专利视角下轨道交通装备产业SWOT 分析——以株洲市为例

孙 蕾，胡 雨

（湖南工业大学法学院，湖南株洲 412007）

1 研究背景

轨道交通凭借其安全、环保、高效、智能的优点成为世界各国公共交通发展的主导方向。轨道交通装备是轨道交通运输所需各类装备的总称，涵盖机车车辆、工程及养路机械、通信信号、牵引供电、安全保障、运营管理等相关的各种机电设备。其产业链涵盖上游的装备设计和原材料、中游的装备制造及下游的装备运营与维护。

目前，在全球范围内形成了以中国中车股份有限公司（简称“中国中车”）、德国西门子公司（简称“西门子”）、法国阿尔斯通公司（简称“阿尔斯通”）、加拿大庞巴迪公司（简称“庞巴迪”）为主的四大轨道交通装备产业集群[1]。其中，西门子是全球电子电气工程领域的领先企业；阿尔斯通的轨道交通、电力设备及电力传输基础设施技术领先；庞巴迪是国际性交通运输设备商，计划在欧洲进一步扩大铁路运输规模、完善数字化解决方案、推进绿色能源项目[2]。各产业集群之间的市场竞争将进一步激化。

我国轨道交通装备产业在经过“引进-消化、吸收-再创新”后，已经形成了自主研发、配套完整、设备先进、规模经营的，集研发、设计、制造、试验、服务等上中下游产业于一体的全产业链[3]。在全球贸易一体化和我国推行“一带一路”战略的背景下，我国轨道交通装备产业的市场规模呈现爆发式增长。我国轨道交通装备产业布局由中国中车主导，目前正以株洲市、青岛市、长春市为核心，呈现扩张和集群化趋势[4]。其中，株洲市在与国内外同行的激烈竞争中乘势而上，发展成为全球规模最大、配套最强、技术领先的轨道交通制造基地，其轨道交通装备产业规模于2015 年首次突破1 000 亿元，产业集群总产值于2020 年达到1 310 亿元，是全国首个轨道交通千亿产业集群[5]。其轨道交通产品，小到器件、部件和系统，大到整机、全生命周期系统及解决方案，已出口到全球70 多个国家和地区[6]。其中，电力机车的全球市场占有率为27%，城市轨道交通车辆的国内市场占有率为30%，分别位居全球第一和国内前三。

目前，我国轨道交通装备方面的研究不在少数，但主要集中在全球及全国范围内轨道交通装备的技术现状与构件开发层面，对于区域轨道交通装备产业的专利情报分析少之又少。本文将以株洲市轨道交通装备产业为研究对象，以专利分析数据为样本，采用优势、劣势、机遇及威胁（strengths，weaknesses，threats，opportunities，SWOT）战略分析法，将内部资源与外部环境相结合，分析株洲市轨道交通装备产业的发展机遇与挑战，并给出相应战略对策。

2 株洲市轨道交通装备产业 SWOT 分析

专利数据作为评估产业发展的重要指标，是以某领域专利资料为基础进行整合、研析和挖掘的，能够综合展现该领域技术现状、发展趋势、研发前沿的参考依据。本文以智慧芽专利检索数据库（Patsnap）为数据源、以2003 年5 月— 2022 年5 月为时间范围、以专利申请人为关键词（企业曾用名也纳入关键词进行检索，然后对检索结果去重合并）进行检索，分析株洲市轨道交通装备企业专利申请情况，并采用专利数据分析与SWOT模型相结合的方法，更全面地反映株洲市在轨道交通装备产业领域的发展现状和前景，从而为制定更精确的产业发展战略提供依据。

2.1 优势（S）

2.1.1 专利有效率高，自主创新能力强

图1 展示了株洲市轨道交通装备领域专利申请数量最多的8 位申请人2010 年 — 2018 年所申请的轨道交通相关发明专利（排除在审状态专利）和实用新型专利的有效率情况。通过在专利最长有效期内对8 位申请人所申请的可能维持3 年以上有效期的专利进行有效率对比可知，在选中时间段内，主要申请人的专利有效率整体较高，均在68%以上，其中，株洲中车时代电气股份有限公司的专利有效率最高，达到81.97%。这说明申请人对轨道交通装备的重视程度较高、维持专利的愿望强烈，所申请专利的技术水平和经济价值较高，既表明株洲市在轨道交通领域的科技创新能力和市场竞争力强，也从侧面反映了企业专利资产的属性分布情况。

图1 株洲市主要申请人轨道交通相关专利有效率对比（单位：%）

2.1.2 技术集中度高

3D 专利聚类地图根据国际专利分类（IPC）号为每篇专利生成一个特征，再通过聚类算法将选择的专利集合投射到地图网格中。图2 为利用2015 年— 2021 年发明专利申请信息绘制的株洲市轨道交通装备产业3D 专利聚类地图。图中的高峰代表株洲市轨道交通装备领域的聚焦技术，低谷代表盲点技术。通过观察对比波峰领域并进一步挖掘其热点技术词发现，株洲市在“中国动力谷”“轨道交通装备战略性新兴产业区域集群发展试点”的建设推动下，形成了包含整车制造、核心部件、关键系统、运营维护等各环节的较完善产业链，产业集聚度高，产业结构得到了进一步优化升级：弹性体、减振器、橡胶体、复合材料、绝缘层等研究重点所涉及的领域是轨道交通装备原材料，即上游产业；机电设备及系统领域的研究热点是地板、机车转向架、车体、车内设备、缓冲装置等机械零配件以及牵引、制动、供电等系统，即中游产业；网络、车辆调度等关于列车运营维护的研究则涉及下游产业。

图2 株洲市轨道交通装备产业3D 专利聚类地图

2.2 劣势（W）

2.2.1 专利申请量呈整体下降趋势

本研究选取株洲市持有轨道交通装备领域相关专利数量排名前8 位的申请人在2013 年— 2022 年（2022 年专利数据还未完全公开）的专利数据进行对比分析，结果如图3 所示。由图可知，株洲市主要申请人在这10 年中的专利申请量整体呈现先上升后下降的趋势，峰值出现在2018 年，达到1 828件；授权量在2016 年达到最高，为1 472 件，其中，2014 年授权成功率最高，达 到96.48%。2013年— 2018 年专利申请量的迅速增长得益于国家投资、企业技术创新以及对专利管理的重视；2018 年— 2022年的专利申请量逐年减少，一方面说明技术已经饱和或遇到瓶颈，另一方面反映技术研究和专利申请的热度由于受疫情及国际形势的影响在逐步降低。此外，通过扩大范围的复合检索发现，株洲市轨道交通装备企业除在轨道交通领域申请专利外，很少在其他技术领域申请专利，这说明这些企业专一性太强，不利于其转向及多样化经营，抗风险能力不足。

图3 株洲市主要申请人2013 年 — 2022 年轨道交通相关专利申请量趋势图

2.2.2 海外专利布局重视度低

与欧美国家相比，我国由于轨道交通技术起步时间晚，所以进入海外轨道交通装备市场时间晚、涉外专利申请量少、专利技术输出量低。表1 展示了2003 年—2022 年株洲市轨道交通装备相关专利申请量靠前的8 位申请人在目标市场国/机构的专利数量排名情况。由表可知，株洲市在轨道交通装备技术领域的专利布局以本国为主，共4 100 件，占比92.59%；在世界知识产权组织和欧洲专利局申请专利的数量分别为200 件和38 件，占比分别为4.52%和0.86%；在其他国家的专利申请量非常少。由此可见，株洲市轨道交通装备企业对国际市场研究不足，对海外专利布局重视度低，这容易导致其在海外遭遇知识产权壁垒。

表1 株洲市主要申请人在目标市场国/机构的轨道交通装备相关专利数量排名 件

2.3 机遇（O）

为分析株洲市轨道交通装备产业目前关注的主要创新内容，本文对热门技术词进行层级拆分，浓缩提炼该技术领域内更详细的技术焦点，得到株洲市轨道交通装备领域技术构成图，如图4 所示，其中内层关键词是从最近5 000 条专利中提取的，外层的关键词是对内层关键词的进一步分解，关键词所占空间份额越大，表明其出现频率越高。

图4 株洲市轨道交通装备领域技术构成

随着绿色、环保、智能、可持续性理念的逐步深入人心和现代计算机网络技术、数字通信技术的进步，消费者对轨道交通安全、环保、舒适、可靠性的期望不断提高，市场正趋向于选择数字化、智能化、轻质化的轨道交通车辆[7]。信号处理、牵引制动、综合监控、通信控制等技术的应用是数字化发展的成果；智能化主要体现在传感器、状态监测系统、安防系统的应用；轻质化是指在车辆中大规模应用高强钢、轻合金、碳纤维复合材料及工程塑料等新型轻质材料，以降低材料使用成本、实现节能减排。

因此，株洲市轨道交通装备产业要抓住市场机遇，以市场需求为导向，致力于生产数字化、智能化、轻质化的轨道交通装备。

2.4 威胁（T）

株洲市轨道交通装备产业发展面临的主要挑战是外部激烈的市场竞争。本研究以近20 年国内轨道交通装备相关专利申请人的专利数据为样本，采用IPC 小类代码表示轨道交通装备领域相关技术，分析各技术分支内领先企业的分布情况。图5 为我国轨道交通装备领域热点技术分支主要申请人分布折线图。由图可知，从技术研究热点分布来看，B61F5（转向架）、B61D17（车体结构部件）、B61C17（控制装置和控制系统）的专利数量最多，说明这是目前的主流研究方向，各相关企业及院校单位对其高度重视，竞争最为激烈，而这3 个热点技术也是中车株洲电力机车有限公司（简称“中车株机”）申请的主要专利技术；中车株机虽然在各技术点的专利数量上具有优势，但其他企业（如中车长春轨道客车股份有限公司、中车唐山机车车辆有限公司）与之差距不大，而且也在不断追赶、向集群化发展，因此将对其产业发展空间形成新挤压。

图5 我国轨道交通装备领域热点技术分支主要申请人分布折线图

3 株洲市轨道交通装备产业发展战略对策

本章将根据上文的株洲市轨道交通装备产业SWOT分析结果，提出株洲市轨道交通装备产业发展战略对策。

3.1 增长型战略（SO）

SO 战略以进攻为主要特征，立足于自身优势和所面临机遇，力争为株洲市轨道交通装备产业发展取得竞争优势。

3.1.1 增强上中下游产业的纵向联动

株洲市轨道交通装备中的变压器、牵引电机、制动系统和网络控制系统等整车制造核心部件由中车株洲电机有限公司（简称“中车株洲电机”）和中车株洲电力机车研究所有限公司（简称“中车株洲所”）提供，抗侧滚、通风冷却、减振等系统由株洲联诚集团控股股份有限公司（简称“株洲联诚”）和株洲九方装备股份有限公司（简称“株洲九方装备”）等规模较大的配套企业提供，技术壁垒较小的非核心零部件由其他100 多家小微企业提供[8]。要增强上中下游产业的纵向联动，应以具备整车制造能力和雄厚研发实力的龙头企业为核心，带动上下游的中小微配套企业完成整车制造任务，将集群做大、做优、做强。集群做大是指龙头企业在巩固壮大技术优势的基础上，拓宽上游装备设计、原材料供给与下游列车运营、检测维护产业链条，并将高价值技术向其他领域延伸，以实现轨道交通装备产业的内外双轨发展；集群做优是指配套企业大力发展网络信息、网上运营维护等服务；集群做强是指中小企业依托龙头企业围绕关键零部件提升产业配套能力，增强产业链、供应链的韧性。

3.1.2 促进产学研政金商的横向联盟

以株洲市为核心的长株潭地区依托中南大学、湖南工业大学轨道交通学院、湖南铁路科技职业技术学院、湖南外贸职业学院等相关专业院校，联合包括同济大学、北京交通大学等国内知名高校的轨道交通相关院系所打造的产学研一体化的轨道交通全产业链，在政府激励和政策补贴等短期性强外驱力的作用下，呈现出阶段性、急利化、合作浅的不足，暴露出“专利泡沫”的假象。为解决上述问题，应系统整合产学研所需的政金商资源：政府应完善科技创新激励和科技成果转化的收入分配制度，建设产权交易和专利技术转让孵化支持体系，协调各方利益分配和风险补偿；金融机构应创新金融产品与金融服务，支持企业和科研院校的前沿研究及行业关键共性技术研究，培育多层次和多样化的金融组织，加速政府主导创环境、企业主体强创新、学科人才激活力、科技研发出成果、金融配套强保障、成果转化增收益的一体化耦合对接。

3.2 扭转型战略（WO）

WO 战略着眼于劣势和机遇因素，以防为主、适时进攻，引导申请人把握外部契机，改善自身弱势。

3.2.1 参与行业标准的制定和推广

行业标准是工业实力的象征，输出轨道交通装备技术标准是轨道交通装备产业核心竞争力的集中体现。虽然我国轨道交通装备技术不断突破创新，但国际标准主要被欧美垄断。轨道交通装备企业积极参与制定行业标准可以淘汰不符合标准的企业，提高竞争门槛，并形成技术壁垒，从而提高研发支出在企业收入中的占比，降低生产成本以反哺产业。株洲市有影响力的轨道交通龙头企业应推动建立覆盖设计、制造、运营、维护等各环节的全流程标准体系，以向发展中国家输出标准为主，并同时加强与欧美标准输出国家在标准化方面的合作，力求实现由产品国际化向标准国际化的转变。例如，中车株洲所已主导制定国际标准9 项（已批准5 项），参与制定国际标准 68 项[9]；中车株机主持制定国际标准1 项。

3.2.2 完善专利国际布局，构建专利池

轨道交通“走出去”除产品质量和品牌力量的保证外，占领海外专利制高点也尤为重要。株洲市轨道交通企业在国外申请布局的专利数量极少，在国际贸易中容易面临竞争对手的专利诉讼[10]。要想打破西方国家的知识产权壁垒，必须积极在海外市场申请注册专利，完善专利预警机制，在企业进入海外市场前对比分析竞争者的专利状况，准确评估自身产品的侵权风险；构建专利池，鼓励相关企业基于共同战略目标，以密切相连的专利技术为纽带，形成专利联盟，以消除授权障碍、降低许可成本，从而扭转我国轨道交通装备技术在推广过程中的不利局面。

3.3 多元型战略（ST）

ST 战略的关注点是优势和威胁因素，采用以攻为主、兼顾防守的方式应对外部威胁，夯实内部实力，发挥株洲市轨道交通装备产业的核心竞争力。

加大多方金融扶持，实现外汇服务便利，构建轨道交通产业“国内大循环为主，国内国际双循环”的金融服务体系[11]。南亚、中亚和中东欧作为株洲市轨道交通装备产业“走出去”的主要地区，其金融基础设施较落后、融资方式单一、应对外部冲击的弹性弱，加之地缘政治不确定性大等因素，导致我国轨道交通企业在境外融资难、投资风险大。株洲市相关企业应积极与东亚银行、中非金融合作银联体、中国进出口银行等多个金融机构合作对接，利用银行信贷、股权投资、融资租赁等多渠道融资，并综合考虑本土化生产需求，促成金融合作协议的制定和签署，并增强应用汇率避险工具的意识。同时，政府应完善“涉外主体涉汇个案处理机制”“株洲市金融综合服务平台”及海关、商务、税收等部门联席会议制度，充分发挥其作用，以确保国家稳外贸、稳投资、稳外资的外汇支持政策惠及更多的涉外企业。

3.4 防御型战略（WT）

WT 战略基于劣势和威胁2 个不利因素，以防为主降低不利影响，帮助专利申请人规避风险和减少损失。

株洲市轨道交通装备企业主要集中在中游装备制造领域，产业同质化竞争严重，上下游产业布局不足。为加快资金链与产业链、创新链、政策链的深度融合，政府应实施“一链一策”帮扶，由链主企业牵头建立产业链合作机制，围绕链主企业向上下游延伸扩大产业辐射面，吸引更多居于“微笑曲线”两端、具有高附加值技术的企业落户株洲；企业应抓住中央企业混合所有制改革的机遇，利用项目铺排的窗口期，持续吸引更多创业投资、风险投资资金，加紧突破“瓶颈”技术，加快推出数字化、智能化、环保化、轻质化产品，提升集群的核心竞争力。

4 结语

本文引入SWOT 模型，结合专利数据对株洲市轨道交通装备产业的专利分布状况、专利数量规模、专利申请趋势、热点申请技术和国内外市场专利布局进行了检索研究，并采用SWOT 战略分析法，从优势（S）、劣势（W）、机遇（O）、威胁（T）4 个层面分析株洲市轨道交通装备产业的发展机遇与挑战，并据此提出增长型（SO）、扭转型（WO）、多元型（ST）、防御型（WT）4 种战略对策，以期为促进我国轨道交通装备产业的高质量、可持续发展提供参考和借鉴。