中国三大城市群协同创新网络比较研究——基于专利合作数据

潘春苗，母爱英

(1.中国社会科学院大学 经济学院， 北京 102488；2.河北经贸大学 经济研究所， 河北 石家庄 050061)

一、引言

城市群正成为推动我国区域协调发展、创新驱动发展和新型城镇化建设的重要力量。近年来，国家层面出台系列政策文件，推进全国重点城市群一体化建设，以缩小区域发展差距，提升区域整体发展水平。区域协同创新是城市群一体化建设的重要内容。2019年，中央经济工作会议提出，将京津冀、长三角、粤港澳大湾区打造成为具有国际竞争力的创新平台，这为全国高质量发展提供了重要动力源。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》进一步明确了京津冀、长三角、粤港澳大湾区的科技创新功能，通过持续提升科技创新策源能力，以打造高质量发展的重要增长极。自京津冀、长三角、粤港澳大湾区等城市群一体化建设上升为国家战略以来，它们充分发挥科技创新资源优势，加强城市群内部城市间协同创新联系，加快构建协同创新共同体，以协同创新引领城市群协同发展。三大城市群作为全国创新驱动发展的3个典型区域，在协同创新方面有其共同点，但也有所差异。本研究基于2014—2018年京津冀、长三角、粤港澳大湾区的发明专利合作数据，分别构建三大城市群协同创新网络，在此基础上对三大城市群协同创新网络进行比较研究。

二、文献回顾

关于协同创新的研究，学者们主要研究了协同创新的内涵、理论模式、机制构建、理论分析方法、绩效评价等。陈劲等认为，协同创新是企业、高校、研究院所、政府等各类主体通过创新合作实现知识增值的过程[1]。何郁冰提出了“战略—知识—组织”三重互动的产学研协同创新模式[2]。杨继瑞等提出从合作机制、组织机制、行政机制3个方面来构建区域协同创新机制[3]。苏屹认为，研究协同创新理论应遵循系统科学方法[4]。白俊红等研究发现，加强协同创新有利于促进区域间创新要素的动态流动和知识溢出，提升区域创新绩效[5]。

基于协同创新理论和相关研究成果，学者们在跨区域协同创新内涵、动因、影响因素、水平度量等方面开展了诸多研究。龙开元提出了跨区域创新体系的概念和核心特征，阐述了跨区域创新体系建设的基本框架、演化阶段、面临的困难及解决措施[6]。王鹏进一步阐释了跨区域创新系统的内涵、形成基础及动力支持要素[7]。现有研究成果表明，跨区域协同创新的影响因素主要包括区域间的多维邻近关系、区域创新环境、政策制度、技术水平、经济与社会因素[8-15]。Acosta、谢伟伟等选择合著论文数据，庄涛、苏灿等基于联合申请专利数据，杨龙志和刘霞、肖站旗等运用技术交易数据，分别来测度跨区域协同创新水平[16-21]。跨区域协同创新水平的度量方法主要包括社会网络分析、空间计量、创新引力模型、空间滞后模型等[22-25]。

近年来，部分学者以城市群为研究对象，研究城市群内部城市间的协同创新问题。其中，京津冀、长三角、粤港澳大湾区的协同创新问题是近年来的研究热点。学者们重点围绕专利转移网络的形成及影响因素、技术转移网络结构及网络治理、协同创新网络韧性形成的驱动机制、产学协同创新绩效、产业协同创新、技术创新演化、空间格局的发展演变、高质量协同创新策略等内容对三大城市群进行了研究[26-34]。

总体而言，目前学术界在跨区域协同创新的内涵、模式、动力机制、影响因素、水平测度、绩效评价等宏观问题方面，研究得较为深入。同时，部分学者对某些特定区域或城市群的协同创新等中观问题也日益关注，但是对不同城市群的协同创新网络结构、节点城市特征、技术领域等微观问题的对比分析较少。因此，本研究选取京津冀、长三角、粤港澳大湾区三大典型城市群，从微观层面剖析三大城市群协同创新网络的异同，并提出进一步推动三大城市群协同创新的对策建议。

三、研究方法与数据来源

本研究搜集了2014—2018年京津冀、长三角、粤港澳大湾区三大城市群内部城市间联合申请发明专利数据，数据内容包括专利名称、申请日期、申请人名称和所在地址、IPC分类号等。在此基础上，选择城市间联合申请发明专利数据来构建三大城市群的协同创新网络，运用社会网络分析、专利统计等方法，分析三大城市群协同创新网络的整体拓扑结构、各城市在网络中的地位、节点城市间的创新合作产出差距、参与主体类型及合作专利所在的技术领域等。

(一)研究方法

1.社会网络分析法

社会网络分析是运用图论、代数模型等工具，对网络行动者及其间的关系特征进行定量分析的一种方法。本文选取网络规模、网络密度、平均聚类系数、平均路径长度等指标，分析京津冀、长三角城市群、粤港澳大湾区协同创新整体网络的拓扑结构特征，运用核心—边缘分析、中心性分析，剖析节点城市在协同创新网络中的地位。

2.专利统计分析

专利统计分析是专利计量方法的一种。本文通过对城市间合作发明专利的数量、申请主体、技术领域等信息进行收集、加工和计算，对比分析京津冀、长三角城市群、粤港澳大湾区协同创新网络节点城市间的创新合作产出差距、参与主体的性质及地域分布、协同创新的技术领域。

(二)数据来源

依托国家知识产权局专利数据库，检索专利类型为发明发布，申请日为2014年1月1日至2018年12月31日，地址分别为京津冀13个城市(北京市、天津市和河北省11个城市)、长三角26个城市(上海市、江苏省8个城市、浙江省8个城市和安徽省8个城市)、粤港澳大湾区11个城市(广东省9个城市和香港、澳门特别行政区)，分别获取京津冀、长三角城市群、粤港澳大湾区内部两个及以上城市联合申请发明专利数据。若某项专利的申请人来自A、B两个城市，则计城市A与城市B联合申请专利1件；若专利的申请人来自两个以上城市，比如来自A、B、C三个城市，则计A与B合作申请专利1件，A与C合作申请专利1件，B与C合作申请专利1件。

四、分析结果

(一)协同创新整体网络的拓扑结构

城市群内部城市间合作专利可以分为两类：一类是同一省份内部不同城市间的合作；另一类是跨省份不同城市间的合作。三大城市群相比，这两类合作专利数量差别较大(见表1)。京津冀跨省份城市间合作专利数量显著高于同省份合作专利数量，前者是后者的10.2倍，跨省份城市间合作专利数量占京津冀合作专利总量的比重高达91%；长三角城市群跨省份合作专利数量略低于同省份合作专利数量，二者之比为48.1∶51.9；粤港澳大湾区跨省份合作专利数量占大湾区合作专利总量的比重仅为3.9%，只相当于同省份合作专利数量的4.1%。这表明与长三角城市群、粤港澳大湾区相比，京津冀倾向在更大地域范围内寻求专利合作。

表1 三大城市群联合申请发明专利情况

根据已有研究成果，网络规模、合作关系数、网络密度值及其标准差、平均路径长度、平均聚类系数等是测度网络整体特征的常用指标。运用社会网络分析软件UCINET分别计算出上述指标，以分析三大城市群协同创新网络的整体拓扑结构特征(见表2)。从网络规模来看，京津冀13个城市、长三角城市群26个城市、粤港澳大湾区11个城市均开展了专利合作。从整体网络密度值来看，由低到高排序分别为长三角城市群、京津冀、粤港澳大湾区，表明与其他两大城市群相比，粤港澳大湾区城市间协同创新联系更为紧密。从整体网络密度值的标准差来看，粤港澳大湾区协同创新网络密度标准差最低，说明在三大城市群中，粤港澳大湾区城市间联系强度的差异性最小，即创新合作的不平衡性最低。平均聚类系数用来衡量协同创新网络节点与其邻接节点结成“小团体”的可能性，反映了整体网络的集聚性。在三大城市群中，粤港澳大湾区的平均聚类系数为0.9，高于其他两大城市群，说明粤港澳大湾区协同创新网络的整体集聚化发展能力最强，京津冀次之，长三角城市群的集团化发展程度较低。从三大城市群节点之间的平均路径长度来看，长三角城市群的平均路径长度最长，京津冀次之，粤港澳大湾区最短，表明与其他两大城市群相比，长三角城市间的交流畅通程度更低。

表2 整体协同创新网络的拓扑结构

(二)节点城市在协同创新网络中的地位

1.核心—边缘结构分析

运用UCINET软件对京津冀、长三角、粤港澳大湾区协同创新网络分别进行核心—边缘拟合分析，结果显示拟合优度均大于0.5，说明三大城市群协同创新网络结构均符合核心—边缘结构。测度结果以及核心区与边缘区成员分布情况见表3和表4。从表中可以看出，三大城市群协同创新网络中，核心区成员间的创新联系均十分紧密，但是边缘区成员间的创新联系较为松散，尤其是粤港澳大湾区边缘区的3个城市之间目前还没有建立起专利合作关系，未来仍有较大提升空间。

表3 三大城市群协同创新网络核心—边缘结构拟合结果

表4 三大城市群协同创新网络核心区成员和边缘区成员

2.中心性分析

从核心—边缘结构分析结果中可知，三大城市群协同创新网络中均存在核心城市和边缘城市，本文进一步通过中心性分析，探析在各城市在创新网络中的位置。度数中心度、中间中心度是衡量节点城市在网络中的地位重要性和对资源及信息控制能力的重要指标。本文运用UCINET软件分别计算出三大城市群各城市的相对度数中心度和相对中间中心度，结果见表5。

表5 三大城市群协同创新网络中心性分析结果

在京津冀协同创新网络中，北京、天津、石家庄的相对度数中心度和相对中间中心度位居前列，说明这3个城市在京津冀协同创新网络中占据最重要的位置，对资源和信息的控制程度最高，次之为保定、唐山，这两个城市的度数中心度和中间中心度位列北京、天津、石家庄之后，在京津冀协同创新网络中的地位和控制力也紧随其后，邯郸、邢台、衡水的度数中心度和中间中心度最低，在京津冀协同创新网络中的地位和控制力也最弱。

在长三角协同创新网络中，上海和苏州的相对度数中心度、相对中间中心度同时位居首位，表明上海、苏州在长三角协同创新网络中占据着最为重要的地位，控制着更多资源和信息，南京和杭州的度数中心度排名并列第二，中间中心度排名第三，位列合肥之后，这说明南京和杭州在长三角协同创新网络中的地位重要性高于合肥，但合肥在控制资源和促进信息流通方面却占据着更为重要的位置。分省份来看，除南京、苏州、杭州、合肥之外，江苏省的无锡和常州，浙江省的宁波和绍兴，其度数中心度和中间中心度均较高，这表明这4个城市在长三角协同创新网络中的地位和控制能力也较强，安徽省的芜湖、马鞍山度数中心度不高，但中间中心度较高，说明这两个城市在网络中起到了较为重要的中介作用。

在粤港澳大湾区协同创新网络中，广州、深圳、珠海的相对度数中心度和相对中间中心度排名并列第一，表明这三个城市处在粤港澳大湾区协同创新网络中最为突出的位置，在更大程度上控制着网络的资源和信息，次之为佛山和东莞，其度数中心度和中间中心度排名并列第二，在粤港澳大湾区协同创新网络中的地位和控制力也仅次于广州、深圳、珠海，惠州、肇庆、澳门的度数中心度分别为0.7、0.6和0.3，但中间中心度均为0，说明这3个城市的专利合作表现为城市间的直接合作，并没有发挥中介作用。

结合中心性分析结果，运用netdraw工具，绘制三大城市群协同创新网络结构图(见图1)。图中节点较大的几个城市，它们的中心度较高，位于协同创新网络的核心位置，两个城市间连线越粗，表示这两个城市间联合发明申请数量越多。

图1 三大城市群协同创新网络

(三)节点城市间的创新合作产出差距

1.三大城市群各城市参与合作专利的数量对比

京津冀、长三角、粤港澳大湾区三大城市群50个城市中，按照参与联合申请专利数量进行排名，北京居于首位，联合申请发明专利数量14 479件，分别是位居第二、三位的天津、上海联合申请发明专利数量的2.07倍和2.49倍，这与北京丰富的科技创新资源紧密相关，同时也进一步凸显北京在全国科技创新城市中的地位和实力。在合作专利数量上，北京不仅与长三角、粤港澳大湾区的城市间存在较大差距，而且在京津冀内部也遥遥领先，北京参与专利合作数量分别是在京津冀内部排名位列最末两位的秦皇岛、承德的61.4倍和81.8倍。

2014—2018年，三大城市群top 20城市合作申请专利数量(见图2)占50个城市合作专利总量的85%左右，其余30个城市合作专利数量仅占到合作总量的15%，说明城市间的专利合作产出能力差距较大。在top 20城市中，京津冀共有北京、天津、石家庄、保定、沧州5个城市入选，长三角共有上海、南京、杭州、苏州、南通、无锡、宁波、常州、台州、嘉兴10个城市入选，粤港澳大湾区共有广州、深圳、佛山、东莞、珠海5个城市入选，京津冀、长三角、粤港澳大湾区入选top 20城市的合作专利数量分别占top 20城市合作专利总量的41.8%、38%和20.2%。

图2 三大城市群top20城市的合作发明专利数量

2.三大城市群合作专利产出差距比较

通过计算合作专利产出的平均基尼系数来衡量三大城市群内部各城市间的合作专利产出差距，计算公式为：

(1)

通过计算得出，2014—2018年京津冀、长三角城市群、粤港澳大湾区的合作专利产出平均基尼系数分别为0.676、0.584、0.526，说明京津冀与其他两大城市群相比，京津冀内部城市间的合作专利产出差距更大，合作专利产出在空间上呈现的分布不均衡特点也更加明显。在京津冀内部，北京与天津的创新合作关系最为紧密，联合申请发明专利6 657件，占京津冀合作专利总数的40.9%；天津与河北11个地级市仅联合申请发明专利338件，占天津与北京联合申请专利数量的5%左右，说明天津与河北的创新合作水平相对较低；从河北省内部来看，11个地级市间联合申请发明专利1 457件，仅占京津冀合作专利总数的8.9%，表明河北省内各城市间仍需加强协同创新联系。长三角城市群的专利合作产出也存在一定的不均衡问题，安徽省8个地级市与上海、江苏9个地级市、浙江8个地级市共联合申请发明专利1 247件，占长三角城市群联合申请发明专利总数的比重不足8%，说明安徽与长三角其他地区的合作联系强度较弱。与京津冀、长三角城市群相比，粤港澳大湾区城市间的合作专利产出更为均衡，但香港、澳门与粤港澳大湾区其他城市间的合作联系相对较弱，香港、澳门与广东省9个地级市之间联合申请发明专利329件，仅占大湾区联合申请发明专利总数的3.9%。

(四)协同创新网络的主体分析

1.三大城市群协同创新网络的机构分布情况

从三大城市群城市间联合申请发明专利的申请单位或机构来看(见表6)，2014—2018年，京津冀、长三角、粤港澳大湾区分别有2 166个、5 509个、1 819个机构参与了合作申请发明专利，其中合作频次在50次以上的机构数量分别为81个、97个和57个。三大城市群中合作频次大于50次的合作机构数量占所有合作机构数量的比例均较低，但都贡献了较高比例的联合申请专利，其中京津冀城市群内合作频次在50次以上的机构的贡献率(合作频次在50次以上的机构合作频次之和与所有机构的合作频次总和之比)达到73.88%，位居三大城市群首位，这表明京津冀内部创新主体之间合作专利产出差距较大；其次为粤港澳大湾区；长三角城市群的这一比例相对较低，但也贡献了42.37%的联合申请专利。

表6 协同创新网络的机构分布情况

2.三大城市群核心合作机构的空间分布与主体类型

从不同角度考察合作频次在50次以上的机构分布情况，依此来分析三大城市群核心合作机构的异同(见图3)。从核心合作机构的地域分布情况来看，京津冀城市群的81个核心合作机构分布在北京、天津、石家庄、保定、廊坊、唐山、秦皇岛、承德、张家口、沧州、邯郸、邢台、衡水等13个城市，其中有30.5%的机构来自北京，24.4%的机构来自天津，17.1%的机构来自石家庄。长三角城市群97个核心合作机构分布在上海、南京、苏州、杭州、常州、南通、宁波、镇江、盐城、泰州、无锡、扬州、嘉兴、绍兴、台州、合肥、马鞍山等17个城市，其中上海、南京的机构数量最多，次之为苏州和杭州，来自这4个城市的机构数量占比达到61.3%。粤港澳大湾区57个核心合作机构分布在广东省9个城市，其中有68.4%的机构来自广州、深圳、佛山三个城市，这与上文的中心性分析结果相一致。

图3 三大城市群核心合作机构的地域分布情况

从核心合作机构的类型来看，三大城市群核心合作机构占比最高的均是企业，在京津冀、长三角城市群、粤港澳大湾区的核心合作机构中，企业占比分别为76.54%、64.95%和77.19%，这进一步说明了企业是技术创新最重要的主体。核心合作机构中高校占比(见表7)最高的为长三角城市群，其次为京津冀，粤港澳大湾区最低，这说明长三角城市群的高校参与专利技术合作的积极性相对更高。核心合作机构中研究院所占比最高的为粤港澳大湾区，表明大湾区的研究院所在专利技术合作中更为主动。

表7 三大城市群各类型核心合作机构占比 %

借助国家企业信用信息公示系统，进一步分析三大城市群核心合作机构中企业的类型，结果见表8。京津冀62家核心合作企业中，有14.52%的企业类型为国有独资或控股的有限责任公司或分公司，这一比例在三大城市群中最高，其中合作频次最高的top 10企业中，国有独资企业达到3家，分别为国家电网有限公司、中国石油天然气集团公司、中国海洋石油集团有限公司。这三家国有独资企业的合作频次相当于62家核心企业合作频次的36.5%，表明国有独资企业对推动京津冀协同创新发挥了重要作用。长三角63家核心合作企业中，自然人投资或控股的法人独资(自然人投资或控股)的有限责任公司/分公司占比在三大城市群中占比最高。合作频次排名前三位的企业分别为浙江吉利控股集团有限公司(自然人投资或控股的有限责任公司)、国网江苏省电力有限公司(非自然人投资或控股的法人独资有限责任公司)、浙江吉利汽车研究院有限公司(外商投资企业法人独资有限责任公司)，这三家企业的合作频次占63家核心企业合作频次的31%，表明参与主体性质为自然人和非自然人投资或控股、外商投资企业法人独资有限责任公司的企业是构建长三角协同创新网络的重要力量。粤港澳大湾区44家核心合作企业中，股份有限公司数量占比在三大城市群中位居首位。合作频次top10企业中，非自然人投资或控股的法人独资有限责任公司或分公司3家，自然人投资或控股的法人独资有限责任公司1家，股份有限公司(上市)3家，台港澳投资或台港澳与境内合资有限责任公司2家，外商投资企业法人独资有限责任公司1家，这10家企业合作频次占44家核心企业合作频次的54.8%，表明以上几种类型的企业在粤港澳大湾区协同创新网络中起到了举足轻重的作用。

表8 三大城市群核心合作机构中不同类型企业数量占比 %

(五)协同创新的技术领域分布

按照IPC主分类号对应的八大技术领域，分析京津冀、长三角、粤港澳大湾区三大城市群联合申请发明专利的技术领域分布情况(见图4)。在京津冀13个城市联合申请发明专利中，物理领域的合作专利数量最多，占全部联合申请发明专利数量的34.9%；其次为电学领域，占比为21.7%；排名第三位的为作业和运输领域，所占比重为13.2%。在长三角城市群26个城市联合申请的发明专利中，化学和冶金领域的合作专利数量位居首位，占比达到24%；物理、电学领域的合作专利数量分别位列第二、三位，所占比重分别为21.3%和17.2%。在粤港澳大湾区11个城市联合申请发明专利中，物理、电学领域的合作专利数量分别排在前两位，这两大领域的合作专利数量占比达到55.7%。

通过对比三大城市群联合申请专利的技术领域分布情况(见图4)可以看出，京津冀与粤港澳大湾区的技术领域较为相似，在这两大城市群联合申请的发明专利中，均有70%左右的合作专利来自物理、电学、作业和运输三大技术领域，表明京津冀、粤港澳大湾区这两大城市群内部物理、电学、作业和运输领域的专利合作活动更加活跃；长三角城市群在物理、电学、作业和运输三大技术领域的合作专利数量占比为55.6%，低于京津冀和粤港澳大湾区，但化学和冶金领域的合作专利数量占比却高于其他两大城市群，说明长三角城市群中化学和冶金领域的创新主体参与专利合作的积极性更强。

图4 三大城市群合作专利的技术领域分布情况

五、主要结论与对策建议

(一)主要结论

本文基于合作专利数据构建了京津冀、长三角、粤港澳大湾区的协同创新网络，对比分析了三大城市群协同创新整体网络的拓扑结构、各城市在网络中的地位、节点城市间的创新合作产出差距、参与主体类型及技术领域分布，得出以下结论：第一，京津冀、长三角、粤港澳大湾区协同创新网络的整体拓扑结构特征不同，但均满足核心—边缘结构，中心性分析结果显示，京津冀协同创新网络中的北京、天津、石家庄、保定、唐山，长三角协同创新网络中的上海、苏州、南京、杭州、合肥，粤港澳大湾区协同创新网络中的广州、深圳、珠海、佛山、东莞，在各自城市群协同创新网络占据着最重要的位置，在更大程度上控制着网络的资源和信息；第二，虽然北京在三大城市群50个城市中，参与联合申请专利数量高居首位，而且远高于排名第二位的天津和上海，但是京津冀内部城市间的专利合作数量差距很大，其合作专利产出的平均基尼系数在三大城市群中最高，表明专利合作产出在空间上呈现的分布不均衡特点更加明显；第三，京津冀的核心合作机构有72%来自北京、天津、石家庄，长三角城市群有61.3%的机构来自上海、南京、苏州和杭州，粤港澳大湾区有68.4%的机构来自广州、深圳、佛山，三大城市群的核心合作机构均以企业为主，其中京津冀的国有独资或控股公司排名第一，长三角城市群的自然人投资或控股的法人独资公司占比最高，粤港澳大湾区的股份有限公司数量占比位居三大城市群首位；第四，从技术领域分布来看，京津冀与粤港澳大湾区均有70%左右的合作专利来自物理、电学、作业和运输三大技术领域，而长三角城市群合作专利占比在前三位的技术领域分别是化学和冶金、物理、电学。

(二)对策建议

根据上述研究结论，为进一步推动京津冀、长三角城市群、粤港澳大湾区协同创新，特提供几点政策建议以供参考。

第一，继续完善京津冀协同创新布局，缩小城市间创新产出差距。天津、河北都在积极谋划与北京的协同创新合作，在承接北京创新资源疏解和创新成果产业化落地方面，河北与天津之间存在一定程度的竞争关系。因此，一方面要结合各地发展基础和资源特点，明确京津冀区域各城市的功能定位和产业发展方向，聚焦重点产业领域，促进京津冀各城市合理分工与优势互补；另一方面要支持河北省内的高校、科研院所、各类型企业开展多种形式的协同创新合作，加强省内各城市的协同创新联系，缩小与京津的创新产出差距。

第二，加强长三角城市群内部的跨省份创新合作，提升区域的整体协同创新能力。未来要围绕化学和冶金、物理、电学等重点合作领域，鼓励上海、江苏、浙江、安徽的高新技术企业、高校院所、产业技术联盟等各类创新主体开展跨省份创新合作，合作申请和实施国内国际科学工程，共建研发平台，联合开展关键核心技术攻关，推动城市群内各城市间科技创新资源开放共享，共同推进长三角协同创新共同体建设。

第三，推动粤港澳三地的科技创新要素加速对接合作，共同助力国际科技创新中心建设。目前，香港、澳门与广东9个城市之间的协同创新联系不强，未来合作空间很大。因此，要加快破除粤港澳三地创新合作的体制机制障碍，加强三地的交通联系强度，充分发挥三地的科技资源优势，大力支持物理、电学、作业和运输等重点合作领域的民营企业合作实施国家科技重大项目，鼓励三地的高校、科研院所联合培养人才，共同建设具有全球有影响力的国际科技创新中心。