京津冀高技術制造業協同發展研究

苑清敏，譚 欣

（天津理工大學 循環經濟與企業可持續發展中心，天津 300384）

一、引言及文獻綜述

京津冀協同發展作為重大國家戰略，具有重要示范引領作用。隨著京津冀協同發展戰略深入實施，其協同發展已進入高質量發展階段。“十四五”規劃指出，堅持把發展經濟著力點放在實體經濟上，培育先導性和支柱性產業，增強制造業競爭優勢，推動制造業高質量發展。高技術制造業協同發展更是京津冀制造業高質量發展的重中之重，也是促進京津冀高質量協同發展的關鍵。在此背景下，本文擬從生態位理論視角，聚焦京津冀高技術制造業，通過探析其協同發展機制及協同行為關系，揭示京津冀高技術制造業不同協同共生關系中的受益者和受抑者，分析不同類型的協同共生關系對京津冀三地高技術制造業及其發展態勢的影響，以期為京津冀產業升級轉移、產業優勢互補及產業錯位協同發展提供啟示。

高質量發展背景下，產業協同成為學術界研究的熱點。目前，關于京津冀產業協同發展的研究主要集中于三個方面：

一是京津冀產業協同發展的理論探析。部分學者從產業協同發展的重點任務、發展特征及發展突破口等方面對京津冀產業協同現狀進行分析。目前，京津冀區域合作進程仍較緩慢，承接產業存在同行業惡性競爭等問題［1］。京津冀產業協同發展過程中出現了高技術制造業向北京轉移的特征，現階段面臨的一大突出問題是京津冀產業協同未能通過北京優勢的創新資源和較強的高技術制造業基礎聯動天津發展，帶動河北制造業轉型升級［2］。“十四五”時期，產業中細分產業的協同發展是京津冀產業協同發展邁上新高度的關鍵環節［3］，未來京津冀協同發展的重點任務是加快推進產業升級，促進整個京津冀區域高技術制造業蓬勃發展［4］。

二是京津冀產業協同發展的影響因素研究。區域共生與協同發展的本質是資源、要素和產業的共生和協同［5］。產業高質量協同發展的影響因素諸多，如經濟發展水平、市場競爭力、資產投資、技術創新等。隨著經濟水平的提高，市場競爭力逐漸發揮其影響力［6］；市場集中度、市場收益、市場外資化能促進高技術產業創新成果轉化［7］；資產投資和金融資金支持與高技術產業發展存在長期協整、因果互動關系［8］；資源配置和知識轉移是制約新興技術協同創新程度的主要因素［9］；人力資本積累和研發投入推動的技術創新、技術引進與轉化、技術改造及新產品開發是制造業發展的核心動力［10-11］。

三是京津冀產業協同水平的測度研究。部分學者基于共生思想、生態位理論、區位理論、產業規劃、效率與平衡等視角，圍繞市場空間、資金成本、技術創新投入產出等方面，采用TOPSIS灰色關聯投影法、競爭壓力方程、復合系統協調度模型、多層級耦合協調度模型等測度了京津冀的產業協同水平。研究發現，京津冀區域存在產業發展中度失調［12］、協同能力差距大［13］、高位優勢產業重疊等問題［14］。同時，京津冀三地制造業發展狀況相當，河北具有地域和資源稟賦優勢，但北京在高技術制造業方面表現出明顯優勢［15-16］，產業效率水平過高，導致資源過度集聚［17］。協同進程中，產業定位不清、協同目標不明、實現機理不暢等問題，直接影響京津冀產業協同效果［18］。

通過文獻梳理發現，現有文獻從協同理論、協同因素、協同水平測度等方面，對京津冀產業協同發展過程中出現的問題進行分析并提出不同的見解，豐富了研究思路。但在京津冀協同已進入高質量發展階段的背景下，精準聚焦京津冀高技術制造業協同發展的研究還有廣闊的發展空間。基于對京津冀產業協同發展的文獻分析，京津冀產業協同高質量發展階段的重點在于高技術制造業細分產業的協同發展。生態位理論恰能有效揭示產業間的產業關聯度和產業競爭能力，而Lotka-Volterra種間競爭模型能反映出產業間的協同競爭關系，融合生態位模型和Lotka-Volterra模型可進一步研究處于不同生態位的京津冀高技術制造業的協同共生關系，以此破解京津冀高技術制造業產業分工和產業錯位發展中的認識偏差和現實矛盾。

目前，建立在Lotka-Volterra模型上的許多生態位模型，多用生態位重疊度估計Lotka-Volterra模型的競爭系數［19-21］，但生態位重疊度不等同物種的競爭程度。生態位強度值作為測度生態位的最小單元，代表產業的生存優勢，結合Lotka-Volterra模型更能體現產業間的競合關系。同時，有關生態位的現有理論和模型，大多基于單個資源維度［22-23］，需更多關注物種或種群間的多維生態位，才能揭示出它們之間全面的協同關系［24］。因此，本文融合生態位理論和協同共生思想，將高技術制造業生態位強度信號轉化為Lotka-Volterra模型的產值信號，深入研究京津冀高技術制造業細分產業的協同共生關系，揭示京津冀高技術制造業分產業的市場、資源及技術三個維度的協同共生狀態，并對其協同共生態勢進行預測。

二、京津冀高技術制造業協同機理分析及指標體系構建

（一）協同機理分析

京津冀高技術制造業因地理條件等外部因素及市場演化作用而集聚，在一定的價值鏈下共同生存、協同進化，形成互惠互利的共生系統，如圖1所示。京津冀高技術制造業分產業可視為共生單元，共生單元對同一生存空間同類或異類資源的共享與競爭，即為產業間協同共生關系及區域間協同共生關系，也稱為共生行為模式。京津冀高技術制造業協同共生的本質和實現路徑是不同生態位的高技術制造業之間的協同共生，不同生態位的高技術制造業協同共生分為產業間產業協同共生和區域間產業協同共生。

圖1 京津冀高技術制造業協同共生機理

京津冀高技術產業的協同發展受多種綜合作用制約，主要協同要素體現為市場環境協同、資源環境協同和技術環境協同。獲取資源生態位協同要素是高技術產業獲取成長勢能的關鍵，以高技術產業市場生態位和技術生態位為驅動力，可將成長勢能轉化為產業競爭力。通過市場、資源和技術協同環境中不同協同共生要素互相制約競爭、互相合作和互相影響，形成京津冀三地產業共生關聯，并由物質流、信息流和能量流在系統內外部環境間循環流動，使內部和外部直接或間接的資源配置效率得以改善，不斷推動京津冀高技術制造業協同共生系統演化與創新。

（二）指標體系構建

由圖1可知，京津高技術制造業協同行為受多種綜合因素影響。根據生態位理論，產業間和區域間產業協同共生的實質是不同產業在同一個生態環境中所處的生態位的強度不同，當生態位發生重疊時，不同產業能夠占有和利用的資源相對不足，促使產業之間和區域之間采取不同競合行為模式，以此實現協同共生。高技術制造業的生態位能表征其市場行為與績效、資源占有與利用及技術創新程度，不同的生態位決定了高技術制造業的協同競爭能力、占用資源能力和技術創新能力的高低。因此考慮將協同共生系統所需的協同要素，即生態位所經歷內生和外生變化的生態要素轉化為Lotka-Volterra模型的產值信號，此時，高技術制造業產值的變化過程實質上反映了高技術制造業基于生態位的協同共生過程。

為量化高技術制造業生態位，本文從科技創新、經濟效益和資源狀況三個維度，采用高技術制造業經營效率、外向型程度、市場規模指標表征市場生態位；采用高技術制造業勞動力資源、企業密度、設施完善程度、資金供給能力和投資效果指標表征資源生態位；采用高技術制造業競爭潛力核心依據、技術創新、技術轉換和技術產出指標表征技術生態位。通過資源生態位反映高技術制造業的可持續發展能力和長期效益，通過技術生態位反映高技術制造業的競爭潛力，通過市場生態位反映高技術制造業的經濟貢獻。市場、資源和技術生態位維度上的各個要素共同作用推動高技術制造業生態位變化，高技術制造業生態位又促進京津冀高技術制造業的協同共生發展。

綜上，本文在高質量發展背景下，針對京津冀高技術制造業的發展對市場、資源和技術的需求，設置19個指標，構建能夠基于生態位視角量化高技術制造業協同共生行為關系的指標體系，見表1所列。

表1 京津冀高技術制造業評價指標體系

三、研究模型構建與協同關系評判

（一）生態位測度模型

產業生態位是產業在時空上的特定位置及與其他產業之間的功能關系。生態位強度（P i）越強，該省市產業的經濟貢獻度越高，競爭力越強；生態位寬度（B i）越寬，該產業對資源的利用和占有能力越強，發生生態位重疊的概率越大。生態位重疊指兩個或者兩個以上生態位相似的產業共享或競爭同一資源的現象，Cmn表示m省市產業和n省市產業的生態位重疊值，設x ij為i地區產業利用資源狀態j的實測值，m為省市數，R為資源狀態，則i省市相關生態位模型為：

（二）Lotka-Volterra模型構建

Lotka-Volterra模型認為在同一生態系統中每一個種群都有自己的生存空間和位置，通過與其他種群競爭或合作以獲取資源持續生存。Lotka-Volterra多種群協同共生模型一般表達式為式（4）［25-28］，由于實際指標數據均為離散數據，參考Kloppers和Greeff對三種群Lotka-Volterra模型的離散化證明［29］，將式（4）等號兩邊同時積分，再利用梯形法則將原模型轉化成離散時間條件下的模型（5），用矩陣形式表示為式（6），并根據式（7）對模型參數βij求解。其中：P i(t)、P j(t)為各省市產業生態位強度值；r i為產業生態位強度值增長率；K i為產業生態位強度值容納量，即生態位最高優勢；ɑii、ɑij分別為產業對自身發展的阻滯作用系數及其他產業發展給其帶來的影響系數；βij為產業間的協同競爭系數，是判定產業共生關系的依據。

（三）協同關系評判

對于產業協同共生系統而言，互惠互利是共生系統的理想狀態，基于此，構建產業間協同共生關系模型，如圖2所示。

由于兩個協同競爭系數不利于對不同樣本之間進行比較，為定量分析協同共生關系，以協同競爭系數為基礎構造出協同共生關系指數函數來表征地區間產業的協同共生關系，即

進化是協同共生系統演化的總趨勢，盡管共生單元之間存在多種關系，但對稱互惠共生是系統進化的一致方向。根據協同競爭系數分布情況和協同共生關系指數，對區域產業協同發展方向和協同共生關系進行判定，如圖2所示。產業協同共生關系分為三類，即互惠共生、偏利共生和互抗競爭，由于種間相互作用存在不對稱性，結合協同共生關系指數RHSij，產業間的協同共生關系又可細分為六類，見表2所列。

圖2 區域產業協同共生關系

表2 區域產業協同共生關系判定

表2列示了協同共生類型Ⅰ-Ⅵ，等級越高，競爭越激烈，協同效果越不理想。具體描述如下：

（2）偏利共生（RHSij∈[-1,1]）。若βij、βji一正一負，說明兩者處于偏利共生關系，位于圖2第二、四象限。若協同共生系統整體呈現為促進作用則為正向偏利共生關系（Ⅲ），若整體為抑制作用則為反向偏利共生關系（Ⅳ）。正向偏利共生關系短期內可以維持系統的良性互動，至少有一方可以從協同行為中獲利，短期內為良性互動；反向偏利共生關系會導致協同共生系統發展落后，是不可持續的關系。

（3）互 惠 共 生。若βij≠βji≤0或βij=βji＜0，代表兩者處于良性互動關系，位于圖2第三象限。按照雙方獲利程度分為非對稱互惠共生（Ⅱ）和對稱互惠共生（Ⅰ），互利共生是協同系統的理想狀態，是最終的演化方向；互惠共生系統的共生單元良性互動，最終推進系統協調發展。

（四）數據來源

根據《高技術產業（制造業）分類（2017）》，本文界定高技術制造業為醫藥制造業（S1）、航空、航天器及設備制造業（S2）、電子及通信設備制造業（S3）、計算機及辦公設備制造業（S4）、醫療儀器設備及儀器儀表制造業（S5）。指標數據來源于2010-2020年發布的《中國高技術產業統計年鑒》（其中2018年未發布），對因《中國高技術產業統計年鑒》各年統計指標不一致導致缺失的數據，針對不同缺失情況，根據擬合趨勢線采用線性、指數及臨近點均值法進行數據插補。

四、京津冀高技術制造業協同關系分析

（一）產業競爭能力演化及產業關聯分析

根據模型（1）-（3），京津冀5個高技術制造業的生態位強度如圖3所示，生態位寬度及重疊度見表3所列。

表3 2009—2019年京津冀高技術制造業生態位寬度、生態位重疊度均值

由圖3可知，近10年北京高技術產業競爭優勢顯著，尤其計算機及辦公設備制造業（S4）和醫療儀器設備及儀器儀表制造業（S5）遠超于天津和河北，說明津冀兩地受到北京的有效輻射不明顯；電子及通信設備制造業（S3）三地競爭力差距越來越小；天津航空、航天器及設備制造業（S2）競爭力上升速度較快；河北醫藥制造業（S1）持續保持領先，但其他高技術制造業競爭力薄弱且沒有明顯波動，說明河北以資源依賴型產業為主，前沿技術和高素質人才匱乏，技術依賴型產業薄弱。

圖3 2009—2019年京津冀高技術制造業生態位強度值

由表3可知，京津冀高技術制造業技術維度生態位寬度值最高，說明三地利用或趨于利用的技術資源區間長度相似，在同一技術資源狀態上相遇頻率高，生態位重疊度偏高；資源維度上京津冀生態位寬度和重疊度均偏高，說明京津冀高技術制造業對資源利用的實際幅度共同性高；市場維度上京津冀高技術制造業生態位寬度值相對較低，京津兩市生態位重疊度高，在同一市場環境相遇度高。

（二）產業協同共生關系分析

京津冀高技術制造業市場、資源和技術維度上生態位重疊度偏高，重疊部分具體體現為對同一資源的共享還是競爭關系、共享程度和競爭程度高低等需做進一步探究。將生態位強度值轉化為Lotka-Volterra模型產值信號，求解出的協同競爭系數和協同共生關系指數，見表4所列。

表4 京津冀高技術制造業產業協同共生關系

由表4可得市場、資源和技術維度上共45對協同共生關系，其中非對稱互抗競爭關系（Ⅵ）15對，正向偏利寄生關系（Ⅲ）6對，反向偏利共生關系（Ⅳ）9對，非對稱互惠共生關系（Ⅱ）15對。基于協同競爭系數βij、βji和協同共生關系指數RHSij值，得到以下結論：

（1）市場維度，京冀兩地高技術制造業協同效果較好，津冀協同次之。京冀兩地市場維度協同關系等級在Ⅱ-Ⅳ之間，非對稱互惠共生和反向偏利共生關系居多。津冀兩地市場維度協同關系在Ⅲ-Ⅵ之間，偏利天津市場發展居多，京津兩市高技術制造業在市場上的關系以互抗競爭為主。從產業角度看，京津冀計算機及辦公設備制造業（S4）和醫療儀器設備及儀器儀表制造業（S5）呈現為非對稱互惠共生或偏利共生關系，市場維度協同效果最好，反向偏利關系體現為河北對北京計算機及辦公設備制造業（S4）市場抑制作用尤為顯著；航空、航天器及設備制造業（S2）多為非對稱互抗競爭關系，京津和津冀兩地競爭激烈。

（2）資源維度，京冀和津冀制造業協同效果優于京津制造業。京冀資源維度協同關系等級在Ⅱ-Ⅵ之間，以非對稱互惠共生關系為主。津冀兩地高技術制造業既競爭又合作，天津制造業為資源受益方。京津兩地資源協同關系多為非對稱互抗競爭關系，北京對天津高技術制造業資源抑制顯著。從產業角度看，京津冀三地醫藥制造業（S1）和計算機及辦公設備制造業（S4）協同效果最好，京津醫藥制造業偏利北京共生，津冀醫藥制造業偏利天津共生，京冀非對稱互惠共生；京津、京冀計算機及辦公設備制造業（S4）非對稱互惠共生；航空、航天器及設備制造業（S2）和醫療儀器設備及儀器儀表制造業（S5）競爭最激烈，三地非對稱互抗競爭發展。

（3）技術維度，京津和京冀高技術制造業協同效果最好，協同等級在Ⅱ-Ⅵ之間，多以非對稱互惠共生和偏利共生關系為主，津冀兩地高技術制造業多為非對稱互抗競爭關系，兩地之間技術競爭激烈。從產業角度看，京津冀醫藥制造業（S1）、醫療儀器設備及儀器儀表制造業（S5）和航空、航天器及設備制造業（S2）技術協同效果較好，多為非對稱互惠共生或偏利共生關系；電子及通信設備制造業（S3）和計算機及辦公設備制造業（S4）技術維度協同程度有待進一步提升。

綜上，從區域層面看，在京津冀高技術制造業協同發展過程中，河北高技術制造業受益最多，北京次之，天津較少。具體體現為：市場和資源維度上，京津冀產業協同偏利河北，河北高技術產業發展受到京津兩地市場和資源促進；技術維度上，京津兩地互相促進發展，京冀偏利河北發展，津冀偏利天津發展。從產業層面看，醫藥制造業（S1）、計算機及辦公設備制造業（S4）和醫療儀器設備及儀器儀表制造業（S5）為京津冀高技術制造業協同發展過程中獲利程度最高的制造業，協同狀態最佳；航空、航天器及設備制造業（S2）和電子及通信設備制造業（S3）協同程度有待提升。

（三）京津冀高技術制造業協同演化分析

利用MATLAB軟件編寫程序實現三種群Lotka-Volterra模型，分析2009—2025年京津冀的醫藥制造業（S1）、航空、航天器及設備制造業（S2）、電子及通信設備制造業（S3）、計算機及辦公設備制造業（S4）和醫療儀器設備及儀器儀表制造業（S5）的市場、資源和技術維度的協同演化，如圖4—圖6所示。

圖4 京津冀高技術制造業市場維度協同

圖6 京津冀高技術制造業技術維度協同

由圖4可知，市場維度上，京津冀高技術制造業趨向偏利共生關系。天津醫藥制造業（S1）、航空、航天器及設備制造業（S2）和醫療儀器設備及儀器儀表制造業（S5）呈現出趨向高水平發展的趨勢，同時對京冀產生一定的抑制作用，京冀兩地呈現協同發展趨勢，天津與京冀兩地趨向偏利天津的正向偏利共生趨勢；京津冀電子及通信設備制造業（S3）由非對稱互抗競爭轉向偏利天津發展的共生關系，而京津兩地趨向非對稱互抗競爭；三地計算機及辦公設備制造業（S4）趨向反向偏利關系，抑制作用大于促進作用，產業偏離良性發展。

由圖5可知，資源維度上，京津冀高技術制造業趨向偏利河北的偏利共生關系。醫藥制造業（S1）、電子及通信設備制造業（S3）、醫療儀器設備及儀器儀表制造業（S5）整體偏利河北發展，在河北高水平發展力的抑制作用下，京津兩地由非對稱互抗競爭趨向非對稱互惠共生關系；京津冀航空、航天器及設備制造業（S2）將持續保持非對稱互抗競爭關系，互相抑制對方發展；三地計算機及辦公設備制造業（S4）非對稱資源互抗，趨向偏利京津的共生關系，最終阻滯該產業良性發展。

圖5 京津冀高技術制造業資源維度協同

由圖6可知，技術維度上，京津冀趨向偏利共生和非對稱互抗競爭關系。京津冀醫藥制造業（S1）偏利天津共生，京冀兩地技術競爭實力在非對稱互抗競爭中逐漸下降；航空、航天器及設備制造業（S2）三地非對稱互抗競爭，北京技術實力顯著，對津冀技術抑制作用大；電子及通信設備制造業（S3）三地非對稱互抗競爭，但京津技術競爭力遠超河北，對河北抑制作用顯著；三地計算機及辦公設備制造業（S4）在競爭中逐漸趨向偏利京津正向共生，北京對津冀技術抑制顯著；三地醫療儀器設備及儀器儀表制造業（S5）協同態勢相對穩定，趨向非對稱互抗競爭。

五、結論與建議

本文在構建京津冀高技術制造業協同共生機理框架的基礎上，圍繞市場競爭能力、資源競爭能力和技術競爭能力三個維度選擇相關指標構建京津冀高技術制造業協同指標體系，在分析京津冀高技術制造業生態位現狀的基礎上，將生態位信號值轉換成Lotka-Volterra模型產值信號，進一步測度了2009—2019年京津冀高技術制造業分產業的市場、資源和技術協同共生關系，并對“十四五”期間進行預測，得出以下結論：

（1）京津冀高技術制造業發展不均衡。從生態位視角看，高技術制造業對資源的占用重疊度高，技術創新驅動輻射帶動不足，產業關聯性強但協同效率不高。

（2）京津冀高技術制造業市場維度協同關系多以偏利共生關系為主，資源維度協同關系以非對稱互抗競爭和非對稱互惠共生關系為主，技術維度上三類協同關系均等共存，市場協同狀態略好于技術和資源協同。北京與河北之間的高技術制造業協同狀態好于京津與津冀，其中，京津協同偏利北京，京冀協同偏利河北，京冀為京津冀產業協同主要受益方。同時，京津冀協同發展顯著促進了醫藥制造業、計算機及辦公設備制造業和醫療儀器設備及儀器儀表制造業的競爭力。

（3）短期內京津冀高技術制造業分產業仍將呈現兩兩互抗競爭、三方偏利共生的“此消彼長”的協同競爭狀態。三地協同演化趨向偏利共生，但內部子系統京津、京冀和津冀仍存在非對稱互抗競爭關系，短期內促進了某一地區高技術產業的發展，長此以往是不可持續的，需引起警惕。

結合《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》，針對京津冀高技術制造業協同關系現狀，為推動京津冀產業協同高質量發展，本文提出以下建議：

把發展經濟的著力點放在京津冀具有生態位優勢的高技術制造業上，合理分配資源。根據生態位演化趨勢，進一步明確京津冀產業分工和協同發展方向，通過構建協同創新體形成資源互補、市場和技術共享的協同關系。北京和天津在技術維度上具有分工合作和協同發展的基礎，可以在醫藥制造業、醫療儀器設備及儀器儀表制造業和航空、航天器及設備制造業加強兩地的技術創新合作，發揮京津冀高技術產業協同中京津聯動的主引擎作用。北京和河北在市場維度和資源維度的高技術制造業協同有較強的優勢，應重點推進醫藥制造業、電子及通信設備制造業、計算機及辦公設備制造業和醫療儀器設備及儀器儀表制造業的協同發展，促使其協同關系轉向互惠共生。與京津、京冀相比，津冀產業具有更相似的產業基礎，在京津冀高技術產業協同發展中，應強調北京對津冀的輻射帶動和天津對河北的輻射帶動，在優勢產業協同的同時，促進醫藥制造業、計算機及辦公設備制造業和航空、航天器及設備制造業等領域的合作。通過京津冀三地聯動輻射、優勢互補，促進京津冀高技術制造業高質量協同發展。