基于三螺旋理論的中國城市間產學研創新合作網絡結構特征分析

王琳琳，王光輝，陳 剛

（1.澳門科技大學可持續發展研究所，澳門 999078；2.中國科學院科技戰略咨詢研究院，北京 100190）

產學研合作是一種把學術界與產業界資源進行整合，集結優勢、共擔成本與風險的創新生產方式，當前這種合作創新模式較為成熟，受到許多國家的推崇。自20 世紀90 年代以來，中國的產學研合作開始逐漸發展并在全國范圍內形成一個普遍推廣的創新和發展模式，眾多企業、高校參與其中，各級政府持續加大財政支持力度。黨的二十大報告提出優化國家科研機構、高水平研究型大學、科技領軍企業的定位和布局，形成國家實驗室體系，統籌推進國際科技創新中心、區域科技創新中心建設，加強科技基礎能力建設，強化科技戰略咨詢，提升國家創新體系整體效能；同時，隨著快速交通體系以及信息化的快速發展，區域行政分割和空間距離的“摩擦力”逐漸減小，跨區域產學研合作持續增加，城際產學研合作呈現網絡化趨勢。然而，中國產學研合作仍然面臨區域行政壁壘、制度壁壘等問題，因此，加強對中國產學研合作網絡格局的研究，對豐富城市創新網絡理論和優化創新格局具有重要意義。

1 相關文獻綜述

當前，城市創新網絡是學術界關注的熱點問題，相關研究大多采用城市間的論文合作和科技合作來定量分析，然而，單純的城市創新網絡分析難以識別跨區域創新合作的有效轉化。產學研合作網絡作為以產學研合作的組織模式所構建的創新網絡，其創新聯系對接企業主體，直接對標市場需求，而非流于形式。學術界關于“產學研合作網絡”的概念尚未明確統一，國外學者對產學研合作網絡的表述通常使用“大學-產業網絡（university-industry network）”一詞，尤其重視大學所扮演的角色。Leydesdorff 等［1］在引入了政府關系的三螺旋模型（triple helix model）研究中就強調了大學在社會和經濟中的重要性，認為大學需要與行業直接聯系，最大限度地實現知識產業化；中國學者則認為，在企業、高校和研究所利用各自的資源與優勢進行互補性協作的社會經濟活動中，三者以合作關系形成的覆蓋一定區域或產業的復雜網絡就是產學研創新合作網絡，如陳偉等［2］、Guan 等［3］研究。當前，有關產學研合作的研究成果較多，主要圍繞以下3個方面展開：

（1）產學研合作創新網絡的相關研究。如Choi等［4］、王璐璐等［5］對產學研創新合作網絡結構特征進行研究并提出相關優化建議；Chesbrough 等［6］、Peng 等［7］、程華等［8］圍繞產學研合作網絡的演化問題展開研究；還有楊陽等［9］、張藝等［10］、Jamie等［11］、Kapoor 等［12］、Li 等［13］、Araujo 等［14］、Rycroft 等［15］、王海軍等［16］，分別從影響因素、功能與績效以及運行機制等方面對產學研合作網絡進行分析。

（2）產學研合作效率評價及影響因素分析。如Hellstrom 等［17］從生產力、范圍（產學合作組織的聯接與結構、涉及合作者來自哪里以及多樣化程度等內容）、財務效益、出版物范圍、教育和專利等6 個方面來衡量產學合作效率；Mora-Valentin 等［18］從合作滿意度和關系持續性出發構建了合作效率評價模式；黃菁菁［19］、姜彤彤等［20］研究發現企業規模、政府支持力度、地區經濟發展水平等都是影響產學研協同創新效率的重要因素。

（3）產學研合作模式分析。如Liyanage 等［21］、江照華等［22］、魯若愚等［23］、仲偉俊等［24］、李新榮［25］、謝科范等［26］，分別依據合作動機、合作發起者、合作緊密度、合作內容、合作階段、合作收益分配方式對產學研合作模式進行分類。

綜上所述，已有相關研究側重于對產學研合作概念和模式的定性分析，較少對城市間產學研合作網絡開展定量研究。鑒于此，本研究以2011—2020年中國城市的產學研聯合申請授權專利為樣本，基于三螺旋理論對產、學、研專利合作類型分類，并運用復雜網絡分析方法對城際產學研合作專利網絡結構特征進行分析，以期為提升中國城市間產學研創新合作能力提供決策參考。

2 理論基礎與分析方法

2.1 理論基礎

三螺旋理論最早出現于20 世紀50 年代，起初應用于生物學領域，解釋了基因、生物體和環境三者間互為因果的辯證關系［27］。1995 年，美國學者埃茨科威茲和荷蘭學者雷德斯多夫［28］首次將“三螺旋”概念應用到社會學領域，并在原有理念的基礎上提出了著名的官、產、學三螺旋創新理論，認為大學、企業與政府作為創新主體能形成多種互動關系，可能是大學與企業、大學與政府兩者間的互動，也可能是3 個主體交叉重疊形成網絡關系；這些主體在創新活動中不但保持著自己的獨立身份與原有的作用，還在與其他主體進行互動合作時相互交叉影響，形成了3 種力量互相交織、螺旋上升的三重螺旋新關系［29］。創新主體彼此間的互動融合關系越緊密，對創新活動的產生與發展越有利。三螺旋理論是在西方發達經濟社會中形成與發展起來的，在特定的制度背景下形成了由大學、企業與政府組成的協同創新體系并成為三螺旋模型的標準模式［30］。

然而，中國的科技與教育體系與西方發達國家都有著本質區別。其中，國家科研機構在中國的科技創新體系中的作用舉足輕重，主要從事政府指令性研究、對國家安全和發展具有重大意義的或投資巨大的研究［31］；政府部門較少作為創新主體直接參與科技創新活動，更多的是通過出臺相關政策或指導性規定來引導和支持企業、大學與科研機構的創新活動，是創新活動的引導者和支持者，間接參與科技創新。因此，基于中國國情的三螺旋創新理論主體包括大學、企業和科研機構3 類，研究產學研合作中3 類主體間的合作，對解決科技與經濟“兩張皮”問題具有重要的促進作用。大學與研究機構具有豐富的知識理論基礎，承擔著很多基礎性的科學研究及探索自然界客觀規律的責任，企業主要以解決生產生活中面臨的實際問題為導向，因此，大學或科研機構與企業的研發合作或三者間的合作是基礎研究與技術創新有效結合的組織模式，是科學走向市場的“橋梁”。在產學研合作過程中，3 個主體間以合作關系為聯系，形成了覆蓋一定區域或產業的復雜網絡，這些網絡也是科技成果轉化的重要載體［32］。

基于以上分析，本研究以大學、科研機構、企業作為三螺旋模型中的三大創新主體，基于3 類創新主體間通過相互合作所衍生出來的專利合作類型，將聯合申請（專利權）人中包含不同類型主體的專利合作歸納為“產-研”“學-研”“產-學”“產-學-研”4 種類型的合作模式，以便從創新網絡中更加精準地抽離出有效合作網絡，剝離無效的創新合作。

2.2 數據來源與網絡構建

與其他科研成果相比，專利因其易獲得性和創新性特點成為在科技創新合作領域被使用最普遍的數據，因而用合作專利（包含發明專利、實用新型專利、外觀設計專利）作為產學研創新合作的衡量指標是比較合理的。選取中國296 個地級市作為研究對象（以下簡稱“樣本”），以2011—2020 年城市間聯合申請專利數據來展示中國城市間產學研合作情況。樣本專利數據來源于國家知識產權局中國專利信息中心。

首先，采用文獻檢索的方式獲取城市間合作專利申請數據。檢索條件設定如下：選取申請人（PA）、申請日（AD）及申請人地址（DZ）3 個檢索條件并分別設置檢索字段，申請人按產（企業）、學（高校）、研（科研機構）3 類創新主體類型劃分（見表1），申請日限定在2011 年1 月1 日至2020 年12 月31 日，申請人地址所在城市設定為專利檢索地址。依次檢索樣本城市專利再匯總，得到城市間合作申請專利（以下簡稱“聯合申請專利”）總數。在此基礎上，針對所研究問題，剔除掉專利申請人小于2 人的非合作專利以及城市內部合作專利，對同一條專利的申請人進行地域分布拆分，將專利申請人進行兩兩組合，保留企業與研究機構、企業與大學間的合作再進行區域匹配，每個組合算一件專利，即一次合作，得到城市間產學研合作專利（以下簡稱“產學研合作申請專利”）數量。拆分規則見表2，例如，某一條專利申請人為北京大學、上海XX 研究院和上海XX 有限公司，其地域分布分別為北京、上海和上海，剔除掉大學和科研機構間的合作后剩下北京與上海、上海與上海的城市合作，再刪除城市內部合作，余下一條北京與上海間的合作。

表1 樣本城市專利申請人分類

表2 樣本城市聯合申請專利拆分原則（示例）

根據以上所得數據，生成合作關系矩陣（見表3），構建產學研創新合作網絡。

表3 樣本城市產學研合作申請專利關系矩陣

2.3 研究方法

社會網絡分析法（social network analysis,SNA）是一種在社會測量的基礎上，通過收集和分析群體成員的關系數據來研究社會結構和社會關系的方法，廣泛運用于社會行動者之間關系及網絡的研究［33］，尤其是社會網絡方法側重對關系結構與屬性進行分析。SNA 在創新合作領域被充分證明是一種有效的分析網絡結構與特征的方法［34］。選取網絡結構特征相關指標如表4 所示，利用UCINET、Pajek 等軟件進行實證分析。

表4 網絡結構特征指標

3 城市間合作專利整體情況分析

3.1 聯合申請專利增速明顯，產學研合作申請專利占比較低

從圖1 可以看出，樣本城市聯合申請專利數量明顯增加，從2011 年到2020 年增長了5 倍多，并且逐年呈上升趨勢，年均增速超過11%，但其中產學研合作申請專利數量占比較低，近10 年平均占比只有26.5%，最高也不超過33%，且整體呈下降趨勢。這一變化趨勢反映了當前各城市對科技創新愈發重視，跨區域聯合創新成為重要創新組織模式，但有效的跨區域合作創新產出比重并未隨著合作創新產出總量增加而大幅度增加，一方面反映了當前跨區域聯合創新存在著大量的無效創新，另一方面反映了高校、科研院所、企業之間的聯合創新仍然存在一些壁壘。

圖1 樣本城市間合作申請專利數量情況

3.2 企業在創新活動中居于主導地位，傾向于與研究機構合作

如圖2 所示，從創新主體來看，95%的聯合申請專利中都有企業參與，這說明在科技創新的過程中企業扮演著重要的角色，企業在跨區域創新合作中發揮著主導作用，這是因為企業以市場需求為導向，通過技術創新、研發產品來占領市場、獲取利潤，知識產權保護意識持續增強；大學和科研機構參與的聯合申請專利數量占比接近，均在16%左右，這是因為大學與科研機構具有豐富的理論基礎，但是技術理論創新轉化成科技成果難度較大，因而其參與產學研合作產出的專利數量要遠遠少于企業。進一步從合作主體來看，在聯合申請專利總量中，產學研合作申請專利數量少，僅有8 367 件，占1.39%；產、研合作申請專利數量相對較多，占12.7%，而產、學合作申請專利數量占比少于產、研合作，占比為10.6%，反映了企業更愿意與科研機構開展創新合作，高校參與到跨區域產學研合作創新網絡力度還不足。

圖2 2011—2020 年樣本城市聯合申請專利數量結構

3.3 以雙邊合作為主，多邊合作數量整體有所增長

如圖3 所示，從產學研聯合申請專利數量來看，雙邊關系始終處于主導地位，兩個單位聯合申請的專利數量從2011 年的15 482 件增長到2020 年的76 233 件，增長了近5 倍；而3 個及以上組織共同申請（多邊合作）的專利數量從2011 年的3 333 件增長到2020 年的26 178 件，增長了近8 倍，增長速度遠高于雙邊合作，說明多邊合作發展不容小覷。進一步從產學研聯合申請專利數量所占比重變化來看，城市間雙邊合作專利占比整體處于下降趨勢，而多邊合作則整體呈上升趨勢，這一結果也表明，盡管各創新主體間的合作偏好仍然以雙邊合作為主，但是越來越多的創新主體逐漸傾向于尋求更多合作伙伴。

圖3 樣本城市聯合申請專利的合作組織關系結構

4 城市間產學研創新合作網絡結構特征分析

4.1 整體特征

由表5 可知，樣本城市產學研創新合作網絡的密度較小，網絡節點的聯系稀疏、連通效率不高，網絡完備性較低；節點在一定程度上表現出向某一個或幾個點集中的趨勢，存在權力中心，呈現出中心化的網絡結構特征；且權力和信息在一定程度上較為集中，各節點在互相合作時擁有的關系權利不平等，易受到個別中心節點的影響；此外，網絡的小世界特性顯著，平均每個城市只需要通過1.921 個節點就可以聯系到其他城市，說明各節點的資源信息等創新要素可以快速流動，創新效率較高，創新主體具有一定的創造力與活力。

表5 樣本城市產學研合作創新網絡整體結構特征

4.2 聯邊特征

為更好地分析城市間產學研合作聯系的強度及空間分布格局，借助ArcGIS10.3 軟件，按照自然斷裂法將城市間創新合作聯系劃分為低強度、中低強度、中強度、中高強度以及高強度5 個等級，如圖4 的網絡空間分布可見，城市間產學研創新合作關系在地理空間分布上的不均衡性特征顯著，總體上呈現出“東密西稀、東強西弱”的空間分布格局1），西部只有烏魯木齊、銀川、蘭州等少量城市與北京建立了一定的產學研聯系，其余合作關系皆分布在東部地區，符合中國經向性的經濟地理特征。其中，以北京為核心的單中心放射狀空間聯系骨架的網絡特征顯著，京津冀與長三角、珠三角、長江中游、成渝等城市群的聯系較為緊密，但長三角、珠三角、長江中游、成渝城市群之間的聯系較為稀疏，與楊亮潔等［35］研究得出的當前中國創新網絡的“菱形空間結構”特征形成鮮明對比。造成這一空間結構的原因是，北京的高校、科研院所高度集中，其他城市開展創新驅動發展往往需要借助外力。

圖4 2011—2020 年樣本城市間產學研創新合作關系空間分布

從表6 可以看出，隨著合作強度的增加，節點間合作數量迅速減少，且只有少部分節點聯系頻繁，網絡整體通達性差、成員間聯系松散，節點間合作深度有待提升，網絡功能需要加強完善。

表6 2011—2020 年樣本城市產學研創新合作關系強度

4.3 節點特征

4.3.1 中心性分析

為測度節點在網絡中的地位權利、對資源信息的控制能力以及自主能力，使用UCINET 6 軟件計算出樣本城市的度數中心度、中間中心度以及接近中心度，選取各中心度排名前20 位的城市進行分析（見表7）。北京、上海、武漢、南京、西安這5 個城市的3 種中心度排名前五且位序幾乎一致，說明它們是網絡中最為核心的節點，在產學研合作中處于主導地位，對資源、信息等的控制能力較強，是其他節點間創新聯系的“橋梁”；其余城市的度數中心度和接近中心度的排名始終保持一致，中間中心度的排名次序有一些變化但是整體上比較穩定，例如長沙的中間中心度排名第6 位，比成都、天津和杭州高，但是其點度中心度和接近中心度排名第九，比成都、天津和杭州低，說明長沙雖然在網絡中的權力較低，跨城市創新合作能力及獨立性比成都、天津和杭州3 個城市稍微遜色，但其中介作用較大，對資源的控制程度也較高。

表7 2011—2020 年網絡中心度排名前20 位的樣本城市

4.3.2 結構洞分析

從網絡結構洞的限制度指標來看，沒有值為1的節點，證明沒有城市完全受限于唯一創新主體；限制度超過0.5 的城市有64 個，這些城市占據的節點少，受到的限制較大，是最不自由的城市；限制度最低的5 個城市分別為北京、上海、武漢、南京、成都，其限制度都不超過0.03，再次印證了上述關于網絡中心度分析的結果，即這幾個城市是產學研創新合作網絡中最不受限制、行動效率最高的城市，與其他許多城市都建立了創新合作關系。

4.4 “核心-邊緣”特征

由網絡度中心勢為0.802 的結果可見，合作網絡存在著“核心-邊緣”結構特征，根據各節點的核心邊緣度，可把樣本城市劃分為強核心層、核心層、強半邊緣層、弱半邊緣層和邊緣層5個層級（見表8）。

表8 2011—2020 年樣本城市產學研創新合作網絡中的節點層級分布

借助Pajek 生成區分文件輸入到VOSviewer 中繪制網絡等級層次圖，其中節點的核心邊緣度值與節點大小成正比。由圖5 可見，處于核心層級的城市間網絡聯系稠密、網絡通達性高，而外圍的城市間創新聯系少、合作網絡稀疏。具體來看：最強核心層即為第一層級，只有北京1 個城市，是國內產學研創新合作中心，與之合作的城市高達280 個，創新合作次數97 585 次，無論是從合作城市數量還是合作強度來看，北京都是產學研創新合作最為活躍的城市；核心層包括上海、南京、武漢、西安等20個城市，絕大部分是省會城市或副省級城市，是各省份的經濟中心和創新中心，是本省份高校、科研機構與企業集中的地方，創新資源豐富，而且也是國內創新合作重點城市；寧波、福州、鎮江等40 個城市處于強半邊緣層，這些城市是東部沿海經濟發達城市，產業發展水平較高、企業數量較多，具有較強的創新合作意愿和需求，在國內產學研創新合作中處于比較重要的位置，也是區域性產學研創新合作中較為活躍的城市；處于弱邊緣層的宿遷、江門、菏澤等79 個城市，創新合作能力較低，與其他城市的合作相對稀疏；余下的漳州、陽泉、安慶等156個城市，處于產學研創新合作網絡的最邊緣地帶，創新水平低下，由于自身經濟或地理因素等的限制，很難與其他城市建立創新合作關系。

圖5 2011—2020 年樣本城市產學研創新合作網絡等級結構

5 結論及建議

5.1 研究結論

本研究基于三螺旋理論對產、學、研專利合作類型分類并運用定量研究方法分析了中國城市間產學研創新合作的數量特征和網絡結構特征，得出如下研究結論：

（1）產、學、研主體間兩兩合作或三方合作的專利占城市間聯合申請專利總量的比例較小，且增長速度相對較慢；產學研主體間的合作主要集中在兩個主體間，三方合作較為稀少；企業在創新合作中發揮著主導作用，并更傾向于與科研機構建立合作關系。

（2）城市間創新合作網絡密度低、合作關系不夠緊密，網絡成員間聯系松散，網絡連通效率低下，網絡結構呈中心化特征，具有明顯的小世界效應；產學研創新合作關系呈現出“東密西稀、東強西弱”的空間分布格局，以北京為中心的單中心放射狀空間聯系特征明顯，與當前中國創新網絡的菱形空間結構特征形成鮮明的對比。

（3）北京、上海、武漢、南京、西安這5 個城市在網絡中的地位、對資源的控制能力及自主能力方面都處于領先水平，具有重要的橋梁作用，其次是成都、天津、廣州等15 個城市，其度中心度與接近中心度排名一致；北京、上海、武漢、南京、西安、成都是整個網絡中最不受限制、行動效率最高的節點城市；網絡的“核心-邊緣”層次清晰，形成了以北京為強核心層，上海、武漢、南京等20 個城市為核心層，徐州、石家莊、長春等40 個城市為強半邊緣層，宿遷、江門、舟山等79 個城市為弱半邊緣層，棗莊、宜賓、龍巖等余下156 個城市為邊緣層的“核心-邊緣”結構。

5.2 相關建議

根據上述結論，為進一步加強中國產學研創新合作能力建設，提出如下建議：

（1）推動以企業為中心的創新體系建設。企業、大學和科研機構具有較強的異質性，三者之間合作互補有利于創新發展。大學和科研機構的基礎研究要面向社會、面向企業，企業也要不斷吸收高校和科研機構的創新思想和成果，增強自身的自主創新能力。推動大學、科研機構與企業建立廣泛的聯系，同時鼓勵更多相關組織參與到創新合作中來，相互交流學習，使科學研究有效轉化為技術并服務于社會，進而支持社會經濟發展。

（2）政府要優化創新資源的區域配置。加快北京、上海、粵港澳大灣區國際科技創新中心建設，協同推進其他地區科技創新中心布局建設；圍繞區域創新協調發展機制的健全完善，重點優化科技項目和創新基地布局，形成科技創新支撐東部加快發展、東北地區全面全方位振興、中部崛起和西部大開發新格局。地方政府應著力加強創新平臺建設，推動建立和完善知識、資源共享平臺，促進城市間科學技術和知識等的傳播，形成廣泛連通的知識和資源網絡，進而調動創新主體的積極性與創造性。

（3）發揮重要城市的引領作用。北京、上海、武漢、南京等核心節點在創新合作網絡中居于主導地位，應充分利用這些城市在創新網絡中的橋梁作用，以產業聯系或者人才流動為載體，將其先進技術、優勢知識、重要信息等向邊緣節點城市傳遞，引導和帶動區域周邊及邊緣城市的發展，提升產學研創新水平，構建創新空間的管道效應。

（4）建設西部產學研創新合作中心。著力培育成都、重慶、西安等西部創新中心城市建設，通過構建西部創新中心，增加西部邊緣城市對外創新合作的機會，構建地方城市與地方創新中心本地蜂鳴效應，促進東中西城市間產學研創新合作。

注釋：

1）根據《中共中央 國務院關于促進中部地區崛起的若干意見》和《國務院發布關于西部大開發若干政策措施的實施意見》，將我國（未含港澳臺地區）劃分為東、中、西三大經濟區域。東部包括：北京、天津、上海、江蘇、浙江、福建、山東、河北、廣東、海南、遼寧、黑龍江、吉林13 個省份；中部包括：安徽、江西、河南、湖北、湖南、山西6 個省份；西部包括：內蒙古、廣西、重慶、四川、貴州、云南、西藏、陜西、甘肅、青海、寧夏、新疆12 個省份。