區(qū)域科學(xué)領(lǐng)域中的集群動力學(xué)研究綜述

李國平 何邦振

摘要：集群動力學(xué)及集群行為研究空間上的集群現(xiàn)象及其動力原理，是當(dāng)前區(qū)域科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和前沿視角。文章綜述國外關(guān)于集群動力學(xué)及集群行為的研究起源，梳理在區(qū)域科學(xué)領(lǐng)域中的集群相關(guān)概念、研究歷程、指標(biāo)測度、形成分類與演化動力原理等相關(guān)研究，總結(jié)提煉最新研究進(jìn)展和發(fā)展方向，以期對我國學(xué)者進(jìn)一步研究和公共部門政策制定提供有益借鑒。

關(guān)鍵詞：集群；產(chǎn)業(yè)集群；集群動力學(xué)；集群機(jī)理；區(qū)域科學(xué)

一、 引言

集群行為（Cluster Behavior，Collective Bbehavior）在生活中普遍存在，細(xì)菌、螞蟻、魚、鳥、牛等生物群落都能發(fā)現(xiàn)明顯的集群運(yùn)動，小到各種微粒子、大到星際天體也都時時刻刻處在各自集群中運(yùn)動，同時人類的生活居住、社會活動和經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)領(lǐng)域也在空間上表現(xiàn)出一定的集群變化。各領(lǐng)域科研人員都試圖解釋集群如何在沒有統(tǒng)一控制情況下實(shí)現(xiàn)總體一致地運(yùn)動并進(jìn)行各種活動，因此關(guān)于集群行為的研究也遍布生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、物理學(xué)、社會學(xué)、心理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)和計算科學(xué)等諸領(lǐng)域。動物的集群行為與集群運(yùn)動比較容易觀察和分析，很早就有關(guān)于動物種群演變和遷徙規(guī)律的生態(tài)學(xué)研究，近年來人們又通過計算機(jī)對生物集群演變進(jìn)行模擬，運(yùn)用到仿生機(jī)器人等人工智能領(lǐng)域。

集群動力學(xué)（Cluster Dynamics，Collective Dynamics）是研究集群運(yùn)動的新興學(xué)科。最早研究集群運(yùn)動機(jī)理的系統(tǒng)計算模型，是1987年由Reynolds提出的Boid模型，他根據(jù)鳥群、羊群和魚群等動物集群運(yùn)動特點(diǎn)，總結(jié)了三條建模規(guī)則，即：既能聚集在一起，又相互排斥以保持安全距離，同時集群整體速度協(xié)調(diào)一致。Couzin等（2002）用數(shù)學(xué)模型將其作了進(jìn)一步精確化發(fā)展。匈牙利物理學(xué)家Vicsek和Czirok等（1995）于1994年提出了有效模擬集群運(yùn)動的Vicsek模型，他以集群中的個體為研究單元，所有個體的運(yùn)動形成整個集群運(yùn)動的合速度，并在調(diào)整過程中集群趨向于“同步”。在此基礎(chǔ)上，Leader-follower模型改變Vicsek模型每個個體都平等這一條件，增加一個或幾個具有信息自主性的領(lǐng)導(dǎo)者，領(lǐng)導(dǎo)者從影響相鄰的個體開始通過傳遞完成領(lǐng)導(dǎo)整個群體活動。

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人類活動協(xié)作與競爭關(guān)聯(lián)日益頻繁，在空間上的分散與集聚表現(xiàn)更趨明顯。特別是20世紀(jì)末以來，區(qū)域和產(chǎn)業(yè)集群演變加速，人類活動的集群發(fā)展演變過程及機(jī)理越來越受到關(guān)注。區(qū)域科學(xué)領(lǐng)域的集群動力學(xué)及集群行為在國外研究相對較早，對該領(lǐng)域的研究梳理有助于國內(nèi)當(dāng)前區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展導(dǎo)向下的研究推進(jìn)和政策制定參考。

二、 區(qū)域科學(xué)領(lǐng)域中的集群研究歷程

在區(qū)域科學(xué)領(lǐng)域，空間上形成集群的主要是產(chǎn)業(yè)、企業(yè)、人口和城市等主體?？傮w來看，區(qū)域科學(xué)領(lǐng)域研究者最主要關(guān)注產(chǎn)業(yè)和企業(yè)集群的形成和演化，從集群概念角度，其研究歷程主要分為以下三個階段。我們首先溯源產(chǎn)業(yè)集群概念的提出的雛形——集聚分工，然后介紹區(qū)域科學(xué)領(lǐng)域?qū)W者們探討和逐步普遍認(rèn)可的集群概念。

1. 起步階段：農(nóng)業(yè)與工業(yè)集聚分工研究。德國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)家Thünen1826年通過孤立國假設(shè)，根據(jù)當(dāng)時德國農(nóng)業(yè)和市場的關(guān)系，充分討論了農(nóng)業(yè)、林業(yè)、谷草、牧業(yè)的經(jīng)營空間布局，摸索出由距離城市距離遠(yuǎn)近不同而引起的不同農(nóng)業(yè)種類空間分異現(xiàn)象。這是農(nóng)業(yè)集群概念形成的早期雛形。Adam Smith1776年總結(jié)英國工業(yè)化初期生產(chǎn)分工和專業(yè)化生產(chǎn)所產(chǎn)生的效率，在《國富論》中認(rèn)為，勞動分工是國民財富增進(jìn)的源泉，他將分工分為企業(yè)內(nèi)分工、企業(yè)間分工和產(chǎn)業(yè)分工三類。分工提升整體效率，企業(yè)集群保證了分工與專業(yè)化的效率，分工與專業(yè)化的強(qiáng)化反過來又促進(jìn)集群的發(fā)展。Marshall（1980）最早用“工業(yè)區(qū)”（Industrial District）一詞來解釋小企業(yè)的集聚現(xiàn)象，定義“工業(yè)區(qū)”為大量小企業(yè)的地理集中，強(qiáng)調(diào)了小企業(yè)的地理臨近以獲得外部規(guī)模經(jīng)濟(jì)的重要性。

2. 深化階段：產(chǎn)業(yè)集群研究。除Marshall的“工業(yè)區(qū)”概念外，相關(guān)活動的區(qū)域集中，供應(yīng)結(jié)構(gòu)（供應(yīng)鏈），具有持久聯(lián)系的公司網(wǎng)絡(luò)，行業(yè)間的輸入—輸出鏈，一系列技術(shù)，與某一技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)的公司群等，以上都是區(qū)域科學(xué)領(lǐng)域提出的集群概念。

Porter特別強(qiáng)調(diào)競爭在集群經(jīng)濟(jì)中的作用，他認(rèn)為集群有利于競爭、競爭促進(jìn)集群演化。Porter（1998）給出集群定義為特定領(lǐng)域中相互關(guān)聯(lián)的公司和機(jī)構(gòu)的地理集中，包括一系列相互聯(lián)系的產(chǎn)業(yè)和其他有利于競爭的實(shí)體。Gault（2002）認(rèn)為集群是一組擁有共同目標(biāo)（比如創(chuàng)新）的連接在一起的私人或公共機(jī)構(gòu)。Cooke和Huggins（2002）提出了集群以下定義，相互處于垂直或水平關(guān)系中、在地理上接近的公司，這些垂直或水平關(guān)系包括在特定市場領(lǐng)域的企業(yè)各種基于競爭和合作、共享商業(yè)增長發(fā)展愿景、支持公共基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)系。Cooke這個定義為相應(yīng)的政策處理提供了可能，即提供平臺“支持基礎(chǔ)設(shè)施”，增強(qiáng)企業(yè)的“共同愿景”和促進(jìn)企業(yè)間的競爭和協(xié)作。這個定義得到許多研究者的認(rèn)同，Boschma和Lambooy（2002）認(rèn)為，當(dāng)考慮這個定義時，弄清楚集群演化的動力學(xué)就至關(guān)重要。

總體來看，產(chǎn)業(yè)集群研究主要可以分為兩個層次：第一個涉及宏觀層面，分析一個國家或地區(qū)的投入和產(chǎn)出相關(guān)的行業(yè)；第二個則涉及微觀層面，分析在市場、機(jī)構(gòu)、集聚、城市化等具體的地方條件下的個體行為者（如企業(yè)或私人機(jī)構(gòu)）。不同層面的集群，其定義、識別、研究方法和政策建議不盡相同。比如，微觀層次的集群概念包括本地化的空間效應(yīng)，而宏觀層次的集群概念沒有；政策方面，宏觀層面的集群分析可以考慮國家的工業(yè)或技術(shù)政策，而在微觀層面的集群分析則可以考慮地方政府政策和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。一般來說，經(jīng)濟(jì)學(xué)家和管理學(xué)家強(qiáng)調(diào)集群的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)特征，側(cè)重宏觀層面；區(qū)域經(jīng)濟(jì)學(xué)家和地理學(xué)家則強(qiáng)調(diào)本地化的空間效應(yīng)，側(cè)重微觀層面。但這并不意味著宏觀和微觀兩個層面之間沒有連接，在微觀層面，行業(yè)、技術(shù)、市場和知識等因素仍然發(fā)揮重要作用，其研究結(jié)果也可以產(chǎn)生對宏觀層面研究的有益影響。

三、 區(qū)域科學(xué)領(lǐng)域中的集群形成演化動力學(xué)研究

集群動力學(xué)及集群行為在區(qū)域科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，主要就是研究空間上的集群現(xiàn)象及其動力原理。這是區(qū)域科學(xué)領(lǐng)域的核心問題之一，也是當(dāng)前研究的前沿領(lǐng)域。

傳統(tǒng)工業(yè)區(qū)位理論關(guān)注資源稟賦、交通條件和成本經(jīng)濟(jì)等因素，認(rèn)為這些是形成企業(yè)集群的原因。但是隨著傳統(tǒng)工業(yè)聚集區(qū)域的衰落和新興產(chǎn)業(yè)的蓬勃興起，集群在實(shí)踐中所表現(xiàn)出的組織性質(zhì)和經(jīng)濟(jì)特征進(jìn)入到學(xué)術(shù)研究視野，區(qū)域科學(xué)領(lǐng)域的集群動力學(xué)理論研究紛紛涌現(xiàn)。Nooteboom Bart（1999）通過整合演化經(jīng)濟(jì)學(xué)，從企業(yè)的資源能力視角、交易成本理論和認(rèn)知科學(xué)視角論述了學(xué)習(xí)和創(chuàng)新對產(chǎn)業(yè)組織演化發(fā)展的作用過程，在此基礎(chǔ)上其在Cluster Dynamics一文進(jìn)一步專門論述集群動力學(xué)，他們認(rèn)為雖然集群和“工業(yè)區(qū)”兩個概念雖然都含有連接的特征、共享的目的、一定的等級和中心性等，但是“區(qū)”表明活動的空間邊界，而“集群”的則存在空間上的擴(kuò)展性，這也是集群動力學(xué)的一個關(guān)鍵特征。

1. 集群的測度指標(biāo)研究。Enright（2001）認(rèn)為區(qū)域集群的多樣性決定很難對其給出定義，但研究和思考集群可以首先從集群的相關(guān)觀測指標(biāo)著手，并建立了一套觀測集群的相關(guān)指標(biāo)體系：

（1）集群的地理范圍，指的是企業(yè)、客戶、供應(yīng)商、支持服務(wù)和機(jī)構(gòu)的地域范圍，這些區(qū)域嵌入在正在進(jìn)行的關(guān)系和相互依賴的活動中。

（2）集群的密度，是指集群中的公司的數(shù)量和經(jīng)濟(jì)權(quán)重（以相關(guān)行業(yè)的市場份額計）。

（3）集群的寬度，是指集群內(nèi)在通用技術(shù)、最終用戶、分銷渠道等非垂直關(guān)系領(lǐng)域水平相關(guān)的行業(yè)范圍。

（4）集群深度，是指集群內(nèi)垂直相關(guān)行業(yè)的范圍，特別是集群是否包含供應(yīng)鏈中的所有步驟。

（5）集群的活動基礎(chǔ)，涉及區(qū)域中增值鏈活動的數(shù)量和性質(zhì)。

（6）銷售的地理跨度，表示集群的邊界范圍。

（7）集群的競爭地位的強(qiáng)度，可以隨著企業(yè)競爭對手能力的強(qiáng)弱，從國內(nèi)領(lǐng)先、超國家的區(qū)域范圍領(lǐng)先，到世界領(lǐng)先。

（8）一個集群的發(fā)展階段，可以是新興的或成熟的，集群可能正在增長、停滯或衰退。

（9）集群中技術(shù)活動的性質(zhì)，一般來說，集群可以是技術(shù)生成器、技術(shù)適配器或技術(shù)用戶。

（10）集群的創(chuàng)新能力，是指集群產(chǎn)生與相關(guān)行業(yè)的競爭優(yōu)勢相關(guān)的關(guān)鍵創(chuàng)新的能力。

（11）區(qū)域集群的所有權(quán)結(jié)構(gòu)，是指集群主要由本地公司、外資企業(yè)或兩者的某種組合組成。

2. 集群的形成分類研究。

（1）從價值鏈到網(wǎng)絡(luò)。集群中主要有價值鏈之間的聯(lián)系，也有相互給予和共享的支持機(jī)構(gòu)。Nooteboom認(rèn)為，集群首先通常包括不同的價值鏈，價值鏈包含在給定的生產(chǎn)和營銷中增加價值的所有公司產(chǎn)品中，構(gòu)成一個價值網(wǎng)絡(luò)體系。

網(wǎng)絡(luò)是包括價值鏈、價值系統(tǒng)的一般概念。集群是某種類型的網(wǎng)絡(luò)。Coleman（1988）提出，網(wǎng)絡(luò)是集體或個體行為者以各種各樣的內(nèi)容、按某種結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度連接的集合，網(wǎng)絡(luò)的密度與個體的參與程度有直接聯(lián)系。Burt（1992）提出，集群中參與者之間最大直接連接數(shù)為n（n-1）/2，密度測量為實(shí)際這種連接的數(shù)量除以最大值，幾乎沒有直接的連接需要“結(jié)構(gòu)孔”（Structural Holes）。締約方可以通過成為同一協(xié)會、同一價值鏈的成員或通過共享而間接相連的客戶或供應(yīng)商。在網(wǎng)絡(luò)中，鏈接或關(guān)系可強(qiáng)可弱、可正式可非正式。

（2）從網(wǎng)絡(luò)到集群。網(wǎng)絡(luò)如何成為集群？由Cooke提供的集群定義知，在集群中，不同類型活動經(jīng)常因?yàn)楣餐哪康慕Y(jié)合在一起，形成垂直或水平聯(lián)系。另一方面，一個具有高中心性和層次結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，將不再稱為集群。

集群的網(wǎng)絡(luò)，使得集群不僅僅是一組恰好共享同一地點(diǎn)、工業(yè)或技術(shù)的公司集合，網(wǎng)絡(luò)通過協(xié)同效應(yīng)產(chǎn)生附加值，提高產(chǎn)品效率或市場準(zhǔn)入。在集群中，所有企業(yè)和機(jī)構(gòu)有一個共同的目的，即便也有個別目的可能相互沖突。然而，不管是否存在產(chǎn)生分層控制的總體權(quán)威，因?yàn)榧菏钦w，相互之間或多或少會平衡。雖然網(wǎng)絡(luò)和集群之間的概念邊界不總是很明晰，但它們確實(shí)有相當(dāng)大的區(qū)別。如特許經(jīng)營或供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)不是一個集群，一是缺乏各種活動，二是專營權(quán)和供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)通常由特許經(jīng)營者或買方主導(dǎo)。

在集群中，聯(lián)合目的可能受到限制，并且緊密和松散的聯(lián)系可能共存。集群成員不必知道對方，不需要都有直接連接，不是所有人都與大家合作，但是他們至少間接地連接。Nooteboom（2003）認(rèn)為這種聯(lián)系的強(qiáng)度可以從以下幾個維度來考慮：一是范圍，即所涉及的活動的類型和范圍在關(guān)系；二是強(qiáng)度，即財政或其他資源的承諾；三是投資的關(guān)系特殊性；四是頻率；五是持續(xù)時間；還有是否具有排他性（缺乏其他直接關(guān)系）和相互承諾或忠誠度。

3. 集群的發(fā)展演化研究。Nooteboom和Woolthius Rosalinde Klein（2005）認(rèn)為集群產(chǎn)生，能解決特定環(huán)境中的具體問題，其特殊性與產(chǎn)生問題的歷史制度條件相關(guān)。相應(yīng)地，集群不可能簡單復(fù)制，但這也不意味著什么都不可能做，只要認(rèn)真研究歷史和當(dāng)前的條件及我們對集群的需求，就能找到合適的集群解決方案。同時，集群不能被視為一個一勞永逸的安排，集群需要適應(yīng)不斷變化的內(nèi)部和外部條件。針對集群的發(fā)展演化，能否、如何識別它一般的發(fā)展階段和評估它的效果，學(xué)者們也有研究。

集群的發(fā)展演化理論，系統(tǒng)研究首先是從Poter（1990）對國家的產(chǎn)業(yè)競爭優(yōu)勢分析開始的，影響產(chǎn)業(yè)集群競爭優(yōu)勢的各個方面要素互相促進(jìn)又互相制約，一個要素的優(yōu)勢會催生相關(guān)要素的成長，進(jìn)而促進(jìn)整個集群競爭優(yōu)勢的發(fā)展，而某一要素的退化也有可能造成整個集群競爭優(yōu)勢的衰退，形成了集群和演化發(fā)展的動力。

Tichy·C（1998）從地理環(huán)境對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要性開始論述，歷史分析國家的崛起特別是歐洲迅速形成的集群經(jīng)濟(jì)，解釋和評估地理和集聚對經(jīng)濟(jì)發(fā)展、地區(qū)競爭力的作用。他認(rèn)為產(chǎn)業(yè)集群的生命周期可以劃分為產(chǎn)生、成長、成熟和衰退等四個階段。

Boschma和Lambooy（2002）認(rèn)為，雖然不存在一個普遍的發(fā)展階段，但可以確定一個潛在的“發(fā)展邏輯”，可以得出集群不同的發(fā)展路徑，認(rèn)為這種差異同樣和技術(shù)、知識、市場、機(jī)構(gòu)等相關(guān)。Nooteboom（2000）把這個“邏輯”從能力、治理和結(jié)構(gòu)三個方面進(jìn)行了歸納。

Nooteboom在和Woolthius Rosalinde Klein合作一文進(jìn)一步提出從新技術(shù)市場組合中出現(xiàn)的集群一般將在四個階段發(fā)展演化，即探索（Exploration）、鞏固（Consolidation）、停滯或轉(zhuǎn)化（Stagnation or transformation）、破裂和重新探索（Break-up and New Exploration）。

四、 結(jié)語

區(qū)域科學(xué)領(lǐng)域的集群概念，一方面，與工業(yè)區(qū)、產(chǎn)業(yè)區(qū)的概念相比，多了空間上的擴(kuò)展性、動態(tài)性，另一方面，與價值鏈和網(wǎng)絡(luò)的概念相比，也有具體的聯(lián)系和區(qū)別。同時，集群還有包含頻繁活動、互相聯(lián)系、進(jìn)入市場、共享目標(biāo)、本地嵌入性、一定的等級結(jié)構(gòu)和非正式的控制等其他具體特征。區(qū)域科學(xué)領(lǐng)域的集群研究，最核心的在于集群的動態(tài)發(fā)展演化機(jī)理——集群動力學(xué)。

發(fā)達(dá)國家的城市與區(qū)域經(jīng)歷了比較完善的發(fā)展階段，其區(qū)域科學(xué)研究領(lǐng)域當(dāng)前對集群動力學(xué)與集群行為的研究可為國內(nèi)相關(guān)學(xué)者的研究提供有益借鑒。從公共部門的政策制定角度看，把握集群演化機(jī)理，調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)、創(chuàng)新等集群演化動力，分析判斷集群所處的形成、發(fā)展、停滯、轉(zhuǎn)變、消亡等不同階段，引導(dǎo)區(qū)域集群下一步發(fā)展方向，還可以針對其未來可能的演化趨勢提前做好相關(guān)預(yù)案。

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作者簡介：李國平（1961-），男，漢族，黑龍江省拜泉縣人，北京大學(xué)政府管理學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)閰^(qū)域經(jīng)濟(jì)、經(jīng)濟(jì)地理；何邦振（1992-），男，漢族，湖南省衡南縣人，北京大學(xué)政府管理學(xué)院碩士生，助教，研究方向?yàn)槌鞘信c區(qū)域經(jīng)濟(jì)。

收稿日期：2018-04-10。