以“产业发展剩余”看结构优化——基于协同论和博弈论的研究

姜 玲，张爱宁，曾硕勋

（1.甘肃省科学技术情报研究所；2.甘肃省科技评价监测重点实验室，甘肃 兰州 730000）

以“产业发展剩余”看结构优化
——基于协同论和博弈论的研究

姜 玲1，2，张爱宁1，2，曾硕勋1，2

（1.甘肃省科学技术情报研究所；2.甘肃省科技评价监测重点实验室，甘肃 兰州 730000）

文章采用协同论搭建产业结构优化的分析框架，兼顾了产业内部结构、科技进步、资源节约和环境保护四方面目标，然后运用合作博弈方法构建产业博弈模型来解决产业结构优化中多因素的联盟利益分配问题，并利用夏普利值法对模型进行实证求解，在实证结果分析时，引入“产业发展剩余”这一综合评价指标对产业结构进行剖析。

产业结构；产业发展剩余；协同；博弈

在经济全球化3.0时代，以数字化、网络化、智能化技术应用为重点的第三次工业革命，正在改变一国经济发展所依赖的要素禀赋结构和资源基础，导致全球产业组织模式和产业格局的重塑，促使人类进入绿色、低碳、可持续发展的社会。加快产业结构优化成为中国提升在全球产业链中的位置、实现新常态经济发展的必然选择。

一、文献综述

目前，国内外学者对于产业结构优化已开展了大量有价值的研究，但对于何种产业结构能更快促进经济发展一直存在分歧。刘易斯（1954）的“二元经济结构论”较贴合欠发达地区的现实，他指出欠发达地区实现经济快速发展的有效途径，就是通过资本积累促使产业结构从传统的农业部门向以制造业和服务业为主的现代化部门转变。在二元经济结构假设条件下，卡尔多（1966）[1]的“增长引擎论”认为制造业是推动经济发展的主要引擎，产业结构优化的关键在于大力发展制造业。更进一步地，Baumol等学者研究了产业结构优化的“成本病”问题[2]，对城市服务业的增长进行了解释，但也受到M.Karen（1972）等学者的质疑。Wilber在2002年对Baumol、M.Karen争论的命题做了很好的补充，提出当服务业的资本密集度高于制造业时，服务业的扩张将提高长期经济增长率。以林毅夫为代表的“比较优势论”[3]强调一国产业结构由要素禀赋结构及其变动内生决定，应按比较优势发展经济，他还指出发展中国家经济发展过程本质上是由要素结构升级及变动，从而产业结构优化升级的过程。然而，以Hausmann、Hidalgo等学者认为一国产业结构的升级有时候会偏离比较优势，沿着技术质量阶梯进行，这个偏离程度与一国经济增长幅度正相关，提出国家通过改变优势产业组合可实现结构转型[4-5]，这一理论又被称为“比较优势演化论”[6]。从现有文献来看，有关产业结构的研究，学者在研究方法、模型选择以及样本期限的选择上有所不同，从而得出不同研究结论。在这些研究中，实证分析的研究较多，以时间序列数据和横截面数据的回归分析为主。笔者试图跳出传统的实证分析模式，采用博弈论方法，构建一般均衡模型，从更加广义的范畴来探讨产业结构优化问题。基于我国产业系统表现出与协同论高度的内在契合[7]，所以运用协同论搭建理论分析框架，并以此来探讨产业结构优化问题具有一定的理论基础。为全面分析产业结构优化问题，将产业发展的协同效应放大到产业、科技和资源环境四个系统下进行探讨。

二、理论框架

协同论研究的是远离平衡态的复杂开放系统的各子系统如何通过交换、合作、协调和耦合使得系统自发地成为时间、空间和功能上的有序结构，这一理论最早由德国物理学家哈肯提出，后由苏联学者┌·鲁札文（1986）进行了完善。产业结构是一个由农业、工业、服务业子系统构成的具有自组织协同演化特征的远离平衡态的开放经济系统。随着可持续发展、绿色GDP等理念的提出，越来越多的学者认为单从产业内部探讨产业结构优化问题具有一定局限性，产业技术进步、环境治理和资源节约等因素也是考察产业结构合理性的重要因素[8]。因为，产业结构既是生产要素的“资源转换器”，又是各种“污染物种类和数量的控制体”[7]，决定着生产中的各种自然资源、物质材料以及劳动力的配置方向和流量[9]；而技术进步是促进产业发展与结构优化的重要内在因素[10]。因此，在中国经济进入新常态的背景下，产业结构优化不再是以牺牲资源、环境为代价的“零和游戏”，而是更重视资源节约和环境质量，并依靠科技进步带来劳动生产率的提高，从而实现多方获益的“正和游戏”。受协同论和可持续发展理论的启发，我们认为产业结构优化应是由产业内部各子系统的协调发展与产业系统与科技、资源、环境的协调发展的统一，即产业内部“小协同”和产业结构外部环境的“大协同”的统一。也就是说，产业结构合理与否不能单看产业自身，产业增加值的创造与生产要素、自然资源和技术进步水平都是紧密相关的，应跳出产业系统的“小圈子”，扩展到产业对科学技术的吸收和消化、资源的利用效率以及环境质量改善上来，产业系统通过耦合元素与科技系统、资源系统、环境系统相互作用、彼此影响，形成一个复合有机体。那么，构建一个分析模型来度量这个复杂系统的协调发展程度成为破题的关键。合作博弈分析方法是一种解决多个利益主体协调行动产生利益分配问题的数学模型方法[11]。于是，基于此方法构建产业博弈模型，并运用夏普利值法对模型进行实证求解。

三、模型构建

尝试建立产业博弈模型，从协同发展的角度对产业结构、技术进步、能源消耗、环境治理四方面因素进行综合分析，达成兼顾多因素的联盟利益分配策略。

（一）模型假设

（1）合作博弈是在强调集体利益的基础上，实现单个产业效用最大。

（2）每个产业既可以单独行动，也可以与其他任意产业合作。产业只有和其他产业合作时其效用函数为非零，单个产业效用函数为零。

（3）选取三次产业的增加值比重、劳动生产率、能源消耗和治污投资四个指标来代表产业内部结构、科技进步、资源节约和环境保护四个维度的特性。

（二）产业博弈模型

1.产业集合（参与人）N

参与人是博弈的决策主体[12]。这里用n={l，2，3}表示产业博弈模型中的参与人集合，其中，i∈N表示产业i，1是第一产业，2是第二产业，3是第三产业。

2.策略集Si

产业合作产生的联盟（用S表示），任意产业间的合作构成博弈的策略集。

3.效用函数P

产业合作的效用函数是一个复合函数，综合考虑经济、科技、资源和环境四个因素的效用。这里分别采用产业比重θi、劳动生产率ρi、能源消耗ψi，治污投资ωi四个指标表征。通过产业合作的实现协同效用，就是要在产业内部结构合理的同时，劳动生产率不断提高，区域经济对能源消耗的依赖逐渐降低，对环境污染逐渐减少。

（1）产业比重 θ。若Di表示产业i的增加值，Di= GDP表示地区生产总值，那么产业i的增加值占GDP的比重为：θi=Di/GDP。

（2）劳动生产率ρ。若用Hi表示产业i的从业人数，那么产业i的劳动生产率为ρi=Di/Hi。平均劳动生产率为：ρ=

（3）能源消耗 φ。如用Fi表示产业i的能源消耗量，Fi=F为地区总能源消耗量。产业i的单位产值能源消耗为：φi=Fi/Di。

（4）治污投资ω。采用治理产业排放污染物的投资占产业增加值的比重来描述，Ti表示产业i所造成的污染物单位治理成本。该地区治污投资则可表示为ωi=Ti/Di。

于是，得到产业博弈模型的效用函数为：

4.合作联盟的效用函数

定义1：设N={l，2，3}，P（C）是定义在N上的一切产业合作子集上的实值函数，且满足：P（C）=0，若C=φ，P（N）=≥，则P（C）为该产业合作的效用函数。

如果产业合作联盟成立，那么不同产业间通过合作联盟将呈现出协同效应，即产业合作联盟的最大收益要大于各产业单干的最大收益之和。用公式表示为：P（M）=P（C∪D）＞P（C）+P（D）。

定义2：产业合作联盟的效用函数满足可加性原则，即P（C∪D）=P（C）+P（D）。

定义3：产业合作联盟成立的两个前提条件：

（2）相比单干，合作能够给产业联盟中的参与人带来更多的收益，ri≥P（{i}）。

其中，产业合作联盟的分配用r=（r1，r2，…，rn），ri表示产业i从合作联盟中获得的效用。P（{i}）为产业i单干时的收益。条件（1）要求产业合作联盟满足收益和分配相等；条件（2）说明产业合作联盟是一种帕累托改进，每个联盟成员都能获得比不加入联盟时更多的收益。

5.产业博弈模型

产业博弈模型是映射在t时期（t=1，2，…，T）三次产业之间的动态合作博弈模型。模型定义为：

其中，N表示在t时期所有产业的集合；Si表示第i产业在t时期可行所有纯策略的有限集；C为N的任意子集，即C⊂N；Pt（C）为产业联盟C在t时期的总效用。

6.目标函数

产业合作博弈目标就是获得最大效用，即实现产业内部与外部的协同发展。其目标函数为：

（三）产业博弈模型求解

1953年，夏普利提出一种解决多人合作博弈问题的数学分析方法，根据参与人在合作联盟中的贡献大小进行分配，反映了个体在集体中的重要性。采用夏普利值法求解产业博弈模型，可以测算不同产业在经济发展中的实际贡献。此法中，合作联盟中各成员所得收益分配称为夏普利值，表示为E（P）={ε1（P），ε2（P），…，εn（P）}，其中 εi（P）表示在合作联盟中参与人i所得的分配，可表示为：

其中，|M|表示子产业合作联盟M中参与人的个数，N表示大联盟中参与人的个数，P（C）为联盟M的总收益，P（MC/i）表示联盟M中除去参与人i后由剩余成员组建的新联盟所获得的收益，P（C）-P（C/i）是两者收益的差值，表示参与人i对联盟的贡献。

四、实证分析

（一）样本选择与数据来源

甘肃作为典型的资源型欠发达省份，经济结构偏重的矛盾突出。于是，选取甘肃省为实证对象，依据产业划分标准分第一、第二和第三产业进行研究。θ三次产业比重、ρ劳动生产率、φ能源消耗数据来源于《甘肃统计年鉴》；治污投资采用环保投资中用于农业、工业和第三产业的部分，数据来源于《中国环境统计年鉴》。

表1 2014年三次产业主要指标值

（二）模型计算

将数据先后带入公式1和公式4进行计算：

P（{1}）=P（{2}）=P（{3}）=0

根据博弈分析，第一产业和第二产业合作产生的效用为：

同理可得其它产业合作产生的效用：

同理，可求得L2=8.37×108，L3=23.69×108

第一产业对经济发展的实际贡献率：

第二产业对经济发展的实际贡献率：

第三产业对经济发展的实际贡献率：

为进一步分析，选取西部大开发政策实施以来的典型阶段数据，按公式计算甘肃三次产业对经济发展的实际贡献率。通过对典型年份（2001年、2006年、2011年、2014年）实证结果的分析反映这一时期产业结构优化调整情况，结果见表2。

表2 甘肃产业贡献的对比分析

（三）结果讨论

由表2数据可看出，2001年以来甘肃产业对经济发展的实际贡献水平：农业实际贡献率不足10%，工业实际贡献20%，服务业实际贡献接近70%。通过对模型计算的实际贡献率与产业比重的比较可知，农业对经济发展的实际贡献偏小。农业在经济发展中起着重要的基础支持作用，为其他产业部门提供了丰富的资源，然而受技术创新能力、自然资源等因素制约，目前农业的产业化经营仍然面临诸多问题，如农业基础薄弱，劳动生产率低、大量剩余劳动力被闲置等，从而导致农业实际贡献不高。工业对经济发展的贡献被高估，其实际贡献率远小于产业比重。甘肃作为西部重要的工业基地和资源大省，长期以来，形成了以重工业为主的工业结构和以能源、原材料为主的产品结构，工业发展的能源消耗和污染治理成本较大（结合表1可知）。如果只单纯追求工业规模和产能的扩大，而不注重提高要素产出效率和改善产业内部的技术结构、劳动力结构，那么只会带来更多的负面影响，从而严重削弱工业的实际贡献。服务业对经济发展的实际贡献率明显大于其产业比重，对经济社会发展的促进作用明显。

五、基于产业发展剩余角度的分析

（一）指标定义

为更进一步地分析，我们将产业发展的实际贡献超过其在国民经济中所占份额的部分定义为“产业发展剩余”，即产业发展剩余=产业实际贡献-产业占比。“产业发展剩余”概念与1953年美国经济学家保罗·巴兰提出的“经济剩余”理论是有区别的，经济剩余是指经济部门的总产出中扣除成本消耗以外的所有剩余，是一种价值和物质的增值；而产业发展剩余一个综合性的相对值评价指标，是衡量产业部门利用现有的生产要素、资源和技术条件创造的实际贡献与其产业占比的偏离程度。三次产业的发展剩余之和为零。由概念可知产业发展剩余产生的来源有三个：生产要素、自然资源、科技进步，这三者之间的协同与合作可以产生“整体大于部分之和”的系统效应，成为产业部门创造剩余的基础条件。基于前文的理论框架设计，可以这样认为产业发展剩余是由于产业系统内部不同行业间的相互依存与合作程度以及产业系统与科技、资源、环境系统之间的耦合协调水平共同决定的。从福利经济学视角来看产业发展剩余的话，产业占比是经济系统的私人收益，产业实际贡献是社会收益。如果产业发展剩余大于0时，则表示产业实际贡献大于产业占比，存在正外部效应，此时产业发展剩余越大，协调水平越高；反之，如果产业发展剩余小于0时，则说明产业实际贡献小于产业占比，存在负外部效应，此时产业发展剩余越小，协调发展水平越低。

（二）结果讨论

甘肃的产业结构不尽合理，产业实际贡献与产业占比存在较大程度偏离，其中以第二产业的偏差最大。图1显示，在4个不同时期，第二产业发展剩余均为负值（-20%左右），呈现构成“U”型变化特征。第二产业对经济发展的实际贡献明显小于其占GDP比重，工业经济增长的同时，付出的劳动力、资源、环境成本较大，此时存在帕累托改进。工业系统表现出的“U”型态势说明：工业系统虽与科技、资源、环境系统之间的协调发展水平较差，但是逐步在改善。第一产业发展剩余为负值，在-5%的水平，说明农业发展的实际贡献较低，协调发展水平不高。第三产业发展剩余在25%左右，可见，服务业的实际贡献较大，对经济社会产生正外部效应。总之，在三次产业中，服务业与其它产业系统协作程度最高，与科技、资源和环境系统之间的协调水平最高。这与服务业产生途径有很大关系，因为除小部分服务业是与新兴产业和新市场需求相伴生以外，大部分服务业是随着社会分工的发展从第一、第二产业中分离出来。

需要补充说明的是，甘肃产业结构目前呈现出的“三二一”形态，并不真正意味着三次产业进入了深度耦合、协调发展的高级阶段。事实上，无论是从高技术产业、知识密集型产业、现代服务业的发育程度和规模来看，还是从资本、劳动力、自然资源等要素的投入产出率来看，甘肃产业结构的高级化程度还远不够。在服务业内部，以生活性服务业和社会性服务业发展较好，对经济（制造业）增长影响最为直接、带动作用最大的生产性服务业发展明显滞后于制造业的发展，这与服务业内部结构演变规律不相符，这就解释了为什么图1中服务业的产业发展剩余曲线呈现倒“U”形。

图1 甘肃的产业发展剩余分析

图2 甘肃产业实际贡献的演变趋势

图2显示，2001年以来，甘肃产业结构得到不断调整，但调整速度较为缓慢。具体来看：农业对经济发展的贡献持续降低；工业的实际效用虽有上升，但其两成左右的实际贡献与所占四成经济份额之间有较大差距；服务业对经济发展的贡献有所下滑。从大系统范畴来看，产业系统与科技、资源、环境系统的协调水平不高，尤其工业系统的贡献率严重偏低。折射出甘肃经济发展的技术进步内生动力不足，环境成本、资源成本较高等问题。用主流经济发展理论解释的话就是粗放型的、资源驱动型的经济增长模式不可避免地造成自然资源的损耗损失、环境影响和危害损失以及因行业技术滞后带来劳动力闲置、人才流失的损失等问题，从而导致产业结构演变进程较为缓慢。

六、结论

产业结构优化不单是满足“三二一”形态，还应满足产业发展与科技、资源和环境系统协调发展的要求。于是笔者建立了基于产业、科技、资源与环境系统的整合性理论研究框架，将协同发展理念和可持续发展理念融入产业结构优化问题的研究中，兼顾产业结构、科技进步、能源节约和环境保护四个目标，采用合作博弈分析方法构建产业博弈模型来解决产业结构优化中多因素的联盟利益分配问题，选取甘肃数据进行实证求解，通过实证分析验证了产业博弈模型的有效性和可行性。在实证结果分析中，创造性地引入产业发展剩余概念，并利用这一指标对产业结构优化问题进行深入剖析，得到以下结论：（1）2001年以来，甘肃产业结构不断调整，但速度不快；（2）在产业系统中，以服务业系统对经济发展的实际贡献最大，其与农业系统、工业系统的合作关系最为紧密，且服务业子系统与科技、资源、环境系统的协调发展程度最高；（3）工业系统虽已呈现“U”型态势，但由于内生技术进步动力不足、环境成本、资源成本较高等原因导致其对经济发展的实际贡献严重不足。下一级段，甘肃急需加快产业结构优化速度。笔者提出的“产业发展剩余”这一综合评价指标高度概括了产业优化的主要影响因素，揭示了产业结构优化进程中产业实际效用与产业比重之间的偏离程度，为剖析产业发展问题提供了依据，但存在一定局限性，仍需进一步的丰富和完善。

[1]Kaldor N.Causes of the Slow Rate of Economic Growth in the Unitided Kindom，Inaugural Lecture at the Universityof Cambridge[M].Cambridge University Press，1966.

[2]Baumol W.J.Macroeconomics of unbal-anced growth：the anatomy of urban crisis[J].American Economic Review，1967（57）：415-426.

[3]林毅夫.新结构经济学[M].北京：北京大学出版社，2012：3-66.

[4]Hausmann，Ricardo，BaileyKlinger.StructuralTransformationandPatterns of Comparative Advantage in the Product Space[D].Cambridge：Harvard University，2006.

[5]张其仔，2008.比较优势的演化与中国产业升级路径的选择[J].中国工业经济（9）：58-68.

[6]邓向荣，曹红，2016.产业升级路径选择：遵循疑惑偏离比较优势——基于产品空间结构的实证分析[J].中国工业经济（2）：52 -67.

[7]李恒川，路正南，2015.中国产业系统非期望产出率熵变层级结构关系研究[J].中国人口·资源与环境（8）：116-124.

[8]杨月梅，曹艳芳，王淼，等.资源环境经济综合指数及其应用探讨[J].环境科学导刊，2015，34（6）：22-25.

[9]万永坤，董锁成，2012.产业结构与环境质量交互耦合机理研究——以甘肃省为例[J].地域研究与开发（10）：117-121.

[10]吴明瑜，1987.科技进步与产业结构调整[J].科学学与科学技术管理（11）：4-5.

[11]王光净，杨继君，刘仲英.基于合作博弈的区域产业结构优化模型[J].工业工程与管理，2010，15（1）：53-58.

[12]张维迎.博弈论与信息经济学[M].上海：上海人民出版社，2006：27.

（责任编辑：D 校对：L）

F062.9

A

1004-2768（2016）09-0011-04

2016-06-22

甘肃省软科学项目（1504ZKCA043-3）；甘肃省战略性新兴产业链布局与评价研究；甘肃省青年科技基金计划项目“循环经济示范区产业链碳排放绩效评估及减碳潜力研究”（1506RJYA142）

姜玲（1985-），女，湖南浏阳人，甘肃省科学技术情报研究所、甘肃省科技评价监测重点实验室助理研究员，研究方向：区域经济；张爱宁（1982-），男，甘肃庆阳人，甘肃省科学技术情报研究所、甘肃省科技评价监测重点实验室副研究员，研究方向：产业经济；曾硕勋(1981-)，男，江西兴国人，甘肃省科学技术情报研究所、甘肃省科技评价监测重点实验室助理研究员，研究方向：区域经济。张爱宁为通讯作者。