资源型城市创新系统动力模型研究：以攀枝花市为例

马光霞，何 征

(1.攀枝花学院，四川 攀枝花 617000；2.西南交通大学，四川 成都 610031)

资源型城市是一种具有专业性职能的城市，主要指依托矿产、森林等自然资源开采和加工为支柱产业的城市。国务院2013年发布的《全国资源型城市可持续发展规划》(以下简称“《规划》”)将全国262个资源型城市划分为成长型、成熟型、衰退型和再生型四类，并提出了促进资源型城市发展的指导性意见。《规划》中攀枝花市被列为成熟型资源型城市，面临煤矿铁矿枯竭、市场需求不足、产业刚性严重、要素创新低下等发展困境，近五年攀枝花市经济增长已然趋缓，发展动力不足，逐渐向衰退型城市靠近。转型发展是资源型城市的当务之急，然而资源型城市转型不仅面临着传统“城市病”的威胁，还面临着“资源诅咒”的困境[1]，改革创新作为一种生产要素是资源型城市转型的主要驱动力量[2]。对于创新的研究，20世纪80年代中期已经不断深入，视野也逐步扩大。弗里曼[3]在1987年首次提出国家创新系统(NIS)的概念及理论，随后NELSON[4]、伦德瓦尔等[5]陆续对NIS进行深入研究。学者们认为，初始的资源禀赋不能成为国家或区域的经济竞争力的源泉，更多是技术的创新，知识的生产、储存、转移和应用过程的结果。NIS研究揭示了影响这一过程的因素和政府、企业、学校和研究机构在这一过程中发挥的作用，以及如何通过学习、借鉴相关政策和经验达到技术与经济追赶的目的。对于各项政策的有效性分析，当前通用的方法是在系统动力学模型基础上，分析多种政策的系统响应特征[6]。鉴于此，本文结合资源型城市的发展特点，从微观的企业创新到宏观的城市发展，建立了资源型城市创新动力模型，并模拟政府的服务水平、创新意识、教育重视程度、城市法律环境、创新主体对外交流程度及各创新主体间的合作程度等因素对城市创新动力的影响效用，为资源型城市转型决策提供理论支撑和实践依据。

1 创新引致的资源型城市产业转型升级的动力机制分析

在资源型城市的创新系统中，资源吸引粗放型产业地理聚集，协调创新引导机制会产生技术或者管理创新，这些创新成果在市场集中的过程中流动，形成知识共享，知识系统内部的充分交流与外部交流的过程中产生知识涌现，形成新的创新，新的创新在市场需求变化的刺激下逐渐引导产业升级。图1为创新引领产业转型升级进而获得经济持续增长的过程。

图1 创新引致资源型城市产业转型升级的动力机制模型Fig.1 Dynamic mechanism model of resource-based cities caused by innovation

1.1 创新动力生成机制

初始的资源禀赋。国家的政策鼓励促使了第一批产业在地理上集聚，就攀枝花市而言，丰富的煤、铁矿资源吸引了大批开矿者。在改革开放的大经济背景下，钢铁需求迅猛增长，钢铁生产企业数量激增，因而大量的重工业企业在攀西地区集聚。尽管这一阶段初级产品的生产极具便利性，且需求量大，企业技术创新的动力不足，然而在市场、偶然因素、政策导向等刺激下，技术创新仍在缓慢地聚集。一般来说，相关产业的地理集聚不仅可促进技术创新聚集，加速知识的传播和扩散速度，更有利于专业化外部性的产生，从而使得市场集中加剧。市场集中度越高，企业支配度越高，越能吸引更多的企业向产业地理集聚，进而加速技术创新市场的实现过程。地理集聚、市场集聚和技术创新集聚三者的互动使得创新主体(企业、大学、科研机构、政府、中介机构)在这一阶段逐渐成熟，并试图进行合作，最终创新集群产生。

1.2 创新动力发展机制

城市创新系统动力产生后，创新活动将在相关创新主体之间稳定地锚定，形成低层次的创新体系。张省等[7]认为要打破这一障碍就需要“物资流”“技术流”“金融流”“人才流”等技术创新要素全面分流。知识流是复杂要素网络中创新要素流动的本质，从某种层面上来说，作为网络中各节点间的关系链，创新系统是知识传递和增值的渠道，因此可被视为知识流网络系统。企业间技术合作创新是城市创新系统中最重要的知识流动，因为合作创新可产生规模经济，消除重复投资，并使社会回报率远超过企业自身的回报率。 经济合作与发展组织研究发现，企业间技术合作及其非正式的相互作用是创新系统中最重要的知识流动，对创新主体合作具有重要影响。

知识溢出效应揭示了知识溢出对经济增长的带动作用，创新主体之间不断分享溢出的知识并进行创新，使得知识在创新系统中不断扩散，推动着创新机制的发展。FELDMAN等[8]研究了知识溢出和创新之间的关联机制，认为具有较高水平知识基础设施的区域能够产生更多的创新成果。

1.3 创新演进推动产业持续发展

在知识溢出效应的驱动下，创新系统具有了知识搜寻和反复试验的能力。经过创新主体对知识不断的分享，最终成功开发创新产品。目前已经形成的是现有技术的改进，是一种遗传创新，还有一种如无线通讯技术、计算机和互联网技术的发明等重大技术变革。然而发生系统涌现一般要经历混沌状态，如组织涣散、目标模糊等，在这个过程中，与外界的互通是必不可少的催化剂，大大提升了创新效率。市场需求的瞬息万变要求企业从管理制度上、技术上进行变革，而创新成果则是企业顺利完成转型升级的药方。因而在市场的要求下，创新演进会推动产业转型升级、持续发展。

2 资源型城市创新系统动力模型构建

基于创新动力机制，详细分析资源型城市创新动力模型中应包含的创新主体及其相互影响关系，进而构建了系统动力模型。

2.1 模型构建

根据国内外学者的研究成果，城市创新系统的基本内涵表现为：①城市创新系统是一个有动态行为特征的复杂的开放性系统；②创新的本质是知识的流动和新知识的产生，创新系统运作的必要条件还应包括物流、资金流、人才等要素的流动；③城市创新系统包含企业、大学、政府、科研机构和中间服务机构五个创新主体，其中，最重要的创新主体是企业；④创新主体和要素之间相互作用，形成网络结构(图2)。

图2描述了城市创新系统中五大创新主体间人才流、知识流和资金流的流向关系。政府的财政收入主要来源于企业税收，又以教育经费、R&D经费、企业扶持经费、基础设施建设经费等形成主要财政支出；教育培训机构向政府、企业、中介机构、科研机构输出人才；知识流由科研机构流向企业，为企业创造价值，并从企业获得知识反馈，中介机构加速了科研机构与企业之间的知识互通，当然知识流也会在企业之间流动，成熟的市场会加速各主体间的知识流动，产生知识溢出效益。图3进一步描绘了城市创新系统中各要素之间的因果关系。

图2 城市创新主体间的关系图Fig.2 The diagrams of the urban innovation subjects

图3 资源型城市创新系统动力学模型Fig.3 Dynamic model of innovation system in resource-based cities

2.2 模型主体解释

2.2.1 政府是创新系统的驱动者

政府对创新系统的影响方式主要有三个方面，即政务服务、基础设施建设和资金支持。在政务服务方面，首先推动简政放权，构建服务政府，如简化和下放创业的相关审批事项，降低市场准入门槛，促使投资创业便利化，改善创业环境；其次，保护知识产权，强化过程监管，严惩违法行为，建立诚信经营、公平竞争的市场体系；最后，改革财税、投融资体制，进一步加快信息业等新兴产业发展。在基础设施建设方面，建设、扶持创业孵化实训基地和服务平台建设，鼓励高校开展创业教育，支持培训机构进行创业培训，加强扶持政策，提高创业创新成功率。创业资金补贴方面，主要表现在政府R&D经费支出，教育培训支出以及对企业进行减免税费、免息贷款、补贴资金。

政府的这些行为有助于提升城市教育水平、提升市场机制健全程度、提升技术市场成熟度、提升科研部门的科研动力、企业科技创新动力等，为创新创业营造良好的氛围。

2.2.2 企业在创新系统中起到核心作用

企业通过R&D投入、与科研机构的充分合作来提升企业的创新成果，又通过与其他企业间的充分合作，与外界的充分沟通来提升创新成果的共享性以降低成本，获得更高的创新产出[9]。企业的创新产出将产生直接的经济效益，从而推动产业转型，促进经济持续增长。

2.2.3 科研机构是创新系统的实践者

模型中的科研机构包括企业的科研组织、专门的科研机构、大学的科研部门等。在市场经济下，经济效益将越来越成为科研机构的最强动力，与企业的充分合作也更有助于企业创新成果的实现，但是一些基础科学的研究则需要政府的大力支持才能得以实现。

2.2.4 大学是创新系统中不可缺少的重要角色

教书育人、科学研究、服务地方是大学的三项基本职责，这三项职责也正是城市创新系统的核心元素。教书育人为其他各部门提供人才资源，提升城市人口素质；科学研究是孕育技术或者制度创新成果的胚胎，提升城市的科研创新能力；服务地方则是要求大学与地方企业更多地合作，服务于地方产业发展，使得创新成果更多地结合地方产业发展，并转化为经济效益。模型中将大学直接分解为人才培养和科研能力两个元素来描述大学在系统中的职能。

2.2.5 中介机构是创新系统的润滑剂

很多大学、科研机构及政府部门或许并不擅长与企业打交道，使得科研机构与企业之间的桥梁并不通畅，中介部门的出现，更好将企业的科研需求、人才需求反应到大学和科研机构，也能使科研成果找到更好的受益者[10]。

2.2.6 环境对创新产生重要影响

几大主体共同作用相互影响形成的环境包括政策环境、法律环境、人文环境、市场竞争机制、经济发展程度、人口素质、消费习惯、创新氛围等，这些都对城市创新以及经济发展产生着巨大影响。LANDRY[11]认为创新型城市的组成要素包括富有创新的人、开放的组织文化、释放个性的空间、完善的社会空间与设施。城市创新的软件和硬件设施为创新提供了最适宜的发展环境。

2.3 主要因果回路分析

用企业创新产出和城市经济发展水平作为衡量资源型城市创新能力及其对城市经济的影响的主要指标。在模型中，围绕企业创新产出形成的回路共有20条，直接影响的因果树如图4所示。影响企业创新产出的直接因素包括企业的创新能力、企业创新投入以及投资风险三个因素，其中投资风险是逆向影响，其他因素均为正向影响。企业创新产出直接影响企业产值增加值，创新产出增加，企业产值增加值也增加。

图4 企业创新产出因果树Fig.4 Carsal tree models in enterprise innovation

围绕城市经济发展水平形成的回路共有19条，其直接影响的因果树如图5所示。影响城市经济发展水平的直接因素包括企业产值增加值和自然条件依存度，企业产值增加值增加，城市经济发展水平提升，自然条件依存度显示了资源型城市经济发展对于自然资源的依赖情况。城市经济发展水平直接正向影响城市经济发展水平影响力、市场需求、政府财政收入、政府R&D经费投入等因素。

图5 城市经济发展水平因果树Fig.5 Carsal tree models in urban economic development level

系统的边界要素除了诸如城市人口、企业产值增加值等存量的初始赋值外，还包括政府的服务水平、创新意识、对教育的重视程度、城市的法律环境、创新主体对外交流程度、各创新主体间的合作程度等变量，正是对这些变量的研究，才能够对制定系统发展策略提供价值。

2.4 参数设置

模型涉及的变量、回路和公式众多，受制于篇幅无法一一列出，表1列出了一些具有代表性变量的属性和dynamo方程。

表1 变量属性及其dynamo方程Table 1 Variable properties and its dynamo equation

续表1

2.4.1 变量属性

系统流图中的变量一般包括水准变量、速率变量、常量、辅助变量等类型，由于辅助变量在仿真软件中具有速率变量的数据特征，因此在参数设置时，将速率变量和辅助变量统一设置为辅助变量，将不影响模型运行。

2.4.2 模糊变量量纲处理

模型运行过程中，所有变量都需要抽象成某个数值才能运行，而模型中存在类似于法律成熟度、政府服务水平这类模糊的变量。这类模糊变量无法测量或计算出精确数值，因此采用模糊评价的原理进行量纲处理。例如政府服务水平表示企业或个人获取政务服务的便捷程度以及政府对市场干预的有效程度，没有直接的量度值，可采用评分形式(表2)，其中1、3、5、7、9表示位于两个等级之间的分值。

表2 模糊变量量纲设计Table 2 Dimensional design of fuzzy factor

2.4.3 dynamo方程解释

部分参数的dynamo方程设置说明如下所述。

1) 科研创新能力=城市人口素质×0.3+对外交流程度×0.2+科研动力×0.3+科研机构数量×0.2。根据文献[12]～文献[14]和本文研究目的，选取城市人口素质、科研动力、对外交流程度和科研机构数量四个因素对城市研究能力进行探讨。因量化需要，每个因素的取值范围都是0～10，各因素前面的系数代表该因素对科研能力的影响权重，该值通过专家调查法确定。

2) 政府R&D经费投入=(政府创新意识/10)×(城市经济发展水平×0.02)。式中，政府创新意识是一个影响力度，取值范围是1～10，城市经济发展水平(GDP)后面的系数0.02是根据我国目前R&D经费投入的比例值确定的。

3) 企业R&D经费投入=(企业创新激励机制/10)×(企业产值增加值×0.4)。 与政府的R&D经费投入指标的计算模式类似，企业的R&D经费投入指标的计算方式也表现出其很大程度上受企业对创新重视程度的影响。

4) 城市经济发展水平影响力是辅助变量，是表征城市经济发展水平对市场机制健全程度的影响，对其公式处理时采用了表函数的方式。该处理方式一是由于经济发展水平是绝对数值，需要进行量纲处理才能与市场机制健全程度建立dynamo方程；二是由于城市经济发展水平的影响力是有上限的，市场机制健全程度随着经济发展水平的提升增加，但是当经济发展到一定程度之后，其影响力增长速度会变慢。

3 模型拟合

运用已构建的模型模拟攀枝花市过去十年的经济发展情况，再用实际发展数据与之对比，对模型进行有效性检测。为尽量准确有效地模拟攀枝花市经济发展环境，初始变量采用随时间变化的表函数，表3 给出了模型的模拟参数初始值变化范围。

表3 模型初始输入值Table 3 Initial input value of model

图6是攀枝花市2008—2017年国内生产总值的仿真值与实际值的比较。从图6可以看出，误差基本控制在3%以内，表示该模型可在较大程度上反映出攀枝花市现实创新系统的镜像。由此可见，此模型可用于分析攀枝花市现实城市创新系统的结构特征，评价现实系统政策，为制定新政策提供理论依据，可系统预测未来发展的状况和趋势。

图6 2008—2017年攀枝花市仿真与实际国内生产总值曲线Fig.6 Simulation and real GDP curve of Panzhihua city from 2008 to 2017

为了进一步讨论攀枝花市经济增长对城市自然条件的依赖程度，本模型还加入了自然条件依存度这一元素，模拟结果见表4。由此讨论在创新驱动下，城市经济发展对城市自然禀赋的依赖，以证明创新是否能够促进产业转型升级、降低对自然的依赖、促使经济持续发展。讨论方式为验证型，建立表函数衡量随着时间的发展GDP与自然资源依存度的关系，然后通过模型的运行结果与实际数据的吻合性反推表函数的合理性。

从表4可以看出，2008—2017年攀枝花市对自然条件的依存度较高，说明近十年攀枝花市的经济发展较为依赖自然条件。但随着时间的推移，依存度逐渐降低，根据模拟结果显示，7～8年后攀枝花市基本已经脱离了对自然资源的依赖。邵帅等[15]在对已有文献进行回顾分析和对经验性事实进行统计观察的基础上，提出了资源产业依赖与经济发展效率之间呈现倒U型曲线关系的有条件资源诅咒论。表4数据反映出攀枝花市经济发展对自然资源的依赖关系与邵帅提出的倒U型线性关系基本吻合。在这种情况下，资源型城市经济的持续增长主要依赖创新驱动的产业转型发展成果。

表4 攀枝花市经济发展对自然条件的依赖程度Table 4 Dependence of economic development on natural conditions in Panzhihua city

4 灵敏度分析

在资源型城市创新动力模型中，政府的创新意识、服务水平、教育重视程度、法律法规成熟度以及对外交流程度是影响城市创新动力的主要外部因素，也是可以采取措施的主要方面，考察这些因素的灵敏度有助于将资源集中到最灵敏的因素上来制定政策，提高政策的有效性。

通过改变模型中各参数变动后的模拟结果和初始环境的模拟结果，考察政府各因素对企业创新产出和城市经济发展的影响。初始环境参数设定为：法律法规成熟度4、服务水平5、创新意识4、教育重视程度6、对外交流程度4，基本代表攀枝花市目前的状态。灵敏度分析时，将需要分析的因素分别增加2个值考察企业创新产出和城市经济发展水平，之后比较各项因素变动后，模拟结果变优的程度，以考察其灵敏程度，模拟结果如图7所示。

图7 灵敏度分析Fig.7 Sensitivity analysis

政府的创新意识、服务水平、教育重视程度、法律法规成熟度以及对外交流程度对城市创新动力的影响均是正向的，但影响程度不一样。

政府创新意识对资源型城市创新动力的影响最为突出，政府创新意识是指资源型城市在依赖资源优势进行原始积累时，便具有长远的意识，积极引导和鼓励企业创新，培育接续替代产业。

对外交流程度的灵敏度居第二位，对外交流程度是指城市的创新主体与外界的合作交流情况，除了受到创新主体的对外交流意识影响之外，还受到城市的地理位置、交通条件、通信网络、商务平台等因素影响。若要提升城市对外交流便利性，需要在基础设施建设方面加大投入。

法律法规成熟度和政府服务水平的灵敏度次于对外交流程度，但影响力度很接近，二者很大程度上体现了资源型城市的营商环境。优良的营商环境应该平等保护各类市场主体，具有良好的市场准入、救治和退出机制，具有良好的社会信用体系，保障市场交易公平公正。

政府对教育重视程度主要体现在对教育的投入上。该项指标对城市创新动力具有正向影响，但影响程度缓慢。主要原因在于人才培育具有较长的时间滞后性，短时间内难以表现出明显的效果。但随着时间的推移，效果会逐渐加强。白雪洁等[16]在研究政府科教支持对衰退型资源型城市转型发展的影响时提出，在政府科教支持下，基础设施水平较高的资源衰退型城市的转型效率可显著提高，但对基础设施水平较低的资源衰退型城市的转型效率的作用较小。这一结论也说明了攀枝花市教育投入没有对城市创新动力产生较大影响的原因，反映出攀枝花市基础设施建设有待提升。

5 结论与建议

5.1 研究结论

1) 创新可缓解资源诅咒，促进资源型城市经济可持续发展。创新始于资源型产业的原始地理聚集，知识的共享、积累和交流产生涌现，促使创新发展。政府的引导鼓励、各主体间的交流以及对外交流、市场需求的刺激是促进创新的外部力量。

2) 基于系统动力学的创新模型不仅可以分析资源型城市创新的动力机制，还可以对创新主体的行为进行情景模拟和灵敏度分析。灵敏度的分析有助于决策制定者将资源首先用于灵敏度较高的影响因素方面，使得政策更加有效。

3) 在对攀枝花市创新动力系统敏感度分析中，政府的创新意识、服务水平、教育重视程度、法律成熟度和对外交流程度对城市创新动力的影响都是正向，而灵敏度最强的是政府的创新意识，其次是对外交流程度，再次是法律成熟度和政府服务水平，教育投资的影响相对缓慢。对于攀枝花市来讲，扶持钒钛、康养等接续替代产业，引导和鼓励各类生产要素向钒钛和康养产业集聚，优化内外交流渠道，提升对外交流便利性，加大知识产权保护力度，推动城市信用体系建设，拓宽居民就业面，缓解居民失业压力，简政放权，着力降低制度性交易成本等措施是目前刺激城市创新动力的有效手段。

5.2 政策建议

1) 提升政府创新意识，加强对接续替代产业、企业创新的扶持力度。目前煤、铁矿等开采产业对于攀枝花市经济的支持力度快速下滑，在城市创新驱动力尚未增强的情况下，城市经济放缓是正常现象。政府必须有长远意识和创新意识，关闭一些高耗能、生态破坏力强的工厂，扶持钒钛和康养产业发展，在项目审核、土地利用、贷款融资、技术开发、人才引进等方面给予支持，引导和鼓励各类生产要素向钒钛和康养产业集聚。

2) 加强基础设施建设，提升对外交流便利性。综合敏感性分析显示，攀枝花市创新动力对对外交流程度的敏感性远高于其他几项。城市交流便利性极大地影响创新主体对外交流强度。攀枝花市提出做好钒钛和康养的发展策略，显示出政府引导城市经济转型的意识。然而攀枝花市地理位置、交通条件及数据通信能力成为攀枝花市对外交流的短板。交通限制使得攀枝花市的物流成本居高不下，不利于攀枝花市第一产业的发展，招商引资困难，人才引进困难，一些科技、学术交流会议的举办也颇受限制，也成为攀枝花市发展钒钛、康养产业的一大阻力。改善城际交通能力，接入全国高铁网络，缩短到达周边省市的通行时间，提高铁路运力，改善网络通信能力，特别是非中心城区的信号质量，应成为攀枝花市政府在基建方面的主要着力点。

3) 健全法律法规，优化营商环境。一是依法保护各类市场主体，建立良好的市场准入标准和破产机制，鼓励新的产业形式和合法外资入驻，难以持续经营的落后产能能够顺利破产退出；二是保障市场交易公平公正，加大产权保护力度，保护创新主体的权益，促进创新发展，保证各类合同案件、金融案件、知识产权案件得到公正高效审理；三是推动社会信用体系建设，为持续优化营商环境提供信用保障。

4) 提升政务服务水平，降低制度成本。转型期间政府服务面临较大压力，一方面需要健全社会保障机制，拓宽居民就业渠道，提高居民再就业能力，缓解居民就业压力，降低资源型城市转型的显性成本；另一方面需要降低制度性交易成本，简政放权，放管结合，降低资源型城市转型的隐性成本。