水環境治理產業產學研合作模式與網絡演化實證研究
——基于社會網絡分析視角

陳國鷹，孫進書 ，張愛國，張義明

（河北工業大學經濟管理學院，天津 300401）

水環境治理是一個政策性很強的行業［1］，在過去的10 多年，由于缺少精準的水環境管理制度，行業出現了“野蠻式”發展，導致水環境問題加劇。面對水環境惡化的嚴峻形勢，國家相繼出臺了《水污染防治行動計劃》（水十條）、《“十三五”生態環境保護規劃》和《重點流域水污染防治規劃（2016—2020）》等。水環境治理行業面臨“史上最嚴”政策，導致“負面紅利”消失，水環境治理企業面臨前所未有的經營危機。隨之而來的是行業的正面紅利提升，技術好的公司可以為市場提供滿足相關政策的水環境治理技術，未來將迎來發展的黃金時期。在當前的政策環境下，技術創新成為水環境治理企業生存和盈利的關鍵。水環境治理技術創新不足已經成為制約國家經濟和社會發展的重要因素，為了解決技術創新不足，根據《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020 年）》，2008 年成立“水體污染控制與治理科技重大專項”，水環境治理被納入到國家戰略發展的高度，通過高校、科研院所和企業之間的有效合作，建立合作創新網絡，引領水環境治理產業技術創新。

國內外學者對產學研合作網絡的理論和實踐進行了深入的研究，大體可以分為三類：（1）產學研合作相關理論研究。Fleming 等［2］提出“小世界”網絡具有較高的集聚系數和較短的平均路徑長度。馮鋒等［3］將小世界特征的復雜網絡應用到產學研合作網絡分析中，認為小世界網絡具有無標度增長和自由選擇的特性。Etzkowitz 等［4］提出三螺旋理論，認為高校、企業、科研院所及政府在知識創新的過程中同等重要，高校和科研院所的主要職責是基礎研究和人才培養［5］，企業通過新技術和新產品的開發來滿足市場需求［6］，政府通過宏觀調控，協調合作平臺建設，建立投融資體系［7］，解決產學研協同創新主體的爭論。也有學者從產學研合作網絡的無標度特征、自組織和選擇機制、中心權力和動態能力來分析產學研合作網絡特征［8-10］。（2）產學研合作網絡結構演化研究。Tanimoto［11］從空間視角研究了產學研合作網絡的演化機理，得到合作網絡的學習特征，網絡演化具有無標度特征。劉國巍［12］從合作網絡的空間狀態分析了廣西產學研合作網絡的演化路徑。唐恒等［13］從空間角度研究了京津冀地區專利合作網絡時空演化。高霞等［14］選擇中國ICT產業作為研究對象，分析了創新網絡的演化特征。高霞等［15］基于SIPO 專利分析了我國產學研合作網絡結構演化，何地等以東北三省為例，分析了新能源汽車產學研創新網絡演化［16］。李培哲等［17］基于社會網絡視角對衛星及應用產業產學研合作網絡特征演化分析。（3）產學研合作網絡結構對創新績效的影響。趙炎等［18］和曹潔瓊等［19］分析了中國ICT產業產學研合作網絡的小世界特征對創新績效的影響。Schilling 等［20］利用美國11 個高新技術制造聯盟，分析了1990—2000 年間1 106 家企業所構成的合作網絡的聚簇系數和可達性對創新績效的影響，陳偉等［21］以東北三省的裝備制造業聯合申請專利數據為例，分析了網絡特征對創新績效的影響。

通過對現有研究成果的梳理發現，當前關于產學研合作網絡整體和節點的特征研究取得了豐碩的成果。但是微觀層面的網絡節點研究沒有和整體網絡特征相結合，這不利于揭示網絡節點特征對創新產出的影響；關于整體網絡的研究，學者普遍關注網絡特征時空演化，而沒有和微觀節點特征相結合，這不利于揭示產學研合作網絡特征形成的內在機理。另外，現有的研究很少關注水環境治理產業的產學研合作網絡特征，缺少對水環境治理產業產學研合作技術創新的機制探討。因此，基于學者研究的不足，從水環境治理產業合作模式與網絡特征演化的角度來分析網絡特征及形成的內在機理，初步探討水環境治理產業產學研合作機制，促進水環境治理產業產學研合作，推動技術創新，以期解決水環境治理技術不足的現實問題。

1 模型構建與研究設計

1.1 網絡結構

在社會網絡分析中，網絡密度、集聚系數、中心性、結構洞和平均最短路徑等是研究網絡特征的重要指標。為了便于分析網絡特征，同時避免指標的重復，根據研究需要，選取整體網中的網絡密度、中心性和集聚系數；個體網絡選擇結構洞作為網絡的特征指標，位于橋接結構洞位置的網絡成員具有位置優勢［22］。

（1）網絡密度。網絡密度反映了網絡中各個節點之間連接的緊密程度，體現了網絡的凝聚水平，網絡密度的計算參考Barrat 等［23］的研究成果。

（2）中心性。中心性反映了節點或圖在網絡中所擁有的權力，運用中心度和中心勢來反映網絡中“點”和“圖”的中心性。中心度體現了節點在網絡中的權力，而中心勢是圖在多大的程度上圍繞某個（些）特殊的點所建立的，本文運用點的中間中心度和圖的中間中心勢來分析中心性［24］。

（3）集聚系數。集聚系數反映了節點在網絡中的集聚程度，整體網絡中的集聚系數是網絡中節點集聚系數的均值，集聚系數的計算公式參考Kim等［25］的研究成果。集聚系數用來表示網絡成員之間合作的難易程度，取值在0 ～1 之間，取值越大，表示節點之間合作越容易。

（4）結構洞。結構洞表示網絡中互不相連的節點之間的空隙，位于結構洞位置的節點通過控制相連接的其他成員來獲取資源和信息，結構洞用效規模、效率、限制度和等級度4 個維度測量，其中限制度是核心［26］。

1.2 研究框架

本文在學者研究的基礎上，對水環境治理產業的產學研合作模式和網絡特征演化分析，水環境治理的國際專利分類號為C02F，主要包括對水、廢水、污水和污泥處理，通過物理、化學和生物等變化，使有毒物質無害化或危害降低。目前的水環境治理技術主要包括“核心控源+生態修復”，核心控源包括污水處理技術、技術革新等，生態修復是基于穩態轉換理論的清水型水生態系統重構。

根據研究需要，設計了產學研合作模式演化（創新主體變化、分階段合作模式變化）和網絡特征演化（整體網、個體網和網絡聚類）兩個維度，分析中國水環境治理產業產學研合作模式和網絡特征演化，研究框架如圖1 所示。

圖1 研究框架

2 產學研合作模式演化分析

2.1 數據來源

選取水環境治理產業產學研聯合申請的發明專利作為研究對象，水環境治理產業聯合申請的授權專利最早出現在1987 年，由于專利有18 個月滯后期，因此，本文選取1987—2017 年的授權專利數據作為研究對象，選擇授權專利作為分析對象是因為已經授權的專利表明合作取得了實質性進展，具有可推廣性。按照IPC 國際專利分類標準，運用國家知識產權局開發的“專利信息分析”軟件檢索授權的發明專利，檢索關鍵詞為：申請人=大學 AND 公司 OR 大學 AND 企業 OR 大學 AND 廠 OR 研究所AND 公司 OR 研究所 AND 企業 OR 研究所 AND 廠 OR 研究院 AND 公司 OR 研究院 AND 企業 OR 研究院 AND 廠等，分類號為C02F，選擇發明授權專利，得到授權的聯合申請發明專利1 522 件，刪除不符合條件的專利，像大學和所屬的研究院，公司和分公司的聯合申請專利等，得到871 件發明授權的專利。

通過專利數據分析（見圖2），可以看出中國水環境治理產業產學研聯合申請專利的數量呈現增長趨勢，在1987—2000 年之間聯合申請的專利數量非常少，這主要是由于水環境治理產業處于發展的初級階段，從事研發的企業較少，整體研發實力較弱；到2000 年以后，聯合申請專利數量開始增多，這主要是因為1999 年的全國科技創新大會提出加強技術創新；2008 年水專項啟動，水環境治理上升到國家戰略高度，聯合申請專利數量實現了快速增長（2017 年出現下降是因為還有部分聯合申請專利沒有公布）。

圖2 1987—2017 水環境治理產業聯合申請發明專利數量變化趨勢

2.2 創新主體演化分析

創新主體變化會對產學研合作產生深遠影響，因此，在分析合作模式演化之前，要進行創新主體演化分析。本文選取聯合申請專利前20 的單位作為創新主體，分析不同階段創新主體的變化（見表1），表1 揭示了從1987—2017 年我國水環境治理產業創新主體的變化情況，在第一階段（1987—2000），聯合申請的專利數量僅為11 件，而且以大學和科研機構為主，在這個階段大學和研究機構在水環境治理產業創新中發揮主導作用，企業的研發力量非常有限。第一階段高校和科研機構申請的專利和企業的需求差異較大，企業為解決水環境治理的現實問題，不得不引進國外先進技術［27］。

在第二階段（2001—2010），校企合作得到了快速發展，核心單位中高校有12 家，8 家企業；而第三階段（2011—2017）高校仍然是產學研合作中的研發主體，但是科研機構和企業同樣扮演了重要角色，創新主體開始從高校向產學研協同創新轉變，企業在技術創新中的地位顯著提升。第二階段創新主體變化是由于20 世紀90 年代科技和經濟體制改革，企業開始重組發展研發功能，到2000 年以后，企業開始承擔更多研發任務，而第三階段創新主體的變化是由于國家政策引導和水環境治理的現實需求。整體來看，過去的30 年中國水環境治理技術創新主體發生了變化，但是高校作為研發主體的地位并沒有改變，而企業以大型國企為主，中小企業在產學研合作創新中的地位仍然較低，要建立企業為主體的產學研合作體系還有很長的路要走。

表1 各階段聯合申請專利數量排名前 20 的申請人情況

2.3 分階段合作模式分析

表2 對3 個階段的產學研聯合申請專利進行了統計，通過分析得出產學研合作模式演化路徑。在第一階段（1987—2000），校-企（U-I）合作的比重最高，占總數的72.73%，其次是校-研（U-R）合作，占總數的18.18%，企-研（I-R）合作占到總數的9.09%，產學研（U-I-R）合作模式還尚未形成。第一階段的合作模式以高校和科研機構為主導，盡管當時鼓勵科研、教育和生產相結合，但是企業創新的能力和動力不足，形成了大學和科研機構為主導的合作模式。在第二階段（2001—2010），校-企（U-I）合作（79.45%）、企-研（I-R）合作（9.59%），產學研（U-I-R）合作（5.48%）得到了發展，在這一階段校-企（U-I）合作達到了高峰，而學研（U-R）合作顯著下降。在第三階段（2011—2017），各種合作模式比例基本穩定，這說明中國水環境治理產業產學研合作模式在第二階段已經出現了明顯分化，合作模式相對穩定，企業的地位得到提升，高校的地位一定程度下降，但是產學研合作創新的主體是高校的本質并未改變，企業的主體地位尚未形成。

通過產學研合作實現技術創新，要以企業為主體、市場為導向，是由于高校和科研院所申請的專利以技術為驅動，往往不具備轉化條件，導致成果轉化效率較低。而以企業為主導開發的新技術會考慮技術的適用性、成本、質量和進入市場的時機等，會從技術的先進性、價格、穩定性和服務水平等去平衡，來滿足市場需求。因此，只有以企業為主導的技術創新才能更好的實現成果轉化，滿足水環境治理技術需要。

表2 各階段中國水環境治理產業分階段產學研合作專利數量及比例

3 實證研究結果分析

運用Ucinet6.0 軟件中的NetDraw 功能繪制中國水環境治理產業3 個階段的產學研合作網絡，如圖3 到圖5 所示。

圖3 第一階段（1987—2000）中國水環境治理產業產學研合作網絡結構

圖4 第二階段（2001—2010）中國水環境治理產業產學研合作網絡結構

圖5 第三階段（2011—2017）中國水環境治理產業產學研合作網絡結構

3.1 網絡特征演化分析

中國水環境治理產業3 個階段產學研合作網絡特征如表3 和表4 所示，從整體網特征來看，中國水環境治理產業在3 個階段的網絡密度都很低，尤其是第3 個階段的網絡密度出現了顯著下降，這說明網絡中成員之間的合作較少，網絡結構比較松散；從網絡的中間中心勢來看，前兩個階段的中間中心勢較低，而第三階段顯著提升，這是由于處于中心地位的成員和其他成員建立了更多聯系，發揮了更強的控制力；從核心組織的中間中心度來看，3 個階段的核心組織都是高校，其中清華大學在3 個階段都占據了中心地位。整體來看，第一、二階段核心單位的中間中心度較低，而第三階段的中間中心度顯著提升，這說明產學研進一步實現融合發展，尤其是以北控水務投資有限公司為代表的企業占據了網絡的中心位置，企業的主體地位提升顯著；從集聚系數來看，第一階段的集聚系數為0，說明各個組織之間相互獨立，缺少凝聚力，孤立合作，第二階段的集聚系數最高，說明水環境治理產業產學研合作合作更廣泛，而第三階段的集聚系數又出現了明顯的下降，這是由于產學研合作網絡中的合作單位數量迅速增加，而且彼此之間沒有建立起良好的合作關系。

表3 中國水環境治理產業3 個階段產學研合作網絡特征（整體網絡）

中國水環境治理產業在3 個階段的產學研合作網絡中核心組織的個體網絡特征見表4。在第一階段，清華大學在產學研合作網絡中的限制度最低，這說明節點占據了網絡中的結構洞位置，具有較高的橋接溝通和資源獲取、分配的能力。這主要得益于清華大學在水環境治理行業的領導地位，清華大學在水環境治理技術研發方面起步早，具有人才和資源等優勢，在產學研合作網絡中扮演核心角色。在第二階段，盡管南京大學在聯合申請專利數量方面超過了清華大學，但是清華大學憑借資源掌控能力和先進技術仍然處于網絡的核心位置，清華大學的限制度（0.102）遠低于南京大學（0.599），控制著網絡發展和組織進出。在第三階段，由于清華大學在全國范圍內開展合作，仍然占據了網絡的核心地位，但是研究院所和企業的地位得到了顯著的提升，像中國科學院生態環境研究中心和北控水務投資有限公司同樣占據了結構洞位置，初步實現了產學研融合發展。

表4 中國水環境治理產業3 個階段產學研合作網絡特征（個體網絡）

3.2 網絡聚類分析

以往關于網絡聚類的理論和實證研究將特征類似的行動者聚類到一起，而在產學研合作網絡中，將網絡中彼此聯系并且特征相似的節點聚集到一起。在產學研合作網絡中，節點的聚集是合作交流的基礎，整體網絡規模發展的同時，內在的穩定性也在提升，這種節點的聚集有利于知識的有效轉移和成果轉化。運用網絡密度和集聚系數來衡量網絡的集聚程度，網絡密度是網絡對行動者的行為產生影響的可能性，連接緊密的網絡可以為網絡內的節點組織提供更多的資源，同時也限制了個體的發展方向，網絡密度越大，網絡節點間的知識轉移行為就越多，更有利于網絡內組織間的信息交流和知識轉移。運用集聚系數來衡量網絡的局部特征，分析臨近節點連接的緊密程度，判別網絡中是否存在穩定的子系統。

運用Ucinet6.0 對中國水環境治理產業的產學研合作網絡聚類分析，通過計算網絡密度和集聚系數，探索中國水環境治理產業產學研合作網絡聚類特征，以及成員是否傾向于建立緊密的合作網絡。

將中國水環境治理產業產學研合作網絡聚類分為兩步：首先對原始數據聚類，結果顯示中國水環境治理產業產學研合作網絡呈現出“核心-邊緣”結構。合作網絡的集聚系數（c=0.070）非常低，網絡成員之間的連接非常有限，只有少數成員和其他成員存在密切聯系。從網絡密度來看，整體網絡密度（d=0.005 2）也很低，網絡對個體的影響十分有限。這可能是由于中國水環境治理產業產學研合作網絡中存在一些子網絡，這些子網絡的核心成員和其他成員之間建立了更加緊密的關系。運用Ucinet6.0 中的MDS 網絡聚類分析（圖6），得到4 個子網絡。其中子網絡1 由北京的清華大學、北控水務投資有限公司和中國環境科學研究院引領，子網絡2 由華東理工大學和華南理工大學引領，子網絡3 由南京大學、河海大學和江蘇省環境科學研究院引領，子網絡4 由同濟大學、中國科學院和浙江大學引領。

清華大學是國內最具影響力的工科高校之一，承擔了大量國家水環境治理方面重大項目，中國環境科學研究院作為生態環境部下屬的核心研究單位，具備人才、資源和信息優勢，而北控水務是從事水環境治理的核心企業之一，由于地理臨近，三家單位間具有良好的合作基礎；南京大學、河海大學和江蘇省環境科學研究院都位于南京市，是水環境治理產業領先的高校和研究單位；華東理工大學和華南理工大學主要從事石油化工廢水處理技術研究，和國內主要石化企業深度合作；中國科學院生態中心是國內極具影響力的水環境治理科研機構，與水環境治理核心研究區的同濟大學和浙江大學合作，承擔了很多國家和企業的重點項目。如表5 所示，這11 家核心組織處于網絡的核心位置，在度中心度、中間中心度和結構洞限制度方面表現較好。其他單位傾向于和這些核心單位展開深入合作，建立創新技術聯盟，充分利用核心單位的優勢資源實現技術創新。

圖6 中國水環境治理產業產學研合作整體網絡聚類

表5 核心組織網絡中心性、中間中心性和結構洞限制度表現

網絡的集聚系數體現了網絡節點的集聚程度，數值越大，說明節點間越容易建立合作關系。對中國水環境治理產業產學研合作網絡的聚類分析，子網絡4(c=0.634)＞子網絡2(c=0.338)＞子網絡1(c= 0.308)＞子網絡3(c=0.306)＞整體網(c=0.070)。4 個子網絡成員之間關系的緊密程度和網絡的穩定性都要強于整體網絡，4 個子網絡和核心成員之間建立了穩定的合作關系，存在較多的合作創新。整體網絡密度方面，子網絡3 (d=0.354 0)＞子網絡2(d=0.153 8)＞子網絡1(d= 0.131 2)＞子網絡4(d=0.110 2)＞整體網絡(d=0.005 2)，顯然4 個子網絡的網絡密度都遠超整體網的密度，尤其是子網絡3 中的南京大學、河海大學和江蘇省環境科學研究院之間合作最緊密，子網絡核心成員對子網絡的影響要比整體網絡對成員的影響顯著。

4 結論與建議

本文以中國水環境治理產業聯合申請的授權專利為樣本，根據專利申請的組織類別劃分合作模式：首先按照年份將聯合申請的專利劃分為3 個階段，分析創新主體的變化和合作模式演化路徑；然后從整體網和個體網的視角分析產學研合作網絡特征演化，通過對整體網絡的聚類分析，發現網絡的“核心-邊緣”特征，以及對網絡的影響，得到的結論主要有：

（1）通過對中國水環境治理產業產學研合作模式演化分析，得出在2010 年以前創新的主體是高校，2011 年以后，盡管創新的主體仍然是高校，但是企業和科研院所在產學研合作中的地位提高，尤其是企業的地位顯著提升。中國水環境治理產業產學研合作模式正由以大學為核心向產學研深入融合轉變，尤其企業的地位顯著提升。企業在產學研合作中地位提升是由于過去20 多年的經濟和科技體制改革，大量的水環境治理企業獲取來自于清華大學、中國科學院生態環境研究中心、南京大學和河海大學等核心單位的知識溢出，但是在當前的合作網絡中高校仍然占據了主導地位。由于水環境治理技術經過長期發展，已經進入了成熟穩定期，很難實現重大創新。當前的技術創新主要依賴于上下游產業鏈以及“干中學”等企業為主導的技術創新。因此，產學研合作未來的發展方向應當以企業為主體、市場為導向，而如何建立企業的主導地位成為未來的研究重點。

（2）從中國水環境治理產業產學研合作網絡3個階段的整體特征來看，網絡規模出現了顯著的增長，但是網絡密度和集聚系數出現了顯著下降。盡管產學研合作網絡中的單位數量快速增長，但是成員之間的連接不夠緊密，合作范圍主要集中在現有的合作機構之間的穩定合作，整體網的中間中心勢提升顯著，中國水環境治理產業產學研合作網絡的連接效率提升顯著。3 個階段網絡核心單位的中間中心度逐漸提升，而核心單位的結構洞限制度下降明顯，核心單位在網絡中連接單位的數量明顯增加，節點間更高效的連接可以獲得更多有價值的信息。從整體網和個體網3 個階段的特征演化來看，在過去的30 年，中國水環境治理產業產學研合作單位的數量迅速增長，初步建立起了高效的知識轉移網絡，這為調動創新主體積極性，開展深入合作奠定了基礎。

（3）通過對整體網絡聚類分析，發現中國水環境治理產業產學研合作網絡呈現出顯著的“核心-邊緣”結構，核心網絡中存在四大子網絡，子網絡由度中心度、中間中心度和結構洞表現突出的核心單位引領。子網絡1 由清華大學、中國環境科學研究院和北控水務投資有限公司引領，子網絡2 由華東理工大學和華南理工大學兩所主要從事石化水處理的高校引領，子網絡3 由南京大學、河海大學和江蘇省環境科學研究院所引領，子網絡4 由中國科學院生態環境研究中心、同濟大學和浙江大學所引領。子網絡的核心成員在研發基礎設施、人才培養、創新資源和能力方面優勢顯著，網絡中的其他成員為了克服自身創新的不足，獲取更高的創新績效，傾向于和核心單位建立技術聯盟。運用集聚系數和網絡密度來衡量合作關系，在產學研合作網絡中，集聚系數高更容易建立合作關系，而網絡密度高的網絡更加穩定。通過對整體網絡和子網絡的聚類分析，對比得出子網絡4（聚類系數高，密度低）更容易建立合作關系，但是合作關系不夠穩定，這不利于產學研深度融合發展；而子網絡3 建立了穩定的連接關系，但是單一重復的合作關系較多，不易于和其他單位建立新的聯系，限制了核心成員的發展。因此，在當前產學研合作創新快速變革的時期，在促進成員之間密切合作，提高創新網絡穩定性的同時，還要避免合作過于分散，實現產學研深度融合，提升創新績效。

通過對中國水環境治理產業產學研合作模式演化和網絡特征分析，中國水環境治理產業產學研合作網絡還沒有建立以企業為主體，市場為導向的產學研合作體系，產學研合作網絡結構還不盡完善，尤其是沒有形成廣泛認可的產學研合作機制。因此，針對當前中國水環境治理產業產學研合作中的不足，提出產學研合作機制建設的對策建議：首先，加強創新人才引進和培養，鼓勵高校、企業和科研機構之間人才流動，形成創新型研發團隊；其次，建立多元化投入機制，政府部門要加大創新能力建設引導和投入，引導合作單位加大創新投入，制定支持產學研發展的金融政策；第三，建立以政府引導、企業投資為主體、金融服務支持的合作體系，完善知識產權管理，消除合作障礙；第四，發揮中介機構的服務功能，按照“組織網絡化、功能社會化、服務產業化”的原則，發揮中介機構的技術評估、技術服務、技術經紀人及技術咨詢等職能，推動產學研合作創新。

另外，技術創新的關鍵在于應用，國家層面有必要建立技術轉化服務平臺（圖7），融合成果庫、需求庫和專家庫，提供技術評估及驗證、二次開發、技術交易和產業孵化功能，通過產學研用、金融聯合機制推動水環境治理技術市場化，解決水環境治理技術不足的問題。

圖7 水環境治理技術成果轉化綜合服務平臺構架