高铁直通、知识溢出与协调发展

李沅曦 李秀珠

1（北京大学政府管理学院，北京 100871）

2（福建农林大学经济与管理学院，福州 350002）

引言

交通基础设施建设是区域创新网络的重要决定因素，交通基础设施的网络属性为要素流动提供了基础，加快沿线区域知识溢出，促进创新网络的完善［1－3］。截至2022 年底，我国高铁里程已经超过4.2 万公里。以往研究关注到了高铁开通对知识溢出的重要影响，大量研究结果表明高铁开通促进沿线城市及周边非高铁城市知识溢出，带动创新数量与质量的增长［4－6］。高铁直通对于知识溢出积极作用的距离范围、时间滞后性、作用机制等也得到了充分的探讨［7－9］。然而，高铁直通带来的知识溢出趋于均衡还是极化，知识溢出的增加是否意味着城市间差距的缩小？

有研究认为高铁开通有利于缩小区域差距，高铁促进知识从发达区域流向落后区域，带动落后区域创新发展［10－12］；也有研究认为高铁开通加剧了区域不均衡，知识从非高铁城市向高铁城市流动，从落后区域向发达区域流动［6，8，13－15］。由于数据可得性等问题，过往研究大多以一个城市高铁开通而非城市间高铁直通为研究对象；以创新成果的变化来间接反映知识溢出，无法清晰展现两个城市间高铁与知识溢出之间的关系，难以厘清高铁直通后城市对其中的哪一个城市获益更多，城市对知识溢出差距是扩大还是缩小。

本文利用高铁直通数据、中国国家知识产权局专利数据和中国城市统计年鉴数据，构造包含2003～2022 年我国80940 个城市对的面板数据，通过双重差分法考察高铁直通如何影响城市间知识溢出差距。实证研究发现，高铁直通很大程度上加剧了城市间知识溢出差距，仅在高经济发展水平、高创新水平和高知识吸收能力的两个城市之间缩小溢出差距。本文在内容方面，剖析高铁直通对城市间知识溢出差距的影响，分析城市发展水平、城市知识吸收能力在其中起到的作用以及地理距离和经济距离的影响，并探讨不同城市群能否通过高铁建设加快协调发展，为交通基础设施作用、空间知识溢出、区域差距方面的研究提供了新的经验证据。实证方面，本文将专利引用数据与高铁直通数据进行匹配，构造城市对层面的面板数据，通过城市间专利引用数据作为可观测的知识溢出信息，赋予知识溢出方向性，从而能够观测知识溢出差距的变化，与过往研究中对知识溢出的间接表示相比更具解释力。

1 文献综述

知识跨区域溢出最重要的影响因素是地理距离。Marshall（1920）［16］最早探讨了知识溢出的本地化特征，这一概念被发展为Marshall－Arrow－Romer模型［17］，认为知识溢出受益于地理上的集中。地理上的接近有利于主体之间相互接触，促进信息交流，尤其是隐形知识的溢出。随着距离的增加，隐形知识的传播受到影响，进而影响了显性知识的吸收和利用，知识溢出被削弱［18，19］。由于知识溢出的地理距离衰减特性［16，18］，面对面交流对于知识的生产尤为重要［20］，而交通基础设施的建设和完善有利于加强地区间的可达性，加速知识要素的跨地区流动［21］。高铁作为连接我国主要城市的重要交通基础设施，大大提升了城市间的可达性，高铁的时空压缩效应缓解了地理距离衰减的影响，扩大了知识溢出的范围［22，23］。如图1 所示，高铁开通之后，知识溢出的地理范围扩大，强度增加。原先存在知识溢出的城市之间产生更多的溢出，原先不存在溢出的远距离城市间开始发生溢出。在新经济地理学理论中，核心区的知识禀赋优于边缘区，因此在早期的模型中往往认为创新发生在核心区，知识由核心区向边缘区溢出，但目前边缘区对核心区的溢出已经在理论和实证研究中得到了充分研究［24］。高铁开通增加了核心区向边缘区的溢出，同时增加了边缘区向核心区的溢出，那么，二者增加的强度是否相同？知识溢出的差距是否发生变化？

图1 高铁开通前后知识溢出变化示意图

现有文献对高铁开通的溢出效应展开了充分的研究。刘芳（2019）［4］利用空间计量方法发现高铁通过提升携带知识的劳动力流动促进城市创新，高铁城市的创新增长对周边区域的创新活动产生溢出效应。余泳泽等（2019）［7］认为高铁开通带来的时空压缩效应促进了经济集聚、区域间合作与贸易以及企业间学习的增加，带来了技术创新的溢出。Sun 等（2021）［5］发现旅行成本的降低使得高铁网络中的城市创新水平显著提升，且高铁带来的技术知识的溢出对于合作的、激进的创新以及技术较为复杂的行业的创新具有更显著的推动作用。叶翀和邵博（2022）［9］利用省级面板数据分析高铁对中国省际知识溢出的影响及其作用距离。这些研究都通过一个城市是否开通高铁来探讨高铁对知识溢出的影响，无法对知识溢出的实际方向、高铁连通的两个城市受到影响的差异、不同城市对受到影响的差异等进行衡量和探究。近年来，越来越多研究以城市对之间是否连通高铁展开更为深入探讨。申文青（2019）［25］以沪宁城际高铁为例，分析沿线城市间研究合作和技术溢出的增加。Dong 等（2020）［26］利用论文合作数据论证了高铁连通之后城市间通勤时间的减少降低了面对面互动的成本，提高跨城市论文合作，甚至带来科研人员在高铁城市之间的迁移。黄新飞等（2023）［6］发现高铁开通增加了面对面交流的机会和对外开放程度，国内和国际知识溢出的增加进而有利于高铁城市创新质量的提升。由于公共研发部门创新成果的公共品特性，易巍等（2021）［8］通过我国高校之间专利知识溢出数据来探究高铁开通对公共研发部门知识溢出的影响。

高铁开通促进知识溢出已经得到共识，然而知识溢出的增加是否能够缩小城市间的差距，带来城市间的协调发展？一部分研究认为高铁网络的发展有利于缩小区域差距。何凌云和陶东杰（2020）［11］发现，高铁的开通压缩了沿线城市之间的时空距离，降低了节点城市与非节点城市之间空间溢出的障碍，对于高铁沿线非节点城市的创新水平具有显著促进作用。Wang 和Cai（2020）［10］提出高铁通过增加研究合作的渠道影响城市创新，核心城市向边缘城市溢出，缩小了创新的差距。王春杨等（2020）［12］发现高铁促进创新知识由东部地区向西部地区流动、由大城市向中小城市流动，有利于缩小区域创新差距。然而，更多的研究认为高铁加剧了区域不均衡。卞元超等（2019）［13］认为高铁的开通增强了发达地区和欠发达地区之间的联系，欠发达地区知识要素的流失高于所接收到的溢出，发达地区与欠发达地区之间的创新差距进一步增大。杨思莹和李政（2020）［14］认为高铁开通有利于高铁城市之间创新的均衡发展，而高铁城市与非高铁城市创新的二元化则进一步加剧。黄新飞等（2023）［6］证明了高铁带来的知识溢出存在发达地区与欠发达地区之间的不对称性，高铁开通降低要素流动成本导致发达地区对欠发达地区产生虹吸效应，欠发达地区由于各项设施的不完备难以有效吸收高铁开通带来的潜在外部知识。本文在现有文献的基础上，聚焦于高铁直通的城市对，利用具有方向性特征的专利引用信息来表征我国城市间知识溢出的均衡化趋势，探究高铁直通是否能够带来基于知识溢出的协调发展。

2 研究设计、变量和数据

2.1 模型设定

本文将城市间直通高铁视作准自然实验，构建双重差分模型以控制内生性因素，包括城市对层面的差异和年份层面的差异。将实现高铁直通的城市对作为处理组，尚未实现直通的城市对作为对照组，观测高铁直通前后处理组和对照组城市间知识溢出差距的差异性影响。城市对层面与年份层面的双向固定一定程度上也剔除了不可观测因素的干扰，缓解了内生性问题。变量取对数处理。

本文模型设定如下：

其中，被解释变量citationgapijt为城市间知识溢出差距，代表在第t年城市i对城市j的知识溢出和城市j对城市i的知识溢出的差值。解释变量hsrijt为城市间高铁直通变量，如果城市i和城市j在第t年实现高铁直通，则高铁直通后取1，否则为0。X为控制变量，以城市i和城市j之和的形式体现。δij为城市对i－j的固定效应，θt为年份固定效应，εijt为随机扰动项。

2.2 数据

本文选取2003～2022 年我国285 个地级以上城市共80940 个城市对构建城市i－城市j－年份t的面板数据。

（1）被解释变量。本文使用专利引用数据以代理知识溢出，数据源于《中国国家知识产权局专利数据库》。①选取发明专利作为研究数据。发明专利是技术研发过程中的新进展和新成果，体现了城市知识和技术的积累；②对20 年间14179647条发明专利引用数据按照城市i－城市j－年份t进行加总，得到80940 个城市对×20 年的总样本；③对同一年份中城市i－城市j和城市j－城市i专利引用量的差值取绝对值，表示城市间知识溢出差距，通过差距的变化来观察高铁直通后城市间知识溢出呈现均衡化发展还是极化发展趋势。

（2）核心解释变量。根据中国国家铁路局《高速铁路设计规范》 和国家发改委《中长期铁路网规划》 的定义，高铁包括时速250 公里以上和部分时速200 公里的客运专线铁路。2003 年秦沈客运专线的开通运营标志着中国铁路进入高速化时代。2004 年《中长期铁路网规划》 中“四纵四横”的高铁网络于2016 年基本实现，中国高铁网络建设逐渐转向“八纵八横” 的时代。截至2022 年底，中国高铁运营里程达到4.2 万公里。本文将位于同一高铁线路上的城市对视为高铁直通城市对。

（3）控制变量。本文首先控制城市经济发展因素，包括人均GDP、第二产业占比、人口、工资。其次控制创新因素，包括发明专利申请数量、科技支出水平、大学数量。控制可能影响城市间知识溢出的其他因素，包括规上工企数量、人均道路面积、外商直接投资。最后控制其他交通基础设施的影响，包括公路客运量和民用航空客运量。其中，发明专利申请数量来自于《中国国家知识产权局专利数据库》，筛选各年份各城市的发明申请专利进行加总。其余变量均来自《中国城市统计年鉴》。参考Wang 和Cai（2020）［10］，将城市i和城市j数据加总处理。

3 实证分析

3.1 基准回归结果

本文通过构建双重差分模型来评估高铁直通对城市间知识溢出差距的影响，估计结果如表2 所示。列（1）控制城市对固定效应，列（2）加入年份固定效应，列（3）～（6）依次加入控制变量。本文发现，主要解释变量所有回归结果均为正，且在1%的显著性水平上显著，这说明城市间高铁直通显著地增加了城市间知识溢出差距。高铁直通并不一定带来城市间协调发展水平的提升，知识溢出差距扩大可能导致城市间极化程度加剧。高铁直通对知识溢出和经济溢出存在类似的现象，高铁城市间的竞争效应和中心城市对外围城市的虹吸效应使得城市间的二元化更加明显［28］。高发展水平城市在长期的创新积累过程中形成了先进的创新集群，拥有前沿的技术和知识以及良好的创新氛围。在现有完善的知识体系和技术研发流程的基础上，通过增加与其他城市的联系以获取所需要的创新要素，并将这些要素内化为自身的创新资源。相较之下，低发展水平城市的制度环境和研发基础并不完善，高技术水平的企业、研究机构等较少，不利于知识的传播与人才的流动，不能为流入的创新要素提供最大化发挥其作用的环境。因此，高铁直通可能会导致知识向发展水平更高的城市溢出，城市间知识溢出差距进一步拉大，成为协调发展的阻碍。

表1 变量的描述性统计

表2 基准回归结果

3.2 平行趋势检验

本文识别了高铁直通对城市间知识溢出差距的因果效应，但可能存在反向因果的内生性问题。本文借鉴黄新飞等（2023）［6］的研究，利用事件分析法对该问题进行平行趋势检验。在模型（1）中引入城市间实现高铁直通相对时间的虚拟变量，将其与城市间是否直通高铁的虚拟变量作交互项，检验交互项的估计系数。模型设定如下：

其中，hsrij（t＋n）为一系列虚拟变量，代表城市间高铁直通的第n年。具体来看，t表示两个城市直通高铁当年，如果n是正数，则代表高铁直通后的第n年，如果是负数，则表示高铁直通前的第n年。本文样本时间范围内高铁直通最早和最晚的年份分别为2003 年和2022 年，由于两端样本较少，将n＜－7的均归为－7，将n＞6 的均归为6，因此n取值为－7与6 之间。图2 显示了城市间知识溢出差距的动态趋势，结果表明，高铁直通之后城市间知识溢出差距受到了显著的影响，而在此之间各个城市对知识溢出差距的变化趋势没有显著差异。

图2 平行趋势检验

3.3 安慰剂检验

本文通过安慰剂检验分析估计结果是否受到遗漏变量、随机因素的干扰。通过随机筛选直通高铁的城市对并随机产生高铁直通年份，构造年份－城市对两个层面的随机实验，通过随机实验得到的虚假估计系数来判断基准回归结果的可靠性。随机实验重复500 次以增强安慰剂检验的效理，最终得出核心解释变量hsrijt虚假估计系数分布图。根据图3，双重差分项的虚假估计系数分布在0 附近且呈现正态分布，因此不存在严重的遗漏变量问题，符合安慰剂检验的预期，基准回归结果稳健。

图3 安慰剂检验

3.4 长差分－工具变量检验

本文参考王春杨等（2020）［12］和易巍等（2021）［8］的做法，利用1962 年各个城市铁路开通数据作为工具变量。历史铁路开通数据对于当前高铁开通现状产生影响，但并不影响城市间知识溢出，符合工具变量的相关性和外生性前提。由于工具变量不随时间变化，本文参照Dong 等（2020）［26］构造2003～2022 年的长差分方程：

其中，qcitationgapij，2003～2022衡量了2003～2022年城市间知识溢出差距的变化，qhsrij，2003～2022衡量2003～2022 年间城市对是否实现高铁直通。本文对随时间变化的控制变量Xij做差分处理得到qXij，2003～2022，控制城市对固定效应。借鉴Faber（2014）［29］和Agrawal 等（2017）［21］的研究，同时控制2003 年的区域间知识溢出差距citationgapij，2003和一系列控制变量Xij，2003。回归结果如表3 所示，列（1）为OLS 结果，列（2）为工具变量回归结果，核心解释变量均在1%显著性水平下正显著。根据长差分检验结果，城市间高铁直通显著增加了城市间知识溢出差距，印证了基准回归结果。

表3 长差分－工具变量检验结果

4 高铁直通对城市间知识溢出差距的异质性影响

4.1 异质性分析

（1）不同发展水平城市异质性分析。本文通过经济发展水平和创新发展水平将各个城市划分为高发展水平和低发展水平两种类型，进而城市对呈现出高－高、高－低、低－低3 种组合类型。其中，每年GDP 前30%的城市视为高经济发展水平城市，每年发明专利申请量前30%的城市视为高创新发展水平城市。根据表4 列（1）和（4）结果显示，发展水平为高－高组合的城市对在1%的水平下负显著，而其他列结果表明高－低组合和低－低组合的城市对均呈现正显著。由此可见，只有当两个城市发展水平接近且均处于较高水平时，高铁的直通才能缩小城市间知识溢出的差距。相反，在发展水平差异较大的城市对之间，高铁直通强化了高水平城市对低水平城市的虹吸作用，扩大了知识溢出差距；在低水平城市之间，高铁直通促进了原先不存在溢出的城市间开始出现溢出现象，进而产生了知识溢出差距。这一结果与高铁开通对经济溢出的结果相类似，发展水平相近的区域间会产生更为积极的溢出，而较为落后的地区往往会产生低溢出或负溢出［30］。因此，通过高铁直通促进协调均衡发展的前提是提高高铁城市的经济发展水平和创新发展水平。

表4 经济发展水平和创新发展水平异质性分析

（2）不同吸收能力城市异质性分析。吸收能力是一个城市利用外部知识并进行模仿和创新的能力，吸收能力强的区域能够更好地内化知识溢出［31］。本文通过城市引用外部城市专利的总量衡量其吸收能力，取一年中吸收能力前30%的城市作为高吸收能力城市，同样将城市对划分为高－高、高－低、低－低3 种组合类型。如表5 所示，高铁直通对两个具有高知识吸收能力城市间的知识溢出差距影响较弱，而对于高－低型城市对和低－低型城市对具有较强的影响。

表5 知识吸收能力异质性分析

4.2 单一高铁线路检验

选取单一高铁线路对高铁沿线城市知识溢出差距变化情况进行分析。京沪高铁途径北京市、天津市、济南市、南京市、苏州市、上海市等发展水平较高的城市，连接京津冀城市群和长三角城市群两个我国最发达的城市群；沪昆高铁贯通华东、华中、西南地区，连接长三角、长江中游、黔中、滇中等发展水平各异的城市群；徐兰高铁主要在河南省、陕西省和甘肃省境内，沿线城市发展水平较低。3 条高铁线路反映了上述3 种城市对类型。根据表6 结果显示，京沪高铁沿线城市之间知识溢出差距呈现缩小趋势，城市间知识溢出趋于均衡化，有利于城市之间相互利用其他城市的知识实现协调发展。沪昆高铁检验结果为1%水平下的正显著，高铁直通促进高水平城市更好地吸收知识溢出，知识向高水平城市净流出，城市间知识溢出差距加大。这一结果与易巍等（2021）［8］和黄新飞等（2023）［6］提出的知识由西部地区向东部地区净流动相一致。徐兰高铁显著性水平较低，在低水平发展区域内，高铁直通对知识溢出差距的影响低于城市发展不均衡的区域。

表6 单一高铁线路检验结果

4.3 距离的影响

不同城市对之间的空间距离有所不同，距离的差异对高铁直通的作用产生影响。因此本文构造高铁直通与距离的交叉项，探索距离在其中的影响：

本文分别对地理距离和经济距离的影响进行检验。表7 列（1）为地理距离检验结果，回归系数在1%水平下负显著，意味着高铁直通对知识溢出差距的影响受到地理空间的限制。随着地理距离的增加，高铁直通对城市间要素流动的作用减小，因而对远距离城市间知识溢出差距变化的作用也随之减小。列（2）为经济距离检验结果，经济距离由两个城市GDP 的差值表示，结果在1%水平下正显著。经济距离越大，两个城市间的发展水平差异越大，知识资源倾向于通过高铁流向经济水平高的城市，高铁对知识溢出差距的放大作用进一步加剧，这一结果与上文分析相一致。

表7 距离影响检验结果

4.4 城市群协调发展

城市群是我国经济增长和高质量发展的核心区域，承载了我国绝大多数的人口、经济活动和创新活动。2021 年的“十四五” 规划要求每个城市群形成多中心、多层次、多节点的城市网络。城市群的一体化发展特征降低了城市群内知识溢出的壁垒和成本，为我国城市间知识溢出提供良好的环境，有利于城市群内知识成果共享，促进城市群内的城市协调发展。由于城市群内各个城市间关系较为紧密，高铁直通对远距离城市的影响可能与对城市群内部城市的影响并不相同。本文以各个城市群内部城市为样本分别检验高铁直通对城市间知识溢出差距的影响，检验结果如表8 所示。（1）以京津冀城市群为例，城市间发展差距较大的城市群受到高铁直通的影响较为显著，高铁直通扩大了城市间知识溢出的差距，创新资源更多地向城市群内中心城市集聚，核心－边缘发展结构更为明显；（2）以珠三角城市群为例，城市间发展差距较小的发达城市群因高铁直通而加速知识要素流动，城市间差距进一步缩小，发达区域内的高铁建设有利于推进区域协调发展；（3）以黔中城市群为例，相对落后的城市群受到高铁直通的影响不显著。

表8 城市群检验结果

5 结论与建议

高铁开启了我国交通史上的新时代，高铁网络的完善极大地压缩了时空距离，加速了区域间要素流动，改变了资源配置格局。本文构造2003～2022 年80940 个城市对的面板数据，利用双重差分法探究城市间高铁直通对城市间知识溢出差距变化的影响，得出以下结论：（1）高铁直通扩大了城市间知识溢出差距，知识要素分布的不均衡性加剧；（2）城市特征对高铁的知识溢出效应产生影响。两个高发展水平城市间的知识溢出差距随着高铁直通而缩小，而高水平与低水平城市间、低水平与低水平城市间知识溢出差距因高铁直通而扩大；（3）地理距离和经济距离制约了高铁对知识溢出差距的影响；（4）高铁直通的作用在不同城市群内部具有异质性。对于内部发展不均衡的城市群，高铁直通加剧了资源要素向中心城市集中，强化了城市群的核心－边缘特征。对于城市间发展水平相当的发达城市群，高铁直通进一步加强了城市间联系，有利于共同发展。

本文实证检验了高铁直通对城市间知识溢出差距的作用，为基于知识溢出的协调发展提供政策启示。（1）核心结论认为高铁直通扩大城市间知识溢出差距，知识要素在高水平城市集聚的趋势更为明显。应当充分考虑低水平城市可能受到的负面影响，避免低水平城市陷入集聚阴影。配套执行相关政策，加强对低水平城市的财政支持，积极引进人才和技术，提升创新环境和市场化水平，推进低水平城市更好地承接和吸收来自高水平城市的知识溢出。深入挖掘低水平城市的创新潜力，发挥其禀赋优势，最大化利用高铁直通带来的资源；（2）高水平城市间高铁直通加速知识要素流动，要素流动趋于均衡。应当进一步推进高铁网络建设，增加发达城市间的高铁车次，促进前沿领域知识交流与合作，提升创新成果的数量和质量；（3）高铁直通对不同城市群内城市间知识溢出差距具有不同的影响。各个城市群应当有针对性地指定差异化政策，以促进城市群协调发展。对于均衡发展的城市群，加强城市群内高铁建设，利用高铁进一步加强城市群一体化水平，提高城市群内部各个城市互联互通程度，实现城市群内的创新协作和资源共享。对于极化发展的城市群，对落后城市提供政策倾斜和优惠，引导资源、要素向落后城市转移，避免城市群内优质资源集中于个别发达城市。