區(qū)域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)四螺旋耦合協(xié)調關系時空演化分析

代冬芳

(唐山學院 電子商務學院，河北 唐山 063000)

0 引言

在2021年3月我國發(fā)布的“十四五”規(guī)劃中，“創(chuàng)新”成為重要議題之一。從區(qū)域創(chuàng)新角度看，由于區(qū)域環(huán)境的單一性，區(qū)域創(chuàng)新系統(tǒng)演化到一定階段后，傳統(tǒng)的以區(qū)域為邊界的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)則難以實現(xiàn)國內、國際資源共享以及市場對接。因此，本文以開放經濟為視角對區(qū)域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)四螺旋耦合協(xié)調關系進行研究，旨在為實現(xiàn)國內、國際資源共享，推進國內、國際市場“雙循環(huán)”，提升區(qū)域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)演化效率，助推經濟高質量發(fā)展提供理論參考。

對于區(qū)域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，一些學者一般采用三螺旋模型進行研究，比如Pique等[1]曾通過分析三螺旋機構的作用變化來了解10年間硅谷創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展變化情況。而在開放經濟視角下考察區(qū)域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，需要將三螺旋模型拓展為四螺旋模型或者更多螺旋模型，比如，Leydesdorff等[2]對日本的大學、產業(yè)、政府三螺旋關系與國際合著關系進行了研究，發(fā)現(xiàn)在國家層面上日本的三螺旋關系不斷被國際合作所侵蝕，即由于國際合作，大學-產業(yè)-政府關系相對解耦；Kwon等[3]對韓國的大學、政府和行業(yè)同國際合作伙伴合著的結構模式進行了研究，將傳統(tǒng)的三螺旋進行拓展，分析了合著關系網絡的演變過程；Carayannis等[4]基于四重和五重螺旋創(chuàng)新概念和“模式3”知識生產系統(tǒng)提出了開放創(chuàng)新的生態(tài)系統(tǒng)理論。而且，Kou[5]通過分析創(chuàng)新體系對中國區(qū)域創(chuàng)新績效的影響，證明創(chuàng)新體系中區(qū)域的開放性對區(qū)域創(chuàng)新績效提升貢獻很大，由此表明了區(qū)域開放性的重要作用，這為本文在三螺旋中加入國外創(chuàng)新組織提供了理論依據(jù)。

本文將三螺旋模型拓展為四螺旋模型，建立由研發(fā)組織、企業(yè)、政府以及國外創(chuàng)新組織組成的區(qū)域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)四螺旋耦合協(xié)調關系，運用熵權法對四螺旋有序度進行測算，然后在此基礎上運用耦合協(xié)調度計算方法對2013-2019年我國31個省域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)四螺旋耦合協(xié)調關系進行衡量，以分析其時空演化規(guī)律，并提出改善四螺旋關系的對策建議，以促進區(qū)域創(chuàng)新水平的提升。

1 區(qū)域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)四螺旋耦合協(xié)調關系及指標體系

1.1 四螺旋耦合協(xié)調關系的建立

在開放經濟視角下建立區(qū)域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)四螺旋耦合協(xié)調關系，四螺旋主體包含研發(fā)組織(U)、企業(yè)(I)、政府(G)以及國外創(chuàng)新組織(F)，簡稱為UIGF四螺旋主體。在三螺旋的基礎上加入第四個螺旋并不是螺旋數(shù)量的簡單增加，而是四螺旋主體通過時空互聯(lián)、協(xié)同合作實現(xiàn)的“增贏”。

區(qū)域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)四螺旋主體間通過資金鏈、技術鏈、人才鏈、政策鏈等創(chuàng)新鏈條相聯(lián)通，與區(qū)域內的產業(yè)鏈交織在一起，在演化過程中彼此相互影響，形成耦合協(xié)調關系。區(qū)域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)四螺旋耦合協(xié)調關系及路徑如圖1所示。從圖中可以看出，在區(qū)域內，首先研發(fā)組織進行知識創(chuàng)新，然后通過知識的轉移(溢出)和企業(yè)連接，把知識創(chuàng)新轉化為技術創(chuàng)新；其次企業(yè)進行產品的生產；最后產品在市場中進行銷售，實現(xiàn)最終的創(chuàng)新利潤。因此，耦合協(xié)調路徑可以分為知識創(chuàng)新、技術創(chuàng)新和產品創(chuàng)新。四螺旋間主體的異質性有效促進了知識、技術、信息、資源的橫向流動；同時，從基礎知識的創(chuàng)新，到應用技術的研發(fā)、試驗研究，再到新產品試制與生產，最終新產品進入市場，又組成了創(chuàng)新系統(tǒng)的縱向協(xié)調路徑。因此，耦合協(xié)調路徑既包含四螺旋主體間橫向的演化路徑，也包含縱向的螺旋式提升演化路徑，縱橫交織，共同構成了開放經濟條件下區(qū)域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的演化路徑。

圖1 區(qū)域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)四螺旋耦合協(xié)調關系及路徑示意圖

1.2 四螺旋評價指標體系的構建

實現(xiàn)對四螺旋耦合協(xié)調關系的衡量，就要對四螺旋子系統(tǒng)有序度進行測算。在區(qū)域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)四螺旋耦合協(xié)調關系中需要測算的有序度包含：研發(fā)組織螺旋有序度、企業(yè)螺旋有序度、政府螺旋有序度、國外創(chuàng)新組織螺旋有序度。本文構建的區(qū)域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)四螺旋評價指標體系如表1所示。

2 研究方法

2.1 熵權法

參考熵權法計算有序度的相關文獻[6-7]，運用熵權法對區(qū)域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)四螺旋子系統(tǒng)進行有序度評價，其步驟及相關公式如下。

2.1.1 指標體系數(shù)據(jù)標準化處理

假定初始矩陣X=(xijm×n)，則

式中，xij為觀測指標，i(1≤i≤m)表示年度數(shù)，j(1≤j≤n)表示觀測指標數(shù)?？紤]到觀測指標值存在量綱的差異性，因此對其數(shù)據(jù)進行標準化處理。在標準化處理過程中，若所用指標的值越大越好，則選用公式(1)；若所用指標的值越小越好，則選用公式(2)。

(1)

(2)

式(1)(2)中，rij為標準化處理后的指標。

表1 區(qū)域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)四螺旋評價指標體系

指標體系標準化矩陣如下：

2.1.2 熵值法確定權重

計算第i個樣本第j項指標值的比重pij：

(3)

計算第j項指標的信息熵值ej：

(4)

計算差異系數(shù)gj：

gj=1-ej。

(5)

計算熵權wj：

(6)

2.2 有序度

將觀測變量的無量綱標準化值利用前面給出的權重加權求和，得到每個子系統(tǒng)的有序度UI。計算公式如下：

(7)

2.3 耦合協(xié)調度

耦合協(xié)調度是用于測度系統(tǒng)間耦合協(xié)調關系的方法之一，因此本文運用耦合協(xié)調度來表征各個子系統(tǒng)之間的耦合協(xié)調關系。耦合協(xié)調度包含兩個維度的關系：一是耦合度，二是協(xié)調度。共涉及三個指標：耦合度(C)、協(xié)調指數(shù)(T)、耦合協(xié)調度(D)。耦合度C表示子系統(tǒng)之間的相互作用以及相互關聯(lián)程度的強弱；協(xié)調指數(shù)反映各子系統(tǒng)之間協(xié)調性的優(yōu)劣；耦合協(xié)調度D表示兩個子系統(tǒng)之間良性耦合關系的強弱、協(xié)調發(fā)展水平的高低[8]。

耦合度(C)的計算公式為：

(8)

式中，S為子系統(tǒng)的個數(shù)，本文S={i}={1，2，3，4}；C的取值范圍在0和1之間，其值越小，表示子系統(tǒng)之間耦合關系越弱，反之，耦合關系越強。這里的C只是指系統(tǒng)之間關聯(lián)程度的大小，并不能以其大小來判斷好壞。

協(xié)調指數(shù)(T)的計算公式：

(9)

式中，ai代表各個子系統(tǒng)的權重。本文在進行四螺旋耦合協(xié)調關系測算時，將各子系統(tǒng)視為同等重要，因此，按照大多數(shù)學者在耦合協(xié)調問題研究時所采用的平均取值方法，將ai平均賦值[9-10]，即αi=1/S。

耦合協(xié)調度(D)的計算公式：

(10)

耦合協(xié)調度D的取值范圍在0和1之間，其值越小，表明子系統(tǒng)之間協(xié)調發(fā)展水平越低；反之，協(xié)調發(fā)展水平越高。同時，D值大小還決定系統(tǒng)的演化方向，D值小，代表系統(tǒng)向無序方向演化；反之，向有序方向演化。

2.4 耦合協(xié)調等級劃分標準

為了更好地分析區(qū)域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)子系統(tǒng)之間的耦合協(xié)調關系，對耦合協(xié)調度進行等級劃分，劃分標準如表2所示，以0.1為等差，將耦合協(xié)調度劃分為10個等級，對應的協(xié)調程度從極度失調到優(yōu)質協(xié)調[11]。

表2 協(xié)調等級劃分標準

3 實證分析

3.1 區(qū)域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)四螺旋子系統(tǒng)有序度測算

先根據(jù)區(qū)域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)四螺旋子系統(tǒng)有序度評價指標體系中觀測指標的歷年數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)來源于《中國科技統(tǒng)計年鑒》《中國統(tǒng)計年鑒》以及《火炬年鑒》)進行熵權計算，再分別計算出研發(fā)組織螺旋有序度(UU)、企業(yè)螺旋有序度(UI)、政府螺旋有序度(UG)以及國外創(chuàng)新組織螺旋有序度(UF)，計算過程通過Matlab軟件完成，計算結果如下。

3.1.1 研發(fā)組織螺旋有序度UU

2013-2019年(本文只展示其中四年的數(shù)據(jù)，即2013年、2015年、2017年、2019年)我國31個省域研發(fā)組織螺旋有序度如圖2所示。從2019年數(shù)據(jù)來看，UU排在前四位的是北京、江蘇、廣東、上海。圖2中清晰地顯示了北京UU的絕對優(yōu)勢，2019年達到0.95，其總體變化為上升趨勢，但2017年為0.87，低于2015年的0.94；江蘇的UU一直低于北京，總體變化為下降趨勢，從2013年的0.45下降到2019年的0.4，但在2017年有小幅度上升；廣東的UU2019年為0.35，2013年為0.34，2015年為0.32，2017年最高，達到0.49，總體變化趨勢呈折線形(先降后升再降)；上海的UU總體變化趨勢也呈折線形(先降后升再降)。UU排在后四位的為海南、寧夏、青海、西藏。

圖2 2013-2019年我國31個省域研發(fā)組織螺旋有序度

3.1.2 企業(yè)螺旋有序度UI

2013-2019年我國31個省域企業(yè)螺旋有序度如圖3所示。從2019年數(shù)據(jù)來看，UI最高的是廣東，2013-2019年UI分別為0.850，0.855，0.990，1.000，總體變化趨勢是不斷上升的；排在第二位的是江蘇，2013-2019年其UI分別為0.788，0.827，0.692，0.632，總體變化趨勢為折線形(先升后降)；第三位是浙江，2013-2019年其UI分別為0.465，0.517，0.445，0.449，總體變化趨勢也為折線形(先升后降)；第四位是山東，2013-2019年其UI分別為0.376，0.393，0.347，0.216，變化趨勢與江蘇、浙江相同(先升后降)。北京的UI在全國排名中列為第十四位，2013-2019年其UI分別為0.148，0.130，0.122，0.078，呈下降趨勢。UI排在后四位的是新疆、海南、青海、西藏，其中，新疆的變化趨勢呈折線形(先降后升再降)；海南處在逐漸下降的趨勢；青海的變化趨勢也呈折線形，與新疆相同。

圖3 2013-2019年我國31個省域企業(yè)螺旋有序度

3.1.3 政府螺旋有序度UG

2013-2019年我國31個省域政府螺旋有序度如圖4所示。從2019年數(shù)據(jù)來看，UG最高的為北京，2013-2019年分別為0.847，0.850，0.840，0.768，總體變化趨勢呈折線形(先升后降)；排在第二位的為廣東，2013-2019年其UG分別為0.345，0.576，0.625，0.580，總體呈先上升后下降的趨勢；第三位為江蘇，2013-2019年其UG分別為0.436，0.484，0.450，0.510，總體呈上升趨勢；第四位為上海，2013-2019年其UG分別為0.418，0.518，0.543，0.418，呈先升后降的趨勢；第五位為陜西，2013-2019年其UG分別為0.349，0.333，0.351，0.357，總體呈先下降后上升趨勢，從中可以看出在西部地區(qū)的陜西其政府對于創(chuàng)新事業(yè)的參與度非常高，處于主導地位。UG排在后四位的為寧夏、青海、海南、西藏。

圖4 2013-2019年我國31個省域政府螺旋有序度

3.1.4 國外創(chuàng)新組織螺旋有序度UF

2013-2019年我國31個省域國外創(chuàng)新組織螺旋有序度如圖5所示。從2019年數(shù)據(jù)來看，UF排在前四位的為廣東、上海、江蘇、北京。排在第一位的為廣東，2013-2019年其UF分別為0.554，0.653，0.755，0.699，整體呈先上升后下降趨勢，其中2019年有所下降；排在第二位的上?？傮w呈上升趨勢，但在2015年略有下降，2013-2019年其UF分別為0.460，0.451，0.509，0.574；排在第三位的江蘇呈現(xiàn)出較為明顯的先上升后下降趨勢，2013-2019年其UF分別為0.509，0.547，0.504，0.499；排在第四位的北京呈先降后升的變化趨勢，2019年上升趨勢較明顯，2013-2019年其UF分別為0.465，0.448，0.426，0.483。UF排在后四位的為貴州、寧夏、青海、西藏。

3.2 區(qū)域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)四螺旋耦合協(xié)調關系結果分析

3.2.1 二維耦合協(xié)調關系

將計算得到的有序度帶入耦合協(xié)調度計算公式(8)-(10)，共得到六組二維耦合協(xié)調關系，即UI，UF，UG，IF，GI，GF。2019年我國31個省域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)二維耦合協(xié)調關系對比結果如圖6所示。從圖中可知，北京的UG發(fā)展較好，但其UF，IF有待提升；廣東的二維協(xié)調發(fā)展水平較高，數(shù)值普遍高于0.6，其中IF最好，超過0.9，GI也較好，高于0.8，但與北京不同的是，廣東的UG在六組二維耦合協(xié)調關系中協(xié)調程度最低。陜西、四川、湖北、遼寧等地也是UG好于其他二維耦合協(xié)調關系。

圖5 2013-2019年我國31個省域國外創(chuàng)新組織螺旋有序度

圖6 2019年我國31個省域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)二維耦合協(xié)調關系對比結果

3.2.2 三維耦合協(xié)調關系

將計算得到的有序度帶入耦合協(xié)調度計算公式(8)-(10)，共得到四組三維耦合協(xié)調關系，分別為UIG，UIF，IGF，UGF。將2019年我國31個省域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)四組三維耦合協(xié)調關系進行對比分析，結果如圖7所示。從中可以看出，北京的UGF較好，明顯好于其他三組三維耦合協(xié)調關系；廣東的四組三維耦合協(xié)調關系發(fā)展較為均衡，都處于較高水平，其中IGF最好；江蘇的四組三維耦合協(xié)調關系也較為均衡，也均處于較高水平。

圖7 2019年我國31個省域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)三維耦合協(xié)調關系對比結果

3.2.3 四維耦合協(xié)調關系

將UIGF四螺旋有序度帶入耦合協(xié)調度計算公式(8)-(10)，得到區(qū)域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)UIGF四螺旋的耦合協(xié)調度。下面對這一結果從空間分布和時間演化兩個維度進行分析。

3.2.3.1 空間分布維度

以0.2為耦合協(xié)調度一階的分界點，繪制2013-2019年我國31個省域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)UIGF耦合協(xié)調關系時空變化圖，如圖8所示。從圖中可以看出，2019年處于協(xié)調狀態(tài)的省域包含廣東、江蘇、北京、上海、浙江、山東、湖北，其中廣東的UIGF耦合協(xié)調度為0.784，江蘇為0.711，北京為0.638，上海為0.557，浙江為0.524，山東為0.450，湖北為0.430。其他地區(qū)為不同的失調狀態(tài)：輕度失調的省域為四川、安徽、陜西、河南、福建、湖南；中度失調的省域為遼寧、天津、河北、江西、重慶、黑龍江、吉林；嚴重失調的省域包含廣西、山西、云南、貴州、甘肅、內蒙古、新疆；寧夏、海南、青海、西藏四地處于極度失調狀態(tài)。

圖8 2013-2019年我國31個省域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)UIGF耦合協(xié)調關系時空變化圖

3.2.3.2 時間演化維度

2013-2019年我國31個省域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)UIGF耦合協(xié)調度隨時間變化情況如表3所示，2019年與2013年相比，協(xié)調程度上升1級的區(qū)域包含廣東、浙江、湖北，下降1級的省域包含遼寧、天津、黑龍江、廣西、山西、海南，其他省域協(xié)調等級無變化。山西、廣西兩地四螺旋耦合協(xié)調關系均從2013年的中度失調變?yōu)?015年的嚴重失調，2017年雖恢復為中度失調，但2019年又變?yōu)閲乐厥д{。

表3 2013-2019年我國31個省域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)UIGF耦合協(xié)調關系隨時間變化情況

從圖8中可以看出，2017年的廣東顏色最深，說明在2017年其四螺旋耦合協(xié)調關系最好，從表3中也可以看出，廣東2017年協(xié)調等級為9級，四螺旋間保持了良好的耦合協(xié)調關系。從時間變化來看，廣東從2013年到2017年實現(xiàn)了協(xié)調等級的不斷攀升，耦合協(xié)調關系不斷改善，但從2019年和2017年的對比來看，其耦合協(xié)調關系又從良好協(xié)調轉為中級協(xié)調；2013-2019年，江蘇的四螺旋協(xié)調等級一直為8級，為中級協(xié)調；北京的四螺旋協(xié)調等級一直為7級，處于初級協(xié)調狀態(tài)；上海的四螺旋協(xié)調等級一直為6級，處于勉強協(xié)調狀態(tài)；浙江的四螺旋耦合協(xié)調關系實現(xiàn)了從瀕臨失調向勉強協(xié)調的轉變，整體狀態(tài)向好；山東的四螺旋耦合協(xié)調關系除了2017年為勉強協(xié)調外，其他時間均處于瀕臨失調狀態(tài)；湖北的四螺旋耦合協(xié)調關系從輕度失調轉為瀕臨失調，狀態(tài)向好轉變。

4 結論與建議

4.1 結論

從空間分布來看，我國的東部地區(qū)、中部地區(qū)、東北地區(qū)、西部地區(qū)的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)四螺旋耦合協(xié)調關系從強到弱呈階梯形分布，空間差異性較明顯。長三角區(qū)域的創(chuàng)新優(yōu)勢較為明顯，其三個省域協(xié)調水平高，發(fā)展均衡。京津冀中的河北其創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)一直處于中度失調狀態(tài)，京津對其的虹吸效應明顯。東北地區(qū)較多時間處于中度失調狀態(tài)，并有下滑趨勢。而西部地區(qū)政府對創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)支撐、扶植的作用已經初步顯現(xiàn)。

從時間演化來看，大體可以劃分為2013-2017年、2017-2019年兩個時間段，2017年同2013年相比，我國31個省域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)四螺旋協(xié)調等級除個別地區(qū)外，整體處于上升趨勢；而2017年到2019年，大多數(shù)省域協(xié)調等級下降趨勢較明顯。

4.2 建議

以上研究結果表明，雖然我國各省域UIGF四螺旋耦合協(xié)調關系已經建立，但仍有一定的發(fā)展空間，因此，提出以下提升建議。

(1)應進一步提高區(qū)域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)四螺旋耦合協(xié)調關系的演化效率。首先，可以通過四螺旋間的資源共享降低創(chuàng)新成本，通過技術共享、新產品共同研發(fā)促進創(chuàng)新成果數(shù)量的增加，通過建立中介機構提升創(chuàng)新技術的轉化效率，最終促進創(chuàng)新績效的提高；其次，各地區(qū)可以通過加強產業(yè)鏈和創(chuàng)新鏈的深度融合實現(xiàn)四螺旋間的協(xié)調發(fā)展，推動區(qū)域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)向更高階協(xié)調狀態(tài)演化。

(2)創(chuàng)新四螺旋間的合作形式，促進緊密關系的形成。在政府的支持和引導下，可以通過搭建合作平臺、建設創(chuàng)新型科技園區(qū)、建立校企聯(lián)盟或戰(zhàn)略聯(lián)盟等多種形式促進創(chuàng)新主體間的深度合作。比如，建立高校合作聯(lián)盟，發(fā)揮各高校的科研優(yōu)勢，共同增強技術創(chuàng)新和研發(fā)能力，促進創(chuàng)新水平的提升，同時引導企業(yè)加入，促進創(chuàng)新成果盡快轉化為企業(yè)生產力，由此獲得創(chuàng)新收益，而有了創(chuàng)新收益，高校會產生更高的合作積極性，從而使創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)的演化更具活力?？傊?，產學研結合等合作形式會促進各創(chuàng)新主體間的橫向聯(lián)合和縱向合作，使聯(lián)系更加緊密，由此進一步促進區(qū)域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展水平的提高。

(3)建立穩(wěn)固的國際創(chuàng)新合作關系。首先，高校要拓寬國際合作網絡，積極開展國際人才交流，努力加強與國外大學和學術機構的實質性合作；其次，目前各省域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)中國際合作還處在一個較低水平，在我國促進國內國際雙循環(huán)的大背景下，我國高校、研發(fā)機構及企業(yè)要實施“走出去、引進來”戰(zhàn)略，實現(xiàn)內外資源共享，做到互利互贏；最后，各省域政府應協(xié)調好各方關系，因地制宜地制定國際合作策略，根據(jù)地方特色和產業(yè)結構特點開展國際合作，凝聚創(chuàng)新力量，因勢利導，促進本省域內創(chuàng)新項目的研發(fā)，從而在開放經濟條件下使創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)四螺旋耦合協(xié)調關系變得更加緊密。