產業集群升級與可持續創新型城市建設耦合分析及實證研究

馬有才 秦子茹 劉柱

摘要：通過對產業集群升級與可持續創新型城市建設耦合系統的構成、耦合機制、發展階段進行分析，分別構建要素間的耦合強度模型和子系統間的耦合關聯協調模型，最后以2009—2016年青島軟件園和青島市為例進行實證分析。結果表明，2009—2016年，二者要素間的耦合總體處于優化階段；兩子系統間的耦合關聯度處于優化階段，而耦合協調度實現了從產生階段向鞏固階段的轉變。改善耦合動力機制，促進耦合機制的完善對于更好地發揮兩系統之間的耦合效應具有重要作用。

關鍵詞：產業集群升級；可持續創新型城市；耦合；軟件產業集群；青島

中圖分類號：F129.9文獻標識碼： ADOI：10.3969/j.issn.1003-8256.2021.02.011

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

十九大在“貫徹新發展理念，建設現代化經濟體系”中明確提出要促進我國產業邁向全球價值鏈中高端，培育世界級先進產業集群，加強國家創新體系建設。產業向價值鏈中高端邁進，培育先進產業集群，需要進行現有產業集群的升級；而國家創新體系建設，最終要落實到創新型城市的建設上來[1-3]。產業集群升級和創新型城市建設，成為我國適應經濟新常態，建設我國現代化經濟體系的重要舉措。在經濟新常態背景下，如何確保產業集群升級實現和創新型城市可持續發展，是亟待解決的重要問題。

現階段對產業集群升級的研究從兩個方面展開：地域化視角下集群效率推動的內源式升級和價值鏈視角下價值鏈嵌入驅動的外源式升級[4-5]。但是，無論是內源式升級還是外源式升級，發展中國家的產業集群都面臨“升級陷阱”。一方面，集群內源式升級面臨“升級障礙”：集群創新能力的不足可能無力推動集群升級[6]；即便集群內企業創新能力較高，但傳遞障礙的存在仍可能導致升級無法實現[7]。另一方面，集群外源式升級面臨“天花板效應”[8]：價值鏈高端的企業并不希望中低端的集群實現升級[4]，從而發展中國家集群從價值鏈主導企業獲取的學習效用有限，集群向價值鏈高端攀升的難度加大[9]。

現階段學者對于創新型城市的研究大多從創新型城市的特征、創新投入產出能力、創新系統構成要素等角度考察創新型城市建設[10]，這些視角大都關注于創新型城市建設的短期效應。政府主導作用過強，有可能阻礙創新型城市的長遠發展[11]，學者關注于短期效應，也可能忽略創新型城市的可持續發展。

產業集群升級和創新型城市建設并非是相互獨立的，二者有著密切的關系。產業集群升級的本質是創新能力的提升[12]，集群的根植性特征使得集群創新歸根結底發生在其所處的城市中[13]。產業集群升級與創新型城市建設相互促進，耦合發展。產業集群升級的幅度越大，對本土創新系統的要求就越高[14]，同時對創新型城市長期、可持續發展作用越大。在集群面臨“升級陷阱”和創新型城市建設持續性不足的情況下，耦合效應的存在為產業集群升級和創新型城市持續建設提供了一條新思路：二者的協同發展不僅能夠促進二者自身目標的實現，而且對于對方的發展有著重要的意義。因此，對二者之間的耦合關系的研究，是具有理論意義和現實意義的。

1產業集群升級與可持續創新型城市建設耦合分析

1.1耦合系統構成

產業集群升級和可持續創新型城市建設耦合系統由耦合動力系統、耦合發生系統兩大部分構成。其中，耦合動力系統由市場驅動力、政府推動力和主體創新力構成，三個組成部分相輔相成，共同推動耦合系統的發展演化；耦合發生系統反映了產業集群升級和可持續創新型城市建設子系統間及系統各創新要素間的耦合機制和作用方式，耦合機制可以進一步分為系統間的耦合機制和要素間的耦合機制，在系統耦合層面，產業集群升級和可持續創新型城市建設存在“Push- Pull”機制。

耦合系統的復雜性及要素間關聯的非線性特征決定了要素間耦合機制的復雜性。在探討要素耦合機制之前，將系統的構成要素劃分為四大類：主體、資源、結構、制度。在此基礎上，本文將要素之間的耦合機制概括為“內核-調節-傳導機制”，用“內核機制”來刻畫產業集群升級系統中升級主體、升級資源與可持續創新型城市建設中創新主體、創新資源四者之間的耦合關系，用“調節機制”刻畫產業集群升級系統中的集群結構、升級制度和可持續創新型城市建設中的城市結構、創新制度之間的耦合關系，用“傳導機制”來刻畫兩者的相互作用。“傳導機制”能夠將“內核機制”和“調節機制”對耦合系統的影響大小進行放縮，或對影響發生的時間進行提前或延遲，因此是耦合機制中不可忽略的一部分。耦合系統模型如圖1：

1.2耦合系統發展階段模型

產業集群升級和可持續創新型城市建設耦合系統是一個開放系統，系統內部在演化過程中不斷產生的正熵流可以通過引入外部負熵流進行抵消，從而使得系統得以發展演化。事實上，由于二者的耦合系統內部耦合關聯由小到大，由簡單到復雜，熵值不斷增大，并且這一過程具有不可逆性。這就造成了整個耦合系統的熵值由可引入的負熵流來決定。

由可引入耦合系統的負熵流的大小，本文將耦合系統的發展劃分為四個階段：產生階段；鞏固階段；優化階段和穩定階段。

在產生階段，由于產業集群升級的需要和可持續創新型城市建設的需要，二者開始產生耦合。在該階段，二者耦合的程度少，規模小，從而也就導致耦合系統產生的正熵流較小。在該階段，由于二者耦合重要性的凸顯，較大的負熵流會被引入到耦合系統之中，從而促進耦合系統從產生階段向加速耦合階段轉變。

在鞏固階段，產業集群升級與可持續創新型城市耦合程度較高，規模較大，從而使得耦合系統產生的正熵流也較大，需要引入更大的負熵流抵消耦合產生的正熵流。在該階段，由于與系統直接相關的外部環境中存在著更大的負熵流可以被引入耦合系統，從而抵消系統產生的正熵流，因此二者的耦合呈現出加速發展態勢。

在優化階段，產業集群升級與可持續創新型城市建設耦合程度高，規模大，從而造成耦合系統產生巨大的正熵流，需要引入更大的負熵流進行抵消。但是，由于與系統直接相關的外部環境中負熵流的存量在特定時期內無法滿足完全抵消正熵流的要求，耦合系統整體熵值增大，耦合系統的發展放緩。

耦合系統外部在經歷一段時間的發展后已經具備足夠的負熵流來抵消耦合系統產生的正熵流，但是由于耦合系統發展已經達到了很高的水平，因此耦合程度的提高緩慢，耦合系統處于穩定狀態。

2產業集群升級與可持續創新型城市建設耦合度評價模型

2.1評價指標體系

2.1.1產業集群升級評價指標

現階段對產業集群升級評價指標體系進行的研究較少。產業集群升級過程中，創新扮演著重要的角色[12]，并且產業集群升級與可持續創新型城市在創新層面產生耦合。本文從創新的視角來構建產業集群升級評價指標體系。借鑒蔣泰維[15]、歐光軍[16]、吳小波[17]等的做法，從創新投入和創新產出方面評價創新能力的基礎上來構建產業集群升級評價指標體系。創新投入衡量產業集群在資金、人員、資源潛力等方面所具備的、能夠幫助集群升級各種創新資源；創新產出是驅動集群升級的重要因素[18]，其能夠衡量產業集群在過去一段時間內各方面績效的整體情況，包括集群的獲利能力、集群的創新產出能力（表1）。

2.1.2可持續創新型城市建設評價指標

可持續創新型城市作為一種創新生態系統，在進行評價時既要考慮創新效率，又要考慮生態健康度。本文參照《中國城市創新生態系統評價（2016）》的指標體系[19]，選取創新投入、創新產出來衡量可持續創新型城市的效率，選取驅動力、組織力、資源潛力來衡量可持續創新型城市的健康度，從而構建了可持續創新型城市綜合評價指標體系。在這些指標體系中，創新投入是進行城市創新的基礎條件，創新產出是考量城市創新的重要因素[20]；創新的驅動力可以分為三類：政府驅動力、市場驅動力和科技發展驅動力，反映了創新活動的動力來源；自然生態系統中組織結構是健康性評價的重要因素，而生物多樣性是組織結構中的主要指標，因此使用多樣性來反映該系統的組織力；資源潛力反映的是系統中可以持續挖掘和使用的創新潛力（表2）。

2.2耦合強度模型

耦合系統的復雜性特征使得對耦合系統的認識停留在“部分信息已知，部分信息未知”的“灰色地帶”。為了解這一“復雜”“貧信息”的灰色系統內要素間的關系，本文在利用灰色關聯度分析要素間關聯性大小的基礎上，劃分關聯程度并將其與要素間的耦合階段對應起來，提出要素間的耦合強度模型。計算方法如下：

（1）選擇分析序列。本研究的分析序列為產業集群升級各指標序列與可持續創新型城市建設各指標序列。

（2）無量綱處理。無量綱處理可以采用均值化變換、初值化變換和標準化變換。

（3）計算關聯系數。采用鄧氏關聯系數法計算關聯度：

式中，D（t）為產業集群升級與可持續創新型城市建設的耦合協調度；H（t）為產業集群升級與可持續創新型城市建設的綜合協調指數，反映兩子系統的綜合發展水平對協調度的貢獻；U（t），V（t）分別為時刻t產業集群升級和可持續創新型城市依據表1～2得到的綜合評價；α，β為待定系數。在兩系統的耦合協調發展過程中，我們認為產業集群升級和可持續創新型城市建設具有同等重要性，設定α=β= 0.5；參考周成等[22]的研究成果劃分耦合關聯度和耦合協調度取值范圍，并將其與耦合系統發展階段一一對應，如表4所示。

耦合強度反映了產業集群升級與可持續創新型城市建設各指標所反映的要素間的耦合程度；耦合關聯度及耦合協調度從整體層面上反映了兩子系統之間的耦合關聯協調程度。此外，耦合關聯度C從靜態的視角表示了兩子系統之間的耦合相關程度；耦合協調度D則表示了兩系統在動態耦合中的協調程度[23]。本文構建的產業集群升級與可持續創新型城市建設耦合評價模型既從微觀的要素層面對耦合進行評價，又從整體的層面對兩子系統耦合進行評價；既考慮了靜態視角下產業集群升級與可持續創新型城市建設的耦合，又考慮了動態視角下二者耦合程度的演變。因此，本文構造的耦合評價模型是較為全面的和可取的。

3產業集群升級與可持續創新型城市建設耦合的實證分析

在構建產業集群升級與可持續創新型城市建設耦合度評價模型的基礎上，選取青島市作為可持續創新型城市建設的代表，青島軟件園作為軟件產業集群升級的代表，以2009—2016年數據為基礎，應用耦合度評價模型評價二者之間耦合程度及耦合發展階段。

軟件產業是信息技術的核心與靈魂，是提高我國競爭力的戰略性新興產業。軟件產業基地作為軟件產業的一種集聚形式，做到了營造軟件要素資源集聚的良好環境，在實踐中取得了重大的成就。但是，與跨國軟件巨頭相比，國內軟件園仍存在資源整合不夠、創新能力不足、核心競爭力缺乏等諸多問題，軟件產業集群升級勢在必行[24]。

本研究中，青島軟件園的數據來自于《中國火炬統計年鑒》（2010—2017）；青島市作為可持續創新型城市，其評價指標體系數據來自于《中國城市統計年鑒》（2010—2017）、《中國火炬統計年鑒》（2010—2017）、《青島市統計年鑒》（2010—2017）、《中國財政透明度報告》《中國分省份市場化指數報告2016》。

在可持續創新型城市建設評價指標體系中，政府透明度采用的是《中國分省份市場化指數報告2016》中山東省市場化指數數據。其中，《中國分省份市場化指數報告2016》中僅有2009—2014年的數據，本文采用二次指數平滑法來預測2015和2016年的數據。

3.1耦合強度分析

首先，將產業集群升級系統各要素的數據和城市創新生態系統創新能力各要素數據進行離差標準化處理。然后利用公式（1）求出各年份要素之間的關聯系數。最后使用公式（2）得到要素間的灰色關聯度如表5所示：

從關聯程度上而言，由表5可知，青島軟件園升級與青島可持續創新型城市建設各要素間的關聯程度有以下特征：第一，從關聯度結果而言，各要素之間的灰色關聯度介于0.41～0.97之間；第二，從關聯程度分布而言，高度關聯占4.5%，較高關聯占64.5%，中等關聯的占到31%；第三，從要素耦合階段來看，處于耦合穩定階段較少，處于耦合鞏固及耦合優化階段的占絕大多數。

3.2耦合關聯協調度分析

分別對兩個評價指標體系中各評價指標的數據方法進行離差標準化處理，運用熵值法分別求出各指標的權重，依次計算出青島軟件園的產業集群升級綜合評分U和可持續創新型城市綜合評分V。

2013年2月，青島市委、市政府下發了《關于加快創新型城市建設的若干意見》和《推進創新型城市建設十大科技創新工程》，明確提到了要“推進千萬平米軟件產業園區建設，打造國內一流的軟件和信息服務產業基地”以及以“1+10”工作思路全面推進創新型城市建設。從圖2可以明顯地看到，2013年之后，無論是青島軟件產業集群升級能力還是城市創新生態系統創新能力均出現了高速增長的態勢。這說明了本文對軟件產業集群升級能力的評價以及對城市創新生態系統創新能力的評價是與現實相符的。

從圖2可以看出，2009—2014年，青島可持續創新型城市建設綜合評分要高于青島軟件園升級綜合評分，2015、2016年青島軟件園升級綜合評分要高于青島可持續創新型城市建設綜合評分。由于在模型構建中設定耦合中產業集群升級與可持續創新型城市建設具有同等重要性，因此在2009—2014年，二者的耦合主要由可持續創新型城市建設拉動，2015和2016年，二者耦合主要由產業集群升級拉動，并且二者在總體上呈現出較為一致的變動趨勢。

根據公式（3）求出耦合關聯度C，得出U，V后，H也隨之確定，再應用公式（4），求出耦合協調度D。

由耦合度測算結果可知（圖3），2009—2016青島市軟件園與青島可持續創新型城市建設的耦合關聯度處于0.5～0.9之間；耦合協調度處于0.1～0.5之間。二者的耦合關聯度在2014年最低，值為0.580；二者的耦合關聯度在2009年達到最高，其值為0.816；二者的耦合協調度在2009年取得最低，其值僅為0.133；二者的耦合協調度在2016年達到最高，其值為0.496。

從耦合階段來看，2009年青島軟件園升級與可持續創新型城市建設處于耦合關聯穩定階段，隨后則降為關聯優化階段，并且在演變中伴隨著一定的波動，說明二者在關聯程度上仍然不穩定，關聯程度有待提升；二者在2009—2012年處于協調產生階段，2013—2016年二者處于協調鞏固階段，雖然現階段協調度仍然較低，但總體呈現出上升態勢。

4結論

本文對產業集群升級與可持續創新型城市建設耦合系統構成、耦合機制及發展階段進行了分析。在此基礎上構建了產業集群升級與可持續創新型城市建設耦合度評價模型，并對2009—2016年青島軟件園升級與青島可持續創新型城市建設的耦合度進行了實證研究。結論如下：第一，產業集群升級與可持續創新型城市建設耦合系統的演化動力包括市場驅動力、主體創新力與政府推動力；第二，產業集群升級與可持續創新型城市建設的耦合機制，從系統的層面看存在著“Push-Pull”耦合機制，從構成要素層面來看存在“內核-調節-傳導”耦合機制；第三，產業集群升級與可持續創新型城市建設耦合系統的發展可以分為四個階段：產生、鞏固、優化和穩定；第四，青島軟件園升級與青島可持續創新型城市建設的耦合在2009—2014年主要依靠可持續創新型城市建設驅動，2015和2016年才轉變為主要依靠產業集群升級驅動；第五，青島軟件園升級與青島可持續創新型城市建設在要素耦合方面處于耦合鞏固及以上階段；第六，青島軟件園升級與可持續創新型城市建設在系統耦合層面處于關聯優化和關聯穩定的中高水平關聯階段；但仍處于協調鞏固的較低水平協調階段。

產業集群升級與可持續創新型城市建設的耦合效應的存在使得可以從一方的實現著手從而促進另一方的實現，這對于擺脫集群“升級陷阱”以及促進可持續創新型城市建設有著重要意義。因此，在實踐中既應當促進二者耦合，也應當積極利用二者的耦合。第一，注重耦合動力機制的培育。既要關注市場和政府外部動力機制的完善，又要發揮主體的內部創新力；第二，營造良好的政策環境，從而保證耦合機制的發生于耦合系統的演化；第三，對青島軟件園與青島可持續創新型城市建設耦合而言，現階段應當加大可持續創新型城市建設力度，在促進城市發展的同時促進產業集群升級。

產業集群升級與可持續創新型城市建設之間存在著復雜的耦合關系，本文僅僅研究二者耦合系統的構成、耦合機制及發展階段等一般性特征，對更為細致的問題缺乏探討。與此同時，本文僅僅選取青島軟件園與青島市作為實證對象對耦合度評價模型進行了驗證，驗證結果對其它集群和城市的參考價值仍需進一步研究。

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Coupling Analysis and Empirical Research on Upgrading of Industrial Cluster and Construction of Sustainably Innovative City

MA Youcai，QIN Ziru，LIU Zhu（College of Economics and Management， Shandong University of Science and Technology， Qingdao 266590， China）

Abstract： Through the analysis of the composition， coupling mechanism and development stage of the coupling system between industrial cluster upgrading and sustainable innovative city construction， the coupling intensity model between elements and the coupling correlation coordination model between subsystems were constructed respectively. Finally， the Qingdao Software Park and Qingdao City from 2009 to 2016 were taken as examples for empirical analysis. The results show that from 2009 to 2016， the coupling between the two elements is generally in the optimization stage. The coupling correlation degree between the two subsystems is in the optimization stage， and the coupling coordination degree realizes the transformation from the generation stage to the consolidation stage. Improving the coupling dynamic mechanism and promoting the perfection of the coupling mechanism play an important role in bringing the coupling effect between the two systems into full play.

Keywords： upgrading of industrial clusters； sustainably innovative cities； coupling analysis； software industry cluster； Qingdao