高铁对沿线城市科技创新的影响——基于粤桂地区的实证研究

林晓言，李明真

（北京交通大学 经济及管理学院，北京100044）

一、引 言

我国幅员辽阔，人口众多，人口流动频率大，对铁路运输的需求也在不断增长，客运专线建设已经成为综合交通体系发展的必然选择。近几年来，我国不断加强高铁关键领域自主创新能力提升，经过协同创新、系统创新和自主创新，已经形成了具有自主知识产权的中国高铁技术标准体系［1]，在高铁技术创新方面位居全球领先水平。截至2018年底，我国高铁建设已经达到2.9万公里以上，超过日本和欧洲国家，成为世界公认的高铁大国［2]。高铁成网大大提高了铁路运输效率，在满足高质量高频次大运量运输需求方面发挥了重要作用。

与此同时，我国的整体科技创新水平不断提高，成果丰硕。在创新投入方面，2018年我国R&D经费支出为19 657亿元，比2017年增长了11.6%［3]，已经超出了很多发达国家的水平；在创新产出方面，2017年我国的发明专利申请量为138.2 万件，连续7年排名全球第一，PCT专利申请受理量为5.1万件，位居世界第二［4]。在2018年7月份公布的《2018年全球创新指数报告（GII）》中，我国的创新指数在全球126个经济体中排名17，比上一年进步了5 个名次，其中创新产出排名进入了全球前十。基于此，高铁作为一种最具效率的现代化交通出行工具，除了其自身的技术创新属性，对沿线城市的科技创新发展是否产生了促进作用？对不同的城市，高铁带来的影响程度是否存在差异？本文对这一问题进行研究。

高铁的飞速发展打破了原有的空间结构，大大缩短了城市间距离，已有大量文献关注高铁对沿线区域和城市发展的影响。国外学者China-Lin Chen et al.（2011）以英国城际高速铁路为研究对象，通过横向比较高铁开通前后不同区域的经济影响，认为城际高铁给沿线的城市带来了巨大的经济效应［5]。陈建军等（2014）提出高铁是城市经济增长的必要影响因素，交通可达性缩短了城市间的空间距离和经济距离，带来了市场结构效应、劳动力效应和创新溢出效应，从而加强了城市间的经济联系［6]。汪建丰、翟帅（2015）认为高铁对沿线城市产业转型、科技人才集聚、行业分工等发展产生了促进作用，但并未对缩小区域经济差距产生较大影响［7]。此外还有一些文献关注了高铁开通对沿线区域的人口流动、就业以及生产要素等方面产生的影响。Li et al.（2016）基于日本1982年的两条高速铁路干线进行了实证研究，结果表明高铁导致了人口在不同城市之间产生了极化和分散，日本高铁沿线的非中心区域服务业的就业人数减少了7%，制造业增加了21%［8]。张梦婷等（2018）研究发现高铁开通促进外围城市的资本和劳动力等生产要素向中心城市集聚而对外围城市产生了虹吸效应，从而对其企业的生产效率产生了负面影响［9]。

综上分析可见，以往的文献研究证明了高铁开通对区域和城市经济发展的多方面影响，较少关注高铁开通对沿线城市科技创新的影响，同时忽略了不同的高铁服务强度给城市经济发展带来的影响差异。创新作为经济增长的重要支撑，也是经济健康发展的重要引擎，面对我国科技创新的快速发展，高铁带来的影响还缺少进一步研究。

本文基于粤桂地区27个地级及以上城市的面板数据，采用多期DID模型和连续DID模型分别检验高铁开通和高铁服务强度对沿线城市的科技创新影响，并通过平行趋势假设、子样本分析、安慰剂检验等进一步验证本文研究结果的稳健性。与已有研究相比，本文的边际贡献主要包括：第一，以高铁为切入点，丰富了交通基础设施建设的城市创新效应等相关研究，并对其影响机理进行梳理；第二，以粤桂地区地级及以上城市作为本文的研究对象，不仅丰富了城市创新体系的相关研究，也为高铁对区域创新影响研究增加了新的实证内容；第三，以往关于高铁的实证研究通常只考虑高铁是否开通对地区经济和社会的发展影响，对高铁变量处理比较单一，本文不仅检验了高铁开通对城市科技创新的影响，还通过连续DID模型证明不同高铁服务强度对城市的科技创新影响，在一定程度上弥补了这一不足。

二、高铁对城市科技创新影响的机理分析

一般而言，我国创新发展水平较高的城市往往属于交通便捷、基础设施比较完善的地区。而高铁是我国加强城市间基础设施建设的重要环节，将会对城市的创新发展产生深刻影响（杨思莹，2019）［10]，可以分为直接影响和间接影响。直接影响是指高铁本身在建设和运行过程带动了上下游关联产业的发展，尤其是高技术产业，从而提高城市科技创新产出；间接影响主要是指由于高铁开通带来的“时空效应”对城市科技创新绩效的影响，主要包括创新生产要素流动、再分配和创新环境等。

（一）高铁开通促进了创新生产要素和信息的流动

高铁建设压缩了城市间的时空距离，带来了城市可达性的大幅优化。我国高铁的开通，大大提高了大城市“一日交流圈”的覆盖范围，城市可达性水平得到整体优化（汪德根，2015）［11]。高铁开通显著提高了沿线城市的可达性水平，城市间的经济联系更加密切（文嫮、韩旭，2017）［12]，从而对企业和城市的创新活动产生了一系列影响。一方面，可达性的提高降低了企业从更远的地方获得知识的成本以及商品的生产成本和运输成本，增强了城市间人员、商品的交流频率，使得城市间创新生产要素的流动与转换频繁，提高科技创新绩效。另一方面，与其他经济活动相比，科技创新活动强烈依赖面对面的交流，可达性提高使得城市间不同经济主体的信息交流和沟通更为顺畅，高铁通过增加企业间接触和交流机会，有利于掌握先进技术及市场信息，降低了获取创新资源的成本和不确定性（牛玲飞，2008）［13]，更有利于创新活动的进行。此外，交通网络化打破了知识溢出的空间限制。高铁通过提高可达性促进了知识溢出，降低了如学习、创新、知识积累等知识交流成本，使得知识的流动速度更快、效率更高，从而提高企业的生产率，进一步带动城市经济的增长和创新的出现（林晓言、罗燊，2017）［14]。

（二）高铁开通实现了创新生产要素的再分配

由于创新生产要素的流动更加便捷，高铁改变了创新生产要素在不同城市的集聚程度，主要体现在两个方面，一是创新生产要素在高铁沿线城市和非沿线城市之间的重新分配；二是创新生产要素在高铁沿线核心城市和非核心城市之间的重新分配。日本新干线开通以后，高铁沿线城市的就业密度和人口增长率显著高于非沿线城市（Sands，1993）［15]，高铁促进了城市人口的集聚（Debrezion et al.，2011）［16]，为高铁沿线城市输送更多的高级人才，提高集聚人口的质量和城市的科技创新能力。同时，交通基础设施通过影响劳动力的流动，促进了知识的流动（Ajay Agrawal et al.，2016）［17]，劳动者作为知识的主要载体，高铁改变了劳动者的出行频率，促进了城市间的知识流动和创新知识的获取。此外，创新是一项耗时长、投资大、风险高的复杂活动，需要大量资金支持，高铁开通增加了风险投资家和被投资企业之间的互动和交流机会，降低信息不对称对风险投资决策的影响，有利于高铁沿线城市创新资本的集聚，提升城市的创新水平（龙玉，2016）［18]。但也有学者认为高铁开通具有“离心力效应”，大城市的人口和生产要素将从核心城市扩散到周围城市（Hall，2009；刘金凤等，2018）［19-20]。

（三）高铁开通优化了沿线城市的创新环境

创新往往集聚于经济发展水平和专业化程度较高的地区，这不仅为城市的科技创新发展提供动力，也为城市创新提供了现实需求。具有高速交通网络服务和完善基础设施的大都市体现出更强的竞争力，产业和经济发展不断向这些大都市集聚［21]。集群已经成为促进创新思想交流的苗床。一方面，高铁增加了沿线城市的就业机会和市场消费能力，吸引到新的商务活动，从而促进经济的增长，为企业开展创新活动提供足够的创新生产要素；另一方面高铁通过优化沿线城市的资源配置，改变产业的空间格局，影响城市的创新效率。例如高铁改变了沿线地区的产业发展格局，有利于形成以高新技术产业为主导、先进制造业为主体和现代服务业为支撑的创新发展空间（徐玉萍，2012）［22]，占地面积较多的劳动密集型产业和大型制造业更多地转移到成本低廉的临近城市，而信息技术和高科技服务业等土地占用少的知识密集型产业将得到进一步的发展（林晓言、罗燊，2017）［14]。产业集聚对区域创新的促进作用主要来源于集聚经济的外部性，通过密集型要素市场的劳动力共享降低了企业的创新成本，临近企业间的合作降低了创新风险，同时面对面的交流促进了新知识的产出，因此对城市的科技创新发展起到了显著的促进作用（张可，2019）［23]。

高铁对城市科技创新的影响机理如图1所示。

图1 高铁对城市科技创新的影响机理

三、研究设计

（一）样本描述

2014年12月26日，贵广、南广高铁实现同步全线开通，自此打通了西南中南地区东联南下、出海通边最快捷的大通道。在此基础上粤桂两省依托高铁运营，围绕产业培育、产业转移、产业承接和区域创新驱动等，提出了建设贵广、南广高铁经济带的一系列合作框架协议，通过产业互补实现共赢发展，进而推动粤桂两省高铁沿线地区经济向中高端水平跃进，这为高铁沿线城市的科技创新发展提供了充足动力和现实需求。考虑数据的可得性，本文以2007-2017年粤桂地区27 个地级及以上城市的面板数据为研究样本，检验贵广、南广高铁对沿线城市科技创新的影响。其中高铁的相关数据来自2007-2017年全国铁路时刻表，其他数据来自历年的《中国城市统计年鉴》《广东省统计年鉴》《广西壮族自治区统计年鉴》以及各省市相关统计公告。

（二）模型设计

本文主要是研究高铁对沿线城市科技创新的净影响，因此不仅要考虑高铁运营前后城市科技创新产出的差异，还要控制高铁沿线城市与非沿线城市之间的差异。与其他模型相比，DID模型的估计结果能够有效减轻传统回归模型中遗漏变量等原因导致的偏误，在识别政策效果方面具有明显的优势，已经成为一种越来越流行的方法（Lechner，2011）［24]，因此本文采用多期DID模型检验粤桂地区高铁开通对沿线城市科技创新的影响，提出以下模型：

其中，UTI 表示城市科技创新水平；HSRit为虚拟变量，表示第t年城市i是否存在高铁服务，若存在，HSRit=1，不存在，则HSRit=0，其系数α1反映了高铁开通对城市科技创新水平的净效应；变量X代表控制变量，包括城市经济发展、产业结构、人力资本、政府支持力度等，α2表示控制变量对城市科技创新的影响程度，此外，δi、θt分别表示时间趋势和城市异质性的固定效应，εit为随机误差项，包括影响城市科技创新的其他因素。

多期DID 模型只考虑了高铁开通对沿线城市科技创新的影响，但不同程度的高铁服务强度对高铁沿线城市的影响不同（Shuai S et al.，2017）［25]，高铁列车频率可以反映高铁的服务强度（Willigers and Wee，2011）［26]。为了进一步研究高铁对城市科技创新的影响，本文借鉴Shuai S（2017）的研究方法，构建了连续型DID 模型，分析高铁服务强度对沿线城市科技创新的影响，如下所示：

其中，虚拟变量I_HSR表示高铁服务强度，用第t年城市i运行的高铁列车数量表示，其中包括贵广、南广高速铁路上通行的高铁（G）和动车组（D）数量。β1反映了高铁服务强度对沿线城市科技创新的影响。

（三）变量界定

1.被解释变量

用专利衡量创新具有可靠性（Yasusade Murata et al，2014）［27]，尽管专利不能代表所有的创新，也不能衡量不同科技创新的重要程度，但由于其一致性、客观性和易得性，专利仍然是学者常用的衡量创新水平的重要指标。在我国，与专利有关的法律制度在全国范围内都是一致的，不同区域的专利数据具有可比性，因而专利能够在一定程度上代表创新水平［28]，本文采用每万人专利授权量代表高铁沿线城市的科技创新水平（UTI）。

2.控制变量

借鉴已有研究，围绕城市经济发展水平、产业结构、人力资本、政府支持力度、对外开放程度等选取合适的控制变量。包括：①城市经济发展（UED），以人均GDP 为代理变量，经济发展水平越高，市场规模越大，创新生产要素越充足。②城市产业结构（UIS），熊彼特认为创新并非企业的单独行为，创新依赖于产业集聚，本文用二、三产业生产产值占地区生产总值比重衡量。③人力资本环境（HC），年轻有朝气活力的人才多寡决定高技术产业的选址以及城市创新的吸引力［27]，用每万人在校大学生数表示。④政府支持力度（GS），以公共财政支出中科技财政支出比重来衡量，一般认为，科技创新投入水平越高，政府支持力度越大，有利于激发企业开展创新活动的积极性。⑤对外开放程度（OPEN），采用实际利用外资金额作为代理变量，国外资本带来了先进的技术和管理经验，通过溢出效应推动了城市新技术的产生。⑥基础设施建设（INF），以道路为代表的城市交通基础设施建设促进了城市的经济发展，进而影响城市的创新发展水平，本文用人均城市道路面积来衡量。

为了减少样本数据的分散性和异方差性，本文在回归分析中对非百分位变量数据加1 取对数处理，表1为各种变量的定义和描述性统计。

表1 变量的定义和描述性统计

四、基于粤桂地区的实证研究

（一）基准DID分析

为了检验高铁对城市科技创新的影响，本文对式（1）和式（2）进行双重差分，结果见表2所列。其中，在控制时间效应和城市个体效应的基础上，模型1 和模型3 对高铁开通虚拟变量进行回归，结果显示高铁开通的影响系数显著为正，加入控制变量后，其显著性水平从5%提高到1%。模型2和模型4的DID 结果显示高铁服务强度的影响强度为0.003，在1%的水平上显著，表明高铁服务强度对城市的科技创新产出具有显著的正向影响。此外，综合模型1 到模型4 可以发现，高铁开通对城市科技创新产出的影响更大，但高铁服务强度的影响更加显著。

表2 基准DID结果

从模型3和模型4中控制变量的双重差分结果来看，城市经济发展的影响系数显著为正，平均而言，城市的人均GDP 每提高1%，每万人专利授权量可以提高0.22左右，经济的良好发展是提高城市科技创新产出的重要因素；产业结构的DID系数在模型3 和模型4 中显著为正，其中第二产业的回归系数在5%的水平上显著为正，第三产业的回归系数在1%的水平上显著为正，说明产业结构向着非农化方向发展能够城市创新奠定良好的产业基础［10]。与第二产业相比，第三产业的集聚程度对城市科技创新产出的影响更大、更显著，这是因为很大一部分的发明专利来自高技术产业（李习保，2007）［28]。自2014年底贵广、南广高铁开通以来，粤桂两省提出了一系列建设高铁经济带合作试验区的相关框架协议，由于经济政策的实施到取得成效存在时间上的滞后性，政府支持力度对城市科技创新产出的影响是正向的，但并不显著。在模型3中，对外开放的DID系数为正，但并不显著，引入高铁服务强度虚拟变量后，回归系数在10%的水平上显著为正，可以表明外商投资通过溢出效应带来了新的管理经验和技术创造，在一定程度提高了城市的科技创新产出。人力资本的回归系数为负，但并不显著，本文采用每万人在校大学生数代表城市的人力资本水平，并不能完全衡量不同城市的实际人力资本存量，但该结果在一定程度上表明粤桂地区仍然缺少先进的知识密集型企业，这对城市的人力资本有重要要求。此外在模型3 和模型4 中，基础设施建设的回归系数在1%的水平上显著为负，说明基础设施建设抑制了城市的科技创新产出，这可能有两方面的原因：第一，粤桂地区的基础设施建设已经相对饱和，随着城镇化的发展，越来越多的人口涌向城市，人均基础设施逐年下降，城市基础设施负担逐年增大，这对城市的科技创新发展产生了负面影响；第二，政府用于基础设施建设的资金投入可能会对城市的科技支出产生“挤出效应”，导致基础设施建设在一定程度上成为城市科技创新的“包袱”。整体而言，经济和产业环境是影响粤桂地区城市科技创新发展的最重要因素，其中第三产业明显大于第二产业。

（二）稳健性检验

1.平行趋势假设

DID 模型成立的一个重要先决条件是研究样本应该满足平行趋势假设，即在高铁开通之前，高铁沿线城市和非沿线城市的科技创新应该具有相同的发展趋势，现有研究通常会在高铁城市和时间虚拟变量之间构建一个交互项，如果相互作用项的系数在统计上不显著，则认为满足平行趋势假设（Moser et al.，2012）［28]。本文在DID模型的基础上，构建了平行趋势假设模型：

其中，treat表示高铁城市，dumy表示高铁开通之前（2011-2014年）的时间虚拟变量，如果γ1不显著，则满足平行趋势假设，Hit表示HSRit或I_HSRit。如表3模型5和模型6所示，2011-2014年交互项的回归系数在统计学上均不显著，平行趋势假设成立，这表明在贵广、南广高铁开通前，高铁沿线城市和非沿线城市之间的科技创新发展趋势并没有显著性差异。

表3 子样本分析

2.子样本分析

高铁不仅会导致沿线与非沿线城市之间生产资源的重新分配，还会影响高铁核心城市与沿线中小城市之间的资源分配情况，导致模型产生内生性问题，影响估计结果的精确性，为了解决这一问题，本文剔除了广州和南宁两个省会城市进而对子样本进行DID检验，结果见表3所列。模型1和模型2分别表示未加入控制变量时高铁开通和高铁服务强度的双重差分结果，在5%和10%的水平上显著为正，加入控制变量后，显著性水平提高到1%和5%，模型5和模型6中实验组和时间虚拟变量交互项的回归系数在统计数上均不显著，满足DID模型的平行趋势假设，该结果进一步验证高铁开通和高铁服务强度促进了粤桂地区高铁沿线城市的科技创新发展。

续表3

此外，与基准DID 分析相比，子样本回归中HSR的平均系数有所下降，这在一定程度上表明高铁对不同的城市会产生不同的影响，便利的交通网络使得高铁沿线中小城市的生产要素不断涌向核心城市（Faber，2014）［31]，从而产生“向心力效应”，这使得创新生产要素在高铁沿线核心城市集聚，进一步促进了核心城市的科技创新发展。因此高铁的开通对不同城市的影响具有差异性，需要根据城市的本底因势利导发挥高铁带来的红利［32]。

3.改变城市科技创新的代理变量

专利的申请到授权需要一定的周期，因此用专利授权数衡量城市的科技创新水平具有一定的时滞性，本文采用每万人专利申请数（谭建华等，2019）［33]作为城市科技创新水平的测度指标进行稳健性检验。DID结果见表4所列。

表4 改变代理变量的DID结果

从中可以看出，模型1 和模型3 中高铁开通虚拟变量的影响系数在1%的水平下显著为正，模型2和模型4 中高铁服务强度虚拟变量的影响系数分别在5%和1%的水平下显著为正，说明高铁开通和高铁服务强度促进了沿线城市专利申请数量的增加，提高了城市的科技创新水平。

4.安慰剂检验

利用DID 模型检验高铁开通和高铁服务强度对城市科技创新的影响时，还要考虑是否有其他变量对城市的科技创新发展产生关键影响，即高铁城市与非高铁城市的科技创新变动趋势随时间变化不会存在系统性差异（陈刚，2012）［34]。为了解决这一问题，本文假设贵广、南广高铁开通时间提前5年，利用2007-2012年的面板数据进行安慰剂检验，如果虚拟变量高铁开通和高铁服务强度的影响系数不显著，表明基准DID结果稳健。安慰剂检验的DID结果见表5所列，模型1和模型2是基准DID的稳健性检验，模型3 和模型4 是子样本分析的稳健性检验，四个DID中HSR和I_HSR的影响系数均不显著，表明不存在其他变量对高铁沿线城市和非沿线城市科技创新的变动趋势产生关键影响。

表5 安慰剂检验

以上检验结果表明，本文的实证结果是稳健可靠的，高铁开通和高铁服务强度提高了粤桂地区高铁沿线城市的科技创新水平。

五、结论与启示

自2008年京津城际高铁开通，经过十多年的发展，日趋完善的高铁网络不仅改变了人们的时空观念，而且对我国的经济地理分布产生了重要影响。本文基于粤桂地区27 个地级及以上城市2007-2017年的面板数据，建立了多期和连续DID模型，研究高铁开通和高铁服务强度对粤桂地区沿线城市科技创新的影响，并通过平行趋势假设、子样本分析、改变城市科技创新的代理变量和安慰剂检验等方法证明本文研究结果具有稳健性。本文的主要研究结果如下：

第一，高铁开通显著提高了粤桂地区沿线城市的科技创新水平，采用高铁列车数量衡量的高铁服务强度也对沿线城市的科技创新产生了重要影响，与非高铁沿线的城市相比，高铁服务强度越大，对城市科技创新的发展越有利。从基准DID 结果来看，高铁开通对城市科技创新产出的影响更大，但高铁服务强度的影响更加显著。

第二，高铁对不同城市影响程度不同，子样本的分析结果表明高铁不仅有利于创新生产要素从非高铁沿线城市转移到沿线城市，还将使创新生产要素从高铁沿线中小城市向核心城市进一步集聚，使得创新生产要素在高铁沿线城市之间进行重新分配的过程中产生了“向心力效应”，从而促使高铁沿线核心城市的科技创新得到了进一步发展。

第三，良好的城市创新环境增加了专利申请数量，提高了城市的科技创新水平。经济和产业环境是影响粤桂地区城市科技创新发展的最重要因素，其中第三产业明显优于第二产业，而高铁建设促进了沿线城市的经济和产业集聚，这将进一步提高经济发展和产业格局对沿线城市科技创新的积极影响。然而，以人均城市道路面积为代理变量的基础设施建设对科技创新的发展起到了明显的抑制作用，可能是由于粤桂地区的城镇化发展和“挤出效应”导致。

本文的研究结果对我国的高铁建设具有一定的启示，高铁开通对城市创新的带动效应是高铁建设促进经济增长的重要机制［8]，因此重视高铁建设对我国经济的高质量发展具有重要意义。与此同时，高铁建设使得区域的创新活动更多地涌向了高铁沿线城市（尤其是沿线核心城市），这在无形之中拉大了高铁沿线和非沿线城市之间的差距，长此以往将会形成二元化发展趋势，造成区域创新的非均衡发展。因此，至少需要对以下几个方面引起高度重视：

首先，应该充分重视交通基础设施对城市创新发展的带动效应，继续推进高铁建设，让更多的区域、城市嵌入到高铁网络之中［35]，利用交通区位优势，促进区域内的科技人力资本交流和创新有关知识流动，实现创新生产要素的有效配置，从而降低城市开展创新活动的风险，改善城市的科技创新环境，通过合理增加创新投入，提高城市的科技创新水平。此外在高铁沿线城市，应该不断推进市场化建设，完善技术创新成果保护制度，激励创新主体积极参与创新活动，能够吸引更多的创新资源［36]。

其次，从非高铁沿线城市的战略发展规划和经济地位出发，改善未开通高铁城市的对外交通方式，提高区域的可达性，加强其与高铁沿线核心城市接驳的相关基础设施建设，在粤桂地区形成以高铁为主导的综合交通网络。不仅有利于加强非高铁沿线城市对外交流的频率，获取更多的创新生产要素，增加城市的科技创新投入，同时能够充分利用临近创新中心的知识溢出效应，提高科技创新绩效，从而降低城市间创新能力的差异化发展，实现区域创新一体化。

最后，按照粤桂地区高铁经济带发展的相关规划，通过贵广、南广高铁经济带建设，利用经济带通道作用，合理引导沿线周边产业发展的动态，加快高铁沿线城市和非沿线城市之间的产业转移和产能合作，优化城市间的资源配置，并利用高铁的建设强化地区的经济联系，形成特色的产业发展链条，完成优势产业的集聚（鲁万波、贾婧，2018）［37]，对缩小与高铁沿线城市的科技创新差距，也有显著的影响。此外适当增加高铁沿线非核心城市的高铁列车数量，提高高铁服务强度，有利于平衡高铁沿线城市之间的科技创新发展。