基于社会网络的建筑行业科技创新主体合作网络演化研究<br/>——以“华夏建设科学技术奖”为例

基于社会网络的建筑行业科技创新主体合作网络演化研究
——以“华夏建设科学技术奖”为例

2024-03-09郑志哲周海青苏义坤

科技和产业 2024年4期

薛寒, 郑志哲, 周海青, 赵霞, 苏义坤

(1.东北林业大学土木与交通学院, 哈尔滨 150040; 2.中建八局第一建设有限公司, 济南 250014;3.住房和城乡建设部标准定额研究所, 北京 100835)

“华夏建设科学技术奖”(以下简称“华夏奖”)是反映我国建筑行业创新和高质量发展成果的重要奖项,设立于2003年,旨在奖励在建筑行业工作中做出突出贡献的主体。该奖颁布至今得到行业内工程建设单位的广泛关注和参与[1]。从获奖的创新主体名单上看,多方主体合作是当前华夏奖获奖项目的主要参与形式,主体合作能够更好地整合组织之间的资源,实现内部资源共享最大化,减少对外部市场的依赖,提升技术创新效益。考虑到主体基于偏好和资源交换能力选择合作对象,其合作特征在演化过程中具有动态性。对华夏奖获奖项目科技创新主体(以下简称“创新主体”)合作特征以及演化状况进行探究,有助于了解建筑行业合作创新状态以及创新力量的分布情况。

建筑领域合作得到了学者的关注。一方面,学者从国家层面探究我国在建筑领域与其他国家的战略合作情况。王微[2]、周茂等[3]、向鹏成和景睿思[4]探究中国与“一带一路”沿线国家在建筑行业合作的发展步伐,发现当前背景下形成成熟的合作仍面临多项风险挑战。另一方面,对建筑领域参与主体的合作关系进行探究。张宇翔等[5]分析2000—2020年国际建筑工程项目组织合作网络,显示承包商与供应方在合作网络的中心位置,可有效链接设计方和咨询方形成稳定的合作网络关系。石娟等[6]基于社会网络分析法探究工程建设项目建筑工人合作中影响安全的主要因素,发现建筑行业工人间的不信任是影响合作和生产事故产生的重要原因。He Chenchen等[7]基于Web of Science核心数据库中的1 090篇可持续建筑改造论文,发现作者和国家网络中多为孤立点,建筑行业该领域的论文合作较少。沈文欣等[8]分析超大型城市复杂工程建设团队合作网络,发现合作团队之间具有双向性、聚敛性。

以往研究丰富了建筑行业合作的理论和实践,但忽略了建筑行业奖励数据中传递的合作信息。对科技奖励数据中传递的结构性信息的研究已有很多,其中社会网络分析法是运用较成熟的方法。Wagner等[9]从社会网络角度探究了诺贝尔生物与医学奖获奖主体的多项合作网络特征,提出合作网络较稀疏、具有显著的核心-边缘结构特征。褚建勋等[10]挖掘“十五”“十一五”“十二五”国家科技奖合作网络数据中的结构性信息,揭示了合作网络中部分机构间形成了“圈子”的社群结构。唐福涛和王瑞文[11]2016—2018年天津市科技进步奖获奖项目作为数据源,应用凝聚子群算法挖掘科研团队,发现产学研结合项目在获奖中的优势愈加显著。曹友根等[12]构建2006—2020年上海市科技进步奖获奖项目的演化合作网络,发现主要合作模式为企业—高校、企业—企业。为探究建筑领域奖励数据中传递的合作信息,本文应用社会网络分析法对2007—2021年华夏奖创新主体合作情况进行分析,以反映建筑领域创新主体的合作现状和演化趋势,为指导合作交流实践提供理论依据。

1 研究方法

1.1 数据来源

本文的数据来源于华夏奖励委员会公示的历年获奖名单,遴选2007—2021年数据作为分析对象,提取获奖名单中“获奖项目”和“主要完成单位”两列。各年获奖项目数、合作项目数及创新主体数如图1所示。统计结果显示,各年获奖项目数、创新主体数和合作项目数呈现整体上升趋势,华夏奖励委员会在15年间共授予1 859个奖励,由2 483个主体完成,其中有1 302个通过创新主体合作完成,占比为70.04%。由此可知,创新主体合作在华夏奖创新成果完成中具有重要作用。

图1 各年获奖项目数和创新主体数

1.2 创新主体合作网络矩阵构建

创新主体合作网络是以华夏奖合作获奖项目为依托,根据创新主体在各年与多个主体合作或多年与固定创新主体合作的关系情况,应用UCINET6.0软件构建双边或多边关系矩阵。具体步骤如下。

第一步:根据获奖项目与该项目创新主体的对应情况建立向量关系,即假如获奖项目a由i、j和k3个主体完成,那么需要构建(i,j,k)、(j,k,i)、(k,i,j)的向量关系。

第二步:将向量关系导入UCINET6.0的DL Editor中,将其转化为单模矩阵A,即主体i与主体j之间的合作关系,假设该阶段有n个创新主体,则矩阵A为

(1)

式中:αij为i与j两个主体合作的总次数;αij=αji,当i=j时,数值为0。

第三步:以主体之间是否有合作关系为依据,进行二值化与对称化处理,即通过UCINET6.0中的Transform→Dichotomize和Transform→Symmetrize路径得到二值化与对称化后的创新主体合作矩阵B。

矩阵B为

(2)

式中:βij表示i与j两个创新主体是否存在合作关系,表现为βij=1或0,当创新主体i≠j且存在合作时βij=1;βij=βji,当i=j时,数值为0。

将矩阵A与B导入UCINET6.0软件,其中矩阵A应用Gephi工具软件可对各阶段创新主体合作网络结构可视化,应用NetWork和NetDraw功能对合作网络进行核心-边缘结构分析;矩阵B用于测算各阶段创新主体合作网络整体性指标、中心性指标等。

2 创新主体合作演化分析

2.1 合作度、合作率、跨类型合作率演化分析

在对建筑行业合作情况进行研究时常使用合作率、合作度来体现合作的深度和广度。本文将这两个指标引入获奖项目中,反映各年获奖项目由主体合作完成的比例及获奖项目平均合作主体数量;其中主体合作率=合作完成项目数/项目总数×100%,主体合作度=获奖主体数/项目总数[5]。建筑领域科研工作的开展包含同类型主体合作与不同类型主体合作,即高校(简称“校”)、建筑企业(简称“企”)和建筑研究院(简称“研”)3种主体之间的合作情况,通过跨类型合作率这一指标来表示不同类型主体的合作程度,其中跨类型合作率=不同类型主体合作项目数/合作项目总数×100%。分别计算各年的创新主体合作度、合作率和跨类型合作率如图2所示。

由图2可知,2007—2021年各年主体合作率处于50%～81%,平均合作率为70.04%,合作度为2.46～3.85个,整体较稳定。结果表明,在15年的演化过程中,主体多通过合作的方式完成华夏奖创新成果研究,但合作范围相对较窄。跨类型合作比例处于69%～85%,整体呈现微弱下降趋势,但仍反映当前跨类型主体合作的主流性。原因是2～4创新主体通过跨类型合作能满足项目合作所需资源供应,同时可以有效降低协调过程产生的矛盾。

图2 各年创新主体合作度、合作率、跨类型合作率

2.2 产学研合作演化分析

将创新主体产学研合作划分为2007—2011年、2012—2016年、2017—2021年3个时间段进行分析,如表1所示。数据显示,“校-企”合作模式呈现快速上升趋势,从2007—2011阶段的17.42%增加到2017—2021阶段的39.91%,第3阶段同比增长率高达78.57%;与“校-企”合作相反,“校-研”合作模式呈现快速下降趋势,从2007—2011阶段的23.21%降低至2017—2021阶段的6.26%。原因在于建筑领域“校-企”共建办学模式的不断发展,使得建筑企业为高校提供专业培训和实习平台,高校向建筑企业输送人才;研究所因为相对固定的研究范畴和技术、设备等资源的不完善使得合作有所限制。“研-企”合作与“校-企-研”合作模式在3阶段的演化中相对稳定。

表1 2007—2021年创新主体产学研合作模式演化情况

3 创新主体合作网络特征及演化分析结果

本文以2007—2021年华夏奖的1 302个合作获奖项目及相应的2 438个创新主体为数据构建各阶段(2007—2011年、2012—2016年、2017—2021年)创新主体合作网络并从整体和个体角度进行分析。据统计,3阶段创新主体合作网络共包含18 974条合作关系。

3.1 创新主体合作网络可视化分析

构建3阶段的单模矩阵A1、A2、A3,将矩阵导入Gephi工具软件进行可视化展示,由于各阶段涉及的创新主体较多,难以用图清晰地展示出来,这里仅对建立关系数超过3次(包含3次)的创新主体构建创新主体合作网络图。其中,合作网络中的节点分别表示各创新主体,节点大小表示该创新主体度的大小;连线代表主体间存在合作,连线越粗则主体间合作次数越多,具体如图3所示。

根据图3结果显示,2007—2021年3阶段合作网络演化中。

图3 2007—2021年“华夏奖”创新主体合作网络演化

(1)3阶段中心区域网络节点为建筑领域重点单位。同济大学、清华大学、中国科学研究院、中国建筑设计研究院等创新主体节点较大,处于网络中心位置且与其他主体的连线较粗,说明这些主体获奖次数、参与合作次数较多。原因在于这些创新主体为建筑领域的重点单位,在项目创新中拥有科技理论、设备以及技术优势。

(2)创新主体合作网络规模在3阶段演化中增长迅速。2007—2011年创新主体间的联系相对较少,网络较稀疏,主要为研究院和高校;2012—2016年、2017—2021年更多的创新主体参与到合作中,网络显著密切,行业内建筑企业逐渐成为华夏奖的主要创新主体。原因是2012年后建筑行业进入稳定发展状态,建筑企业将部分重心转向创新以期实现地位的稳定和成长。2020年后,在特殊时期和创建国内“大循环”背景下,国家发挥奖励机制优势鼓励创新,有效推进了建筑企业从学习先进技术角色向自主研发角色转变;同时,获奖情况作为近年来招投标竞争中的加分项,受到建筑企业的重视。

(3)创新主体在扩大华夏奖项目创新合作交流,越来越多的创新主体向一个联通子图聚集,建立起更加复杂且广泛的合作关系。原因在于:一是同济大学、中国建筑科学研究院等高校和研究院所作为早期的创新主体,“强强联合”开展创新项目合作,这部分主体在第1阶段已达成了稳定的合作关系,并根据资源和偏好选择主体进行合作;二是随着我国战略调整和建筑行业对创新能力的强烈需求下,越来越多的主体参与到华夏奖项目创新合作中,并逐步形成了自身的合作网络,但主体偏向加入已成熟的合作网络中,尤其是早期核心创新主体形成的合作网络。

3.2 创新主体合作网络整体特征分析

3.2.1 核心-边缘结构

对2007—2021年创新主体合作网络进行核心-边缘结构分析,探究经过15年的积累创新主体在华夏奖创新主体合作网络中是否存在发展不平衡的特征[13]。结果显示,2 438个创新主体分为核心、边缘2个梯队,其中核心梯队包含60个创新主体,占比为2.46%,边缘梯队占比为97.54%。分别统计核心梯队和边缘梯队的平均获奖数量及平均节点度,如表2所示。其中核心梯队的创新主体平均获得28.12个华夏奖励,边缘梯队平均获得1.68个;核心梯队的平均节点度为113,边缘梯队为6。进一步对平均节点度超过100条的创新主体进行统计,显示共有19个,其中有以同济大学、清华大学、哈尔滨工业大学为代表的高校11个,占比为57.89%。

由表2可知,创新主体合作网络存在发展不平衡现象,核心梯队以较少的创新主体数量获得了相对较多的资源,这些创新主体都是建筑领域发展前端的重点单位,其中高校在核心区域具有重要地位。主要在于核心梯队主体长期站在我国建筑行业发展前列,在长期的优质项目合作中培养了远超边缘梯队的创新水平。同时,这部分主体尤其高校作为展现行业发展水平的单位,拥有建筑行业的核心资源和技术特长,充分在行业各阶段特别是当前绿色化、智能化和信息化发展中发挥技术创新引领优势,与其他主体构建越来越多的合作联结,掌握的资源也越多。

表2 合作网络核心-边缘结构情况

3.2.2 整体性指标

选择网络密度、聚集系数、平均路径长度和中间中心势4个整体属性指标描述创新主体合作网络结构演化特征[14],如表3所示。

表3 创新主体合作网络整体性指标演化特征

数据分析对比显示,2007—2021年3阶段发展中,创新主体合作网络发生了较为显著的演化特征。整体网络密度小于0.01,创新主体合作密切程度一般,建筑项目创新主体建立更密切的联系还需要一定条件和机会。一方面在于华夏奖获奖项目的完成主体之间尚未形成稳固的合作模式,致使主体间的整体合作积极性不够;另一方面是建筑行业虽然在传统建设阶段、2014年后的高质量发展阶段,2020年后的探索卓越管理阶段产生了大量研究方向和主题,如装配式建筑、智慧建造、建筑互联网平台等,但受制于市场快速发展下的多样化需求与创新主体资源等能力不匹配问题,主体合作网络整体效能不足。

2007—2021年3阶段聚集系数分别为0.871、0.865、0.861,创新主体合作网络聚集程度较高且在演化过程中保持缓慢增加,3阶段平均路径长度分别为3.532、3.453、3.353,总体维持在3～4,演化过程中以较缓的趋势减小,创新主体平均需要通过3～4个“中介”与其他主体合作,可合作性不高。聚集系数和平均路径长度在3阶段的演化过程中严格符合聚集系数大于0.1、平均路径长度小于10,创新主体合作网络具有小世界特征并朝着更显著的方向发展。这是因为具有类似性的主体间更容易形成合作关系,如单位性质、地域位置及术业专攻等。

2007—2021年3阶段的中间中心势分别为16.50%、16.99%、17.87%,相对较低的中间中心势表明创新主体合作网络中的合作创新关系相对较平衡,网络中的位置优势和关系权力分布在多个中心节点;2012—2016阶段和2017—2021阶段分别增长了2.97%、5.18%,华夏奖主体合作网络朝着集中趋势演化,越来越多的合作创新项目开始围绕部分创新主体。原因在于华夏奖的不同研究方向和主题都有对其深入研究的创新主体。

3.3 创新主体合作网络个体特征分析

参考李树祥等[15]选取度数中心度、中介中心度2个中心性指标对网络节点进行研究,探究创新主体在网络中的影响力程度及演化情况。

3.3.1 节点度数中心度

度数中心度(degree centrality)体现某一创新主体与其他创新主体“交往”紧密程度,数值越大表明其重要性程度越高。2007—2021年3个时间段创新主体度数中心度前10名排序情况(表4)。在3阶段演化中,度数中心度数值不断上升,从2007—2011年的5.059上升至2017—2021年的7.573。在前2个阶段的前10名中有5个主体为研究院,第3阶段高校代替研究院占据核心位置。在3个时间段中,清华大学和同济大学一直保持在前3名,表明其一直与其他主体保持紧密的“交往”,在网络中有稳定且很强的“交往”能力。其他主体都具有不同程度的变动,这种变动情况表明该主体的“交往”能力随着网络中节点的增加具有不稳定性,如中国建筑科学研究院有限公司在竞争中脱颖而出占据重要位置。

表4 创新主体度数中心度演化排序(前10名)

3.3.2 节点中介中心度

中介中心度(betweenness centrality)即主体作为中介在华夏奖项目研究中承担其他主体关系建立的“桥梁”作用,用于衡量创新主体对于资源与合作的掌控能力,数值越大则创新主体掌握资源与合作的能力越强,排序情况如表5所示。与度数中心度相比,中介中心度有两点不同:一是3个时间段的中介中心度随着创新主体的增加,平均值和均值没有显著变化;二是高校在3个时间段中一直扮演着主要的“桥梁”角色,是掌握华夏奖项目创新资源与合作的中心节点。与度数中心度演化趋势相同的是,同济大学和清华大学在3个时间段中维持稳定的位置,对于资源与合作的掌控能力不易受到创新主体数量变化的影响,以中国建筑科学研究院有限公司为代表的主体在演化过程中脱颖而出。

表5 创新主体中介中心度演化排序(前10名)

综合分析3个时间段中心性指标,以同济大学为例的创新主体在演化过程中始终占据核心位置,各中心性指标排名皆靠前,原因是在建筑领域创新项目中已嵌入和铺垫好“成长”所需的合作网络关系,迅速获取自身所需资源的同时也提升了国内市场竞争力。第2阶段创新主体中心性指标排名变化尚不明显。但在第3阶段,以中建八局为例的创新主体中心性指标变化明显,这部分主体基于满足建筑行业市场化发展或卓越管理的优势,在华夏奖项目中取得了较多的荣誉,超越了部分发展前列主体,表明了建筑行业需求类型在不断变化和发展。综上可知,工程建筑领域单位在2017年以后的竞争加剧,技术创新和人才需求增加。

4 结论与建议

4.1 结论

本文基于2007—2021年“华夏建设科学技术奖”获奖数据,应用社会网络分析法研究创新主体合作状况,对创新主体合作网络结构、整体特征、个体特征演化(2007—2011年、2012—2016年、2017—2021年3个阶段)情况进行研究,并初步得出结论。

(1)华夏奖获奖项目主要由主体合作完成,团队通常选择由两三个跨类型创新主体组成;在建筑领域“校-企”共建办学模式的不断发展及研究院研究范畴的限制下,“校-企”合作数量迅速增加成为2017—2021阶段产学研合作的主要方式。

(2)创新主体合作网络3个阶段演化显示,行业内建筑企业逐渐成为华夏奖的主要创新主体。创新主体在扩大项目创新合作交流过程中向一个联通子图聚集,形成更加复杂的合作网络。

(3)从整体角度,创新主体合作网络存在发展不平衡现象,核心梯队以较少的创新主体数量获得了相对较多的资源,这些创新主体都是建筑领域发展前端的重点单位;在3个阶段的演化过程中,合作网络规模持续扩张,网络密度不断降低,不断加入的主体还需要时间建立起紧密的合作关系;聚集系数和平均路径长度演化结果表明,合作主体中存在“小世界”并朝着更显著的趋势发展。

(4)从个体角度,以同济大学、清华大学为代表的创新主体在合作网络中演化中一直保持着很强且稳定的“交往”能力,承担多数主体间联系的“桥梁”作用。以中建八局为代表的创新主体基于满足建筑领域市场化发展或卓越管理的优势,在华夏奖项目中取得了较多的荣誉,在2017—2021阶段超越了部分发展前列的创新主体。