區域產學研協同創新關系及時空演化
——來自合作專利的證據

莊 濤

（濰坊學院經濟管理學院，山東 濰坊 261061）

一、引言

創新已成為驅動中國經濟可持續發展的重要力量[1]。由于創新活動的復雜性和風險性不斷增強，單一機構難以滿足創新所需的全部資源要素的有效整合，創新活動日益表現出多領域、多機構、跨區域融合的特征。因此，以企業、大學、科研機構等多元主體協同互動為基礎、區域間創新資源流動與擴散為特征的協同創新成為推動科技進步與經濟發展的重要手段[2]。

區域創新體系是構成國家創新體系的重要子系統。但我國各區域在自然稟賦、經濟社會發展水平、科技創新能力等方面存在明顯差異，導致區域創新體系所處的創新發展階段不同，區域間創新資源的聚集方式與協同模式也存在較大差異[3]。因此，文章嘗試從三螺旋理論視角，研究各省域協同創新主體企業、大學、科研機構之間的互動耦合關系，揭示產學研協同創新的區域差異、空間格局特征與演化趨勢，從而為整合區域創新資源提供理論支撐，為各省實施創新驅動戰略提供決策參考。

二、文獻回顧

國家創新體系包括知識創新和技術創新兩個系統，產學研協同創新成為兩個系統有效銜接的重要節點，也是創新型國家建設的關鍵。產學研協同是指在政府的積極引導下產業發展、人才培養、科學研究三方功能的協同，其創新過程既包含企業、大學、科研機構等不同主體間的合作與互動，也包括各類創新資源在不同區域間的流動與擴散。Etzkowitz 和Leydesdorff 提出的三螺旋理論為產學研協同創新提供了理論基礎。三螺旋理論認為在知識經濟社會中，大學、企業、政府三方的協作與互動是影響創新活動的關鍵因素，每一方在發揮各自作用與價值的同時，還承擔著另外兩方的部分功能，通過三方功能的滲透與融合實現創新資源的有效整合。

近年來，區域三螺旋協同創新領域的研究成果日漸豐富，學者們分別從協同創新的機制、區域創新發展模式[4]、區域協同創新的演化路徑[5]等方面進行了理論探討，但對于協同創新如何影響區域創新發展，尚缺乏嚴格的計量檢驗。白俊紅和蔣伏心從區域間創新要素動態流動視角實證考察了協同創新與空間關聯對區域創新績效的影響，劉友金等運用復合系統協同度模型實證分析了產學研協同對長江沿岸11 省市創新績效的影響[6]，但此類研究將區域創新系統視為一個整體，未能揭示出區域內部創新主體間的關聯效應。而針對區域協同創新主體之間互動關系的研究，學者們主要運用三螺旋算法對區域創新系統內部主體間協同的緊密程度進行測度分析。比如李培鳳對我國23 個省級行政區官產學研合作體系的耦合效應進行了比較研究[7]；王耀德和林良運用互信息實證研究了中部六省企業、大學和科研機構三類創新主體協作緊密程度及發展態勢[8]；Weiming Kang 等從橫向對比和縱向演化視角對北京和上海兩大科技創新中心官產學三螺旋緊密程度進行了測度研究[9]。

以上文獻為文章的研究奠定了基礎，但是對于中國全域內各省份產學研協同創新主體之間互動關系及空間演化的研究較少，鮮有從三螺旋視角分析區域內部與區域間協同創新發展規律與作用機理的研究。因此，文章對三螺旋理論及其算法進行拓展，運用2008-2017 年中國31 個省級行政區不同創新主體的發明專利數據，從橫向區域間對比和縱向時間演化兩個維度實證考察省域產學研協同創新的區域差異，區域內部以及區域間企業、大學、科研機構等創新主體間的互動耦合關系，以期對實施協同創新發展戰略、創新型國家建設提供依據。

三、研究方法

1. 三螺旋模型及演化

三螺旋理論認為，大學、企業和政府的交迭是區域、國家創新系統的核心，其兩者或三者的互動融合關系越緊密越有益于創新活動的產生。通過打破組織邊界，形成科學、技術和政策領域的三力合一，推動區域創新螺旋的不斷提升。

三螺旋理論誕生于西方發達經濟體，在其特定的制度背景下由大學、企業、政府組成的協同創新體系成為三螺旋模型的標準模式。然而，作為最大的新興經濟體和發展中國家的中國有其特有的科技、教育體制?？蒲袡C構在中國國家、區域創新體系中扮演重要角色，主要從事關系國計民生、對國家安全和發展具有重大意義的公益性研究或周期長、投資巨大的應用性研究[10]。科研機構在價值取向、社會職能和組織過程中既不同于大學側重基礎性科學知識的自由探索，也不同于企業從事面向市場的應用性技術開發，在創新體系中有其獨特的組織特征，可將其作為獨立的創新組織融入到三螺旋模型中來[8]。而在中國當前市場經濟體制下，政府部門很少直接參與科技創新，更多的是通過對企業、大學、科研機構進行政策引導間接參與創新，因此文章將中國三螺旋模型演化為企業、大學、科研機構三方直接創新主體。

由大學、企業、科研機構構成的三螺旋創新系統是典型的復雜系統，具有不確定性。Leydesdorff 認為創新系統的不確定性和自組織性可通過創新主體間的互信息來表示，而互信息可應用Shannon 在信息論中提出的熵（entropy：平均信息量） 的概念進行計量，基于此提出了用以衡量三螺旋協同關系的三螺旋算法(Triple Helix Algorithm)。熵表示離散隨機事件出現的概率，事件的不確定性越大，熵越大；系統越有序，熵就越小，一維熵表示如下：

H 表示熵，Pj為第j 個信息出現的概率。以下標u、i、r 分別表示大學、企業和科研機構，如大學與企業的二維熵由以下公式計算可得：

大學、企業和科研機構的三維熵表示為：

在信息論中，相互作用的子系統之間信息傳遞的不確定性可用互信息T 來衡量。如大學和企業間的二維互信息表示為：

大學、企業和科研機構間的三維互信息表示為：

三維互信息還可以揭示出創新系統區域內與跨區域合作的動力學意義[11]。當Tuir大于零時，反映出創新系統跨區域協同程度，其正值越大，跨區域協同作用越強；當Tuir小于零時，反映出區域內的協同程度，負值越大，區域內協同作用越強[12]，即三維互信息Tuir正值指向跨區域協同而負值指向區域內協同。

2. 創新主體間協同程度及自組織性度量

在區域創新系統中，互信息用以衡量創新主體間的合作給系統帶來不確定性減少的程度以及合作范圍指向。但由于互信息的取值與系統配置相關，不同系統間的互信息差異不能準確反映出創新系統主體間的協同程度及自組織性[13]。Eustache 提出通過系統傳輸效能τ 來衡量創新系統主體間的協同程度[14]。傳輸效能定義為系統中用于共享的信息占傳輸信息總量的百分比，它表示系統中產生的“總配置信息”共享，可以解釋為變量依賴性、協同作用或自組織性。因此，傳輸效能τ 能夠反映出區域創新系統主體間的協同水平與自組織程度。

二維系統中，如大學與企業間的傳輸效能τui表示如下：

二維傳輸效能τ 越大，表示二維主體間交互越頻繁，協同關系越緊密。

三維系統中，大學、企業、科研機構之間的傳輸效能如下：

由于Huir-Hu-Hi-Hr＜Tuir＜Huir，所以 τ∈[0，1]。三維傳輸效能 τ越大，表示大學、企業和科研機構三方主體間兩兩相互協同越多，系統的自組織性越強，三維關系在其所組成的系統中因缺乏中心協調性而發揮了自組織作用，系統在創新主體間的相互協調中實現自我驅動、自我調節；反之，則表示一方單獨或三方協同越多，系統自組織性越弱，中心協調性越強[14]。

四、數據收集與處理

1. 數據收集

申請專利是實現科技研發與創新向現實生產力轉化的重要節點，對國家和區域創新能力提升起到關鍵作用。聯合申請專利是產學研協同創新的常見模式。文章以中國國家知識產權局專利檢索及分析數據庫（www.pss-system.gov.cn） 為數據來源，對中國31 個省級行政區（不包括港澳臺地區） 不同創新主體申請的發明專利進行檢索?？紤]到中國發明專利有18～36 個月的審查期，文章以2008-2017 年申請并授權的發明專利為研究數據。在高級檢索中按照專利申請（專利權） 人的關鍵字信息，將專利分為“企業(I)”、“大學(U)”、“科研機構(R)”三個類別，進一步將包含兩種或三種主體的歸為“大學—企業(UI)”、“大學—科研機構(UR)”、“企業—科研機構(IR)”、“大學—企業—科研機構(UIR)”四個類別，并按不同的年份、省級行政區分別統計。

2. 產學研合作專利產出的時間演化

從圖1 可以發現，過去10 年間中國發明專利申請量增長迅猛，總量從2008 年的306921 項增加到2017 年的1745016項，年均增長率21.3%，遠高于R&D 經費投入增長率，這說明我國科技創新效率逐年提高，知識產權保護意識日益增強。產、學、研兩方或三方合作申請專利占比較低，只占專利總量的3.48%，合作專利占比呈總體上升趨勢，但近三年有所下降。

圖1 2008- 2017 年發明專利總量及產學研合作專利占比統計

近10 年發明專利三螺旋分布如圖2 所示。從創新主體來看，企業是發明專利的最主要來源，企業參與的專利占總量的76.7%。這說明企業在科技創新中發揮著主導作用，通過技術創新與產品研發掌握核心技術，并申請專利保護知識產權，進而提高產品利潤和市場競爭力。大學參與申請的專利占總量的21.4%，說明大學作為知識生產的源頭，在推動科學發展與理論創新方面具有優勢，但在技術創新與科技成果轉化領域缺乏動力?？蒲袡C構參與的專利數量較少，只占專利總量的5.4%。

從合作機構領域來看，企業—大學聯合申請專利相對較多，占專利總量的1.73%。這表明企業與大學在創新過程存在一定的互補性，企業作為科技創新成果的運用方，在技術發明、成果轉化、產品市場需求預測方面具有優勢。大學是新知識、新技術的來源地，通過與企業的合作可以快速完成成果轉化，實現知識資本化與技術產業化。

圖2 2008- 2017 年發明專利產學研三螺旋分布

3. 產學研合作專利產出的區域特征

將專利申請時間劃分為2008-2012 和2013-2017 兩個時段，分別檢索各省級行政區大學、企業、科研機構以及相互合作的專利產出，以便從橫向區域間對比與縱向時間演化趨勢兩個維度進行細化分析。

（1） 2008-2012 年間全國申請的發明專利總量1102649 件，各省級行政區分布如圖3 所示。

圖3 2008- 2012 年發明專利總量區域分布

按申請發明專利總量將31 個省級行政區劃分為4 個類別：

第一類包括江蘇、廣東、北京、上海4 省市，這些區域經濟實力雄厚、科技創新能力強，引領中國科技創新發展。第二類包括浙江、山東、陜西、天津、四川、湖北、安徽、遼寧、湖南、河南10 省市，多為東部沿海和中部經濟較發達區域,這些區域經濟、科技基礎較好，市場經濟相對成熟。第三類包括福建、黑龍江、重慶、河北、山西、云南、廣西、江西、貴州9 個省級行政區，大多位于中西部和東北地區。這些區域普遍經濟實力不強，科技創新合作發展起步較晚，其科技創新水平與前兩個類別存在較大的差距。第四類包括甘肅、新疆、內蒙古、海南、吉林、寧夏、青海、西藏8 個省份，多為西部經濟欠發達地區，創新基礎設施落后，科教資源匱乏，經濟基礎薄弱，科技創新能力不足，創新不能為區域經濟發展提供強大動力。

整體來看，2008-2012 年間，中國官產學合作專利產出區域間差異巨大，呈現東強西弱的格局，與中國區域經濟、科技發展水平基本吻合。專利產出大省主要集中分布在東部沿海以及西部的陜西、四川等省份，西北、東北地區發展較為落后，地理集聚現象明顯。

（2） 2013-2017 年間全國共申請發明專利3510099 件，是2008-2012 年間的3.18 倍，各省級行政區分布如圖4 所示。

圖4 2013- 2017 年發明專利總量區域分布

第一類別中前三位的江蘇、廣東、北京沒有變化，安徽從專利總量第11 位一躍為第4 位進入第一類別值得關注，且企業申請專利數量增長迅猛，5 年間從23805 件增長到225975件，增長了8.49 倍，說明安徽處于“一帶一路”、“長江經濟帶”和“長三角一體化發展”三大國家戰略疊加區,充分利用國家政策支持，創新體制機制，激發了各類創新主體的活力，科技、經濟發展潛力巨大。第二類別中廣西從21 位上升到14位，專利數量增長迅速，各創新主體發展較為均衡，說明在創新驅動方面成效顯著。第三類別中遼寧從第12 下降到18 位，作為東北地區的領頭羊創新發展相對滯后，特別是企業申請專利數量相對落后。貴州從第23 上升到20 位，企業申請專利增長較快。第四類別中各省份位次變化不大，值得注意的是寧夏專利總量從第29 上升到第26 位，作為欠發達地區創新驅動成效較為明顯。

整體來看，近5 年發明專利產出各區域間差距在逐步擴大，區域間創新驅動發展的不平衡性更加明顯，呈現出由東西差距向南北差距演化的趨勢，南方的廣西、貴州、安徽等省級行政區創新驅動發展成效明顯。長三角、粵港澳大灣區、京津冀城市群對于區域協同創新的輻射帶動作用越發明顯。

五、中國省域產學研關系實證分析

為進一步探尋區域創新體系中產學研三方主體間的互動關系，區域內部與區域間各主體的協同程度及空間關聯，運用三螺旋算法及其拓展，將收集到的專利數據通過公式(1)～(7)分別計算出區域協同創新體系中的信息熵H、互信息T 以及傳輸效能τ 值。通過三維互信息T來反映區域創新系統的協同范圍，二維、三維傳輸效能τ 來反映創新主體間的協同程度與系統自組織性。

1. 三螺旋區域協同創新范圍分析

中國31 省級行政區產學研合作三維互信息如圖5所示，如前所述，三維互信息可以反映出各區域協同創新的范圍，三維互信息值越小，說明區域內協同作用越強，反之則跨區域協同作用越強?？梢园l現31 個省份的三維互信息都為負值，說明中國三螺旋創新系統以區域內協同為主導。

Tuir值較小的有新疆、甘肅、海南、遼寧、山西等省份，說明這些省份本省內的協同創新占主導地位。其中新疆、甘肅、海南3 個省級行政區科技創新發展相對落后，又地處邊遠地區，與科技資源豐富的地區距離較遠，因此地理距離阻礙了跨區域協同創新活動的開展。而遼寧與科技創新相對發達的山東、天津、北京隔海相望，交通的不便限制了其跨區域的協作互動。山西由于其產業結構與臨近省份存在較大差異，難以找到合作的契合點，因此以本省內的合作為主導。

Tuir值較大的有浙江、廣東、江蘇、安徽、重慶、寧夏、湖南等省份，其產學研協同創新中跨區域的合作占比相對較高。其中廣東、江蘇、浙江3 省區域創新能力強，科技帶動與輻射范圍廣，與其他科技資源豐富的地區毗鄰，較容易開展跨區域的協同創新活動。安徽、重慶、寧夏、湖南4 個省級行政區技術吸收能力不強，產學研三方創新資源不均衡，但周邊地區擁有較豐富的科技創新資源，如寧夏與陜西，重慶與四川、湖南與廣東、安徽與江浙滬等地區地緣相連，人文相近，科技相通，資源互補，較容易開展跨區域的產學研協同創新。

對比前后5 年三維互信息的變化，可以發現只有8 個省份Tuir降低，其他23 個省份Tuir都有不同程度的增長，說明我國區域創新系統間的合作與互動逐步增多，區域一體化進程明顯加快。其中，Tuir增長較大的有云南、天津、安徽、北京等省市，其跨區域協同創新提升明顯。北京和天津屬于首都經濟圈，2015 年4 月審議通過的《京津冀協同發展規劃綱要》加速了這一區域的融合發展，京津冀協同創新走向一體化。云南、安徽同屬長江經濟帶，2016 年9 月，《長江經濟帶發展規劃綱要》正式印發，促進了這些省份實現跨區域創新資源的共享與整合，為創新驅動戰略的有效實施提供了動力。

2. 區域協同創新主體間協作程度及自組織性分析

二維傳輸效能τ 反映出創新系統中主體間的雙邊協同程度，τ 值越大說明兩者之間的交互越頻繁，關系越緊密。

圖5 中國區域產學研合作三維互信息

大學與企業之間的傳輸效能如圖6 所示，31 個省級行政區中只有江西、甘肅2 個省τui值有所下降，說明近5 年大學與企業在科技創新領域的協同關系趨于緊密，其中安徽、貴州、云南三省提升顯著。τui值較高的有河南、浙江、江蘇、重慶、吉林、湖南、天津等省份，說明這些區域大學與企業交互頻繁、相互依賴與耦合性較強。而青海、西藏、新疆、海南、甘肅的τui值較低，這些省份普遍科教資源匱乏，產業基礎薄弱。尤其是青海省τui最低，這主要是由于青海省科教資源匱乏，僅有3所本科高校，而其中青海師范大學和青海名族大學又以人文類學科見長，在與企業合作中難以發揮其智力優勢，導致大學、企業間的關系較為松散。

圖6 中國區域大學- 企業二維傳輸效能τui

圖7 中國區域企業- 科研機構二維傳輸效能τir

圖8 中國區域大學- 科研機構二維傳輸效能τur

企業與科研機構之間的傳輸效能如圖7 所示，青海、西藏、海南、新疆4 省份的τig值較高，均超過0.1。然而這4 個省份在專利申請總量、科技創新水平和經濟實力方面都相對落后，企業與科研機構之間的關系卻最為緊密，這主要是由于這些地區的企業自主研發與科技創新能力普遍較弱，而科研機構擁有技術、人才、設備等創新資源，企業通過與科研機構的合作有助于提升研發效率和加速專利的形成。

大學與科研機構之間的傳輸效能普遍較低，只有9 個省份近5 年的τur值有所提高，說明在區域創新過程中大學和科研機構之間的互動耦合關系較弱，且關系趨于松散。

從整體二維合作關系來看，大學與企業之間的協同關系最為緊密，企業與科研機構次之，而大學與科研機構之間的關系最松散。這說明我國大學主要從事原始創新、基礎理論研究與科學研究，而企業更多的從事應用研究、技術創新和科技成果轉化，二者在創新過程和創新階段上存在互補性，最容易找到創新契合點。

產學研合作三維傳輸效能如圖9 所示。三維傳輸效能τuir是各省級行政區內協同創新體系中三方主體間相互依賴與自組織程度的衡量指標。τuir大，說明該區域內大學、企業、科研機構之間的合作對于創新體系不確定性的減少越多，即通過三方協同創新體系更為有序，系統自組織性越強。三維傳輸效能τ 較大的區域有甘肅、新疆、海南、北京、遼寧、山西等省份。可以發現，產學研協同創新自組織程度較強的區域中除北京外都是區域創新能力相對落后的省份，而區域創新能力突出的江蘇、浙江、重慶、廣東等省市協同創新系統自組織程度反而較弱。

進一步分析，文章認為原因有二：一是一些科技創新欠發達區域的產學研三方主體間發展相對均衡，與科技發達區域相比處于協同創新發展的初級階段。這一階段政府在科技資源配置、科技成果轉化、科技合作等方面發揮的作用更大，而產學研三方中相對較弱的科研機構具有一部分政府職能，產、學、研三方發展相對均衡，系統自組織性較強；二是一些科技發達省份處于企業占絕對主導地位的協同創新發展的高級階段。這些省份科技創新能力強，發明專利絕對數量高，但產學研三方發展不均衡，企業處于絕對主導地位，而跨機構的合作占比較低。企業在創新中表現活躍，自主創新能力強，一些高科技企業通過企業內部的研究機構可以實現從基礎研究、應用研究到新產品開發的完整創新鏈過程，對大學和科研機構的依賴程度較低，因此表現為系統自組織性較弱，而企業為主導的中心協調性較強。

比較前后5 年各區域三維傳輸效能，31 個省級行政區中只有青海、西藏、海南、江西、遼寧、甘肅、山西、浙江8 個省份的τuir上升。說明近5 年中國大部分的區域創新系統自組織性減弱，以企業為主導的中心協調增強，區域創新系統向著企業主體地位更加突出，產學研深度融合的方向發展。

圖9 中國區域產學研合作三維傳輸效能τ

六、結論與對策建議

1. 研究結論

文章在三螺旋理論及其算法拓展的基礎上，采用2008-2012 年、2013-2017 年兩個區間的中國發明專利數據，對中國省域協同創新的區域差異以及區域內部與區域間大學、企業、科研機構等創新主體間的互動耦合關系及其動態演化趨勢進行實證考察，研究發現：第一，中國產學研合作專利產出區域間差異巨大，由東強西弱向南強北弱的趨勢演化，地理集聚現象趨于明顯。長三角、粵港澳大灣區、京津冀城市群的輻射帶動作用凸顯。企業是發明專利的最主要來源，占總量的76.7%，而科研機構參與的專利占比較低，只占總量的5.4%。第二，中國產學研協同創新以區域內合作為主導，跨區域合作有增長趨勢，浙江、廣東、江蘇、安徽、重慶、寧夏、湖南等省份跨區域的協作關系相對較強。第三，企業與大學的雙邊協同效應較強且關系趨于緊密；一些區域創新能力不強的省份如甘肅、新疆、海南、遼寧、山西等三維協同關系較強，創新系統自組織性較高，處于政府主導的創新發展階段，區域創新能力突出的江蘇、浙江、重慶、廣東等省份三維協同關系較弱，系統自組織性較低，以企業為主導的中心協調性較高，向著企業主體地位更加突出，產學研深度融合的方向發展。

2. 對策建議

根據以上結論提出以下對策建議：

（1） 實施區域差異化協同創新發展政策。我國產學研協同創新發展區域異質性特征明顯，這必然要求不同區域應實行差異化的協同創新驅動政策。第一，產學研協同創新較發達的區域應提高創新資源利用效率。這些區域集中了相當豐富的創新資源，但資源的高度集中也會造成“科研擁擠”，企業自主研發能力強而忽視了與大學、科研機構的合作，導致了創新系統的自組織程度不高。政府應通過政策引導、知識外溢、科研分工等途徑促進企業高效的利用外部資源，最大程度地發揮產學研各方作用。第二，產學研協同創新欠發達的區域應提高自主創新能力。這部分區域企業自主研發能力相對較弱，企業應在模仿、借鑒、吸收外部創新資源的基礎上，加強自身科技研發與技術吸收能力的提升。政府將科技資源配置讓位于市場，加快創新資源的流動，使創新成果得以高效轉化和推廣應用。

（2） 統籌協調區域內與區域間產學研協同發展。第一，我國整體跨區域協同創新程度不高，進而導致科技資源匱乏的區域發展緩慢。近年來，一些經濟欠發達區域，特別是西部、東北等省份人才、科技資源流失嚴重，出現區域產學研協同發展的“馬太效應”。因此國家應建立區域統籌的協同創新發展戰略，對科技資源匱乏的區域應有適當的政策傾斜，擴大優勢創新資源的輻射面。第二，長三角、粵港澳大灣區、京津冀等城市群在區域創新中的輻射帶動作用越發凸顯，進一步通過交通、信息服務等基礎設施建設實現創新資源在更大范圍內無障礙流動、擴散與共享，探索城市群帶動區域發展新模式，通過區域一體化驅動區域創新系統融合發展。