基于三螺旋模型的上海區位-產業類型-產業垂直關聯的實證分析

王 煒，羅守貴

（上海交通大學 安泰經濟與管理學院，上海 200030）

1 三螺旋模型的研究進展

1.1 三螺旋理論與應用研究

在知識經濟背景下，Etzkowitz等［1-3］把三重螺旋模型引入創新系統的研究，以分析大學、產業和政府（官產學）三者之間的互動關系，認為大學、企業和政府的“交迭”才是創新系統的核心單元，其三方聯系是推動知識生產和傳播的重要因素；在將知識轉化為生產力的過程中，各參與者互相作用，從而推動創新螺旋上升。Leydesdorff等［4-6］在網絡、論文、專利等知識領域，用定量方法測度大學、產業和政府之間的三者互動關系。更進一步，Storper［7］利用遞歸的重疊維恩圖解提出“三位一體”理論，認為技術、組織和地域3個維度相互或部分重疊，由此產生一個新世界，這個世界以關系密度出現，而且當關系密度在區域內形成時，就能發展為競爭優勢。在“三位一體”理論基礎上，Leydesdorff等［8］把地理、技術和組織作為3個相互獨立的變異來源，認為這3個變異來源相互交迭，減少了不確定性，能夠解釋知識基礎的配置，因此，他把地理、技術和組織的關系作為三重螺旋模型研究知識基礎問題。Leydesdorff等［9-11］對荷蘭、德國和匈牙利的知識基礎進行了測量，得出具有啟發性的結論——中技術比高技術更有利于區域知識基礎的積累，因為高技術趨向于分解區域內的知識基礎。該方法相對以往測度經濟知識基礎的理論不僅在方法論上進行了創新，提出與原思路完全不同的分析工具，而且該方法能夠解釋知識配置和系統進化的動力問題。

上述三重螺旋的研究在理論上仍在不斷地推進，按照系統論的觀點，其基本原理就是3個子系統之間相互關聯，相互作用，彼此相互推動，是系統動態演化的過程，如圖1所示。即當一個復雜系統由子系統A、B、C構成時，3個子系統之間不僅兩兩之間會發生相互作用，而且三者之間也會同時發生相互作用。這種系統的構成不僅更加復雜，同時也增加了系統的穩定性。一種情況是，在某個階段，如果3個子系統中某一個子系統處于弱發育狀態，其他2個子系統可能對這個弱發育階段的子系統具有“推”和“拉”的作用，從而使其度過“難關”，恢復正常的演化序列；另一種情況是，當某一個子系統處于“亢奮”的強演化狀態時，它會受到其他2個子系統的抑制，即“拖”或“壓”的作用使其保持平穩，從而避免無謂的消耗系統的總體能量。總之，3個子系統通過它們之間更加豐富的多維空間中的“支點”、“平衡砝碼”、“伸縮架”等進行響應性調節，從而使系統演化穩定和富有成效。

圖1 三螺旋中三鏈互動演化過程

相對于國外較早開展的三螺旋模型的研究，國內相關研究剛起步，但已經形成了比較豐富的成果。方衛華［12］首次介紹了創新三螺旋的概念起源、主要事件和主題內容，并重點探討了該理論在公共創新政策方面的指導作用。齊善鴻等［13］基于三螺旋創新模型的架構分析中國創新戰略演進。周春彥等［14-15］提出了大學-公眾-政府組成的可持續發展三螺旋理論體系；他還基于非線性理論模型提出了三螺旋場與三螺旋循環的創新三螺旋。在三螺旋外延式研究方面，鄒波等［16］從區域創新三螺旋的組織結構和運行機制2個維度探究了兩者的協同演化，指出“組織結構決定了運行機制的重點和深度，運行機制通過合力作用影響了組織結構的具體形式”。蔡翔等［17］對創新三螺旋理論的適用性進行了分析，認為三螺旋創新理論對區域創新在知識經濟時代更加具有說服力，三螺旋理論所持的“知識的多價性本質”觀點決定了不同創新主體在知識經濟時代的多重作用。王成軍［18］介紹了三螺旋計量模型，包括Leydesdorff的TH 算法等。針對創新三螺旋提出的創新主體新組織形式，潘東華等［19-20］從主體間的合作與交流活動角度，提出三螺旋接口組織的概念，并構建三螺旋接口組織的知識轉移框架。在區域發展方面，齊善鴻等［21］利用三螺旋創新理論分析了中國1949 年以來的創新戰略演進，認為政府創新的三元互動趨勢、大學創新的科研與創業趨勢以及產業創新的國際化趨勢將成為中國創新戰略的3條主線。王如東［22］以江蘇工業園區為研究對象，指出大學是創意城市的智力源泉，產業是創意城市的實踐基地，政府是創意城市的規劃者和推動者。劉元芳等［23］基于創新三螺旋理論開展我國創業型大學構建的理論研究。張秀萍等［24］探討了三螺旋模式下創業型大學的管理模式機制。牛盼強等［25］以技術、組織和區域關系三重螺旋模型理論為基礎，提出了測量我國經濟知識基礎3個指標，并采用熵值法、系統聚類分析對我國各省市經濟知識基礎進行測量和分類。

上述研究表明，三螺旋框架和相應的方法在創新領域的應用已經比較廣泛，表明其在分析3個相互關聯的主體及其相互關系的演化中的適用性和有效性。

1.2 區位與產業垂直關聯研究

產業區位、產業類型與產業垂直關聯研究是本文的重要基礎，這方面的研究成果比較豐富。劉劍等［26］運用區位基尼系數和區位熵對我國農藥制造業的區域集聚狀況進行實證分析，結論是我國農藥產業集聚程度與產業增長呈現出較強的正相關性。邵元軍等［27］基于產業區位理論，以綜合區位熵作為小麥產業區位度的衡量。采用擴展的生產函數模型，對河南省小麥產業的區位動態變化進行了實證分析。吉粉華［28］按照不同區位和產業的國際化特征，構建了共享產業-國際化區位鏈模型，從而形成產業-區位矩陣的各種組合。韋鐵等［29］運用區位熵理論及灰色預測模型，分析和探討廣西主要產業發展狀況及未來發展趨勢，并提出新形勢下廣西產業優化發展的思路。羅守貴等［30］對多媒體產業布局和企業區位決策之間的關系進行空間相關分析。王碩等［31］運用中國省際面板數據，通過區位熵指標的測算擬合了生產性服務業集聚與制造業集聚的相關程度，并通過聯立方程模型實證檢驗了兩者的互動效應。周建華［32］從微觀企業層面入手，研究了產業內集聚和垂直關聯產業溢出對企業效率的影響。實證發現，產業內集聚對企業效率有顯著的正效應，垂直關聯產業溢出也對企業效率有顯著的促進作用。

顯然，產業區位（產業布局）與產業的垂直關聯存在內在關聯。現有的對兩者關系的研究主要集中在經濟地理學領域。其對經濟地理學的空間分析方法十分有效，但對兩者經濟聯系的耦合關系研究并不充分。

1.3 產業價值鏈與產業垂直關聯研究

有關全球價值鏈的經典文獻中，Gereffi［35］認為，在全球價值鏈（Global Value Chains，GVC）框架下，應該從2個角度分析全球經濟，從上而下的角度來看，即自治理型的全球價值鏈（領導型的公司是焦點）有5種價值鏈結構（市場化、模塊化、關系化、被俘獲性、多層化）；從下而上的角度來看，如何從低價值活動升級到高價值活動為主要思想（升級：在全球生產網絡中，從低價值活動轉移到高價值活動），并分析了中國以及墨西哥產業升級的成功案列。Chen［36］指出上下游之間的信息共享融合有益于GVC。Zou［37］在全球價值鏈框架下引入技術能力方法來揭秘公司內部如何運作的黑盒，分析了公司3種能力，即獲知能力、吸收能力、創新能力，決定企業升級的因素包括上下游產業結構、產業特征、領頭羊企業和當地企業能力等。Haakonsson［38］以高技術醫藥產業為例，將價值鏈分為3種類型：生產者驅動型的品牌產品、消費者驅動的高質量非專利藥物以及無驅動型的低價值非專利藥物。他認為垂直整合的技術密集型的跨國公司占據著醫藥行業，這些公司在本產國保持銷量，很少投資于更大的市場。但隨著WTO 的深入，醫藥行業變得更加全球化。Beltramello等［39］研究了處于價值鏈中不同位置的上下游企業的出口表現，尤其是中間產品如何決定企業最終產品的競爭力。

在產業垂直關聯方面，Jabbour等［40］使用西班牙1990～2000年的企業數據，分析了水平FDI和垂直FDI的“溢出”作為技術升級的有效渠道對全要素生產率的影響，認為國內外技術水平差異決定“溢出”效果。并認為水平溢出影響甚微的原因是國內外企業均為同行業的競爭者，垂直溢出能起良性作用的原因是國外企業更希望其垂直向后關聯的當地供應商和其垂直向前關聯的最終產品生產商都能夠提高技術水平，所以研究垂直關聯對產業升級更為關鍵。在服務業和當地制造業中，Mariotti等［41］通過回歸方法驗證跨國服務型企業通過垂直向前關聯和垂直向后關聯方式如何影響當地制造型企業的生產率。一方面，跨國企業通過不斷增長的需求來影響當地供應商；另一方面，通過參與當地服務行業來激勵當地消費型公司。Ivarssony等［42］以宜家作為零售型企業在消費者驅動的產業鏈中，通過各種方式促進其上游供應商的技術升級。Ping等［43］用兩層寡頭模型來解釋跨國公司和本地供應商之間的關系是如何影響當地產業的向后關聯。Kiyota［44］研究決定日本制造型企業前后向垂直關聯的因素，發現未觀察到的企業特征可以解釋向后關聯的變動，而外資分公司對當地采購有著正面和非線性的影響。Bitzer等［45］運用OECD國家的產業級數據研究跨國公司水平和垂直溢出的重要性，結論是所有國家均有向后關聯的溢出，但CEEC國家向后關聯的溢出效應大于OECD國家。Liu等［46］分析了水平溢出、向后垂直溢出和向前垂直溢出對中國各類企業的正面和負面影響。Duch［47］研究了歐洲企業合并的影響，并分析了產業的組織結構和區位對于垂直鏈的勞動力分布影響。Wang［48］以加拿大產業為例，分析FDI如何通過向前和向后的產業間關聯來影響全要素生產率TFP，并指出企業吸收能力提高可以加速FDI通過前向產業關聯促進TFP 的提高。而在科研型企業中，FDI通過產業鏈對TFP的影響甚微，同時，進口對TFP的提高有促進作用。

上述研究表明，從全球價值鏈角度考察，產業的垂直關聯反映了企業參與全球產業分工過程中的豐富內容，既包括技術溢出、生產要素的空間配置，又包括市場的空間選擇。在現有的文獻中，與1.2中的產業區位之間的關系研究也十分豐富。但尚未見到以三螺旋原理和方法的研究成果。

1.4 小結

三螺旋模型創立以來，經過了國內外學者的不斷拓展與深化，其應用領域不斷增加。目前較多地用于分析創新過程3個不同系統的相互作用。在區域產業發展過程中，企業對區位的選擇以及通過前后向聯系即垂直關聯推動產業結構升級及績效的提升也多有研究。但在現有的文獻中，未有將三螺旋模型用于2個中觀維度的系統即產業類型和區位，以及將兩者相結合的產業空間垂直關聯的實證研究。本文通過搜集上海17個區縣微觀企業級數據，該數據庫涉及企業區域分布、企業所屬產業類型、產業鏈的前后端企業區域分布等數據，將三螺旋理論框架應用到區位、產業類型與產業的垂直關聯的復合系統中。從現實意義看，該研究揭示了上海作為國際大都市，在產業結構轉型和空間結構調整中的績效表現，從而為相關的決策提供科學依據。

2 三重螺旋的基本框架及本文的理論依據

2.1 三螺旋模型算法

Shannon［33］將隨機數X概率分布的或然熵H（平均信息量）定義為

多維度下的或然熵H可由增添變量的適當范式化后進行測量。對于兩維變量空間下的對數運算，可由信息的單位比特進行測度，H xy為二維變量分布下的不確定性信息量，表達式為

二維協同信息等價于不確定性的轉接，即

在極限情況下，x與y獨立，則T xy＞0或H x+H y=H xy；在其他情況下，T xy＞0，在二維變量空間中，T xy作為協同信息量表示x與y的相關程度，T xy值越大，x與y的相關程度也越大，或者說兩者融合或耦合度越大（x和y可以相互表示）。由此，原來由x與y單獨表示的不確定信息量H x+H y，由于x與y存在相關性，x與y二維空間所表示的不確定信息量實際上是H xy，故H xy≤H x+H y。即2個變量可能存在相互關聯，這會導致這2個變量組成的二維不確定信息有所減少。

將三維協同信息的轉接量［34］定義為

式中：P x為事件x的概率；Pxy為x和y事件同時發生的概率，其仙農運算表達式為

在三維變量空間下，情況就發現了變化。相對于二維空間，三維空間無對稱性，第三維變量可能擾亂二維變量間穩定的相關性，所以三維變量總疊加的效果可能是促進或抑制的。隨著維數的增加，第N+1維變量可能對原有N維空間的相關性起著促進或抵消的作用。由此，H xyz前面符號為正號，T xyz最后的計算結果可能為正或負，這取決于第三維變量是促進還是削弱二維變量間的相關性。為保持仙農通信數論一致的結論，規定在三螺旋中，若促進了相關性，則T xyz≤0；若削弱了相關性，則T xyz≥0。

推而廣之，對于偶數維空間（2N）與奇數維空間（2N+1），由于最后一個加數的符號發現交替的變化，對T的解釋是相反的。對于偶數維空間（2N），T的正值越大，表明變量間融合或耦合度越大；而對于奇數維空間（2N+1），T的負值絕對值越大，表明變量間融合或耦合度越大。

圖2 三者交互關系示意

2.2 產業垂直空間關聯的理論依據

按照區位論的基本原理，企業在空間上的微觀布局受到城市級差地租的影響，中心城區與郊區或兩者之間的過渡區域對不同類型產業的影響有很大不同。例如，高附加值的現代服務業可能布局于CBD（中央商務區），占地面積大、附加值低的企業可能布局于遠郊區。不難理解，將產業與區域兩者聯系起來的正是產業的垂直空間關聯。即一個企業通過產業鏈上前向與后向關聯，將微觀和宏觀層面的區域層次區分開。就一個企業而言，它可能布局于中心城區，也可能布局于近郊區或遠郊區，這取決于它屬于什么類型的產業。另外，還與該企業的前后向關聯企業所在的區位有關。

客觀上，上述區位、產業類型與產業垂直空間關聯類型三者之間的耦合關系反映了現實中產業空間布局的有序程度。如果是在市場經濟發達的國家或地區，經過長期的自由競爭和調整，有序程度將達到較高的水平。但對于處于轉軌階段的中國，由于市場發育程度不高，產業布局受政府干預較多，在社會主義市場經濟體制建立過程中，三者的耦合程度即有序度將處于調整中，有序程度的變化在短期內可能比較劇烈。本文正是通過實證研究驗證上海在產業空間結構調整過程中的情況。

為了滿足分析要求，需要對3個螺旋分支分別進行分類。其中在區位上，按上海的行政區劃將17個區縣分為核心城區、次中心城區、近郊區、遠郊區4類，如表1所示。在模型中，將其計為產業垂直關聯變量L。

表1 上海行政區劃分類

借鑒Leydesdorff等［8］的研究，將產業按大類分為高技術制造業、中技術制造業、知識密集型服務業、傳統服務業、其他等5種類型，如表2所示。在模型中，將其計為技術變量I。

對于產業空間垂直關聯類型，按照本城區、本市其他城區、國內其他省區、國外等4 個區域層次，并按照前向和后向關聯排列，劃分為16 種類型，如表3所示。在模型中，將其計為產業垂直關聯變量V。

考慮區位-產業類型-產業垂直關聯類型三者之間的關系，根據上述三螺旋模型，可得

式中：H L為區位的熵值；H I為產業類型的熵值；H V為產業垂直關聯類型的熵值；H LI為產業類型與產業類型的二維聯合分布熵值；H LV為區位與產業垂直關聯類型的二維聯合分布熵值；H IV為產業類型與產業垂直關聯類型的二維聯合分布熵值；H LIV為區位、產業類型與產業垂直關聯類型的三維聯合分布熵值；T LIV為區位、產業類型與產業垂直關聯類型的三維聯合分布協同信息轉接量。

表2 產業分類

表3 企業垂直關聯分類

3 數據及實證分析

3.1 數據說明及計算方法

采用上海市科委在企業創新統計中的17個區縣微觀企業級數據。筆者參與了該數據庫中的統計指標設計，從而將涉及企業所在區域、企業所屬產業類型、主要原材料/半成品（服務）供應商來自區域、主要產品/服務投向區域等空間屬性、行業屬性和垂直關聯屬性的數據搜集完備，并有了完整的4年數據。

根據變量L（區位）、I（產業類型）、V（產業垂直關聯）統計每種特定i編碼的出現頻率Gi、Ti、Oi，計算L熵值-∑i L ilbLi、I熵值-∑i I ilbIi、V熵值-∑i V ilbV i；接著計算二維（L，I）、（I，V）、（L，V）聯合變量相應的熵值

以及三維（L，I，V）聯合變量相應的熵值

根據以上熵值，可以計算區位-產業類型-產業垂直關聯的協同信息轉接量T LIV。

3.2 計算結果分析與解釋

運用模型式（1）、（2），可以計算出3個維度的或然熵值，即①3個螺旋枝各自的平均信息量H L、H I和H V；②3個螺旋枝兩兩聯合分布的平均信息量H LI、H LV和H IV；③3個螺旋枝聯合分布的平均信息量HLIV。具體如表4所示。

表4 2009～2012年三螺旋單變量及聯合變量的熵值分布

根據三螺旋的基本原理，3個螺旋枝的相互耦合結果反映了系統向有序演化的動態結果。分析結果顯示，2009～2012年，上海的產業空間布局演化處于比較明顯的波動過程，如表5所示。

表5 2009～2012年三螺旋兩維及三維協同信息轉接量

總結表5，可得如下結論：

（1）觀察三維協同信息轉接量的變化，2009～2012年，作為負值的T LIV的絕對值在變大，根據2.1的基本原理，負值的絕對值越大，表示區位、產業類型、產業垂直關聯類型三者的耦合越好。這說明，上海近年來的產業結構和空間結構調整向著良性方向發展，已經取得初步績效。但是，2010～2011年存在波動，表明這一調整過程存在不穩定性。從2009～2012年時間縱向上看，結合三螺旋的理論分析，L（區位）、I（產業）、V（產業垂直關聯）所構建的三維空間協同信息的轉接量T作為負值的絕對值越大，表示三者互動融合越好。在L（區位）、I（產業）、V（產業垂直關聯）的共同作用下，將2010與2009年比較，T LIV的負值變得更小，說明三者融合性更好，這來源于H L、H I、H V、H LI、H LV、H IV、H LIV同時發生變動的作用結果，特別是H LIV的減少為主要原因，導致T LIV的減少。

（2）觀察兩維協同信息轉接量值的變化，發現從2009～2012年，T LI、T LV和T IV均有所變小，根據模型意義，二維協同信息轉接值是正值，且值越大協同性越好，這表示，3個螺旋枝兩兩之間的協同信息程度有所下降。從實際意義看，單純觀察兩兩關系，表明產業類型在區位之間的調整、產業空間垂直關聯引起的產業類型變化（產業升級）、產業垂直空間關聯引起的區位調整均無積極變化。但在這4年間也有波動性改善，如從2011～2012年產業類型在區位之間的調整有改善趨勢，產業空間垂直關聯引起的產業類型變化即產業升級也變得更好，2010～2011年產業垂直空間關聯引起的區位調整有所改善。

（3）將2012和2009年相比，二維信息轉接量都有所變小，但三維信息轉接量則有所變大。該結果表明，雖然3個螺旋枝兩兩之間的融合趨勢沒有明顯改善，但三者共同融合有所改善。這正是三重螺旋模型的意義所在，即當三者共同作用時，比兩兩之間有更加豐富的層次和空間，從而使得融合的結果更加符合系統演化的客觀真實狀況。即單純的區位與產業類型之間的協同性、區位與產業關聯之間的協同性，或產業類型與產業關聯之間的協同性兩兩之間的關系可能沒有向好的方向演化，但由于區位、產業類型、產業垂直關聯三者之間同時相互作用的動力機制更加復雜，從而產生了合意的系統性改善結果。

4 結語

上海作為中國最重要的經濟中心城市，面積達6 340 km2，超過紐約、倫敦、東京、巴黎等國際大都市。上海既有金融等現代服務業集聚程度高的核心城區，又有傳統服務業相對集中的次中心城區，還有先進制造業、傳統制造業以及各種服務業混合的近郊區和遠郊區。按照區域布局的基本理論，隨著城市參與全球價值鏈和勞動分工的深入，產業結構將發生持續的調整升級。這種升級過程同時會反映在產業布局在城市內部空間的變化，即遵循級差地租和邊際收益規律。但這個調整不是自動發生的，它是市場力量與政府力量共同推動的結果。

本研究表明，各種類型的產業在追逐利潤的過程中，通過與上下游產業的相互作用，并在不同區位間動態調整。但從最近幾年的情況看，這一調整方向和效果還處于較大的波動過程中。雖然總體上，產業類型、區位及產業之間的前后向關聯三者之間的互動有向好的方向演變趨勢，但兩兩之間的作用仍處于不確定性的波動之中。這說明，政府在產業政策以及城市空間規劃過程中應當遵循經濟規律，更加積極地推動整個產業的空間格局演化，使上海的產業空間布局更有效率，從而使上海取得相對于其他國際大都市更加明顯的競爭優勢。