专利视角下京津冀优势产业协同发展研究

高 楠，宋官钰，徐少明 (.中国科学技术信息研究所，北京 00038；2.北京大学信息管理系，北京 0087)

0 引言

京津冀濒临渤海，背靠太岳，携揽华北、东北和西北，战略地位十分重要。1982年， 《北京市城市建设总体规划方案》首次提出 “首都圈”概念，这是京津冀协同发展最早的战略构想。2004年， “廊坊共识”拉开了京津冀协同发展的序幕[1]。2006年，京津冀、长江三角洲和珠江三角洲共同成为区域经济规划的试点，被写入十一五规划纲要中。2014年，京津冀协同发展被提升到国家战略层面，同年12月，京津冀协同发展被列入我国区域发展三大战略之一。2015年6月，国家推出 《京津冀协同发展规划纲要》，从战略意义、总体要求、定位布局等方面描绘了京津冀协同发展的宏伟蓝图，标志着京津冀协同发展完成了顶层设计，实施这一重大国家战略的主要着力点也已清晰明确。十三五规划、十四五规划均对京津冀发展提出明确规划与要求。

为了响应国家号召，解决京津冀协同发展中面临的问题，学者们从多种角度进行了京津冀协同创新发展研究。

(1)协同发展机制研究。李梅等[2]针对京津冀协同发展中资源配置不够合理的现状，采用系统理论和协同理论，构建了京津冀科技资源配置系统分析框架，并在主体、空间、环境、市场、服务五个维度构建科技资源优化配置机制；薄文广等[3]提出京津冀协同发展面临着三大关键挑战：产业结构差异明显、缺乏协同治理机制、不平等的政治和经济地位且缺乏利益协同机制；孙久文等[4]采用纵向历史比较和三大城市群横向比较的方法,划分了京津冀协同发展的三大时空演化阶段：被动阶段、自动阶段和协同阶段。

(2)协同创新主体关系研究。邢华等[5]通过对京津冀城市间专利合作与城市群演进的研究发现，津冀城市群创新网络已经逐步形成，但城市群创新网络密度不高，且北京处于创新网络核心地位；李庆博等[6]发现，京津冀区域技术转移的联系整体性逐渐加强，但仍处于较低水平，天津在其中的中介、传递作用不足且有降低趋势；耿云[7]从新区域主义视角提出京津冀都市圈治理结构的问题，认为应打造决策、协调、执行相衔接的综合治理体系，并加强法制保障建设。

(3)影响协同发展因素研究。赵艳华等[8]利用灰色关联度分析方法对京津冀区域创新能力影响因素进行比较分析；蒋敏娟等[9]将影响京津冀协同发展的因素分为显性因素、隐性因素和共享因素，分别对应着利益和资源、社会资本与文化、体制与制度；刘佳骏[10]运用哈肯模型从区域比较优势、区域经济联系和区域产业分工三个方面解析影响京津冀区域经济协同发展的驱动因素。

(4)协同创新效果研究。杜勇宏等[11]基于研发枢纽—网络的角度，分析京津冀协同创新中存在的问题与成因，认为以高端制造业为代表的生产附域及包含知识产权服务业在内的以高端服务业为代表的商贸附域的不发达制约了京津冀协同创新发展；孙瑜康[12]认为京津冀协同创新的关键在于充分发挥北京科技创新对京津冀城市群的辐射带动作用；王德起等[13]通过建立指标体系并运用复合系统协同度和耦合协调度模型，评价京津冀创新生态系统运行水平。

(5)京津冀创新网络研究。周密等[14]以专利权转移为视角，通过分析网络空间结构与协调关系，发现京津冀已形成以 “中心型-半中心型-包容型-脆弱型”为特征的复合协同创新网络，虽密度稀疏，但可达性高且等级森严；张贵等[15]发现京津冀城市群交通信息流网络分为四个子群，核心子群之间联系紧密，呈现北京带动全域、次级核心城市带动周边城市的嵌套式发展趋势。

上述研究对京津冀协同发展的关注度较高，但研究领域较为分散，少有从技术与产业综合的角度进行量化分析，对京津冀合作技术与产业的揭示也较少。因此，本文从专利视角对京津冀地区的创新实力对比、优势产业布局、区域合作情况进行揭示，以期为京津冀地区协同创新与发展提供数据支撑与策略建议。

1 数据来源

在万象云平台设置专利申请日期为2010年1月1日到2020年11月29日，申请人地址按照城市代码分别设置为CN11 (北京)、CN12 (天津)、CN13 (河北)，检索到北京的申请专利有1604127件、天津有567767件、河北有461173件。按照专利申请人地址同时包含京津、京冀、津冀，分别获取京津冀三地进行专利合作申请的情况。经检索，京津共合作申请专利15458件、京冀合作申请22997件、津冀合作申请1560件。

2 京津冀区域创新实力对比

2.1 区域创新实力的多维指标体系构建

京津冀地区创新实力对比的多维指标体系如下，具体指标值如表1所示。

表1 京津冀地区创新实力多维指标对比

(1)发明专利占比。发明专利与实用新型和外观设计专利相比，需要经过实质审查才能被授权，其他两种类型只需要经过初步审查即可授权。因此，发明专利所承载的技术复杂度和含金量往往更高。从发明专利占比看，北京>天津>河北。

(2)有效专利占比。专利处于效期内，其专利权才能被所申请的国家/组织保护，若专利失效，则该技术将进入公有领域，可以被无偿使用，故机构专利池内的有效专利占比越高，为其在市场上赢得技术红利的概率越高。从有效专利占比看，河北>北京>天津。

(3)发明专利授权率。只有专利技术方案的新颖性、创造性和实用性通过专利审查员的审核才能被授权，进而获得相应国家/组织的保护，故发明专利授权率可以作为测度专利质量的一个标准。从发明专利授权率看，北京>河北>天津。

(4)同族专利占比。同族专利占比越高，某地区整体的技术创新越强。Putnam[16]研究发现，专利权人会根据其对海外市场的布局规划来对某一高价值技术成果申请在不同国家的专利保护。显然，同族专利申请的国家越多，专利权人付出的成本越高，而高成本必然对应潜在的高价值。从同族专利占比看，北京>河北>天津。

(5)专利存活期。Lanjouw等[17]研究发现，专利的存活期越长，专利的价值越高。由于专利在授权以后需要以缴纳年费的形式来维持其专利权利，因此，只有那些能在经济、技术、法律等层面都为企业带来 “排他性”收益的专利，才能让企业宁愿增加经营成本也要维持其专利权利。从该指标看，北京>河北=天津。

(6)发明专利审查时长。发明专利的审查时长指从专利申请日到专利授权日所经历的时长，一般来说，审查时长越长，专利所承载的技术就越复杂。从各地区专利数据集中数量分布最多的发明专利审查时长，可以看出大部分专利的技术复杂程度[18]。从该指标看，北京=天津>河北。

(7)权利要求项目。Klemperer[19]研究发现，专利保护范围与专利价值存在正相关的关系。权利要求决定专利的权利结构布局和技术保护范围，是专利权人实施禁止性权利的法律依据，也是决定其经济价值实现的基础。从各地区专利数据集中数量分布最多的权利要求项，可以看出大部分专利的保护范围。从该指标看，北京=河北>天津。

(8)专利申请全文页数。专利申请全文页数，尤其是其中的说明书页数，一定程度上反映了专利的撰写质量与技术方案复杂程度，页数越多，技术复杂性越高，其专利价值也越高[20]。尤其是全文超过100页的专利申请，一定是技术难度、复杂度或者权利保护范围等方面都进行了较多的阐释，属于各地区的 “重头”专利。从该指标看，北京>天津>河北。

2.2 基于孔多塞投票法的区域创新实力对比

孔多塞法是最早的排序式投票方法，其具体做法为：根据8项评价指标计算结果，对京津冀地区进行两两比较，统计每个地区胜、负、平的次数，并以此为基础建立孔多塞交叉对比矩阵[21]，最后得到各技术集群的孔多塞分值统计结果排序 (见表 2)。

表2 京津冀地区多维指标孔多塞交叉对比矩阵

从表3可见，经过8个衡量专利质量的指标对比，京津冀区域创新实力最强的是北京，其次是河北，最后是天津。

表3 京津冀地区孔多塞分值统计结果

3 京津冀优势产业布局

对于京津冀优势产业的布局情况，分别从技术视角和行业视角进行阐述。就技术视角而言，本文以IPC小类的专利申请量来反映京津冀地区的技术主题布局。就行业视角而言，分别参考国家统计局起草的 《国民经济行业分类》，以及国家知识产权局推出的 《国际专利分类与国民经济行业分类参照关系表 (2018)》，以专利IPC专利申请量为基准，映射到国家经济行业分类下的专利申请量，来反映京津冀地区的行业布局。

3.1 技术视角

从表4可见，北京地区排名前3位的优势技术分别是G06F (电数字数据处理)、H04L (数字信息的传输)、G01N (借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析)，对应的专利申请数量分别达到164385件、79912件、60247件。整体来看，北京地区排名前10位的IPC小类集中在G06 (物理计算)和H04 (电通信技术)这两个技术大类下。天津地区排名前3位的优势技术分别是G01N (借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析)、B01D (一般的物理或化学分离方法或装置)、G06F (电数字数据处理)，天津地区排名前10位的IPC小类集中在B (作业、运输)、A (农业)、G (物理)这三个部下。河北地区排名前3位的优势技术分别是B01D (一般的物理或化学的分离方法或装置)、G01N (借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析)、B65G (运输或贮存装置)，河北地区排名前10位的IPC小类集中在B (作业、运输)、A (农业)、G (物理)这三个部下。

三个地区排名前10位的IPC小类相比，北京独有的优势技术有H04L (数字信息传输)、G06Q (专门适用于行政、商业、金融、管理、监督或预测目的的数据处理系统或方法)、H04W (无线通信网络)、G06K (数据识别；数据表示；记录载体；记录载体的处理)、H01L (半导体器件)、H04N (图像通信技术)。天津独有的优势技术有B65D (用于物件或物料贮存或运输的容器)、A61P (化合物或药物制剂的特定治疗活性)、B29C (塑料的成型或连接；塑性状态物质的一般成型；已成型产品的后处理)、B23Q (机床的零件、部件或附件，如仿形装置或控制装置)。河北独有的优势技术有A01G (园艺；蔬菜、花卉、稻、果树、葡萄、啤酒花或海菜的栽培；林业；浇水)、B08B (一般清洁；一般污垢的防除)。总体来看，北京的优势技术区分度较为明显，天津与河北的优势技术同质性较高，说明天津与河北存在明显的竞争关系，区域内技术产业布局仍存在巨大的调整空间。

3.2 行业视角

从表5可见，北京地区的优势行业排名前3位的是C40 (仪器仪表制造业)、C43 (金属制品、机械和设备修理业)、O80 (居民服务业)，对应的专利申请量分别是864338件、832260件、528751件。值得注意的是，北京居民服务业专利数量突出，而北京也是最早进入服务主导型经济的大城市。天津地区的优势行业排名前3位的是C43 (金属制品、机械和设备修理业)、C40 (仪器仪表制造业)、C35 (专用设备制造业)，天津的产业发展中，以原材料和装备制造业等重化行业为主。河北地区的优势行业排名前3位的是C43 (金属制品、机械和设备修理业)、C40 (仪器仪表制造业)、C35 (专用设备制造业)。

三地区排名前10位的国民经济类别相比，京津冀的优势行业分布高度类似，仅北京有一处独有优势行业I65 (软件和信息技术服务业)，这与北京的互联网行业发展兴盛分不开。作为中国互联网的发源地，北京拥有数量最多的互联网上市公司，如百度、京东、新浪、搜狐、小米、360、美团、爱奇艺等，也是互联网从业人员比例最高的城市，这些从事创新的机构、人员无疑大力推动了北京软件和信息技术服务业的发展。

表4 京津冀地区优势技术对比

表5 京津冀地区优势行业对比

从排名前3位的优势行业看，除了代表传统加工制造业的C40 (仪器仪表制造业)、C43 (金属制品、机械和设备修理业)，京津冀都很重视发展以外，仅北京的O80 (居民服务业)进入前3。进一步看，京津冀在C40、C43行业上发展的侧重点也不一样，在仪器仪表制造业中，北京更偏重C4028 (电子测量仪器制造)，河北和天津更偏重C4021 (环境监测专用仪器仪表制造)；在金属制品、机械和设备修理业中，北京更偏重C4350 (电气设备修理)，河北和天津更偏重C4320 (通用设备修理)和C4310 (金属制品修理)。

3.3 三次产业视角

从中微观的角度以技术和行业为切入点，对京津冀地区的优势产业进行揭示后，再从宏观的角度以三次产业为切入点，对京津冀地区的整体产业发展现状进行对比，为京津冀产业协同创新策略提供数据支撑。第一产业泛指农业，第二产业主要指加工制造产业，第三产业主要指现代服务业或商业。可见，第一产业是国民经济发展的基础；第二产业是促进国民经济快速发展的核心，对第一产业也有带动作用；第三产业需要在第一产业和第二产业发展成熟的基础上发展，也是为前者提供服务的产业。

从国家统计局发布的北京、天津、河北以及全国的 《2019年国民经济和社会发展统计公报》可见 (见表6)，2019年，全国产业产值涨幅最高的是第三产业，北京地区第一产业产值虽然比去年多，但第一产业产值占比下降，产业产值涨幅最高的是第三产业；天津地区第一产业产值增速放缓，产业产值涨幅最高的是第三产业；河北产业产值涨幅最高的是第三产业。可见，北京作为全国的政治、经济、文化中心，已经呈现出后工业化阶段的特征，第三产业产值占比远超过全国53.9%的平均水平，呈现出集中度高、竞争力强、发展速度快的特征；天津的发展重点已经转向第三产业，并逐渐步入后工业化阶段；河北的发展以农业为基础，在维持工业发展的基础上，开始扶持第三产业的发展，现仍处于工业化后期阶段。

表6 2019年京津冀三次产业增加值

4 京津冀区域合作分析

4.1 区域双方合作

京津冀区域双方技术合作中，以京冀合作申请的专利数量最多，达22997件，占京津冀区域双方专利申请合作总量的57%；其次是京津合作，占比39%；津冀合作强度最低，仅占区域双方合作总量的4%。可见，京津冀区域双方合作以北京为主导与核心，引领了96%的区域双方专利申请合作。

4.2 合作技术对比

从京津冀地区的合作技术看，京津专利申请合作最多的IPC小类分别是G01R (测量电变量；测量磁变量)、G06F (电数字数据处理)、G06Q (专门适用于行政、商业、金融、管理、监督或预测目的的数据处理系统或方法)，比较偏重数字信息服务方面。京冀合作最多的专利技术分类分别是G01R (测量电变量；测量磁变量)、H02G (电缆或电线的安装)、G01V (物质、物体、物理性质的探测)，比较偏重电力设施建设方面。津冀合作最多的技术分类分别是E01D (桥梁)、B23K (钎焊或脱焊、焊接；用激光束加工)、E21D (竖井、隧道等建设)，比较偏重桥梁、隧道等基础建设方面。

表7中以灰色标注的均是排名前10位的IPC小类中京津冀地域独有的双方合作。其中，京冀合作、京津合作均占3项；津冀合作的区域特色性更强，共占8项。

表7 京津冀地区合作技术对比

4.3 合作技术转移

(1)技术视角。以五年为一个时间切片，对比近十年京津冀合作技术转移情况 (见图1)，以及合作行业转移情况 (见图2)。由于2020年专利收录不全，故时间切片选为2010—2014年、2015—2019年两个阶段。图中以箭头关联的技术及行业是在两个时间切片的对比中数量增长较为显著的技术及行业，实线框标注的技术及行业为近五年新兴的合作技术及行业，虚线框标注的技术为萎缩的合作技术及行业 (均限定在排名前10位的合作技术或行业的前后对比)。由于津冀合作数量很少，在同一张图中代表数量的气泡小到几乎看不到，因此将专利数量标注在技术标签上，以便于对比参考。

图1 京津冀地区合作技术转移

图2 京津冀地区合作行业转移

从近十年京津冀合作技术转移看，京津地区得以加强的合作技术有G01R (测量电变量；测量磁变量)、H02J (供电或配电的电路装置或系统；电能存储系统)、G06F (电数字数据处理)、G06Q (专门适用于行政、商业、金融、管理、监督或预测目的的数据处理系统或方法)；新兴的合作技术有H04N (图像通信技术)、C02F (水、废水、污水或污泥的处理)，萎缩的合作技术有B01J (化学或物理方法，如催化作用、胶体化学；其有关设备)、F16L (工程元件或部件，如管接头或管件)。综合来看，京津地区在近十年不断加强在电力设施、数字信息服务等相关技术上的合作，近五年新增了图像通信和污水处理方面的技术合作，减少了在化学制品和工程元件加工方面的技术合作。

京冀地区得以加强的合作技术有G01R (测量电变量；测量磁变量)、H02J (供电或配电的电路装置或系统；电能存储系统)、G06F (电数字数据处理)；新兴的合作技术有G06Q (专门适用于行政、商业、金融、管理、监督或预测目的的数据处理系统或方法)、H04L (数字信息的传输技术)，萎缩的合作技术有H01R (元器件导电连接)、B25B (手动器械的手柄、车间设备的紧固、连接、拆卸)。综合来看，京冀地区在近十年不断加强在电力设施等相关技术上的合作，近五年新增了数字信息服务方面的技术合作，减少了在元器件加工和机械设备修理方面的技术合作。

津冀地区得以加强的合作技术有E01D (桥梁建筑)、E02D (水利工程的挖方；填方)；新兴的合作技术有E21D (竖井、隧道等建设)、B28B (黏土或其他陶瓷成分、熔渣或含有水泥材料的混合物加工)、B66C (起重机牵引)、B01D (采用物理或化学方法实现分离)，萎缩的合作技术有G01B (物理特征计量测算)、F04D (非变容式泵)、C21D (改变金属物理结构的冶金工艺)、B21D (金属无切削加工或处理)。综合来看，津冀地区在近十年不断加强在桥梁、水利工程等基础建设方面的技术合作，近五年的新兴合作仍然偏重隧道、水泥、起重机等基础建设方面的技术合作，减少了在金属制造工艺方面的技术合作。

(2)行业视角。从近十年京津冀合作行业转移看，京津地区得以加强的合作行业有C40 (仪器仪表制造业)、C43 (金属制品、机械和设备修理业)、O80 (居民服务业)、C39 (计算机、通信和其他电子设备制造业)；新兴的合作行业有I65 (软件和信息技术服务业)，萎缩的合作行业有E48 (土木工程建筑业)。结合表5可见，京津地区在近十年不断加强的合作行业均是在北京国民经济分类排名前5位的优势行业。

京冀地区得以加强的合作行业有C40 (仪器仪表制造业)、C43 (金属制品、机械和设备修理业)、080 (居民服务业)、C39 (计算机、通信和其他电子设备制造业)；新兴的合作行业有I65 (软件和信息技术服务业)，萎缩的合作行业有D44 (电力、热力生产和供应业)。对比京津和京冀地区的合作行业发现，二者近十年不断加强的合作行业一致，新兴的合作行业也一致，再次印证了北京在京津和京冀地区合作中的主导地位。

津冀地区得以加强的合作行业有C35 (专用设备制造业)、O80 (居民服务业)、C26 (化学原料和化学制品制造业)；新兴的合作行业有E48 (铁路、道路、隧道和桥梁工程建筑业)，萎缩的合作行业有B12 (采矿业)。

5 总结

(1)对京津冀区域的创新实力从8个指标进行对比，北京在发明专利占比、发明专利授权率、同族专利占比、存活期、全文超过100页专利数量这些指标上处于显著优势地位；河北在有效专利占比上处于显著优势地位。结合孔多塞投票法得到，京津冀区域创新实力最强的是北京，其次是河北，最后是天津。

(2)对于京津冀优势产业布局从技术视角和行业视角分别进行揭示：①从技术视角看，北京的优势技术区分度较为明显，天津与河北的优势技术同质性较高，说明天津与河北存在明显的竞争关系，区域内技术产业布局仍存在巨大的调整空间。其中，北京的优势技术集中在G06 (物理计算)和H04 (电通信技术)的大类下，其独有的优势技术包括数字信息传输、无线通信网络、用于信息服务的数据处理系统、半导体器件、图像通信技术。天津和河北的优势技术集中在G01N (借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析)和B01D (一般的物理或化学的分离方法或装置)。天津独有的优势技术包括化合物和药物制剂、存储运输容器、塑料成型、机床零件，河北独有的优势技术包括农林业栽培、污垢清洁。②从行业视角看，京津冀的优势行业分布高度类似，仅北京有一处独有优势行业，即软件和信息技术服务业，此外，其居民服务业专利数量也很突出。京津冀均很重视代表传统加工制造业的C40 (仪器仪表制造业)和C43 (金属制品、机械和设备修理业)，但各地区在这些行业的发展侧重点不同。北京更偏重电子测量仪器制造、电气设备修理，天津和河北更偏重环境监测专用仪器仪表制造、金属制品修理、通用设备修理。③从三次产业视角看，京津冀地区均出现第一产业产值增速放缓、第三产业快速发展的特征。进一步看，北京已经呈现出后工业化阶段的特征，第三产业产值占比远超过全国平均水平，呈现出集中度高、竞争力强、发展速度快的特征；天津的发展重点已经转向第三产业，并逐渐步入后工业化阶段；河北的发展以农业为基础，在维持工业发展的基础上开始扶持第三产业的发展，现仍处于工业化后期阶段。

(3)从京津冀的区域双方合作看，三地合作以北京为主导与核心，引领了96%的区域双方专利申请合作。京津地区比较偏重数字信息服务方面的专利合作，京冀合作比较偏重电力设施建设方面的专利合作，津冀合作比较偏重桥梁、隧道等基础建设方面的专利合作。从京津冀独有的双方专利合作看，津冀合作的区域特色性更强。从近十年京津冀合作技术转移看，京津地区不断加强在电力设施、数字信息服务等相关技术上的合作，近五年新增了图像通信和污水处理方面的技术合作，减少了在化学制品和工程元件加工方面的技术合作。京冀地区不断加强在电力设施等相关技术上的合作，近五年新增了数字信息服务方面的技术合作，减少了在元器件加工和机械设备修理方面的技术合作。津冀地区不断加强在桥梁、水利工程等基础建设方面的技术合作，近五年的新兴合作仍然偏重隧道、水泥、起重机等基础建设方面的技术合作，减少了在金属制造工艺方面的技术合作。

根据京津冀地区产业发展现状与区域合作现状，北京作为区域产业生态系统中的知识、技术创新源，是京津冀优势产业协同发展的领头羊；天津主要作为产业创新研发转化基地，承担推动京津冀高端制造业发展的任务；河北主要作为新型工业化、产业升级优化和先进制造的战略支撑区，协调京津冀地区的先进技术扩散与产业创新升级。三地分工协作，作为一个整体协同发展，在注意高端化、低碳化、智能化和适度服务化的同时，还要积极参与国际分工与合作，以达成优势互补、互利共赢的发展局面。