科技创新与城市韧性耦合协调演化研究——以珠三角城市群为例

赵晓玉，王亚红*

（郑州大学管理学院，河南·郑州450001）

继“十四五”规划首次将韧性城市纳入国家战略规划体系，北上广等城市在新一轮的城市规划中也陆续提出韧性城市建设愿景，强调“提升城市韧性是未来城市建设重点”[1]。特别是近两年以“河南7.20 特大洪涝”和“台风‘杜苏芮’引致京津冀暴雨”为典型代表的自然灾害不断冲刷着城市原有治理体系，建设韧性城市和构建弹性屏障更显必要和迫切[2-3]。城市韧性建设是一项系统性工程，仅靠强力建设难以实现持续性发展，科技创新则可为城市韧性提供多维支撑，科技创新与城市韧性之间存在着良好的协调机制。加之，数字技术的蓬勃发展，韧性城市建设着眼点由原来的“硬件更新”延伸至以数据为基础的“智慧化服务”，数字技术成为指导和修正韧性城市建设的重要技术，这一延伸也强化了韧性城市对科技创新的依赖度[4]。基于此，现阶段探讨科技创新与城市韧性耦合协调关系，对推动科技创新效率稳步提高与韧性城市建设扎实推进具有重要意义。

目前已有的研究多聚焦于科技创新与城市经济韧性方面，且更侧重于科技创新对城市经济韧性发展的影响。有关科技创新与城市韧性的研究主要集中在三个方面：第一是将科技创新作为一种传导中介，通过中介传导效应影响城市经济韧性的提升。如探讨科技创新在金融产业集聚与城市经济韧性之间的中介作用机制[5-6]，利用面板双向效应固定模型，从技术创新视角剖析产业数字化对城市经济韧性的影响[7]，分析技术创新在减少贸易政策不确定性对城市经济韧性负面影响中的作用[8]。第二是将技术创新视为城市韧性建设的一种驱动力，技术创新可通过优化资源配置、调整产业结构和保障人才供应等维度来提高城市经济韧性[9]。如从机理层面厘清科技创新赋能韧性城市高质量发展的内在逻辑并提出实施路径[4]。第三是对区域经济韧性与科技创新效率的关系进行了交互式分析，发现两者存在互馈机制[10]。

科技创新与城市韧性之间的关系研究已取得一定进展，但目前仍然存在以下两方面不足：第一，现有文献大多将科技创新作为促进城市韧性的一种传导中介，较少直接讨论科技创新对城市韧性的影响，即使讨论亦是单维关注科技创新对城市韧性水平的影响，忽略了后者之于前者的反馈效应，有可能诱发内生性问题。第二，研究多聚焦于科技创新与城市经济韧性之间的关系，而忽略了城市韧性作为一个完整的发展系统与科技创新之间的关联性。鉴于此，本文将从系统耦合视角出发，在构建科技创新与城市韧性的评价指标体系基础上，利用耦合协调模型从时空两个维度探讨珠三角城市群科技创新与城市韧性耦合协调关系，以期为地区科技创新与城市韧性协调互促提供现实指导。

1 数据来源和研究方法

1.1 研究区概况

狭义上的珠三角地区包括广州、佛山等9 个城市（图1）。其占地面积不足广东三分之一，但却集聚了全省53.35%的人口，产出了全省八成的经济总量，名副其实成为人口聚集多、创新水平高、综合实力强的城市群[11]。本文选取珠三角作为研究对象，主要依据以下三方面：首先，海陆结合部的特殊区位加之季风海洋气候影响，快速城镇化及其人类活动加剧了以台风、洪涝为代表的自然灾害群发特征，威胁着地区生存空间；其次，作为我国科技创新示范高地和科技产业创新中心的重要建设点，珠三角地区扮演着全国科技创新的引领者；最后，珠三角地区虽整体发展迅速，但其内部发展和创新资源分配不均，区域发展差异化愈发明显，创新能力方面出现了明显的马太效应，严重削弱着地区韧性建设。因此，珠三角地区既具备典型性，又具备现实性，更能为其他地区示范引领。

图1 研究区域Fig.1 Study area

1.2 指标体系与数据来源

为科学测算城市韧性与科技创新两系统之间耦合协调水平，需分别构建城市韧性与科技创新指标体系。就城市韧性系统而言，本文参照前人研究[12-13]，从经济、社会、生态、基础设施四个维度构建一级指标并配置20 个二级指标用于具体测算；就科技创新系统而言，本研究则主要从科技创新资源、科技创新环境以及科技创新绩效三大层面予以考虑并配置13 个二级指标。最终指标体系如表1 所示。

表1 城市韧性及科技创新水平评价指标体系Table 1 Evaluation index system of urban resilience and STI level

本文研究时间尺度为2010—2020 年，数据来源于《广东省统计年鉴》（2011—2021 年），以及九市统计年鉴和统计公报。部分年份缺失数据使用插值法补齐。

1.3 核算方法与模型构建

（1）熵值法

上述所构建的城市韧性与科技创新系统指标体系需要选择科学的方法赋予指标权重。本研究将采用熵值法为城市韧性与科技创新系统赋予权重[14]。

（2）耦合协调度模型

为探讨珠三角城市韧性与科技创新耦合协调发展状况，本文引入耦合协调模型，分别测算耦合指数C 与协调指数T，以期获得耦合协调指数D，来全面反映研究区两系统的耦合协调情况。模型如下：

式中：C 为城市韧性与科技创新两大系统之间的耦合度，SE是城市韧性水平，SU是城市科技创新水平值。

进一步可以建立以下模型详细测算二者之间的耦合协调度，即：

式中：α、β 分别代表城市韧性、科技创新的重要程度。本文认为两者同等重要，故α、β 分别设定为0.5。

由此计算耦合协调指数D：

D 值越大，表明城市韧性与科技创新水平之间的协调发展水准越高；反之，两者之间的协调发展水准越低。为清晰展现两者之间的耦合协调关系，本文对两个系统的耦合协调度值进行了基本分类，并划分为6 个等级（表2）。

表2 耦合协调度等级评价标准Table 2 Evaluation criteria for coupling coordination level

2 珠三角城市群城市韧性与科技创新的时空特征分析

2.1 城市韧性度指数分布特征

通过对数据进行综合测算，得到珠三角城市群2010—2020 年的城市韧性度指数（表3）。

表3 2010—2020 年珠三角城市韧性度指数Table 3 Urban resilience index in the Pearl River Delta from 2010 to 2020

从城市群整体看，珠三角城市群城市韧性指数整体上呈现波浪式上升态势。城市韧性平均指数由2010 年0.330上升至2020 年0.503，增幅较明显，达到52.89%，表明珠三角城市群韧性水平不断提升，城市建设日渐完备，应对风险的能力愈发提高。

从单个城市来看，珠三角地区各市的韧性水平均呈增长态势。研究期内城市韧性水平较高的有广州、深圳、佛山、珠海、东莞五个城市，其城市韧性平均指数均超过0.35。而广州、深圳韧性平均指数更是超过了0.55，二者作为珠三角甚至广东省的“领头羊”，一直领跑全省经济，并成为珠三角地区城市韧性发展的“峰值区域”。其余城市如中山、惠州、江门以及肇庆市主要位于珠三角东西边缘地带，其城市韧性平均水平较为落后，平均指数均低于0.35，成为珠三角地区城市韧性发展的“塌陷区域”，表明该部分城市硬件供应相对欠缺，对灾害的抵抗力不足以及灾后的自我恢复速度相对迟缓，城市脆弱性显著。

尽管广州、深圳的城市韧性度已远超其他城市，但就珠三角地区韧性水平而言整体偏低，加强韧性建设仍然是未来该区域发展的重点。应重视将韧性理念融入区域规划，深入研究珠三角城市群空间发展结构与其他各类系统互相影响的作用机理与传导路径，强化韧性管控，以增强城市发展协同性。

2.2 科技创新指数分布特征

通过对数据进行综合测算，得到珠三角城市群2010—2020 年的科技创新水平的综合评价值（表4）。

表4 2010—2020 年珠三角城市科技创新指数Table 4 Urban science and technology innovation index in the Pearl River Delta from 2010 to 2020

从城市群整体看，研究期内珠三角城市群科技创新指数呈现持续上升的态势。其中，2010 年科技创新平均指数为0.103，2020 年创新平均指数则达到0.307，增幅高达198.06%，远超韧性增幅。2020 年，珠三角城市群总体R＆D 经费支出占GDP 比重为2.87%，超过了全国平均水平（2.41%）。地区科技创新水平总体较高，但部分城市绝对数值仍然偏低，反映出部分城市科技创新投入欠缺，也束缚了区域创新能力提升和制约区域协调发展。

从单个城市来看，研究期内科技创新指数较高的城市仅有深圳和广州，均超过0.3。其中，深圳成为珠三角科技创新指数分布空间格局中的最高值区域，表明深圳创新研究氛围良好，高新技术产业和先进制造业密集是深圳发展科技创新的最大优势。但相较于广州的优质高校资源，深圳市则缺少“双一流”高校及学科的支撑。加之，深圳产业结构特征，对低端劳动力需求旺盛，外来务工人员众多，受教育程度低，造成其每万人高校学生人数远低于广州和其他城市，这表明教育资源匮乏已经成为制约深圳科技创新的最大因素，未来深圳应持续加快人才引进并获取更多教育资源以推动科技创新水平持续提升。相对而言，肇庆、江门、惠州，中山等其余城市科技创新水平偏低，科技创新平均指数均处于0.2 以下，此类城市远离珠三角中心区域，处于圈层最外围，中心城市的辐射效应相对不足。加之自身创新资源、环境、绩效的各项指标也远低于其他城市，自然成为创新水平低值区。

从科技创新指数的变化趋势来看，珠三角各市11 年间科技创新水平均有不同程度的提升，但其内部城际差异化明显。表明珠三角区域科技创新水平发展存在严重的两极分化，如何更好地支持惠州、江门、中山和肇庆科技创新效率提高，促进珠三角区域内均衡发展是未来实现珠三角城市群高质量发展的关键一步。

3 珠三角城市群城市韧性与科技创新水平的耦合协调度测度

3.1 时间分布特征

根据城市韧性度与科技创新水平的综合评价值，利用耦合协调度模型求出2010—2020 年珠三角城市群各市的城市韧性与科技创新水平的耦合协调度（表5 和图2）。在此基础上，得出研究期内各市耦合协调度指数的变化态势以及空间分布格局。

表5 2010—2020 年珠三角城市群城市韧性与科技创新水平耦合协调度Table 5 The coupling coordination degree of urban resilience and scientific and technological innovation level in the Pearl River Delta urban agglomeration from 2010 to 2020

图2 珠三角城市韧性与科技创新水平耦合协调度分布(a)及其平均值变化(b)Fig.2 Distribution of the coupling coordination degree between urban resilience and technological innovation in the Pearl River Delta (a) and its average change (b)

2010—2020 年，地区城市韧性与科技创新耦合协调水平呈向好态势，逐步由期初轻度失调阶段过渡到研究期末初级协调阶段，横跨三个阶段，具体如下：

2010—2011 年，地区城市韧性与科技创新耦合协调水平较低，处于轻度失调阶段。据统计，珠三角2010 年至2014 年地方科技财政拨款占地方财政支出的平均比例仅为2.53%，科技创新经费投入不足，限制了珠三角科技创新产出与转化效率。同时，这一阶段，城市建设落后，硬件配套缺乏，城市韧性建设举步维艰。因此，此阶段两系统自身问题明显致使两系统间耦合协调水平处于轻度失调状态。2012—2017 年，城市韧性与科技创新发展水平稳步提升，处于勉强协调阶段。城市韧性指数虽仍然高于科技创新指数，但两者之间的差距在不断缩小，逐渐趋于同步发展。2018—2020 年，城市韧性与科技创新耦合协调水平持续向好，进入初级协调阶段。此阶段珠三角地区进一步加大科技创新投入，注重创新产出与转化效率的提高，为城市韧性系统的建设与发展提供了技术支撑，促进了城市韧性的提升，而城市韧性的建设又反馈于技术创新，两系统的协调关系初步形成。

3.2 空间分布特征

为厘清研究区城市韧性与科技创新耦合协调水平的空间变化特征，本文运用ArcGIS10.3 对珠三角2012、2014、2016、2018 与2020 年9 市耦合协调水平进行空间呈现（图3）。分析结果显示：耦合协调水平较高的城市大都聚集在珠三角的中心城市地带，中部次之，外围最低，总体上形成了“中心—外围”耦合协调水平逐渐递减的“圈层”空间格局特征。具体而言：

图3 典型年份珠三角城市群城市韧性与科技创新水平协调性空间格局Fig.3 Spatial pattern of urban resilience and scientific and technological innovation level coordination in Pearl River Delta urban agglomerations in typical years

一方面，就珠三角各市耦合协调水平变化趋势而言，研究期内失调水平被勉强、初级协调地区替代，中级协调地市虽少但有增多态势。2010 年珠三角多数城市均处于严重失调与轻度失调状态；2014 年两系统的耦合协调水平有所提升，部分城市如惠州市、珠海市已经进入了勉强协调阶段，而广州和深圳已经处于初级协调发展行列；伴随耦合协调水平进一步提升，至2020 年珠三角区域44.44%的城市已经步入初级或中级协调发展阶段；另一方面，勉强与初级协调区域逐渐由中心地带向周边扩展。2010 年珠三角仅有广州与深圳分别达到了勉强协调状态与初级协调状态，其余地市处于严重与轻度失调状态；至2018 年这一现象发生了明显改观，除肇庆外珠三角各市均已完成由失调阶段向协调阶段的跨越；至2020年珠三角各地市彻底摆脱了不协调阶段，与此同时，深圳市开始步入中级协调阶段，初级协调区域相对减少，伴随两系统的持续优化，未来中级协调区域将持续扩展。

4 研究结论与建议

4.1 研究结论

本文以珠三角城市群为研究对象，在构建城市韧性与科技创新指标体系的基础上，采用熵值法、耦合协调模型等衡量了城市韧性与科技创新的发展情况，在此基础上探讨了两者之间的耦合协调关系，弥补了城市韧性与科技创新双向关系研究的不足的现实问题，又强化了区域一体化视角下的韧性城市建设路径，具有理论和现实导向性。研究结果表明：

（1）2010—2020 年珠三角城市群城市韧性与科技创新水平均获得较快发展，但各城市之间差异明显，各系统自身水平均呈现“中间高，边缘低”的空间分布特征。科技创新指数的年均增长率远高于城市韧性，主要得益于国家对于珠三角地区科技创新财政的支持与投入，以及对当地高新科技产业的大力扶持与发展，珠三角科技创新势头强劲。

（2）城市韧性与科技创新耦合协调指数由2010 年的0.285 增长至2020 年的0.427，已由轻度失调阶段逐步过渡到勉强和初级协调阶段，城市韧性与科技创新之间的相互作用在不断加强。目前两系统虽然已进入初级协调阶段，但主要是科技创新对城市韧性的驱动作用在发挥主导作用，若要持续推进两系统的良性互动协调发展，还需进一步激活城市韧性对于科技创新发展的驱动激励作用。

（3）无论是珠三角城市群城市韧性与科技创新两系统各自发展水平的测算，还是两系统间耦合协调的分析，各市之间均存在明显差异，在空间上显现为由中心向外围逐渐递减的分布态势，一定程度说明“广州、深圳”为中心的辐射带动作用随着距离增加相对减弱，继续发挥核心城市带动作用，培养新的增长极，缩小城际之间的差异是未来珠三角地区由初级协调跨越至中/高级协调阶段的关键路径。

4.2 政策建议

（1）推进珠三角城市韧性建设与科技创新高效发展。目前珠三角城市韧性与科技创新耦合协调虽已处于协调阶段，但是协调质量较低，仍有很大优化空间。由耦合协调模型可知，着力提高两系统的各自发展水平是提升珠三角地区耦合协调水平的基础。一方面，政府应该加大科技资源投入力度，重视科研成果转化效率，健全科技研究激励制度，积极引进创新型人才，推动创新成果与城市建设有效融合，主动服务城市韧性建设，为城市韧性建设持续赋能。另一方面，珠三角要抓住城市韧性建设机遇，借助外在驱动力，如财政扶持、人才保障等基础上，激发城市发展活力，加快城市韧性系统建设。

（2）制定珠三角城市韧性与科技创新耦合发展规划。目前单一的城市韧性与科技创新均受党和政府高度重视，但对两者耦合互馈发展缺乏全盘审视，由此也引致了科技创新供给侧与城市韧性建设需求侧之间的不匹配问题。因此，一方面，政府应认识和强化韧性城市建设与科技创新发展间的互动关系，在重大战略或者地方规划中融入城市韧性与科技创新耦合长期发展规划，共建城市韧性与科技创新协同发展体制机制。另一方面，各地方政府要依据实际情况，适时调整、优化短期规划，为推动城市韧性与科技创新互促共进、良性互动的形成提供科学政策支持，进而最大程度上实现两者的耦合协调发展。

（3）协调区域间城市韧性与科技创新耦合协调发展。珠三角两系统耦合协调水平的区域差异显著，中部核心地带广州、深圳耦合协调水平领先，但边缘地带还处于弱势地位。因此关注珠三角边缘地带，逐步缩小区域间的差距是未来工作重点。一方面，加大对于珠三角边缘地带城市创新的扶持力度，同时借鉴深圳、广州等发达地区的创新发展经验，立足本区域发展特征，对接边缘地带高新技术产业发展，提升服务边缘地区韧性建设的能力。另一方面，深化珠三角区域内部间的协作，借助广州、深圳等中心城市的资金、人才等优势，发挥辐射带动作用，推动构建资源共享平台，最终推进珠三角各市一体化发展。