长江经济带城市间的创新联系及其空间结构分析

马双 曾刚

摘 要：运用社会网络分析法刻画了2013年长江经济带城市间创新联系网络的网络密度、中心性和网络拓扑结构，在改进的引力模型的基础上确定了长江经济带创新联系的中心城市及其辐射范围。研究表明，长江经济带城市创新网络整体密度较低，中心度较高的城市主要位于长三角地区，拓扑网络呈现显著的“核心-边缘”结构。成为创新联系中心城市的大多是省会城市或直辖市，并形成了以它们为核心的创新联系板块，板块间的内部联系和辐射范围差异显著。

关键词：创新联系；空间结构；长江经济带

中图分类号：K902 文献标识码：A

0 引言

随着世界技术变革的深入和知识经济的发展，知識和创新正逐步取代传统物质资本的主导地位，成为推动区域经济增长和生产率提高的关键因素[1，2]。同时，全球劳动地域分工的深化使得区域间的联系越来越频繁和密切，以往关注区位因子分析的研究范式正逐步转变，学者们开始关注世界各产业区、创新极之间的联系，不断推动经济地理学研究从传统的“单中心”向“多中心”的关系转向。实践层面，各地政府也积极推动区域间的技术合作和产业联系以实现区域协同发展，其中流域经济开发是区域经济发展的战略重点，大河流域开发也已成为很多国家重要的增长极。流域内城市间彼此开放、相互分工、紧密联系，建立更大空间范围内对技术、知识、信息等关键资源要素的优化配置体系，提升城市间创新联系水平，进而提高区域整体竞争力。

长江经济带的概念源于20世纪80年代提出的“长江产业密集带”，它承东启西，与沿海经济带共同构成了我国经济发展的黄金走廊。20世纪90年代，依托浦东开发开放战略、 “建设以上海为龙头的长江三角洲及沿江地区经济带”等战略构想，长江经济带迎来了第一个黄金时期。到了21世纪的头十年，由于中部崛起、西部大开发等发展战略的提出，长江经济带逐渐淡出人们视野[3]。近年来，由于国家经济下行压力逐渐增强，中央和国务院密集行动并出台政策加以应对，由此长江经济带再次上升为国家战略并重回人们的视野[4]。

2016年9月，《长江经济带发展规划纲要》正式印发，确立了长江经济带“一轴、两翼、三极、多点”的发展新格局，旨在打造具有全球影响力、东中西互动合作、沿海沿江沿边全面推进的对内对外开放带。2014年，长江经济带规模以上工业企业有效发明专利数占全国的比重达到44.8%，新产品销售收入占比为51%，研发投入和战略性新兴产业占GDP比重分别为1.5%和7.0%，区域整体创新能力较强，产业基础较好。但是，作为一个包含9省2市的巨型区域，内部不同区域之间的资源禀赋与经济发展状况差异较大，区域发展一体化格局远未形成，内部碎片化、非均衡化的发展痕迹仍十分明显[5]。长江经济带上中下游城市之间、三大城市群之间的协同创新发展，事关长江上中下游协同发展、东中西部互动合作，事关长江经济带能否建设成为我国生态文明建设的先行示范带、创新驱动带、协调发展带。因此需要加强长江经济带城际协同创新的研究，深化城市网络中各节点在创新等领域的相互开放和合作，促进创新成为城镇化的内生经济动力。有鉴于此，本文利用学界普遍认可的引力模型对长江经济带110个地级市之间的创新联系及其空间结构进行研究，以期为长江经济带实现创新驱动、协同发展提供参考。

1 国内外文献综述

国外学者较早便基于信息流、技术流、技术扩散等来研究城市间的创新联系，取得了一系列有益成果。维持以知识基础为导向的核心竞争优势离不开持续的创新，然而由于个体创新往往不足以弥补资源匮乏的缺陷，因此主体或区域间的合作创新就显得尤为重要[6]。Morrill基于对发达国家城市创新联系的研究提出了创新三阶段扩散模型，即创新首先在首要城市采用，然后传播到次要中心城市，再传播至更次要的中心城市，最后扩散过程结束[7]。Poul对发展中国家智利的研究则提出不同看法，他认为创新在城市体系中的扩散过程、联系方式和空间结构与发达国家不同，其方向并不是按照城市体系等级扩散，而更多地依赖于距离[8]。Matthiessen等选择伦敦、旧金山等40个全球最大城市区域作为研究对象，以SCI合作发表论文数为数据库对全球知识网络的节点、网络和中心进行研究，发现国籍、距离是影响全球知识合作网络形成的关键因素[9]。Lau等运用智能网络方法对企业间合作创新，发现欧洲城市间的创新联系会随着持续生产过程的发展而发生变化，从创新到生产的转变会改变原有的空间结构和产业链条[10]。

我国学者对于城市联系的文献大多集中于经济联系方面，学者们从产业[11]、交通[12]、旅游[13]、人口流动[14]、城市流[15]等方面表征城市联系，最近又多从基于大数据支撑下的信息流视角切入研究[16]，同时还对结构演变及驱动机制做了研究[3]。在城市创新方面，国内学者局限于区位分析，较多关注城市间的创新特征和创新绩效差异，对城市层面的创新联系分析较欠缺[17]，蒋天颖运用引力模型对浙江省区域创新产出空间联系做了分析[18]，但其关注单元较小，对于长江经济带这一中观尺度区域，其内部处于不同发展阶段的各子区域间的特征会存在显著差异[19，20]。长江经济带作为一个巨型流域经济带，其发展条件的复杂性、内部差异的悬殊性需要更多的研究关注。在长江经济带流域一体化发展的大背景下，内部各子网络和群落间的关系还有待明晰。因此，本研究将引力模型应用到城市间创新联系的研究当中，同时利用社会网络分析方法刻画长江经济带110个地级市的创新网络及空间特征，为国家制定区域创新合作战略及空间布局规划提供切实的理论依据。

2 研究方法、案例区与数据来源

2.1 引力模型

引力模型常被用来分析两地区的空间联系[21]。基于空间相互作用理论，城市间的创新联系强度模型可被定义为：

式中，Pij表示两城市间的创新联系强度；Dij为两城市间的最短交通距离；Pi和Pj为城市i和城市j的创新能力，本文参考以往学者的研究成果[17，18]，通过专利授权数、从事科研活动的人员数来反映；修正指数kij表征经济结构方面的因素，从已有研究来看[22]，区域创新受本区域GDP、研发人员和资金投入的正面影响，也受经济发展水平的影响，因此本文采用各城市GDP来计算修正指数kij。其表达式为：

2.2 断裂点判定

断裂点理论是空间相互作用的重要内容之一，由康弗斯基于赖利的“零售引力规律”加以发展而得。其空间内涵在于：假设城市i与城市j之间存在一点，使得两城市对该点的吸引力相等，那么该点即为城市i与j的断裂点。断裂点理论认为，某城市对周围地区的吸引力，与城市本身的规模成正比，与距断裂点间的距离的平方成反比，数学表达式为：

2.3 社会网络分析法

社会网络分析是刻画创新合作网络结构的常用方法，本文利用Ucinet6.0软件对，长江经济带城市创新网络结构进行分析并作可视化表达。

1）网络密度。反映网络中城市之间创新联系的紧密程度，网络密度越大，表明节点间联系越密切。数学表达式为：

2）网络中心性。中心性反映各城市节点在创新网络中所处的位置，本文选用度数中心度作为主要计算指标。数学表达式为：

2.4 案例区概况和数据来源

根据2014年9月国务院印发的《关于依托黄金水道推动长江经济带发展的指导意见》，确定长江经济带覆盖上海、江苏、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、重庆、四川、云南、贵州9省2市，面积约205万平方公里，人口和生产总值均超过全国的40%。长江经济带是兼顾了自然地理环境、人文脉络、经济区的整体功能和行政区的完整性等诸多因素的经济区，它以流域为基础、河流为纽带、城市经济区为基本单元的宏观协作经济带[23]。考虑到少数民族自治州自治县等地区经济社会活动的特殊性，本研究只选择长江经济带内110个地级市为案例对象，对长江经济带城市间创新联系及其空间结构进行深入分析和探讨。

文中表征城市创新能力和创新产出的指标——专利授权数来自国家知识产权局专利检索与分析服务系统，在“国省代码”、“地址”、“公开日”等检索项中填入长江经济带内各城市进行检索而得。城市与城市之间的最短交通距离，本文根据百度地图提供的两城市间最短高速公路里程得到。其他指标如从事科研活动人员数、GDP、城市人口规模等数据均来自《中国城市统计年鉴2014》。

3 长江经济带城市创新联系的强度及结构分析

运用引力模型对2013年长江经济带110个地级市之间的创新联系强度做了分析，排名前5位的城市是上海、苏州、无锡、常州和南京，创新联系占比分别为30.3%、15.8%、10.5%、4.7%和2.9%，五者总和超过长江经济带创新联系总量的60%，空间创新联系前10位的城市几乎均位于长三角，空间集聚和极化现象较为显著。从度数中心度来看，上海一枝独秀，度数中心度达到了0.629，紧随其后的是苏锡常，南京、杭州、长沙、武汉、成都的度数中心度分别为0.061、0.043、0.041、0.032和0.023，表明这些城市在一定区域范围内也是重要的节点城市，在创新网络结构占据中心地位。此外，宁波、贵阳、昆明、达州、徐州等城市的度数中心度也相对较高，成为长江经济带内的次级节点城市。

网络密度体现了创新联系网络中各城市间的创新联系程度，密度越大，表明网络长江经济带各城市之间的创新联系越密切。Mayhew 等通过随机选择模型得出现实网络中可能发现的最大网络密度值为0.5[24]，本文通过计算得出，长江经济带创新联系密度值为0.2495，与结构同样松散的经济联系网络的密度值（0.1947）差距不大[20]。可见，长江经济带城市间整体创新联系还不够紧密。为了进一步研究长江经济带各城市创新联系的情况，运用Ucinet6.0软件，取所有城市间创新联系强度的中位数作为阈值，绘制了2013年长江经济带创新联系网络的拓扑图（图1）。

从图1可以看出，长江经济带自东向西城市创新联系强度逐渐减弱，一些创新能级高的省会城市和直辖市中心度较高，在创新网络中占据中心位置，而其他小城市则处于创新网络的边缘。此外，长江经济带城市间联系的板块化现象显著，城市创新联系形成以某一省会城市或直辖市为增长极拓展的“核心-边缘”结构网络。在此基础上，本文运用社会网络分析法中的凝聚子群分析方法明确长江经济带内部的小团体现象，小团体内部的创新联系会更加紧密和频繁，这种现象反映了经济带创新联系存在内部差异性（图2）。表1也列出了“核心-边缘”网络结构中核心城市与边缘城市的基本情况。

4 长江经济带中心城市及其辐射范围的确定

本文采用最大引力线来描绘长江经济带各城市之间的最大联系强度，同时结合长江经济带各城市间的创新空间联系总量来确定节点城市。一般来说，最大引力线图中，某一城市被连接的次数越多，表明该城市引力越大，中心地位越高。

参考之前学者的算法[18，19]并考虑长江经济带的实际情况，本研究将最大引力线数量（Nmax）和城市间的创新联系总量（Ri）相结合，以此来判断城市等级，从而确定节点城市。具体分类如下：（Nmax≥10）或者（Nmax≥6且Ri>M+3S）为一级节点城市；（Nmax≥4）或者（Nmax≥2且Ri>M+2S）为二级节点城市，其中M与S分别为Ri的平均值与标准差。

由图3可知，2013年长江经济带内占据创新联系主导的一级节点城市有上海、南京、杭州、合肥、南昌、武汉、城市、成都、贵阳、昆明，基本上都是省会城市和直辖市，可见长江经济带城市联系的行政区划色彩还是较为浓厚。创新联系二级节点城市有宁波、徐州和达州，这些城市都是各省内创新能力较强的城市，与一级节点城市的创新辐射能力相当，因此也能成为区域性的二级节点城市。值得一提的是，重庆由于自身创新联系总量一般且和成都相距较近，对周边城市和地区的辐射被成都稀释和影响；其次，重庆本身作为直辖市其覆盖的地域范围也较广，长地理距离削弱了重庆与其他城市间的创新联系强度。因此，重庆并未成为重要的节点城市，也未形成有效的空间辐射和作用区域。

运用断裂点公式计算一级节点城市的断裂点距离，结合ArcGIS软件得到2013年长江经济带一级节点城市的创新辐射范围（图4）。由图3可以看出，西部的成都与周边城市距离较近且又没有创新能级较高的城市，其创新联系数量最多，但受二级节点城市达州的影响，其辐射范围有所受限。西部的昆明、贵阳和中部的长沙在各自省内形成了较为强力的辐射带动效应，但创新联系较为独立，而武汉、南昌、合肥則分别受省内其他高能级城市和长三角带动效应的影响，辐射范围比较局限；东部地区的上海创新能级最强，联系数量多，辐射范围可达苏南地区。南京稍有辐射苏北地区，同时也牵引了如马鞍山、滁州等非本省城市。宁波创新能级较高，因此杭州的辐射范围并未延展至浙东南和浙东地区。

5 结论与讨论

本文在改进的引力模型基础上计算了2013年长江经济带各城市间的创新联系强度，通过社会网络分析方法对长江经济带城市创新联系网络的结构（网络密度、中心性）进行描述和刻画，并通过对创新联系网络的节点城市和辐射范围的分析，得到以下结论：

第一，2013年长江经济带城市间的创新联系网络整体密度较低，城市间并未形成较为紧密的创新联系。分区域而言，长江经济带自东向西城市的创新联系强度逐渐减弱，度数中心度较高的城市大多集中于长三角地区，空间集聚和极化现象较为显著。此外，长江经济带内占据创新联系主导的中心城市大多是省会城市或直辖市，城市创新联系形成以某一省会城市或直辖市为增长极拓展的“核心-边缘”结构网络，创新联系的板块化现象显著。

第二，结合最大引力线数量与创新联系强度确定了上海、南京、杭州、合肥、南昌、武汉、城市、成都、贵阳、昆明为长江经济带创新联系网络的一级节点城市，宁波、徐州和达州为创新联系二级节点城市。运用断裂点公式得到2013年长江经济带中心城市的创新辐射范围：西部成都创新联系数量最多，但辐射范围一般。昆明、贵阳自身创新能级较低，辐射效应不显著；中部湖南较为独立，武汉、南昌、合肥受其他地区的影响较大，范围有限；东部上海创新能级最强，极化效应显著，南京辐射外省部分城市，杭州辐射范围并未延展至浙东部和南部地区。

第三，针对本文分析结果提出以下建议：城市间的创新空间联系取决于各城市的创新能级以及城市间的距离，因此，加大创新投入并优化创新环境，完善交通基础设施建设，不断提高城市创新能级和城市间通勤水平。此外，长江经济带城市创新联系的核心节点城市大多为省会城市，辐射带动效应也大多局限于省内范围。因此，建设体现创新生态环境系统耦合、创新要素跨界流动、创新主体跨越本地互动合作、创新绩效跨区域整体提升的跨区域协同创新体系，推进创新合作、健康发展理念成为长江经济带城市发展新方向，针对行政区之间过度竞争的现实，从“以邻为壑”向“以邻为伴”的转变，构建对外对内双向开放新格局，从而推动区域创新的整体发展。

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