中歐科技—經貿合作網絡的共同演化分析
——基于電氣工程領域的實證研究

郭 垠 宏,宋 濤*,葛 岳 靜

(1.中國科學院地理科學與資源研究所,北京 100101;2.中國科學院大學資源與環境學院,北京100049;3.北京師范大學地理科學學部,北京 100875)

0 引言

中國和歐盟作為世界兩大經濟體,雙方經貿依存度高、互補性強,科技創新合作活躍。在中美科技貿易摩擦、“俄烏沖突”等國內外形勢不確定性增加的“百年未有之大變局”背景下,如何挖掘中歐合作潛力,尤其是務實推進科技、貿易等領域的合作,事關人類命運共同體構建以及聯合國可持續發展目標的實現。自改革開放以來,中歐雙方積極開展合作,尤其是隨著“一帶一路”倡議的積極建設、中歐投資協定談判的如期完成,“中歐堅定不移推動全面戰略伙伴關系健康穩定發展”。

中歐之間的貿易、科技合作網絡研究始終為經濟地理、人文地理的研究熱點。近年來隨著“一帶一路”貿易的穩步建設,社會網絡方法被廣泛運用于國際貿易格局及其動態演化分析[1]。例如:Zhou等分析中國在全球價值鏈(GVC)中相對于歐盟成員國的地位,證明中國已從貿易網絡的邊緣升至中心位置[2];陳聞鶴等發現“中歐班列”沿線國家貿易網絡格局由單極化向多核心化轉變[3];Snyder等論證了國際貿易網絡的世界體系也存在“核心—半邊緣—邊緣”結構[4],且網絡不平衡性日益加劇[5]。另外,GDP、邊境效應、貿易協議、國家規模、互惠信息等因素對貿易網絡結構影響較大,而地理距離對網絡結構的影響尚未達成共識[6-8]。

隨著科技全球化的深入推進,全球科研創新格局不斷重塑,國內外學者從網絡現狀、形成機制等方面對科技合作網絡進行了大量研究,得出全球科技合作網絡呈現小世界特征,合作格局不斷被新興科技國家重塑,外圍國家學習核心國家并成為其合作者或競爭者等結論[9-13]。跨境科技合作具有積極的溢出效應,有利于本地化知識溢出,并促進不同合作主體間的貿易交流及創新活動[14]。中國于2012年提出“創新驅動”發展戰略,在提高本地創新能力的同時,強化了國際合作對研究創新目標的實現路徑,與不同國家簽訂雙邊、多邊合作協議,促進知識創新的跨國轉移,積極融入全球知識網絡并從中獲益[15]。目前,歐盟已成為中國最大的知識轉移來源地[16],大批學者對中歐科技合作歷程、規模、對象、優勢領域等方面進行了系統分析[17-19]。可見,當前國內外學者對貿易、科技合作網絡的研究集中于單一網絡的合作結構、網絡特征及演化動因等方面,將兩大網絡有機結合,探究貿易網絡的知識溢出和創新驅動、科技合作網絡的貿易紅利以及兩大網絡共同演化、相互作用的研究仍然方興未艾。科技網絡和貿易網絡基于國家間聯系而構建,擁有相似的外部環境,“二者相互作用關系如何?是否形成相似或差異化路徑下的共同演化?”已成為貿易、科技合作網絡研究的新興科學問題。

共同演化是指兩個或多個相互依賴的物種發生連續變化,且演化軌跡相互交織、相互適應的過程[20],常被用于解釋組織與環境互動、技術與制度影響、產業集群演變等現象[21]。全球化加深了國家間貿易、外商投資、科技合作等的相互依賴,并嵌入語言、文化等人文社會網絡中[22],因此,共同演化理論可探究不同網絡的相互關系。例如:Moaniba等探究54個國家的技術多樣化指數和跨國合作網絡,發現技術多樣性與跨國合作程度具有共同演化趨勢[23];Cassi等通過分析世界葡萄酒貿易和研制科技合作網絡,發現貿易和科技合作網絡在葡萄酒領域存在共同演化特征[24]。但當前共同演化研究主要聚焦于具體產業,對于貿易、科技網絡這種大尺度的共同演化研究很少。因此,本文借鑒產業演化理論中的共同演化概念,對科技、貿易網絡的演化進行協同研究,即在更大的尺度上利用共同演化的分析框架揭示科技、貿易復雜網絡的互動過程。

作為現代科技領域的核心學科,電氣工程已經成為一國實現現代化不可或缺的關鍵領域,也日益成為世界各國科技競爭的焦點。特別是近年美國在芯片制造、AI等電氣工程相關領域對中國實行科技制裁,阻礙了我國電氣領域國際合作的深入發展,而法國、德國等歐洲老牌工業強國科技實力雄厚,在電氣工程領域占據重要地位,加強與歐洲合作利于解決“卡脖子”關鍵問題。因此,在全球強權科技領域激烈博弈的嚴峻態勢下,研究中歐科技合作網絡、產品貿易網絡及其共同演化,有利于進一步揭示全球科技地緣博弈,展望世界科技—經貿合作網絡,為我國深度參與全球科技貿易合作網絡、助力人類命運共同體建設、推進“一帶一路”高質量發展、突圍科技與經貿博弈提供理論與現實指引。

1 研究區域與數據來源

地理意義上的歐洲包括43個國家和1個地區(1)https://baike.baidu.com/item/%E6%AC%A7%E6%B4%B2/145550?fr=aladdin.,其中27個屬于歐盟成員國。鑒于數據的可獲得性及案例國家的代表性,本研究選取歐洲39個國家與中國大陸進行系統研究(表1)。由于列支敦士登、摩納哥、斯洛文尼亞、梵蒂岡、圣馬力諾5個歐洲國家數據缺失,且這些國家在科技和貿易方面國際合作數量相對歐洲其他國家占比很小,不會對整體結果造成有效影響,故不納入研究范圍。

表1 研究范圍

作為科研成果產出的主要載體,合著科研論文是科技合作的最直接體現形式,已成為研究全球科技合作的主要途徑之一[25]。本文以國家間論文合作近似表征科技合作,合作發表論文數量一定程度上能反映不同國家科學研究的聯系強度。基于Web of Science核心合集數據庫,立足Citation Topics在宏觀尺度上的學科分類方法,以電氣工程領域為例,下載2003年、2008年、2013年、2018年中歐40個國家雙邊合作發文數據,進行科技網絡相關分析。中歐經貿合作數據來源于EPS數據平臺中的世界貿易數據庫,貿易總額數據選擇產品分類為HS85,即電機、電氣、音像設備及其零附件門類,下載上述4個年份中歐40個國家間的進出口總額數據,構建中歐經貿合作網絡。

2 研究方法與理論假設

2.1 社會網絡分析

1)社會網絡分析。本文利用ArcGIS平臺中的Data Management模塊建立中歐科技、經貿合作國家的社會網絡,通過關注網絡中成員間的聯系分析不同行動者(個人、群體或社會)構成關系的屬性或結構[26],完成國家間科技合作及貿易合作聯系的可視化表達,并按照聯系數量進行等級劃分。其中,無向網絡密度S的計算公式為:

S=2m/[n(n-1)]

(1)

式中:n為整體網絡中行動者的數目,m為網絡中實際包含的關系數目。

2)凝聚子群分析。該方法將網絡中的行動者分為不同的“子群”,并考察各個“子群”間是否存在關系[27]。本文運用Ucinet軟件[28]分別將科技網絡和貿易網絡中的國家分成不同的“子群”,聯系緊密的國家歸入同一個“子群”,據此描述網絡中的組團現象,然后根據子群聚類圖整理出各個團體中包含的國家名單,由此計算各年份共同演化指數。

2.2 共同演化指數

本文基于演化經濟地理學中的共同演化理論,搭建科技和經貿網絡共同演化的理論框架。貿易和科技是國家間聯系的重要渠道,兩國之間日益重要的經貿關系往往會對科技合作產生積極影響[29],合作者多緣于經濟因素,而非智力依賴等其他激勵因素[30];全球網絡的參與者所追求的科學研究商業化戰略往往會對科研網絡產生影響,因此,技術或經濟變化會對現有關系施加壓力,并重新配置合作網絡結構[31]。因此,提出研究假設1:科技和貿易之間存在著強烈的相互依存關系。

當前國際形勢復雜多變,科技和貿易作為國家間交流合作的兩大方式,其網絡格局不斷被重塑。本文假設科技和貿易網絡處于相同的外部環境,二者相互交織,其中一個網絡的變動會對另一個網絡產生影響,并且這種影響能通過相似的網絡演化路徑表現,Cassi等曾在世界葡萄酒貿易與研發網絡中觀測到相似的演化路徑[24]。因此,提出研究假設2:科技和貿易間的相互依存關系能通過網絡演化路徑表現。

為度量科技網絡和貿易網絡演化的相似度,依據子群重合程度,構建共同演化指數(C):

(2)

(3)

式中:a、b分別為科技網絡和貿易網絡中各子群(i、j分別為科技、貿易網絡中子群數目)內部包含的國家數目,以整體匹配度最高的方式對科技網絡子群和貿易網絡子群配對,各對相同的國家數記為k,如果科技和貿易網絡中兩子群內部只有一個國家相同,則可以有多種配對方式,并不能說明如何配對更有效,因此認為相互匹配的子群內存在兩個及以上的重合國家,才建立有效聯系,并構建示性函數I以表征該指標。

2.3 “核心—邊緣”分析

“核心—邊緣”理論用于表征網絡中心與邊緣行動者之間的關系[32]。對加權網絡采用連續型的“核心—邊緣”結構模型進行分析,可以驗證假設1,即兩個網絡是否存在相互依存關系。利用Ucinet軟件分別計算2003年、2008年、2013年、2018年科技和貿易網絡中各節點的核心度(Coreness),即每個節點與網絡核心節點的接近程度[33],根據核心度的大小,將國家劃分為核心國家(Coreness≥0.2)、半邊緣國家(0.04≤Coreness<0.2)和邊緣國家(0≤Coreness<0.04)[3],并利用可視化結果表征演化情況。隨后計算不同國家科技和貿易網絡核心度之間的皮爾遜相關系數,若同一個國家在兩個網絡中的核心度相似,即二者顯著相關,則說明它們在兩個網絡中處于相似的地位,進而推斷科技和貿易網絡具有相互依存關系。

3 中歐合作網絡演化分析

3.1 科技合作網絡演化分析

以各國電氣工程領域合作發表論文數量為基礎變量,繪制中歐各國科技合作網絡及合作強度圖。由于中歐各國科技合作網絡連線數量密集,對網絡的主要聯系造成干擾,因此,可視化時剔除合作發文小于100篇的連線(圖1)。研究顯示,2003—2018年中歐科技合作網絡節點數、連接邊數、網絡密度均得到提升(表 2),說明中歐科技合作日益密切,科技合作的知識溢出效應顯著。

注:基于審圖號為GS(2016)1667的標準地圖繪制,底圖無修改,下同。

圖2 2003—2018年中歐科技合作網絡等級結構

2003年中國共與38個歐洲國家開展論文合作,但整體發文數量不多,網絡聯系很弱。合作規模空間不均衡性初顯,合作發文數量高值區主要集中在西歐國家,科技合作聯系主要建立在英國、法國、德國、意大利、西班牙、中國之間,整體呈現出“西(歐)強東(歐)弱”的空間格局。2008年中國共與歐洲39個國家開展論文合作,除中東歐少數國家外,合作發文數量、網絡連接程度均較2003年有明顯增長,但網絡聯系整體偏弱,呈現出以中國、西歐為核心的發散型結構。中國、西歐、南歐主要國家間聯系更緊密,中東歐多數國家對外科技合作強度仍較低,空間不均衡性進一步加大。2013年研究范圍內的40個國家均有論文合作,中國、俄羅斯、意大利、英國、西班牙等國家合作發文數量增速顯著,網絡連接度得到提升,知識溢出明顯。中東歐、南歐國家聯系增強,歐洲區網絡呈現出以英國、西班牙、意大利、德國為頂點的多邊形結構。2018年中歐科技合作網絡聯系更密切,中東歐國家與西歐、南歐科研聯系明顯加強,中國躍升為合作發文數量兩大巨頭之一。中歐各國合作發文數量分布呈現“東西突出、中間凹陷”的空間格局,科技合作網絡聯系更緊密,歐洲區網絡的多邊形結構進一步加強。

中國與歐洲各國科技合作歷史悠久,經過15年的發展,中歐電氣工程領域科技合作日益密切,合作強度穩步提升,連接邊數、網絡密度分別從2003年的351、0.45增至2018年的609、0.78,但不同國家間差距仍很大,科技合作網絡存在明顯的“核心—邊緣”結構。2003—2013年核心國家數量為5～7個,英國、德國、法國、意大利一直處于核心地位,中國于2008年躋身核心國家行列,半邊緣國家主要由北歐、西歐、南歐國家組成,中東歐國家及一些小體量國家基本處于邊緣位置;2018年核心國家和半邊緣、邊緣國家差異增大,中、英兩國的核心度占整體網絡的93.8%,邊緣和半邊緣國家差距很小。隨著時間推移,科技網絡連接度加強,結構從星形向圓形趨近(圖 2),這說明整體上科技合作核心度的差異在減小,但核心國家更集中且與邊緣國家差異增大,邊緣國家有向半邊緣國家躍升的趨勢。

3.2 經貿合作網絡演化分析

以各國貿易總額為基礎,繪制中國與歐洲各國電氣工程領域經貿合作網絡(以下簡稱“中歐經貿合作網絡”)及合作強度圖(剔除貿易總額小于1億美元的連線)(圖3)。結果顯示,2003—2018年中歐經貿合作網絡節點數、連接邊數、連接度均呈上升狀態(表2),表明中歐各國貿易往來頻繁,合作日益密切。與科技合作相比,中歐經貿合作歷史更悠久,2003年已經形成以中國、俄羅斯、英國、西班牙為頂點的多邊形結構,且歐洲區呈現出以德國為核心的放射狀特征;同時,經貿合作的空間不均衡性明顯,表現出以德國為核心的“中間突出、四周凹陷”的空間格局。2008年中歐各國貿易往來更密切,經貿合作網絡聯系緊密,多邊形網絡結構得到加強,各國貿易量均有增長,空間不均衡程度略微下降,呈現出以中東歐地區為核心的“中間低、四周高”的空間格局。2013—2018年中歐經貿合作得到加強,但整體網絡結構變化不大,貿易量仍以德、中、英、意、法等國占優勢,北歐、東歐、南歐仍呈現“個別突出,整體不足”的態勢,中東歐國家間的貿易聯系明顯加強,但受經濟發展水平、產業結構等因素的影響,主要貿易往來仍發生在歐盟國家及中、英兩國。

圖3 2003—2018年中歐經貿合作網絡及各國貿易總額

表2 2003—2018年中歐科技、經貿網絡基本數據

2003年貿易聯系網絡具備較完善的菱形結構。在各等級國家數量、網絡結構演變等方面,中歐經貿合作網絡和科技合作網絡頗為相似。2003—2013年核心國家數量為5～6個,英國、德國、法國、荷蘭及中國一直處于核心地位,半邊緣國家主要由西歐、南歐、部分北歐國家組成,中東歐國家、少量北歐國家及一些體量較小的國家大多處于邊緣位置。2018年核心國家和半邊緣、邊緣國家差異增大,中、德兩國的核心度占整體網絡的84.4%,邊緣和半邊緣國家差距很小。隨著時間推移,貿易網絡結構從星形趨向圓形(圖 4),這說明整體上貿易核心度的差異在減小,但核心國家更集中且與邊緣國家差異增大,邊緣國家有向半邊緣國家躍升的趨勢。另外,受2008年金融危機等沖擊,2013年貿易網絡和2008年貿易網絡差別不大,2013年“一帶一路”倡議提出后,中國和部分歐洲國家間貿易量增加,推動中歐貿易網絡的發展。

4 中歐科技合作網絡和經貿合作網絡的共同演化分析

通過對中歐科技和經貿合作網絡的探究,發現兩個網絡在空間結構、等級結構等方面聯系密切,進而對前文提出的兩個假設進行驗證。通過核心—邊緣分析得到中歐科技、經貿合作網絡中各國的核心度并進行相關分析。科技和貿易網絡核心度的相關性結果顯示,4個年份相關系數分別為0.827、0.773、0.737、0.596,各節點在科技和貿易網絡中的核心度均在0.01水平上顯著相關,證明假設1成立。

進一步探究兩大網絡演化路徑以驗證中歐科技合作網絡和貿易合作網絡間的相互關系。通過建立“凝聚子群”模型,刻畫網絡演化表現出相似路徑的程度(子群劃分結果見表3),若同一時期科技和經貿網絡各子群密度相近且包含國家趨同,則認為二者存在相似性,并計算各年份中歐科技和貿易合作網絡的共同演化指數,結果顯示,2003年、2008年、2013年、2018年共同演化指數分別為14.18%、17.08%、25.25%、29.72%,呈增加趨勢,說明科技網絡和貿易網絡有相似的演化路徑,證明假設2成立。

表3 2003—2018年中歐科技合作和經貿合作網絡凝聚子群

綜合考慮網絡形狀、空間結構、子群重合程度等多個因素,對各個時間段內科技和經貿網絡的演化特征進行分析。從國家匹配情況看,2003年科技和經貿網絡核心度分組匹配的國家很少,主要為中歐、南歐的小國;2008年分組匹配的國家數量明顯增多,且分布范圍擴展到中國以及南歐、西歐的大部分國家;2013年分組匹配的國家數量相比2008年變化不大,分布范圍向中東歐國家拓展;2018年分組匹配的國家數量進一步增加,西歐、南歐、中歐國家基本納入其中,東歐國家明顯增多。總體而言,隨著時間推移,兩個網絡匹配程度提高,空間上呈現東拓、西延、南下、北上的趨勢,且向東擴張最明顯。

2008—2013年科技網絡規模明顯提升(圖2),貿易網絡規模無顯著變化(圖4),但二者的共同演化指數從17.08%升至25.25%。原因可能為:2008年全球金融危機對中歐經貿聯系打擊巨大,導致經貿合作網絡的發展相對停滯,但前期各國的經貿往來為科技合作奠定了良好基礎,中歐科技合作蓬勃發展,并朝著經貿合作網絡特征方向演化。另外,2012年中國同中東歐國家達成共識,提出中國—中東歐“16+1合作”機制(2019年希臘加入后變為“17+1合作”),雙邊合作進一步深化,兩個網絡共同演化出現空間東拓現象。這也表明,僅從網絡的形狀、空間結構、密度等方面不足以評價其相似程度,共同演化指數可以揭示更深層次的網絡演化關系。

圖4 2003—2018年中歐經貿合作網絡等級結構

5 結論與建議

本文利用Web of Science核心合集論文數據庫和EPS數據平臺獲取2003年、2008年、2013年、2018年中歐各國間電氣工程領域合作發文數量及貿易總額,采用GIS空間分析、社會網絡分析、“核心—邊緣”結構模型等方法,研究了2000—2019年中歐40個國家科技合作和經貿合作網絡的結構特征,并構建共同演化指數,探究兩個網絡演化過程中的相似模式,主要結論如下:①中歐各國間科技合作網絡起步稍晚,與2003年相比,2018年網絡節點數、連接邊數、密度均得到大幅增長。網絡形狀經歷了連接數稀少到多邊形結構加強的變化,合作規模經歷了從“西強東弱”到“東西突出、中間凹陷”的空間格局變化。等級結構方面,2013年之前核心國家數量較多,包括英國、德國、法國、意大利等,2018年核心國家和邊緣國家差距增大,僅有英國和中國占據核心地位。②與科技合作相比,2003年中歐經貿合作網絡就已呈現多邊形結構,經過15年的發展,經貿合作規模逐步擴大,經歷了“中間突出、四周凹陷”到“中間低、四周高”的空間格局變化。等級結構方面,2013年之前核心國家數量較多,包括英國、德國、法國、荷蘭及中國,2018年核心國家和邊緣國家差距增大,僅有德國和中國占據核心地位。但受金融危機等因素影響,2008年和2013年經貿網絡差異不大。③中歐科技網絡和經貿網絡存在強烈的相互依存關系,并能通過網絡演化路徑表現,即二者共同演化。科技和經貿合作網絡的共同演化指數增加,重合國家從少數中歐、南歐國家擴展到西歐、南歐、中東歐國家,科技網絡和經貿網絡有相似的演化路徑。

上述研究結果表明,科技網絡發展起步晚于經貿網絡,核心大國的影響力日益增加,科技話語權、經貿控制力更集中在部分大國。未來中國與歐洲各國應進一步提升科技合作與經貿合作的廣度和深度,具體可采取如下策略:①作為網絡中的核心國家,一方面我國應繼續加強與英、德、意、法等國的合作深度與均衡性,另一方面要借助自身優勢,積極與邊緣、半邊緣國家選取合適的細分領域開展合作,展現負責任大國的擔當,提升網絡的連通性,促進知識溢出;②繼續深化科技體制改革,建立健全科技創新的市場導向機制,增加科技投入,完善激勵機制,彌補科研部門與經濟部門的脫節,實現經濟合作和科技合作的相互促進;③積極參與全球科技治理體系改革,在科技網絡中提升中國話語權,為營造更加公平的國際科技創新合作環境貢獻力量。

本文存在如下不足:①盡管合作發文數量能在一定程度上反映不同國家間科學研究的聯系強度,但其有效性不如合作發表專利數據以及供應鏈、產業鏈等數據,加之文章數量采用絕對數值度量,未考慮國家體量的影響;②采取全計數方式構建中歐科技合作矩陣,未對第一作者或通訊作者所在國家賦予更高的權重,忽略了不同國家在論文合作中的重要性,今后可采取加權計數的方法優化科技合作網絡;③電氣工程領域只是中歐合作的一個重要組成部分,氣候變化、大健康、資源環境等更多領域的中歐合作研究將有助于務實推進“中歐全面戰略伙伴關系健康穩定發展”;④僅關注中歐科技合作和經貿合作兩個網絡共同演化的現象,未探究其共同演化的形成機制,也未考慮大國之間合作的“政治互信”這一重要基礎,今后應深化兩個網絡共同演化機制的研究,可進一步繪制各凝聚子群的“像矩陣”,并結合QAP方法、交互網絡時空分析方法,分析共同演化機制及背后的政治、經濟、文化基礎[34,35];⑤僅考慮中國與歐洲國家間的合作,未考慮區域外大國、歐盟等超國家組織以及各國內部環境的影響,未來研究將重點運用尺度轉換方法,將美國、日本等科技強國納入研究范圍,在全球、跨區域、亞區等多個尺度層面探究科技合作網絡和經貿合作網絡的相互關系,強調地緣環境的主觀建構過程,理解國家在各個尺度上相互依賴的差異及本質[36],從而更好地揭示科技合作網絡和經貿合作網絡的依存關系,為深化國際合作提供建議。