份城市的技術互補作用。

表4 中原城市群產業技術擴散結構效應

4 結論與啟示

4.1 主要結論

本研究基于產業復雜網絡視角，構建產業技術流賦權樹模型描述中原城市群產業技術創新擴散結構機制，并設立以干流和支流分析為核心的區域產業技術創新協同效應評價指標。主要結論如下：

（1）從產業技術擴散總體特征上分析，中原產業存在省內創新大協同、區域內創新小協同，即橫向協同為主、縱向協同水平較低的基本結構機制特征。干流路徑上，安徽的非金屬采礦、金屬冶煉與壓延加工、化學產品、交通設備、電氣機械設備等行業，山東的紡織品、紡織服裝和化學產品，以及河南的食品、紡織品、紡織服裝等都在內部構成高聚合性的產業技術創新鏈；同時，區域內跨省的產業技術協作較為活躍，且以產業橫向的技術創新協同為主體，行業分布較為集中。其中，魯豫冀皖4省的交通運輸裝備、豫魯皖的食品和煙草、豫魯的紡織品、魯皖的化學產品等產業之間的技術擴散與吸收水平較高。支流結構上也存在區域的縱向技術創新協同模式，如安徽紡織品同山西紡織服裝、山東金屬礦采選同安徽通用設備制造等，但影響力還相對較弱。

（2）通過有效率的區域技術擴散協作體系，一次創新能力較強的行業能夠有力支持中原城市行業的二次創新能力提升。總體上，基礎性工業行業在技術擴散和區域產業創新系統中發揮主導性作用，金屬冶煉和壓延加工品（皖）、化學產品（魯皖）是承載、約束和放大技術流的關鍵行業。山東省輕工業、化學、加工、通用設備以及機械設備、交通設備、通信與信息設備等行業較強的原始創新流在中原區域基礎產業協作下，有效促進了區域化學產品（皖）、電氣機械和器材（冀）、通用設備（皖）等產業的創新能力快速提升，促進了煤炭采選產品（晉）、信息制造（豫）、儀器儀表（魯）、非金屬礦物制品（豫）、石油和天然氣開采產品（魯）、金屬制品（豫冀）等多省原始研發投入不足行業的二次技術吸收再創新能力和再擴散能力的提升（如豫冀晉的金屬冶煉和壓延加工品）。通過產業技術鏈條的對接、共振及反饋等乘數作用，引導技術流再分配，優化創新資源的產業空間配置，極大提升了區域內整體技術供給結構和能力。

（3）中原城市群產業創新能力具有強異質性，而通過產業創新鏈的空間部署與優化，實現了優勢互補，發揮出區域多層面的產業技術創新協同效應。中原空間協同創新網絡的主要特征是“兩軸三三角”：山東-安徽軸的技術流轉移轉化效率最強，而山東-河南軸是兩個協作三角的支撐軸。無論原始研發投入貢獻還是總技術流占比，山東省的城市都處于絕對優勢地位，而山西省城市創新基礎能力、創新吸收與擴散能力都較弱，但在區域協作體系中，通過山東-河南的強技術轉移通道，山西實現了同河北省的城市有效協作。從地理空間和產業技術匹配度等方面綜合考慮，河南省的城市具有中原區域產業技術轉移中心的獨特地位，具備將山東省城市較先進的工業產業技術、安徽省吸納的長江經濟帶城市群、河北省城市吸納的京津冀城市群的優質創新資源進行整合的條件和基礎。

4.2 研究啟示

為有效促進中原城市群產業技術創新協作水平提升，發揮創新協同效應，從兩方面提出如下思考建議：

（1）強化區域創新政策供給與統籌，完善中原城市群產業協同創新體系。一是強化科技投入政策的支持與統籌。加大基礎與應用研究的投入力度，依托中原重點城市的重點高校和科研機構，圍繞區域新興優勢產業，增強關鍵技術的研發能力。要針對不同的創新主體、不同創新階段，綜合運用財政貼息、財政后補助、間接投入、風險補償和創投引導等方式，帶動社會資本加大科技創新和成果轉化投入，建立多元化、多渠道的科技投入體系，建立覆蓋企業全周期、不同階段的財政資金支持體系。二是強化科技創新人才政策支持與統籌。設立并發揮區域高層次人才工程的支撐作用。加強與高等院校、科研院所深層次合作，圍繞中原城市群重點領域、重點產業、重點學科、重大項目，重點引進培養創新能力強、商業模式新、發展潛力大，對相關產業發展具有引領帶動作用的高層次創新創業人才或團隊。探索在長三角城市群、京津冀城市群等發達區域的城市建立離岸協同人才中心，搭建高層次人才進入中原的橋梁和快速通路。三是強化科技服務機構發展政策的支持與統籌。注重從市場化和公司化的層面上推動科技服務中介機構發展、培育與壯大，規范和協調對科技服務機構管理的相關法律、法規和政策，支持形成中原城市群統一的科技服務行業標準、準入門檻、管理制度等，優化服務機構發展環境，強化行業自律和管理水平。四是加快研究出臺并落實推進中原城市群協同的具體辦法和方案，如中原城市科技合作項目管理的相關辦法、中原城市群科技資源相互開放與共享的相關管理辦法、推動中原跨省產學研合作的管理辦法、中原科技協同創新的中長期發展規劃和行動方案等。

（2）以中原城市群綜合科技服務平臺為支撐，建立城市群新型的產業創新治理體系，打造區域高效的創新生態系統。一是建設高質量中原城市群科技服務協作平臺。融合中原城市現有平臺，整合多行業、多學科、多專業、多領域的科技資源供給與需求關系，建立中原相關創新主體共有、共治與共享的中原城市群協同創新綜合科技服務平臺。中原“總平臺+總資源”池可設于河南省鄭州市。平臺構建智能化與精準化的綜合產業技術服務需求匹配機制，分布式運營，并探索建立網絡化、市場化、社會化的價值創造、共享與分配機制，總包分包和眾包的靈活性服務模式。同時，基于大數據的監測與調度，為中原城市群產業創新政策協同及政策效益與效率提升提供支持。二是依托現代綜合平臺建立中原城市多主體、多層級、多中心、網絡式的現代化產業創新治理結構模式。激發創新主體活力和利益相關方參與主動性，建立產業創新重大決策與政策咨詢機制，支持相關組織和社會媒介參與創新發展戰略和科技創新政策方面的決策咨詢。二是在綜合平臺的支撐下，以新型治理框架為指導，打造中原城市群創新發展戰略共同體。戰略共同體集成并升級了技術研發、知識產權、資源共建共享和科技服務等聯盟，以中原產業技術研究院的新型研發機構為核心，引進外部先進資源，并優化配置城市群大中院校、科研院所、重點實驗室及企業研發機構的科技資源，圍繞區域產業轉型升級的關鍵、核心、共性技術需求，組織相關創新主體開展聯合研發攻關，推動跨領域、跨行業的產業鏈縱向創新協同機制形成，推進中原地區科技成果轉化和企業孵化，打造和諧共生的中原創新生態系統。

注釋：

1）國家在逢尾數為2、7 的年份編制（假定技術進步的跨度周期為5年），最新的為2017 年表。