产业集群升级与可持续创新型城市建设耦合分析及实证研究

马有才 秦子茹 刘柱

摘要：通过对产业集群升级与可持续创新型城市建设耦合系统的构成、耦合机制、发展阶段进行分析，分别构建要素间的耦合强度模型和子系统间的耦合关联协调模型，最后以2009—2016年青岛软件园和青岛市为例进行实证分析。结果表明，2009—2016年，二者要素间的耦合总体处于优化阶段；两子系统间的耦合关联度处于优化阶段，而耦合协调度实现了从产生阶段向巩固阶段的转变。改善耦合动力机制，促进耦合机制的完善对于更好地发挥两系统之间的耦合效应具有重要作用。

关键词：产业集群升级；可持续创新型城市；耦合；软件产业集群；青岛

中图分类号：F129.9文献标识码： ADOI：10.3969/j.issn.1003-8256.2021.02.011

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十九大在“贯彻新发展理念，建设现代化经济体系”中明确提出要促进我国产业迈向全球价值链中高端，培育世界级先进产业集群，加强国家创新体系建设。产业向价值链中高端迈进，培育先进产业集群，需要进行现有产业集群的升级；而国家创新体系建设，最终要落实到创新型城市的建设上来[1-3]。产业集群升级和创新型城市建设，成為我国适应经济新常态，建设我国现代化经济体系的重要举措。在经济新常态背景下，如何确保产业集群升级实现和创新型城市可持续发展，是亟待解决的重要问题。

现阶段对产业集群升级的研究从两个方面展开：地域化视角下集群效率推动的内源式升级和价值链视角下价值链嵌入驱动的外源式升级[4-5]。但是，无论是内源式升级还是外源式升级，发展中国家的产业集群都面临“升级陷阱”。一方面，集群内源式升级面临“升级障碍”：集群创新能力的不足可能无力推动集群升级[6]；即便集群内企业创新能力较高，但传递障碍的存在仍可能导致升级无法实现[7]。另一方面，集群外源式升级面临“天花板效应”[8]：价值链高端的企业并不希望中低端的集群实现升级[4]，从而发展中国家集群从价值链主导企业获取的学习效用有限，集群向价值链高端攀升的难度加大[9]。

现阶段学者对于创新型城市的研究大多从创新型城市的特征、创新投入产出能力、创新系统构成要素等角度考察创新型城市建设[10]，这些视角大都关注于创新型城市建设的短期效应。政府主导作用过强，有可能阻碍创新型城市的长远发展[11]，学者关注于短期效应，也可能忽略创新型城市的可持续发展。

产业集群升级和创新型城市建设并非是相互独立的，二者有着密切的关系。产业集群升级的本质是创新能力的提升[12]，集群的根植性特征使得集群创新归根结底发生在其所处的城市中[13]。产业集群升级与创新型城市建设相互促进，耦合发展。产业集群升级的幅度越大，对本土创新系统的要求就越高[14]，同时对创新型城市长期、可持续发展作用越大。在集群面临“升级陷阱”和创新型城市建设持续性不足的情况下，耦合效应的存在为产业集群升级和创新型城市持续建设提供了一条新思路：二者的协同发展不仅能够促进二者自身目标的实现，而且对于对方的发展有着重要的意义。因此，对二者之间的耦合关系的研究，是具有理论意义和现实意义的。

1产业集群升级与可持续创新型城市建设耦合分析

1.1耦合系统构成

产业集群升级和可持续创新型城市建设耦合系统由耦合动力系统、耦合发生系统两大部分构成。其中，耦合动力系统由市场驱动力、政府推动力和主体创新力构成，三个组成部分相辅相成，共同推动耦合系统的发展演化；耦合发生系统反映了产业集群升级和可持续创新型城市建设子系统间及系统各创新要素间的耦合机制和作用方式，耦合机制可以进一步分为系统间的耦合机制和要素间的耦合机制，在系统耦合层面，产业集群升级和可持续创新型城市建设存在“Push- Pull”机制。

耦合系统的复杂性及要素间关联的非线性特征决定了要素间耦合机制的复杂性。在探讨要素耦合机制之前，将系统的构成要素划分为四大类：主体、资源、结构、制度。在此基础上，本文将要素之间的耦合机制概括为“内核-调节-传导机制”，用“内核机制”来刻画产业集群升级系统中升级主体、升级资源与可持续创新型城市建设中创新主体、创新资源四者之间的耦合关系，用“调节机制”刻画产业集群升级系统中的集群结构、升级制度和可持续创新型城市建设中的城市结构、创新制度之间的耦合关系，用“传导机制”来刻画两者的相互作用。“传导机制”能够将“内核机制”和“调节机制”对耦合系统的影响大小进行放缩，或对影响发生的时间进行提前或延迟，因此是耦合机制中不可忽略的一部分。耦合系统模型如图1：

1.2耦合系统发展阶段模型

产业集群升级和可持续创新型城市建设耦合系统是一个开放系统，系统内部在演化过程中不断产生的正熵流可以通过引入外部负熵流进行抵消，从而使得系统得以发展演化。事实上，由于二者的耦合系统内部耦合关联由小到大，由简单到复杂，熵值不断增大，并且这一过程具有不可逆性。这就造成了整个耦合系统的熵值由可引入的负熵流来决定。

由可引入耦合系统的负熵流的大小，本文将耦合系统的发展划分为四个阶段：产生阶段；巩固阶段；优化阶段和稳定阶段。

在产生阶段，由于产业集群升级的需要和可持续创新型城市建设的需要，二者开始产生耦合。在该阶段，二者耦合的程度少，规模小，从而也就导致耦合系统产生的正熵流较小。在该阶段，由于二者耦合重要性的凸显，较大的负熵流会被引入到耦合系统之中，从而促进耦合系统从产生阶段向加速耦合阶段转变。

在巩固阶段，产业集群升级与可持续创新型城市耦合程度较高，规模较大，从而使得耦合系统产生的正熵流也较大，需要引入更大的负熵流抵消耦合产生的正熵流。在该阶段，由于与系统直接相关的外部环境中存在着更大的负熵流可以被引入耦合系统，从而抵消系统产生的正熵流，因此二者的耦合呈现出加速发展态势。

在优化阶段，产业集群升级与可持续创新型城市建设耦合程度高，规模大，从而造成耦合系统产生巨大的正熵流，需要引入更大的负熵流进行抵消。但是，由于与系统直接相关的外部环境中负熵流的存量在特定时期内无法满足完全抵消正熵流的要求，耦合系统整体熵值增大，耦合系统的发展放缓。

耦合系统外部在经历一段时间的发展后已经具备足够的负熵流来抵消耦合系统产生的正熵流，但是由于耦合系统发展已经达到了很高的水平，因此耦合程度的提高缓慢，耦合系统处于稳定状态。

2产业集群升级与可持续创新型城市建设耦合度评价模型

2.1评价指标体系

2.1.1产业集群升级评价指标

现阶段对产业集群升级评价指标体系进行的研究较少。产业集群升级过程中，创新扮演着重要的角色[12]，并且产业集群升级与可持续创新型城市在创新层面产生耦合。本文从创新的视角来构建产业集群升级评价指标体系。借鉴蒋泰维[15]、欧光军[16]、吴小波[17]等的做法，从创新投入和创新产出方面评价创新能力的基础上来构建产业集群升级评价指标体系。创新投入衡量产业集群在资金、人员、资源潜力等方面所具备的、能够帮助集群升级各种创新资源；创新产出是驱动集群升级的重要因素[18]，其能够衡量产业集群在过去一段时间内各方面绩效的整体情况，包括集群的获利能力、集群的创新产出能力（表1）。

2.1.2可持续创新型城市建设评价指标

可持续创新型城市作为一种创新生态系统，在进行评价时既要考虑创新效率，又要考虑生态健康度。本文参照《中国城市创新生态系统评价（2016）》的指标体系[19]，选取创新投入、创新产出来衡量可持续创新型城市的效率，选取驱动力、组织力、资源潜力来衡量可持续创新型城市的健康度，从而构建了可持续创新型城市综合评价指标体系。在这些指标体系中，创新投入是进行城市创新的基础条件，创新产出是考量城市创新的重要因素[20]；创新的驱动力可以分为三类：政府驱动力、市场驱动力和科技发展驱动力，反映了创新活动的动力来源；自然生态系统中组织结构是健康性评价的重要因素，而生物多样性是组织结构中的主要指标，因此使用多样性来反映该系统的组织力；资源潜力反映的是系统中可以持续挖掘和使用的创新潜力（表2）。

2.2耦合强度模型

耦合系统的复杂性特征使得对耦合系统的认识停留在“部分信息已知，部分信息未知”的“灰色地带”。为了解这一“复杂”“贫信息”的灰色系统内要素间的关系，本文在利用灰色关联度分析要素间关联性大小的基础上，划分关联程度并将其与要素间的耦合阶段对应起来，提出要素间的耦合强度模型。计算方法如下：

（1）选择分析序列。本研究的分析序列为产业集群升级各指标序列与可持续创新型城市建设各指标序列。

（2）无量纲处理。无量纲处理可以采用均值化变换、初值化变换和标准化变换。

（3）计算关联系数。采用邓氏关联系数法计算关联度：

式中，D（t）为产业集群升级与可持续创新型城市建设的耦合协调度；H（t）为产业集群升级与可持续创新型城市建设的综合协调指数，反映两子系统的综合发展水平对协调度的贡献；U（t），V（t）分别为时刻t产业集群升级和可持续创新型城市依据表1～2得到的综合评价；α，β为待定系数。在两系统的耦合协调发展过程中，我们认为产业集群升级和可持续创新型城市建设具有同等重要性，设定α=β= 0.5；参考周成等[22]的研究成果划分耦合关联度和耦合协调度取值范围，并将其与耦合系统发展阶段一一对应，如表4所示。

耦合强度反映了产业集群升级与可持续创新型城市建设各指标所反映的要素间的耦合程度；耦合关联度及耦合协调度从整体层面上反映了两子系统之间的耦合关联协调程度。此外，耦合关联度C从静态的视角表示了两子系统之间的耦合相关程度；耦合协调度D则表示了两系统在动态耦合中的协调程度[23]。本文构建的产业集群升级与可持续创新型城市建设耦合评价模型既从微观的要素层面对耦合进行评价，又从整体的层面对两子系统耦合进行评价；既考慮了静态视角下产业集群升级与可持续创新型城市建设的耦合，又考虑了动态视角下二者耦合程度的演变。因此，本文构造的耦合评价模型是较为全面的和可取的。

3产业集群升级与可持续创新型城市建设耦合的实证分析

在构建产业集群升级与可持续创新型城市建设耦合度评价模型的基础上，选取青岛市作为可持续创新型城市建设的代表，青岛软件园作为软件产业集群升级的代表，以2009—2016年数据为基础，应用耦合度评价模型评价二者之间耦合程度及耦合发展阶段。

软件产业是信息技术的核心与灵魂，是提高我国竞争力的战略性新兴产业。软件产业基地作为软件产业的一种集聚形式，做到了营造软件要素资源集聚的良好环境，在实践中取得了重大的成就。但是，与跨国软件巨头相比，国内软件园仍存在资源整合不够、创新能力不足、核心竞争力缺乏等诸多问题，软件产业集群升级势在必行[24]。

本研究中，青岛软件园的数据来自于《中国火炬统计年鉴》（2010—2017）；青岛市作为可持续创新型城市，其评价指标体系数据来自于《中国城市统计年鉴》（2010—2017）、《中国火炬统计年鉴》（2010—2017）、《青岛市统计年鉴》（2010—2017）、《中国财政透明度报告》《中国分省份市场化指数报告2016》。

在可持续创新型城市建设评价指标体系中，政府透明度采用的是《中国分省份市场化指数报告2016》中山东省市场化指数数据。其中，《中国分省份市场化指数报告2016》中仅有2009—2014年的数据，本文采用二次指数平滑法来预测2015和2016年的数据。

3.1耦合强度分析

首先，将产业集群升级系统各要素的数据和城市创新生态系统创新能力各要素数据进行离差标准化处理。然后利用公式（1）求出各年份要素之间的关联系数。最后使用公式（2）得到要素间的灰色关联度如表5所示：

从关联程度上而言，由表5可知，青岛软件园升级与青岛可持续创新型城市建设各要素间的关联程度有以下特征：第一，从关联度结果而言，各要素之间的灰色关联度介于0.41～0.97之间；第二，从关联程度分布而言，高度关联占4.5%，较高关联占64.5%，中等关联的占到31%；第三，从要素耦合阶段来看，处于耦合稳定阶段较少，处于耦合巩固及耦合优化阶段的占绝大多数。

3.2耦合关联协调度分析

分别对两个评价指标体系中各评价指标的数据方法进行离差标准化处理，运用熵值法分别求出各指标的权重，依次计算出青岛软件园的产业集群升级综合评分U和可持续创新型城市综合评分V。

2013年2月，青岛市委、市政府下发了《关于加快创新型城市建设的若干意见》和《推进创新型城市建设十大科技创新工程》，明确提到了要“推进千万平米软件产业园区建设，打造国内一流的软件和信息服务产业基地”以及以“1+10”工作思路全面推进创新型城市建设。从图2可以明显地看到，2013年之后，无论是青岛软件产业集群升级能力还是城市创新生态系统创新能力均出现了高速增长的态势。这说明了本文对软件产业集群升级能力的评价以及对城市创新生态系统创新能力的评价是与现实相符的。

从图2可以看出，2009—2014年，青岛可持续创新型城市建设综合评分要高于青岛软件园升级综合评分，2015、2016年青岛软件园升级综合评分要高于青岛可持续创新型城市建设综合评分。由于在模型构建中设定耦合中产业集群升级与可持续创新型城市建设具有同等重要性，因此在2009—2014年，二者的耦合主要由可持续创新型城市建设拉动，2015和2016年，二者耦合主要由产业集群升级拉动，并且二者在总体上呈现出较为一致的变动趋势。

根据公式（3）求出耦合关联度C，得出U，V后，H也随之确定，再应用公式（4），求出耦合协调度D。

由耦合度测算结果可知（图3），2009—2016青岛市软件园与青岛可持续创新型城市建设的耦合关联度处于0.5～0.9之间；耦合协调度处于0.1～0.5之间。二者的耦合关联度在2014年最低，值为0.580；二者的耦合关联度在2009年达到最高，其值为0.816；二者的耦合协调度在2009年取得最低，其值仅为0.133；二者的耦合协调度在2016年达到最高，其值为0.496。

从耦合阶段来看，2009年青岛软件园升级与可持续创新型城市建设处于耦合关联稳定阶段，随后则降为关联优化阶段，并且在演变中伴随着一定的波动，说明二者在关联程度上仍然不稳定，关联程度有待提升；二者在2009—2012年处于协调产生阶段，2013—2016年二者处于协调巩固阶段，虽然现阶段协调度仍然较低，但总体呈现出上升态势。

4结论

本文对产业集群升级与可持续创新型城市建设耦合系统构成、耦合机制及发展阶段进行了分析。在此基础上构建了产业集群升级与可持续创新型城市建设耦合度评价模型，并对2009—2016年青岛软件园升级与青岛可持续创新型城市建设的耦合度进行了实证研究。结论如下：第一，产业集群升级与可持续创新型城市建设耦合系统的演化动力包括市场驱动力、主体创新力与政府推动力；第二，产业集群升级与可持续创新型城市建设的耦合机制，从系统的层面看存在着“Push-Pull”耦合机制，从构成要素层面来看存在“内核-调节-传导”耦合机制；第三，产业集群升级与可持续创新型城市建设耦合系统的发展可以分为四个阶段：产生、巩固、优化和稳定；第四，青岛软件园升级与青岛可持续创新型城市建设的耦合在2009—2014年主要依靠可持续创新型城市建设驱动，2015和2016年才转变为主要依靠产业集群升级驱动；第五，青岛软件园升级与青岛可持续创新型城市建设在要素耦合方面处于耦合巩固及以上阶段；第六，青岛软件园升级与可持续创新型城市建设在系统耦合层面处于关联优化和关联稳定的中高水平关联阶段；但仍处于协调巩固的较低水平协调阶段。

产业集群升级与可持续創新型城市建设的耦合效应的存在使得可以从一方的实现着手从而促进另一方的实现，这对于摆脱集群“升级陷阱”以及促进可持续创新型城市建设有着重要意义。因此，在实践中既应当促进二者耦合，也应当积极利用二者的耦合。第一，注重耦合动力机制的培育。既要关注市场和政府外部动力机制的完善，又要发挥主体的内部创新力；第二，营造良好的政策环境，从而保证耦合机制的发生于耦合系统的演化；第三，对青岛软件园与青岛可持续创新型城市建设耦合而言，现阶段应当加大可持续创新型城市建设力度，在促进城市发展的同时促进产业集群升级。

产业集群升级与可持续创新型城市建设之间存在着复杂的耦合关系，本文仅仅研究二者耦合系统的构成、耦合机制及发展阶段等一般性特征，对更为细致的问题缺乏探讨。与此同时，本文仅仅选取青岛软件园与青岛市作为实证对象对耦合度评价模型进行了验证，验证结果对其它集群和城市的参考价值仍需进一步研究。

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Coupling Analysis and Empirical Research on Upgrading of Industrial Cluster and Construction of Sustainably Innovative City

MA Youcai，QIN Ziru，LIU Zhu（College of Economics and Management， Shandong University of Science and Technology， Qingdao 266590， China）

Abstract： Through the analysis of the composition， coupling mechanism and development stage of the coupling system between industrial cluster upgrading and sustainable innovative city construction， the coupling intensity model between elements and the coupling correlation coordination model between subsystems were constructed respectively. Finally， the Qingdao Software Park and Qingdao City from 2009 to 2016 were taken as examples for empirical analysis. The results show that from 2009 to 2016， the coupling between the two elements is generally in the optimization stage. The coupling correlation degree between the two subsystems is in the optimization stage， and the coupling coordination degree realizes the transformation from the generation stage to the consolidation stage. Improving the coupling dynamic mechanism and promoting the perfection of the coupling mechanism play an important role in bringing the coupling effect between the two systems into full play.

Keywords： upgrading of industrial clusters； sustainably innovative cities； coupling analysis； software industry cluster； Qingdao