基于雙元超網絡的中原城市群協同創(chuàng)新機制
——以先進材料產業(yè)為例

尹 翀，丁青艷，崔穎新，李曉軍，孫善美

（1.齊魯工業(yè)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(yè)大學（山東省科學院）山東省科技發(fā)展戰(zhàn)略研究所，山東濟南 250014；3.山東火炬生產力促進中心，山東濟南 250101）

國家“十四五規(guī)劃”明確指出，要優(yōu)化提升京津冀、長三角、珠三角、成渝、長江中游等城市群發(fā)展水平，發(fā)展壯大山東半島、粵閩浙沿海、中原、關中平原、北部灣等城市群，推動城市群一體化發(fā)展，全面形成“兩橫三縱”城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略格局。其中，中原城市群包含河南、山西、河北、山東和安徽五省的30 個城市，位于京滬渝三角形的重心位置和晉冀魯皖鄂陜六省交匯處，是我國“兩橫三縱”城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略格局陸橋通道與京廣通道交匯核心區(qū)域，區(qū)位優(yōu)勢顯著，作為黃河經濟帶和促進中部崛起的戰(zhàn)略支點，在中部崛起戰(zhàn)略實施、黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展中發(fā)揮著極為重要的作用。中原城市群同周邊的長三角、京津冀、成渝、關中、長江中游等城市群存在錯位互補和融合發(fā)展的關系，在城市群整合過程中扮演著關鍵節(jié)點城市群的核心角色，統籌中原城市群內外協同發(fā)展，打造現代產業(yè)體系，對于構建聯動效率更高的全國性城市群體系具有重要意義。

當前，中原城市群正處于強化產業(yè)鏈條、提質升級和加快躍升的關鍵階段，但自主創(chuàng)新能力不強是中原地區(qū)傳統優(yōu)勢產業(yè)發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)，整體產業(yè)技術創(chuàng)新能力同長三角、京津冀等城市群還存在顯著差距。高效配置創(chuàng)新資源，培養(yǎng)發(fā)展戰(zhàn)略性新興產業(yè)是中原城市群構筑優(yōu)勢互補、協作緊密、聯動發(fā)展的區(qū)域性現代產業(yè)體系的重要支撐。傳統材料產業(yè)是中原地區(qū)重要的支柱產業(yè)，一直以來中原地區(qū)都極為重視材料產業(yè)的轉型升級問題，不斷強化政策供給，優(yōu)化產業(yè)空間布局和推動創(chuàng)新能力提升，并力求以材料產業(yè)為示范和牽引帶動本地區(qū)傳統制造業(yè)向先進制造業(yè)整體躍進。先進材料產業(yè)是技術創(chuàng)新推動下的材料產業(yè)升級形態(tài)，中原城市群已經將先進材料作為依托傳統產業(yè)培育發(fā)展戰(zhàn)略性新興產業(yè)的重要典型，規(guī)劃為重點打造的六大戰(zhàn)略性新興產業(yè)集群之一和先進制造業(yè)重點領域。因此，本文以先進材料產業(yè)為例來剖析中原城市群戰(zhàn)略新興產業(yè)技術協同創(chuàng)新機制與優(yōu)化路徑，一是為中原城市群其他戰(zhàn)略性新興產業(yè)協同創(chuàng)新相關問題的研究和高質量協同創(chuàng)新體系的構建提供研究支撐；二是為中原城市群以及其他中西部地區(qū)提升產業(yè)技術協同創(chuàng)新能力，加快改造傳統產業(yè)和壯大新興產業(yè)提供一定借鑒。

專利是衡量技術創(chuàng)新水平和研發(fā)能力的關鍵指標，高價值專利對于增強城市群創(chuàng)新能力和競爭力具有重要意義［1］。從系統角度來看，協同創(chuàng)新的本質是創(chuàng)新主體間復雜的競合關系，而復雜網絡是描述關系結構及系統動力機制的有效工具，構建以專利為載體描述產業(yè)技術合作與轉移轉化關系的專利復雜網絡，有利于刻畫和解析城市群多層面的協同創(chuàng)新關系模式。本文在分析借鑒已有研究成果基礎上，以專利合作與轉讓網絡為核心建立城市群創(chuàng)新超網絡，分析揭示中原城市群先進材料產業(yè)協同創(chuàng)新機制特征，為中原城市群高質量的戰(zhàn)略性新興產業(yè)協同創(chuàng)新體系構建及城市群提質升級提供研究支撐。

1 文獻綜述

1.1 基于專利網絡的協同創(chuàng)新研究綜述

專利網絡包括兩大類，一是以專利為節(jié)點，圍繞專利引證關系建立節(jié)點間的關聯邊，形成專利共引網絡，用于技術發(fā)展邏輯結構描述、高價值專利識別及共性技術分析等；二是將專利發(fā)明人或專利權人視作網絡中節(jié)點，圍繞專利的權屬建立節(jié)點間的關聯邊，形成專利合作、轉讓和許可等網絡［2-3］。其中，專利合作網絡描述了基于社會網絡嵌入的知識流轉和資源整合的主體交互創(chuàng)新過程［4］，專利轉讓與許可網絡則能夠揭示技術轉移轉化關系形態(tài)［5］，借助合作和轉讓等專利網絡可對創(chuàng)新生態(tài)系統、技術轉移轉化、產學研組合創(chuàng)新、創(chuàng)新網絡等區(qū)域協同創(chuàng)新熱點問題進行分析?，F有研究主要集中于兩個方面：一是立足創(chuàng)新主體視角，研究專利網絡類型［6］、結構洞［4］等對組織創(chuàng)新績效的影響，如采用專利網絡接近中心度對科技型中小企業(yè)（SMEs）的創(chuàng)新探索者和利用者角色的識別與分析［7］、對科創(chuàng)板企業(yè)技術轉移特征的研究等［8］；二是立足國家、區(qū)域等視角，考察專利網絡特征與演化路徑，如對美國在華數字通信領域的專利轉讓網絡基本特征與演化規(guī)律的研究［9］。國內成果整體聚焦于長三角、京津冀等發(fā)達城市群，文獻表明東部地區(qū)跨區(qū)域專利轉讓活動較為頻繁［8］，且各地區(qū)之間專利合作存在空間分布非均衡的特點［10］，如長江經濟帶城市群專利合作網絡具有“單中心-無子群”特征［11］，專利轉讓網絡存在“中心-邊緣”特征［12］，京津冀專利轉讓網絡則具有“核心-半核心-半邊緣-邊緣”結構［13］。從產業(yè)領域來看，生物技術［14］、新能源汽車［15-17］、智能電網［18］、芯片［19］、人工智能［20］、納米發(fā)光材料［21］、智能手機［22］等高新技術或戰(zhàn)略性新興產業(yè)是專利網絡研究的重點。鑒于單維度專利網絡對城市間協同創(chuàng)新關系及城市創(chuàng)新情況的刻畫較為薄弱，有成果開始從專利合作或轉讓網絡出發(fā)構建產學研和城際（或省際）雙維網絡，采用中心度、凝聚性、中間人等指標，對中國服務業(yè)的創(chuàng)新合作網絡［23］、中國高校的技術轉移［24］、哈長城市群創(chuàng)新機制［25］等進行了研究探索。而王海花等［26］則構建了包含專利合作網絡、知識網絡和城市-知識元素隸屬網絡的多層網絡，探究了長三角城市群協同創(chuàng)新網絡的結構演化規(guī)律。

1.2 基于超網絡的協同創(chuàng)新研究綜述

超網絡是由多個同質和異質子網絡組成的網絡，在解析協同創(chuàng)新的多主體、多層次和交互性等復雜特征方面具有優(yōu)勢，現有研究包括兩個主線：一是基于超圖技術的產學研超網絡研究，側重探究創(chuàng)新知識溢出、知識轉移、知識發(fā)現與知識分享機制及團隊協作網絡的演化規(guī)律等［27-30］；二是基于多層超網的協同創(chuàng)新問題研究。相對超圖，多層超網更有利于異質性節(jié)點的共現描述與異質性網絡的隸屬關系分析。多層協同創(chuàng)新超網研究的中心問題是子網和子網耦合關系定義。數字資源通過多種關聯維度聚合，形成擁有不同性質結點和關系的數字資源超網絡，不同性質的關聯與鏈接是知識挖掘、發(fā)現與創(chuàng)新的脈絡線［31］，通過集成耦合知識元（或知識基因）、知識主體和知識載體三種類型子網絡可分別建立大學和社區(qū)的知識協同創(chuàng)新超網絡［32-34］，分析知識元缺損及合作人變動對系統穩(wěn)定性的影響作用。劉琳等［35］建立了包含知識、顧客和企業(yè)組織等子網的企業(yè)-顧客知識共享超網絡模型，探究共享能力、創(chuàng)新能力和顧客忠誠度等因素對企業(yè)知識創(chuàng)造的影響，方哲等［36］建立了包含領域、專家和知識等子網的專家知識協作加權超網絡，分析了專家的天然領域社區(qū)特征、知識協作特征和網絡權重影響特征等。有研究成果已經開始通過隸屬關系分析，將產學研專利網絡同社會關系網絡、發(fā)明人網絡、人才網絡、國家網絡等集成，形成多元超網或混合共現圖譜，研究社會資本對協同創(chuàng)新的影響作用、知識交流模式，以及自由發(fā)明、合作發(fā)明和職務發(fā)明等新興技術研發(fā)模式的演化規(guī)律等［37-39］。

綜上所述，已有的專利網絡文獻為本研究提供了很好的思路和基礎，但基于專利網絡的中西部城市群協同創(chuàng)新問題研究成果還不完善，特別是針對城市群戰(zhàn)略新興產業(yè)的協同創(chuàng)新多層超網絡研究成果還較薄弱。針對于此，本文集成專利網絡構建了城市群創(chuàng)新超網絡，從多維度研究中原城市群的協同創(chuàng)新機制特征。由于協同創(chuàng)新是主體間的技術合作與技術轉移關系，應排除使用以專利引證描述技術承接與演化關系的專利共引網絡，初步選取專利合作、轉讓與許可網絡。專利許可是專利技術使用權的轉移，被許可方僅獲得專利技術實施權利，與專利許可不同，專利轉讓是專利所有權的轉移，使得受讓方同時擁有專利技術的使用權和所有權，轉讓專利的有效性高于許可專利，相較于專利許可網絡，專利轉讓網絡能夠更完整的勾勒技術轉移全部過程；另一方面，專利許可存在獨占、非獨占、排他、交叉等復雜形態(tài)，考慮中原城市群技術市場整體發(fā)展尚不成熟、知識產權運營與保護能力不強，相對于專利轉讓網絡，專利許可網絡對技術轉移關系的代表程度較低，因此，本文最終選擇專利合作網絡和專利轉讓網絡作為城市群創(chuàng)新超網絡建?；A。

2 研究原理與分析方法

2.1 城市群創(chuàng)新超網絡原理分析

2.1.1 城市群創(chuàng)新生態(tài)系統

城市群創(chuàng)新生態(tài)系統（CIS）依托城市創(chuàng)新資源與創(chuàng)新能力的專業(yè)化分工，以城市群創(chuàng)新鏈、科技服務鏈與產業(yè)鏈的共生互促關系為支撐，通過產品、價值流動以及信息傳遞將創(chuàng)新主體、服務主體、產品生產者、創(chuàng)新產品消費者等進行關聯，形成一個具有自組織與自我調節(jié)能力的復雜系統。其包含三層關鍵子系統，即宏觀上由城市及城市間創(chuàng)新功能與創(chuàng)新資源耦合關系組成的城市創(chuàng)新系統，中觀上由城市群主要產業(yè)及基于產業(yè)鏈的技術擴散關系組成的產業(yè)創(chuàng)新系統，微觀上由多樣化創(chuàng)新主體與服務主體及其之間的創(chuàng)新協作關系組成的主體創(chuàng)新系統。三個子系統的內部運動及子系統間的相互作用推動著CIS 不斷發(fā)展演化。城市創(chuàng)新系統功能是在分工明確基礎上，向產業(yè)創(chuàng)新系統和主體創(chuàng)新系統持續(xù)輸入創(chuàng)新資源，孵化創(chuàng)新主體和支撐產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展；主體創(chuàng)新系統功能是為產業(yè)創(chuàng)新系統提供可轉化技術或產品；產業(yè)創(chuàng)新系統功能是將城市系統輸入的創(chuàng)新基礎資源和主體創(chuàng)新系統輸入的技術資源進行匹配和轉化，并不斷擴散和再配置，推動產業(yè)技術進步和技術系統升級。

2.1.2 城市群創(chuàng)新超網絡

CIS 本質是一個多主體交互的多層性復雜系統，城市群創(chuàng)新超網絡（urban agglomeration innovation hyper network，UAI-HN）是對CIS 的抽象和網絡建構。多層性、異質性UAI-HN 網絡節(jié)點主要包括城市、產業(yè)業(yè)態(tài)、創(chuàng)新主體與科技服務主體等。創(chuàng)新主體主要由企業(yè)、高校、科研院所等組成，不同類型的創(chuàng)新主體相互作用，形成相對穩(wěn)定的結構；科技服務主體主要是科技信息、科技設施、人才中介、科技投融資、決策咨詢、科技評估、技術交易、知識產權、檢驗認證、創(chuàng)業(yè)孵化等服務機構。CIS 各成員之間的關系構成UAI-HN 邊（分為有向邊和超邊）。城市間、產業(yè)間、創(chuàng)新主體間的創(chuàng)新協作鏈（包含城市協作鏈、產業(yè)鏈和創(chuàng)新鏈）為UAI-HN 有向邊；城市、業(yè)態(tài)、創(chuàng)新主體等異質節(jié)點之間的外鏈構成UAI-HN 的超邊。如圖1 所示，在指定具體產業(yè)類別下，雙元UAI-HN 主要包括創(chuàng)新主體協同網絡（IS）和城市協同網絡（CS）。

圖1 城市-主體雙元超網絡原理

2.2 模型構建原理及方法分析

UAI-HN 的建模過程主要包括創(chuàng)新主體協同網絡構建，主體與城市雙模網構建與超邊映射關系生成，以及城市協同創(chuàng)新網絡建立。

2.2.1 創(chuàng)新主體協同網絡構建

2.2.2 IC2 與城市協同創(chuàng)新網絡構建

2.3 分析指標與方法設計

運用UAI-HN 模型構建指標，分析協同創(chuàng)新機制特征。

2.3.1 創(chuàng)新協同簇

采用圖論的成分（弱成分）描述創(chuàng)新協同簇。成分是指建立在網絡子群內外關系基礎上的凝聚子群和連通性子網絡，成分內部各個節(jié)點互相連通，成分之間相互獨立。由于IS 是有向賦權圖，成分內各節(jié)點的地位和作用具有差異性，可以將成分分別區(qū)分為以大學、以科研院所、以工業(yè)制造企業(yè)及以科技服務機構為核心的創(chuàng)新協同簇。創(chuàng)新協同簇承擔著區(qū)域（城市群）內的行業(yè)關鍵與共性技術研發(fā)與轉化，以及對區(qū)域（城市群）外瓶頸技術的引進和吸收等功能。

2.3.2 創(chuàng)新協同元關系與協同三元組

創(chuàng)新協同元關系是IS 中創(chuàng)新主體之間的關系形態(tài)，包括專利合作關系和專利轉讓關系。創(chuàng)新協同元包括同質性創(chuàng)新主體構成的協同元（如企業(yè)—企業(yè)、大學—大學等）和異質性創(chuàng)新主體構成的協同元（如大學—科研院所、科研院所—企業(yè)等）。創(chuàng)新協同元關系組合形成創(chuàng)新協同三元組，當三個元關系兩兩連接時，為閉合三元組（三角形）；三個節(jié)點存在i→j→k關系的三元組為傳遞三元組；三個節(jié)點存在i→j→k→i關系的三元組為循環(huán)三元組；節(jié)點分別為大學、科研院所和企業(yè)的三元組表示具體的產學研合作模式。

2.3.3 創(chuàng)新主體協同力與空間輻射度

創(chuàng)新主體協同力是創(chuàng)新主體提出創(chuàng)新合作需求或者響應其他主體創(chuàng)新合作需求的能力，以及對其他主體間創(chuàng)新合作關系的介入與影響控制能力等，采用IS 創(chuàng)新主體節(jié)點的度數中心度和中介中心度兩個指標描述。創(chuàng)新主體度數中心度是網絡節(jié)點直接連接的其他節(jié)點數目；創(chuàng)新主體中介中心度是節(jié)點處于其他主體節(jié)點間捷徑的數目占其他節(jié)點間全部捷徑數目的比重。創(chuàng)新主體空間輻射度是創(chuàng)新主體協作對象所處的空間范圍，描述了創(chuàng)新主體對接、吸納或擴散創(chuàng)新資源的空間能力，采用IC2 中創(chuàng)新主體節(jié)點所關聯超邊的容量表示（超邊容量為超邊關聯的城市節(jié)點數量）。主體度數中心度、中介中心度與關聯超邊容量的數值越高，創(chuàng)新主體協同力與空間輻射度相應越強。

2.3.4 城市創(chuàng)新協同力與主體承載度

城市創(chuàng)新協同力是城市對創(chuàng)新資源和其他城市間創(chuàng)新合作關系的影響作用程度，采用CS 的中間人角色和核度值描述。設A、B、C 為不同城市，M 為中間人角色城市。在A →M →A（M=A），A →M →B（M=B），A →M →B（M=A），B →M →B（M ≠B），B →M →C（M ≠B&M ≠C）五種情形中，M 的中間人角色分別稱為協調人、守門人、代表、顧問和聯絡員［40］，以CS 節(jié)點的角色參與頻度考察城市創(chuàng)新協同力；根據CS 的邊密集度進行網絡分層，核心層城市節(jié)點之間的創(chuàng)新協作關系密集，掌控著區(qū)域技術轉移轉化的關鍵通路，支配著非核心層的創(chuàng)新協作關系，采用社會網絡分析中的核度描述城市節(jié)點對創(chuàng)新協作資源與路徑的影響作用能力。城市節(jié)點承擔的中間人角色數量越大，角色越豐富，核度數值越高，則其創(chuàng)新協同力越強。城市創(chuàng)新主體承載度描述城市支撐創(chuàng)新主體活動的能力，以其所轄創(chuàng)新主體數量和關聯主體數量（即IC2 中城市節(jié)點關聯的創(chuàng)新主體節(jié)點數量）表示，相應數值越高，城市主體承載度越高。

3 實證研究

3.1 數據來源、數據處理方法與描述分析

依據中原城市群產業(yè)規(guī)劃，對先進材料專利技術采用“先進材料、電子功能材料、生物基材料、新能源電池材料、超硬材料、特種材料、石墨烯、納米材料、超材料、前沿性材料、特色新材料”等關鍵詞在Incopat 專利數據庫進行聯合搜索，專利申請日區(qū)間上限設定為2021 年3 月9 日，下限為數據庫默認的最早時間，專利申請人或受讓人地址設置為中原城市群30 個城市。按專利申請人搜索，共獲得專利數量9224 項，按專利受讓人搜索，共獲得專利815 項。

提取包含至少兩個專利申請人的聯合申請專利信息構建PC，提取參與至少一次專利權轉移的專利轉讓人與受讓人信息構建PT。分別利用文獻計量與知識圖譜分析軟件COOC、Excel 數據透視表和社會網絡分析軟件Gephi 等對基礎專利數據進行文本提取和矩陣數據轉化，將專利合作數據和轉讓數據轉換和生成為創(chuàng)新主體橫向協同與縱向協同網絡鄰接矩陣、IS 鄰接矩陣、城市與主體隸屬關系矩陣和CS鄰接矩陣。以Gephi 進行網絡構圖的初步分析，進一步以Netdraw 較細致繪制PC、PT、IS、IC2 和CS的網絡圖，并分析創(chuàng)新協同元關系與協同三元組、創(chuàng)新協作簇、中心度、中間人等指標，中心度都以相對數值列示。

對全部專利進行分類統計，獲得專利申請情況（見表1）和專利受讓情況（見表2）。由表1，中原城市群內先進材料專利申請機構較為分散，呈現較為明顯的長尾效應。專利申請前七位的單位為鄭州大學（312）、西峽龍成特種材料有限公司（275）、富耐克超硬材料股份有限公司（244）、河南四方達超硬材料股份有限公司（236）、河南師范大學（230）、鄭州峰泰納米材料有限公司（228）以及河南大學（212），合計1737 件，占專利總數的22.14%，其他單位的申請數量都不足200 件。由表2，技術轉移較為均衡的發(fā)生在城市群內部與外部，且受讓城市分布較為集中。中原城市群共發(fā)生專利轉讓810 次，中原城市群內部為373 次，占比達到46.05%，外部主要技術來源包括59 個地市，鎮(zhèn)江、北京和佛山專利轉讓均超過30 次，為城市群外的主要技術來源城市，城市群內的主要技術來源城市為鄭州，專利轉讓為144 次。

表1 中原城市群先進材料申請專利分布情況 單位：件

表2 中原城市群先進材料受讓專利分布情況 單位：件

3.2 創(chuàng)新主體協同網絡構建及分析

3.2.1 整體結構特征分析

按照以上建模方法構建中原城市群創(chuàng)新主體協同網絡（見圖2），圖中顯示度數超過2 的節(jié)點的名稱（度數為節(jié)點鄰接的其他節(jié)點數目），根據節(jié)點度數中心度強弱，顯示節(jié)點名稱大?。樵诰W絡圖上直觀展現全部節(jié)點的相對重要性程度，且考慮網絡的非連通性，采用基于網絡局部信息的度數中心度測量）。直觀上，網絡的分離性較明顯，既包括較大型子網絡，也包括大量獨立邊，處于中心位置的是以鄭州大學為核心的一個大型創(chuàng)新集群（簇）。先進材料創(chuàng)新網絡包含的主體較為豐富，有大學（中原城市群的鄭州大學、河南大學等，外部的浙江理工大學）、科研院所（中國煙草總公司鄭州煙草研究院、國網河南省電力公司電力科學研究院等）、工業(yè)或生產服務型企業(yè)（安徽鷹龍工業(yè)設計有限公司、國家電網有限公司等）、科技服務型企業(yè)（蚌埠傲創(chuàng)知識產權運營有限公司）、個人和社會團體等。

圖2 中原城市群先進材產業(yè)創(chuàng)新主體協同網絡

參照已有理論［41］，選擇節(jié)點數、密度、中心化指數、聚類系數（加權）、成分數、總三元組、閉合三元組、傳遞三元組等指標，分析網絡整體結構特征。密度為網絡實際邊數占網絡最大可能邊數的比重，其數值越高，表明邊的分布越密集；中心化指數為節(jié)點i度數中心度，n為網絡節(jié)點數，為最大的節(jié)點度數中心度，中心化指數越高，表明網絡的整體向心程度越高；節(jié)點聚類系數是節(jié)點關聯的三角形數量同三元組數量的比值，網絡聚類系數是指網絡全部節(jié)點聚類系數的平均值，其數值越高，表明網絡邊的整體聚集性強；成分數為網絡圖的全部連通子網絡數量，數量越多，表明網絡子群越多；將各類協同三元組分別進行加總，得到網絡的總三元組、閉合三元組、傳遞三元組數量，相關三元組數量越多，表明網絡局部節(jié)點間的互動能力更強，互動模式更豐富。

依次調用UCINET 中“Network＞Cohesion＞Old De nsity”“Network＞Centrality＞Degree”“Network＞Cohe sion＞Clustering Coefficient”“Network＞Regions＞Comp onents＞Simple Graphs”“Networks＞Cohesion＞Transiti vity”等模塊，分別輸入創(chuàng)新主體橫向協同與縱向協同網絡鄰接矩陣、IS 鄰接矩陣，計算密度、聚類系數、成分數和三元組數（包括總三元組、閉合三元組和傳遞三元組）等指標。PC、PT 和IS 三個網絡的總體結構特征如表3 所示。三個網絡都是稀疏網絡，整體聯通水平較低，但專利合作網絡的節(jié)點規(guī)模和密度分別達到轉讓網絡的2～3 倍，整體中心性也較高于專利轉讓網絡，表明專利合作網絡包含主體的范圍更為廣泛，專利合作活動較為集中，而專利轉讓網絡所描述的技術轉移關系則較為分散。由于有59 個主體節(jié)點自身同時發(fā)生專利合作關系和專利轉讓關系，合并后的IS 網絡的成分數量相對減少（減少34 個），但總三元組數量和傳遞三元組數量均超過專利合作網絡與專利轉讓網絡的加和，表明IS 網絡的結構演化形態(tài)與技術創(chuàng)新協作模式更為復雜。

表3 中原城市群先進材產業(yè)創(chuàng)新主體協同網絡總體結構特征

3.2.2 創(chuàng)新協同簇分析

按照創(chuàng)新協同簇定義，調用UCIENT 的“Network＞Regions＞ Components＞Simple Graphs” 模塊將IS 中節(jié)點數量超過20 個的兩個成分提取出來，在Netdraw 中輸入IS 鄰接矩陣，繪制得到網絡圖，分別構成以大學為中心的創(chuàng)新協同簇（見圖3）和以科技服務機構為中心的創(chuàng)新協同簇（見圖4）。

由圖3 可見，鄭州大學創(chuàng)新協同簇層次清晰，發(fā)揮著基礎性和支撐性作用，是一個內部協作推動型創(chuàng)新協同簇。鄭州大學的直接創(chuàng)新協作主體包括河南工業(yè)大學、鄭州師范學院、鄭州航空工業(yè)管理學院、鄭州工程技術學院等城市群內部大學和外部的中山大學，鄭州大學能源研究院、中國煙草總公司鄭州煙草研究院（以下簡稱“鄭州煙草研究院”）、鄭州磨料磨具磨削研究所等群內科研院所，河南富耐克超硬材料股份有限公司（以下簡稱“河南富耐克”）、河南省建筑科學研究院有限公司等群內企業(yè)創(chuàng)新平臺，相關協作單位共同推動協作鏈條不斷延伸。重要的創(chuàng)新協同元關系與創(chuàng)新協同三元組包括：中國煙草總公司煙草研究院同中國科學院山西煤炭化學研究所、中國科學院過程工程研究所的三角創(chuàng)新協作，河南四方達超硬材料股份有限公司同中南大學的校企創(chuàng)新協作，河南富耐克同四川大學的校企創(chuàng)新協作、同北京阿爾瑪斯科技有限公司的外部企企創(chuàng)新協作，河南工業(yè)大學同北京國電富通科技發(fā)展有限責任公司、國網山西省電力公司陽城縣供電公司的校企創(chuàng)新協作等。

圖3 中原城市群先進材料產業(yè)以大學為中心的創(chuàng)新協同簇

由圖4 可見，不同于鄭州大學簇，蚌埠傲創(chuàng)知識產權運營有限公司主導的創(chuàng)新協同簇內部鏈長極為不均衡，大部分為短鏈，直接合作單位以城市群外主體為主，是一個外部協作拉動型創(chuàng)新協同簇。創(chuàng)新協作對象包括佛山市高明區(qū)誠?；萍加邢薰荆ㄒ韵潞喎Q“佛山誠?；保⒎鹕绞懈呙鲄^(qū)尚潤盈科技有限公司（以下簡稱“佛山尚潤盈”）、深圳市美思美科智能科技股份有限公司（以下簡稱“深圳美思美科”）、江蘇創(chuàng)元特種裝備有限公司（以下簡稱“江蘇創(chuàng)元”）、常友環(huán)保科技承德有限公司（以下簡稱“常友環(huán)?！保?、蕪湖桑樂金電子科技有限公司（以下簡稱“蕪湖桑樂”）等城市群外部先進材料技術研發(fā)實力較強的創(chuàng)新主體。這些外部創(chuàng)新協同元關系成為連接中原城市群和外部優(yōu)質創(chuàng)新資源的強力紐帶。

圖4 中原城市群先進材料產業(yè)以科技服務機構為中心的創(chuàng)新協同簇

比較來看，兩個創(chuàng)新協同簇的結構差異是由簇核心主體的性質、承擔任務和創(chuàng)新鏈所處位置的差異所決定的。鄭州大學簇具有的多層次、高延伸和協作關系多樣性的特征同鄭州大學強大的綜合創(chuàng)新能力和在創(chuàng)新鏈上游的優(yōu)勢位置密切相關。鄭州大學在先進材料領域的基礎研究、應用研究和重大關鍵技術開發(fā)上都具有較強實力，能夠對創(chuàng)新鏈中下游的應用技術開發(fā)與轉化等多環(huán)節(jié)產生強推動作用，促使以鄭州大學為起始方的創(chuàng)新協作鏈條不斷延伸。同時，鄭州大學的先進材料技術專利多為本行業(yè)高質量的關鍵性技術和共性技術專利，是先進材料眾多細分領域進行深度技術開發(fā)的基礎和支撐，鄭州大學能夠通過較密集的專利合作和轉讓活動，建立覆蓋多技術領域的多樣性創(chuàng)新協作關系。不同于鄭州大學，蚌埠傲創(chuàng)知識產權運營有限公司（以下簡稱“蚌埠傲創(chuàng)”）作為綜合型科技服務企業(yè)，側重為創(chuàng)新鏈下游或終端的應用技術開發(fā)與轉化等環(huán)節(jié)，及技術產權交易轉讓活動提供專業(yè)服務，其服務領域涉及的多為先進材料的細分技術、可轉化與實用性技術等，其服務對象也多傾向對所引進技術直接進行產品轉化，而較少進行技術的再開發(fā)和再轉讓，因此蚌埠傲創(chuàng)簇在城市群內的協作鏈條整體相對較短。同時，蚌埠傲創(chuàng)也具有引進區(qū)域外先進技術的作用，深圳美思美科、蕪湖桑樂等同蚌埠傲創(chuàng)存在強協作關系的城市群外主體將他們的自有協作鏈條帶入創(chuàng)新簇，引起整個簇的協作鏈長具有非均衡性。

3.2.3 創(chuàng)新協同元關系與三元組分析

采用Gephi 提取網絡邊，結合COOC 和Excel 進行網絡關系頻次統計，獲得各類別關系的數量、邊權重總和與權重倍數（權重倍數=權重總和/關系數量），分析具體協作關系的廣度和深度。IS 中創(chuàng)新協同元關系的類型分布情況如表4 所示。從機構間的專利合作關系看，企企合作處于主導位置，之間合作頻次最高，校企合作較為活躍，校校合作也有一定活躍度，而所企、所校合作關系都較少。從機構間專利轉讓關系看，企企轉讓的廣度和深度都為最強，校企轉讓居于次位，所企技術轉移關系少，科研機構的協作主體范圍較狹窄，但是科研單位-企業(yè)具有最高的權重倍數，表明科研院所的研發(fā)與服務專業(yè)領域較為集中，同特定企業(yè)的技術轉讓關系較為成熟穩(wěn)定。此外，個人之間及個人同機構之間也存在較廣泛的創(chuàng)新協作關系。

表4 中原城市群先進材料產業(yè)專利合作與轉讓關系及數量分布

提取出同時包含大學、科研院所和企業(yè)的兩個創(chuàng)新協同三元組，并采用Netdraw 進行網絡繪制，得到圖5。圖5 左部分是城市群內大學與企業(yè)同外部科研院所的產學研聯合模式，右部分是城市群的科研院所與企業(yè)同外部大學的產學研聯合模式，可見外部創(chuàng)新主體深度參與先進材料產業(yè)創(chuàng)新鏈中上游活動。

圖5 中原城市群先進材料產業(yè)產學研合作模式

3.2.4 創(chuàng)新主體協同力分析

對創(chuàng)新主體協同力所含的度數中心度與中介中心度（分別描述節(jié)點的局部協同力和全局協同力）進行計算，具體調用UCINET 的“Network＞Centrality＞Degree”模塊和“Network＞Cent rality＞Betweenness＞Nodes”模塊，輸入IS 鄰接矩陣，計算各中心度相對值（中心度相對值為中心度絕對值同最大可能值的比）。如表5 所示，同創(chuàng)新協同簇相對應，鄭州大學在PC 和IS 的中介中心度領先，在PC 的度數中心度也較高，是城市群先進材料基礎創(chuàng)新領域協作活動的重要發(fā)起者。蚌埠傲創(chuàng)也具有優(yōu)勢性的度數中心度和中介中心度，是城市群重要的先進材料技術服務機構。鄭州三磨超硬材料有限公司的相關單位的度數中心度在三個網絡都居于最前列，是城市群先進材料技術協同創(chuàng)新的主導性企業(yè)。PC 中的高影響力創(chuàng)新主體大多來自城市群內部（僅中國科學院過程工程研究所為外部主體），PT則存在大量外部高影響力創(chuàng)新主體（以重慶穩(wěn)穩(wěn)科技有限公司和佛山誠睿基的協同能力最為突出），表明中原城市群的產學研體系以群內的領軍企業(yè)和高水平大學為支撐，科技服務業(yè)和技術市場則在外部技術資源導入中發(fā)揮關鍵作用。

表5 中原城市群先進材料產業(yè)創(chuàng)新協同網絡的度數中心度與中介中心度分析

表5 （續(xù)）

3.3 主體-城市雙模網絡構建及分析

構建IC2，調用UCIENT 的“Network＞2-Mode＞Factions”功能模塊，輸入城市與主體隸屬關系矩陣，計算創(chuàng)新主體空間覆蓋度和城市創(chuàng)新主體承載度。如表6 所示，僅15 個主體的空間覆蓋度超過4，創(chuàng)新主體在城市群內部的協作空間范圍一般不大，主體的全區(qū)域性創(chuàng)新資源整合能力還不強。城市主體承載度則存在非均衡性，鄭州聚集著區(qū)域先進材料領域的高水平創(chuàng)新主體、平臺和大型骨干企業(yè)，所轄主體數和關聯主體數都超過100，阜陽、蚌埠、菏澤、焦作、新鄉(xiāng)、焦作等城市具有先進材料產業(yè)的優(yōu)質資源（如職業(yè)學校、中小企業(yè)特色產業(yè)集群等），兩指標均超過20，群外的北京、合肥、深圳、南京、上海、蘇州等高新技術產業(yè)強市的兩指標也超過10，成為城市群外部重要的創(chuàng)新協作支點。

表6 中原城市群先進材料產業(yè)創(chuàng)新主體空間覆蓋度與城市主體承載度

表6 （續(xù)）

表6 各指標的頻度分布情況如圖6 所示，創(chuàng)新主體的空間覆蓋度頻度呈現階梯形，指標數值普遍較低，高達78.53%主體的創(chuàng)新協作方僅涉及一個城市。所轄主體數和關聯主體數的頻度分布形態(tài)具有相似性，且在所轄主體數和關聯主體數兩者數值相同情況下，其對應頻度值也較接近，表明城市的對外協作關系數量隨著其內含創(chuàng)新主體數量變動而較均勻變化，整體呈現主體“1 對1”的協同匹配特征。

圖6 中原城市群先進材料產業(yè)創(chuàng)新主體空間覆蓋度與城市主體承載度的頻數分布

3.4 城市協同創(chuàng)新網絡構建及分析

3.4.1 整體形態(tài)分析

在IS 基礎上采用NetDraw 繪制網絡（見圖7），中原城市群內部節(jié)點以實心點表示，連邊粗細表示協同關系強弱，節(jié)點大小表示度數中心度高低。整個網絡的連通性較強，除三門峽-渭南，漯河-自貢相對獨立外，其他城市相互之間都存在可達路徑（不考慮邊的方向）。北京、鄭州和蚌埠成為中心協作城市，分別居于城市群外部、北部和南部，空間上呼應。鄭州和北京控制著先進技術轉移轉化主通路，促進著創(chuàng)新資源融通，主導著中原城市群先進材料產業(yè)創(chuàng)新鏈分工體系形成，也輻射帶動了群內外18 個省份109 個城市的先進材料產業(yè)技術創(chuàng)新發(fā)展。中原城市群外部創(chuàng)新協作區(qū)域涉及京津冀（北京為協作城市）、長江經濟帶（包括上海、合肥、南京、蘇州等）、珠三角（包括廣州、深圳、中山等）等，中原城市群在國家先進材料創(chuàng)新鏈布局中處于重要位置，以先進材料創(chuàng)新協作為支點，能夠實現同發(fā)達區(qū)域板塊的創(chuàng)新大協同和對國家創(chuàng)新內循環(huán)能力提升的支持。

圖7 中原城市群城市先進材料產業(yè)創(chuàng)新協同網絡

3.4.2 城市創(chuàng)新協同力分析

分析城市中間人，調用UCINET的“Network ＞ Ego Networks ＞ G&F Brokerage Roles”功能模塊，輸入CS 鄰接矩陣和分割向量，進行城市中間人角色的識別。節(jié)點流中介中心度定義為為任意兩點j與k經過的路徑上的最大流，為j 與k之間的最大流，即節(jié)點處于其他城市節(jié)點對的最大流總和占其他城市節(jié)點對最大流總和的比重，描述中介節(jié)點對其他節(jié)點間關系的影響能力。調用UCINET 的“Network ＞ Centrality ＞ Betweenness ＞ Nodes”和“Network ＞Centrality ＞ Flow Betweenness”模塊計算城市中介中心度和流中介中心度，從中介強度角度對中間人角色分析進行補充。

主要結果如表7 所示，有10 個群內城市和2 個群外城市存在中間人功能，鄭州、阜陽、新鄉(xiāng)、焦作等發(fā)揮著強中間人作用，中介中心度與流中介中心度也具有明顯優(yōu)勢。其中，鄭州的中介中心度與流中介中心度數值超高，承擔著除顧問外的其他四類角色，且關系角色總數量達到42 次，中間人效應最強；其他城市中，焦作承擔了全部五類角色，阜陽和新鄉(xiāng)承擔了三類角色，具有溝通城市群內部、外部或者內外部的綜合性功能；阜陽、亳州、開封、平頂山和濟源承擔兩類角色，溝通城市群內部和內外部；許昌和洛陽承擔城市群內部創(chuàng)新溝通的任務，洛陽的中間人效應較強，許昌僅承擔協調人角色；北京和泉州則承擔著溝通城市群同第三方城市主體的功能。但亳州的中間人效應相對較低，中心度數值卻相對較高（平頂山則相反），表明亳州處于部分城市間關鍵甚至唯一的創(chuàng)新協作聯通路徑上。

表7 中原城市群先進材料產業(yè)協同創(chuàng)新的城市中間性分析

調 用UCINET 的“Network＞Core/Periphery＞Continuous”功能模塊，輸入CS 鄰接矩陣計算。連續(xù)型核度數值表示城市節(jié)點接近核心的程度，數值越高，城市節(jié)點越接近核心，綜合協同能力越強。城市核度分布情況如表8 所示，城市聚類的層次結構較為清晰，鄭州、北京和焦作核度值都高于0.2，處于核心層；從長治到許昌的34 個城市數值在0.01～0.08 之間，處于中間層；從淮北到重慶的30個城市數值小于0.01，處于最外層或邊緣層。核心層搭建了中原城市間創(chuàng)新資源轉移轉化的直接和高效通道，是城市群先進材料協同創(chuàng)新體系的支撐城市；中間層城市承擔著互補性的技術轉移功能；邊緣層城市則具有輔助性作用，是城市群技術輸入與輸出的接口城市。

表8 中原城市群先進材料產業(yè)協同創(chuàng)新關聯城市的核度

4 結論與啟示

4.1 結論

（1）中原城市群創(chuàng)新協作關系的集中化程度較低，創(chuàng)新主體的協同水平不均衡。一是創(chuàng)新主體協同網絡的連通性水平較低，成分數量多而平均容量較小。二是中原城市群先進材料領域的企業(yè)間、個人間的自發(fā)性技術合作活動極為活躍，在整體創(chuàng)新合作關系中的占比較高。三是鄭州三磨超硬材料有限公司的關聯企業(yè)及其所屬研究平臺的協作能力較為突出。四是高校與企業(yè)間的協同創(chuàng)新機制較為成熟，第一協作層次的鄭州大學、河南工業(yè)大學，第二協作層次的河南大學、鄭州輕工業(yè)學院、許昌學院、安陽師范學院及群外的浙江理工大學、浙江大學寧波理工學院的表現都較為活躍。五是省屬科研院所創(chuàng)新協作活動少，協同能力不強，對企業(yè)創(chuàng)新的支撐作用較薄弱。

（2）城市群內的創(chuàng)新協作分工特征清晰，同城市群外部的創(chuàng)新協同度較高。從中間人作用看，鄭州承擔了除顧問外的協調人、守門人、代表和聯絡員等多類角色，焦作覆蓋了全角色，阜陽、新鄉(xiāng)、亳州、開封、平頂山、濟源、新鄉(xiāng)和洛陽在城市協同創(chuàng)新體系中也發(fā)揮著專業(yè)中間人作用。同中原城市群存在密切性創(chuàng)新協作關系的外部城市超過70個，包括京津冀、長江經濟帶、珠江經濟帶的北京、上海、廣州、佛山、深圳等發(fā)達城市。北京和泉州具有強中間人作用，且北京同鄭州共列城市群“創(chuàng)新內核”，承擔著關鍵技術供給方職能，同中原城市的創(chuàng)新協同度較高。

（3）大學和科技服務機構在協同創(chuàng)新體系中發(fā)揮主導性作用。以鄭州大學和以蚌埠傲創(chuàng)為中心的創(chuàng)新協同簇是中原城市群協同創(chuàng)新體系的中心，鄭州大學和蚌埠傲創(chuàng)處于創(chuàng)新鏈不同環(huán)節(jié)，使得兩個簇的特點和作用差異明顯：鄭州大學簇是內部協作推動型創(chuàng)新協同簇，其創(chuàng)新鏈條的延伸成長特性較為明顯，鄭州大學提供基礎技術資源和公共平臺支持，協同并推動河南工業(yè)大學、鄭州師范學院、鄭州航空工業(yè)管理學院、鄭州工程技術學院、中山大學、鄭州大學能源研究院等群內外高校與科研院所分工進行重點方向的關鍵技術攻關，進而由鄭州煙草研究院、鄭州磨料磨具磨削研究所、河南富耐克、河南省建筑科學研究院有限公司等企業(yè)層創(chuàng)新平臺進行專業(yè)應用技術開發(fā)，并以技術轉讓形式進行技術分享和推動產品轉化，共同打造高效率的城市群創(chuàng)新協同簇；蚌埠傲創(chuàng)簇是外協拉動型創(chuàng)新協同簇，其協作鏈較短，協同模式較為靈活，通過技術轉移服務機制，將佛山誠睿基、佛山尚潤盈、深圳美思美科、江蘇創(chuàng)元、常友環(huán)保、蕪湖桑樂等有實力的城市群外創(chuàng)新主體的特色優(yōu)質資源引入，承擔著區(qū)域間協同創(chuàng)新聯盟盟主的功能任務。

4.2 啟示

（1）提升中原城市群科研院所的產業(yè)共性技術攻關能力與保障能力。一是中原五省應對城市群內各層面科研院所明確定位職能并實施分類支持，對承擔重要公益性任務、產業(yè)創(chuàng)新工程和基礎研究活動的院所，進行財政經費的穩(wěn)定性和滾動性支持。二是研究建立中原產業(yè)技術研究院，聚焦共性技術、核心領域和先進材料等戰(zhàn)略新興產業(yè)，創(chuàng)新運營管理體制機制，運用市場化方式推進研發(fā)平臺建設、團隊組建、人才引進，促進科技成果轉化和高技術企業(yè)孵化。

（2）支持中原城市群科技服務業(yè)多層次、多模式發(fā)展，重點培育大型科技服務企業(yè)和區(qū)域化、專業(yè)化的科技服務業(yè)集群，引進群外高水平科技服務機構。一是支持中原地區(qū)大型科技服務企業(yè)一體化發(fā)展，發(fā)揮產業(yè)集聚及規(guī)模經濟優(yōu)勢，面向全城市群提供高質量集成性技術服務。二是支持研究開發(fā)、創(chuàng)業(yè)孵化、技術轉移、成果轉化、科技咨詢、科技金融等科技服務細分行業(yè)機構的聚集發(fā)展，培育創(chuàng)新型科技服務業(yè)集群，提升全企業(yè)生命周期、全產業(yè)鏈和全創(chuàng)新鏈的一體化服務能力。三是注重從長三角、粵港澳大灣區(qū)和京津冀引入高水平科技服務機構。

（3）打造中原城市群先進材料創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)共同體，圍繞中小企業(yè)整體轉型升級需求，以鄭州大學和龍頭企業(yè)為牽頭單位，聯合高水平科研院所、學會、城市群所屬五省科協等，推動實施先進技術開發(fā)與推廣、設計/制造數字化與一體化和創(chuàng)新產品開發(fā)與產業(yè)化示范等工作，為地方產業(yè)轉型升級不斷探索科技賦能路徑。