區域科學領域中的集群動力學研究綜述

李國平 何邦振

摘要：集群動力學及集群行為研究空間上的集群現象及其動力原理，是當前區域科學領域的研究熱點和前沿視角。文章綜述國外關于集群動力學及集群行為的研究起源，梳理在區域科學領域中的集群相關概念、研究歷程、指標測度、形成分類與演化動力原理等相關研究，總結提煉最新研究進展和發展方向，以期對我國學者進一步研究和公共部門政策制定提供有益借鑒。

關鍵詞：集群；產業集群；集群動力學；集群機理；區域科學

一、 引言

集群行為（Cluster Behavior，Collective Bbehavior）在生活中普遍存在，細菌、螞蟻、魚、鳥、牛等生物群落都能發現明顯的集群運動，小到各種微粒子、大到星際天體也都時時刻刻處在各自集群中運動，同時人類的生活居住、社會活動和經濟生產領域也在空間上表現出一定的集群變化。各領域科研人員都試圖解釋集群如何在沒有統一控制情況下實現總體一致地運動并進行各種活動，因此關于集群行為的研究也遍布生物學、醫學、物理學、社會學、心理學、經濟學和計算科學等諸領域。動物的集群行為與集群運動比較容易觀察和分析，很早就有關于動物種群演變和遷徙規律的生態學研究，近年來人們又通過計算機對生物集群演變進行模擬，運用到仿生機器人等人工智能領域。

集群動力學（Cluster Dynamics，Collective Dynamics）是研究集群運動的新興學科。最早研究集群運動機理的系統計算模型，是1987年由Reynolds提出的Boid模型，他根據鳥群、羊群和魚群等動物集群運動特點，總結了三條建模規則，即：既能聚集在一起，又相互排斥以保持安全距離，同時集群整體速度協調一致。Couzin等（2002）用數學模型將其作了進一步精確化發展。匈牙利物理學家Vicsek和Czirok等（1995）于1994年提出了有效模擬集群運動的Vicsek模型，他以集群中的個體為研究單元，所有個體的運動形成整個集群運動的合速度，并在調整過程中集群趨向于“同步”。在此基礎上，Leader-follower模型改變Vicsek模型每個個體都平等這一條件，增加一個或幾個具有信息自主性的領導者，領導者從影響相鄰的個體開始通過傳遞完成領導整個群體活動。

隨著經濟發展，人類活動協作與競爭關聯日益頻繁，在空間上的分散與集聚表現更趨明顯。特別是20世紀末以來，區域和產業集群演變加速，人類活動的集群發展演變過程及機理越來越受到關注。區域科學領域的集群動力學及集群行為在國外研究相對較早，對該領域的研究梳理有助于國內當前區域協調發展導向下的研究推進和政策制定參考。

二、 區域科學領域中的集群研究歷程

在區域科學領域，空間上形成集群的主要是產業、企業、人口和城市等主體。總體來看，區域科學領域研究者最主要關注產業和企業集群的形成和演化，從集群概念角度，其研究歷程主要分為以下三個階段。我們首先溯源產業集群概念的提出的雛形——集聚分工，然后介紹區域科學領域學者們探討和逐步普遍認可的集群概念。

1. 起步階段：農業與工業集聚分工研究。德國農業經濟學家Thünen1826年通過孤立國假設，根據當時德國農業和市場的關系，充分討論了農業、林業、谷草、牧業的經營空間布局，摸索出由距離城市距離遠近不同而引起的不同農業種類空間分異現象。這是農業集群概念形成的早期雛形。Adam Smith1776年總結英國工業化初期生產分工和專業化生產所產生的效率，在《國富論》中認為，勞動分工是國民財富增進的源泉，他將分工分為企業內分工、企業間分工和產業分工三類。分工提升整體效率，企業集群保證了分工與專業化的效率，分工與專業化的強化反過來又促進集群的發展。Marshall（1980）最早用“工業區”（Industrial District）一詞來解釋小企業的集聚現象，定義“工業區”為大量小企業的地理集中，強調了小企業的地理臨近以獲得外部規模經濟的重要性。

2. 深化階段：產業集群研究。除Marshall的“工業區”概念外，相關活動的區域集中，供應結構（供應鏈），具有持久聯系的公司網絡，行業間的輸入—輸出鏈，一系列技術，與某一技術領域相關的公司群等，以上都是區域科學領域提出的集群概念。

Porter特別強調競爭在集群經濟中的作用，他認為集群有利于競爭、競爭促進集群演化。Porter（1998）給出集群定義為特定領域中相互關聯的公司和機構的地理集中，包括一系列相互聯系的產業和其他有利于競爭的實體。Gault（2002）認為集群是一組擁有共同目標（比如創新）的連接在一起的私人或公共機構。Cooke和Huggins（2002）提出了集群以下定義，相互處于垂直或水平關系中、在地理上接近的公司，這些垂直或水平關系包括在特定市場領域的企業各種基于競爭和合作、共享商業增長發展愿景、支持公共基礎設施的關系。Cooke這個定義為相應的政策處理提供了可能，即提供平臺“支持基礎設施”，增強企業的“共同愿景”和促進企業間的競爭和協作。這個定義得到許多研究者的認同，Boschma和Lambooy（2002）認為，當考慮這個定義時，弄清楚集群演化的動力學就至關重要。

總體來看，產業集群研究主要可以分為兩個層次：第一個涉及宏觀層面，分析一個國家或地區的投入和產出相關的行業；第二個則涉及微觀層面，分析在市場、機構、集聚、城市化等具體的地方條件下的個體行為者（如企業或私人機構）。不同層面的集群，其定義、識別、研究方法和政策建議不盡相同。比如，微觀層次的集群概念包括本地化的空間效應，而宏觀層次的集群概念沒有；政策方面，宏觀層面的集群分析可以考慮國家的工業或技術政策，而在微觀層面的集群分析則可以考慮地方政府政策和基礎設施建設。一般來說，經濟學家和管理學家強調集群的經濟和技術特征，側重宏觀層面；區域經濟學家和地理學家則強調本地化的空間效應，側重微觀層面。但這并不意味著宏觀和微觀兩個層面之間沒有連接，在微觀層面，行業、技術、市場和知識等因素仍然發揮重要作用，其研究結果也可以產生對宏觀層面研究的有益影響。

三、 區域科學領域中的集群形成演化動力學研究

集群動力學及集群行為在區域科學領域的應用，主要就是研究空間上的集群現象及其動力原理。這是區域科學領域的核心問題之一，也是當前研究的前沿領域。

傳統工業區位理論關注資源稟賦、交通條件和成本經濟等因素，認為這些是形成企業集群的原因。但是隨著傳統工業聚集區域的衰落和新興產業的蓬勃興起，集群在實踐中所表現出的組織性質和經濟特征進入到學術研究視野，區域科學領域的集群動力學理論研究紛紛涌現。Nooteboom Bart（1999）通過整合演化經濟學，從企業的資源能力視角、交易成本理論和認知科學視角論述了學習和創新對產業組織演化發展的作用過程，在此基礎上其在Cluster Dynamics一文進一步專門論述集群動力學，他們認為雖然集群和“工業區”兩個概念雖然都含有連接的特征、共享的目的、一定的等級和中心性等，但是“區”表明活動的空間邊界，而“集群”的則存在空間上的擴展性，這也是集群動力學的一個關鍵特征。

1. 集群的測度指標研究。Enright（2001）認為區域集群的多樣性決定很難對其給出定義，但研究和思考集群可以首先從集群的相關觀測指標著手，并建立了一套觀測集群的相關指標體系：

（1）集群的地理范圍，指的是企業、客戶、供應商、支持服務和機構的地域范圍，這些區域嵌入在正在進行的關系和相互依賴的活動中。

（2）集群的密度，是指集群中的公司的數量和經濟權重（以相關行業的市場份額計）。

（3）集群的寬度，是指集群內在通用技術、最終用戶、分銷渠道等非垂直關系領域水平相關的行業范圍。

（4）集群深度，是指集群內垂直相關行業的范圍，特別是集群是否包含供應鏈中的所有步驟。

（5）集群的活動基礎，涉及區域中增值鏈活動的數量和性質。

（6）銷售的地理跨度，表示集群的邊界范圍。

（7）集群的競爭地位的強度，可以隨著企業競爭對手能力的強弱，從國內領先、超國家的區域范圍領先，到世界領先。

（8）一個集群的發展階段，可以是新興的或成熟的，集群可能正在增長、停滯或衰退。

（9）集群中技術活動的性質，一般來說，集群可以是技術生成器、技術適配器或技術用戶。

（10）集群的創新能力，是指集群產生與相關行業的競爭優勢相關的關鍵創新的能力。

（11）區域集群的所有權結構，是指集群主要由本地公司、外資企業或兩者的某種組合組成。

2. 集群的形成分類研究。

（1）從價值鏈到網絡。集群中主要有價值鏈之間的聯系，也有相互給予和共享的支持機構。Nooteboom認為，集群首先通常包括不同的價值鏈，價值鏈包含在給定的生產和營銷中增加價值的所有公司產品中，構成一個價值網絡體系。

網絡是包括價值鏈、價值系統的一般概念。集群是某種類型的網絡。Coleman（1988）提出，網絡是集體或個體行為者以各種各樣的內容、按某種結構與強度連接的集合，網絡的密度與個體的參與程度有直接聯系。Burt（1992）提出，集群中參與者之間最大直接連接數為n（n-1）/2，密度測量為實際這種連接的數量除以最大值，幾乎沒有直接的連接需要“結構孔”（Structural Holes）。締約方可以通過成為同一協會、同一價值鏈的成員或通過共享而間接相連的客戶或供應商。在網絡中，鏈接或關系可強可弱、可正式可非正式。

（2）從網絡到集群。網絡如何成為集群？由Cooke提供的集群定義知，在集群中，不同類型活動經常因為共同的目的結合在一起，形成垂直或水平聯系。另一方面，一個具有高中心性和層次結構的網絡，將不再稱為集群。

集群的網絡，使得集群不僅僅是一組恰好共享同一地點、工業或技術的公司集合，網絡通過協同效應產生附加值，提高產品效率或市場準入。在集群中，所有企業和機構有一個共同的目的，即便也有個別目的可能相互沖突。然而，不管是否存在產生分層控制的總體權威，因為集群是整體，相互之間或多或少會平衡。雖然網絡和集群之間的概念邊界不總是很明晰，但它們確實有相當大的區別。如特許經營或供應商網絡不是一個集群，一是缺乏各種活動，二是專營權和供應商網絡通常由特許經營者或買方主導。

在集群中，聯合目的可能受到限制，并且緊密和松散的聯系可能共存。集群成員不必知道對方，不需要都有直接連接，不是所有人都與大家合作，但是他們至少間接地連接。Nooteboom（2003）認為這種聯系的強度可以從以下幾個維度來考慮：一是范圍，即所涉及的活動的類型和范圍在關系；二是強度，即財政或其他資源的承諾；三是投資的關系特殊性；四是頻率；五是持續時間；還有是否具有排他性（缺乏其他直接關系）和相互承諾或忠誠度。

3. 集群的發展演化研究。Nooteboom和Woolthius Rosalinde Klein（2005）認為集群產生，能解決特定環境中的具體問題，其特殊性與產生問題的歷史制度條件相關。相應地，集群不可能簡單復制，但這也不意味著什么都不可能做，只要認真研究歷史和當前的條件及我們對集群的需求，就能找到合適的集群解決方案。同時，集群不能被視為一個一勞永逸的安排，集群需要適應不斷變化的內部和外部條件。針對集群的發展演化，能否、如何識別它一般的發展階段和評估它的效果，學者們也有研究。

集群的發展演化理論，系統研究首先是從Poter（1990）對國家的產業競爭優勢分析開始的，影響產業集群競爭優勢的各個方面要素互相促進又互相制約，一個要素的優勢會催生相關要素的成長，進而促進整個集群競爭優勢的發展，而某一要素的退化也有可能造成整個集群競爭優勢的衰退，形成了集群和演化發展的動力。

Tichy·C（1998）從地理環境對經濟發展的重要性開始論述，歷史分析國家的崛起特別是歐洲迅速形成的集群經濟，解釋和評估地理和集聚對經濟發展、地區競爭力的作用。他認為產業集群的生命周期可以劃分為產生、成長、成熟和衰退等四個階段。

Boschma和Lambooy（2002）認為，雖然不存在一個普遍的發展階段，但可以確定一個潛在的“發展邏輯”，可以得出集群不同的發展路徑，認為這種差異同樣和技術、知識、市場、機構等相關。Nooteboom（2000）把這個“邏輯”從能力、治理和結構三個方面進行了歸納。

Nooteboom在和Woolthius Rosalinde Klein合作一文進一步提出從新技術市場組合中出現的集群一般將在四個階段發展演化，即探索（Exploration）、鞏固（Consolidation）、停滯或轉化（Stagnation or transformation）、破裂和重新探索（Break-up and New Exploration）。

四、 結語

區域科學領域的集群概念，一方面，與工業區、產業區的概念相比，多了空間上的擴展性、動態性，另一方面，與價值鏈和網絡的概念相比，也有具體的聯系和區別。同時，集群還有包含頻繁活動、互相聯系、進入市場、共享目標、本地嵌入性、一定的等級結構和非正式的控制等其他具體特征。區域科學領域的集群研究，最核心的在于集群的動態發展演化機理——集群動力學。

發達國家的城市與區域經歷了比較完善的發展階段，其區域科學研究領域當前對集群動力學與集群行為的研究可為國內相關學者的研究提供有益借鑒。從公共部門的政策制定角度看，把握集群演化機理，調節學習、創新等集群演化動力，分析判斷集群所處的形成、發展、停滯、轉變、消亡等不同階段，引導區域集群下一步發展方向，還可以針對其未來可能的演化趨勢提前做好相關預案。

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作者簡介：李國平（1961-），男，漢族，黑龍江省拜泉縣人，北京大學政府管理學院教授、博士生導師，研究方向為區域經濟、經濟地理；何邦振（1992-），男，漢族，湖南省衡南縣人，北京大學政府管理學院碩士生，助教，研究方向為城市與區域經濟。

收稿日期：2018-04-10。