中關村高新技術企業合作申請專利網絡集聚效應分析

關 峻，任嘉琪，邢李志，徐靜瑩

(北京工業大學 經濟與管理學院，北京100124)

0 引言

隨著經濟全球化進程和創新速度加快，區域發展正面臨國際、國內競爭機遇和挑戰，創新成為全球化時代的競爭武器。隨著新一輪科技革命興起，我國從高速發展向高質量發展方向轉變，以知識、技術、資本密集為特征的高新技術產業憑借較強的技術創新能力，成為我國產業發展戰略高地[1, 2]。高新區是以智力資源為依托，以高新技術產業為主體，由集聚效應形成的專業化程度較高的新型社區，具有高度集中的知識、技術、人才資源，集研發、生產、經營、教育于一體。實踐證明，高新區發展能夠推動科技革命和技術進步，是自第二次世界大戰以來眾多國家和地區推動高新技術產業化及創新發展的重要形式，尤其是發達國家實現本國高科技發展的重要戰略和途徑。高新園區主要包括3個構成內容：①特定空間；②一系列技術轉移活動；③大學、研究機構、政府機構和市場化機構間的合作。高新園區在促進園區企業創新能力提升[3]、培育創業人才[4]，以及促進高新技術產業發展[5]與當地區經濟增長等方面具有重要作用[6]。

1988年，中國啟動“火炬”計劃，并在北京中關村建立第一個高科技發展試驗區。自此，中關村成為中國高科技產業開發區的代名詞。2009年，國家開始建設一批高新技術開發區，中關村作為重點建設對象，成為我國第一個自主創新示范區。作為全國高新區的標桿，中關村始終緊跟技術創新浪潮，突破體制機制約束，形成獨特的創新生態系統，孕育了眾多高新技術企業。

創新可以產生于地方、國家、個人、企業和其它知識機構間日益復雜的相互作用。隨著知識經濟發展，簡單鏈式創新模式逐漸轉變為復雜創新網絡模式[7]。專利活動是追求利潤的實體從其發明和創新中獲得回報的典型方法，此外，合作申請專利網絡也成為創新網絡的表現形式。合作申請專利網絡是指不同創新實體通過合作申請專利形成的關系，以及過程中的技術傳播擴散機制(陳瑾宇等，2020)。本文基于這一經濟學現象，對以中關村為代表的高新區合作申請專利網絡進行系統刻畫，探討不同類型創新實體在合作網絡中的作用。

以中關村為例研究區域合作申請專利網絡，有助于挖掘高新技術企業在合作申請專利中的深層次關系，為企業網絡位置分析與社團劃分奠定良好基礎。基于復雜網絡理論劃分的合作申請專利社團更能體現專利申請主體的合作和交流模式，有利于挖掘企事業單位、學術機構、科研院所間的相互關系，對高新技術領域合作創新能力提升具有重要意義。

1 研究基礎與網絡建模

1.1 理論基礎

復雜網絡能夠將創新活動涉及的要素流動(技術、資金、人才)和環境影響(政策、文化、組織)納入同一分析框架，形成新的研究范式——創新網絡，進而通過分析創新主體的復雜關聯，解釋網絡結構與創新績效之間的歸因關系。近年來，隨著網絡分析工具和創新活動數據日益豐富，基于復雜網絡視角的高新區創新生態系統研究成為國內外學者們關注的焦點。

創新主體通過建立各種正式或非正式關系實現創新功能，目標是更好地捕捉創新資源，從而有效提高創新效率。創新主體間的關系既有企業間或企業與機構間穩定的契約關系，也有企業間以及企業和機構間的非正式交流與接觸關系。創新網絡主體即創新網絡節點，創新網絡節點間的連接反映創新資源流動，即創新活動的具體表現。創新網絡的核心價值在于通過搭建一個橋梁促進創新實體間的互動，有利于知識和信息產生、積累和傳遞，為知識創造、擴散和應用提供有效平臺。

合作申請專利網絡相關研究涵蓋生物醫藥(姜南等，2021；李樹祥等，2021)、裝備制造[8]以及產學研合作(李樹祥等，2021)等領域。合作申請專利網絡以知識流動和資源交互整合為基礎，能夠清晰地反映創新主體之間的知識流動以及技術轉移和擴散。因此，合作申請專利網絡能夠促進各創新主體實現優勢互補，提高關鍵技術能力，進而增強各創新主體合作意識。現有合作申請專利網絡研究大多利用社會網絡分析方法計算各項網絡指標，進而描述網絡演化趨勢和網絡特征，對合作申請專利中的集聚效應研究較少。本文采用社團劃分算法對合作申請專利網絡中的集聚現象進行研究，通過對不同社團特征和演變路徑進行分析，以期為不同性質和處于不同發展階段的企業提供相關建議。

1.2 網絡建模

本文根據中關村管委會網站提供的2018年高新技術企業名單，利用Python爬蟲在Incopate網站抓取名單內企業合作專利申請信息。在統計過程中，本文對數據進行篩選，剔除重復統計、信息不完整的專利數據并進行消歧處理，最終選取2008—2017年中關村企業共同申請專利清單及企業名錄，基于此構建合作申請專利網絡。共同申請專利清單包括專利公開號、申請號、標題、申請主體等信息，提取其中兩類信息：一是能夠區分專利、企業和個人的信息；二是企業或個人通過合作申請專利所建立起來的聯系。高新技術企業、中介與金融機構、企事業單位、高校與科研機構及個人等專利申請主體構成網絡節點，申請主體通過合作申請專利所建立的聯系構成網絡連邊。另外，為了體現企業間的合作和技術擴散，要求申請專利的個人必須分屬于不同單位。

通過建立高新技術企業合作申請專利網絡(High-Tech Enterprise Patent Cooperation Network，HEPCN)分析高新技術企業在新興技術擴散過程中的協同合作關系[9]。專利共引頻次實際上可體現企業創新合作程度或內部創新競爭力，因而給網絡連邊設定邊權是科學且合理的。綜上所述，HEPCN模型是一個加權無向網絡模型，結合社會網絡模體分析范式梳理企業與專利間的關系，如圖1所示。

(1)如果企業既是專利唯一申請主體，又是專利當前唯一所有人，如圖1(a)所示，那么這種情況屬于自主申請，沒有與其它企業產生技術擴散關系。

(2)如果企業與其它(一個或多個)企業是專利的共同申請主體，如圖1(b)所示，那么這種情況屬于合作申請，相關企業之間產生雙向技術擴散強關聯(本文適用情景)。

(3)如果(一個或多個)企業將專利轉讓給另一家企業，專利所屬權發生變更(虛線方向代表歸屬權轉移)，如圖1(c)所示，那么這種情況屬于專利轉讓情況，相關企業之間產生單向技術擴散強關聯。

(4)如果(一個或多個)企業通過許可方式使其它(一個或多個)企業獲得專利使用權，專利所屬權并沒有發生變更(虛線方向代表專利引用)，如圖1(d)所示，那么這種情況屬于專利許可，相關企業之間產生單向技術擴散弱關聯。

(5)如果(兩個或多個)企業通過專利許可方式獲得某項專利的使用權，如圖1(e)所示，那么這種專利共引關系并沒有使它們之間產生技術擴散關系。

2 專利統計特征描述

2.1 專利整體特征

本文以3年為時間窗口對2008—2017年企業合作專利申請數據進行統計分析(限于篇幅，只展示部分年份)。從中關村合作專利申請數量看(見表1)，自2009年國務院批復中關村建設國家自主創新示范區并要求將其建設為具有全球影響力的科技創新示范區以來，合作專利申請單位大幅增加。2012年，國務院批復同意調整中關村國家自主創新示范區空間規模和布局，示范區面積進一步增加，為創新型企業提供了更廣闊的孵化基地，合作專利申請單位增幅顯著。2016年，國務院《北京加強全國科技創新中心建設總體方案》提出，要發揮中關村國家自主創新示范區的主要載體作用，進一步為中關村企業創新發展提供戰略支撐。此外，2008-2017年企業共同申請的專利由1 410件增加到13 487件，并在2016年達到18 326件。其中，兩個主體共同申請專利數占合作申請專利數的主要部分，2013年后出現較多5個以上主體共同申請專利的現象，企業合作申請專利數量規模呈現擴大趨勢。

表1 中關村合作申請專利申請數量

2.2 不同區域主體分布特征

中關村高新區根據所屬行政區劃分為16個園區，從中關村企業所屬園區看(見表2)，海淀區無論是申請主體數量還是增幅都是16個園區中最高的。2008年合作申請專利中，海淀區高新技術企業占51.28%，2017年該比例下降至18.35%。海淀園企業因其深厚的創新積淀，在合作申請專利網絡初期具有較大優勢，吸引了網絡中大部分技術合作者。隨著創新網絡發展，其它園區的技術優勢形成，也能吸引較多高新技術企業聚集。部分園區形成具有代表性的優勢企業，成為合作申請專利網絡中的重要環節，這些特色園區中參與合作申請專利的企業數量增幅較大。

表2 中關村合作申請專利申請主體所屬園區統計結果

2.3 不同技術領域主體分布特征

根據北京市科學技術委員會在2000年7月2日發布的《北京市高新技術企業認定條件及管理辦法》,將中關村高新技術企業劃分為11個技術領域。從技術領域看(見表3)，2008—2017年合作申請專利以電子信息產業為主，先進制造技術、新材料及應用技術、新能源與節能技術等緊隨其后。電子與信息領域(先進電子材料、信息技術服務、信息系統集成等)、環境保護領域企業(環保裝備、環保監測、先進環保技術推廣等)合作申請專利數量增幅較大。

表3 中關村合作申請專利主體所屬技術領域統計結果

3 研究設計

3.1 社團結構描述指標

社會和生物網絡由社團即一組節點組成，其內部連接緊密，而社團間連接稀疏。社團結構及社團是復雜網絡理論中最重要的分支，在社會關系學、互聯網及商業行為聚類等領域得到廣泛應用并取得重要成果[10,11]，被逐漸應用于創新網絡復雜行為研究。社會網絡中的社團結構是社會網絡分析中的重點，因為這些社團結構可以用來解釋個體間的關系，并預測企業社會行為。

復雜網絡中的社團結構是指網絡中由部分節點組成的集合，集合內部節點聯結緊密，具有高度密切關系，而集合間的聯結較為稀疏，因而將該網絡劃分為若干個集合的描述。優化社團結構的質量函數是一種社團檢測策略，如模塊化優化。目前，復雜網絡理論中，對社團結構最常用的描述指標是由Girvan & Newman[12,13]提出的模塊度，即Q函數。

模塊度Q函數等于網絡中連接社團內節點邊的比例與擁有相同節點數但頂點間隨機連接的網絡中連接社團內節點邊比例的期望值所對應的差值[14]。社團內節點聯結越緊密而社團間聯結越稀疏的網絡模塊度Q越接近1，網絡社團結構就越顯著。合理的社團結構中，社團內連邊緊密程度的期望值遠大于相同節點網絡中隨機社團結構內連邊緊密度的期望值。模塊度Q的表達式如下：

(1)

其中，m表示合作申請專利的總次數，即網絡總邊數，Aij表示主體i和j合作申請專利的次數，即連邊權重，ki表示創新主體i參與合作申請專利的次數，即節點i的度值。δ(ci,cj)表示企業i和j所處社團，當i和j屬于同一社團時，δ(ci,cj)取值為1，否則為0。

3.2 社團發現算法

本文采用Louvain層次聚類社團劃分算法[15,16]進行合作申請專利網絡社團劃分，具體算法流程如下：

(1)將網絡中的每個節點看作為一個獨立社團，形成第一層社團結構并計算Q0值。

(2)選擇相鄰節點i和j，將其進行組合得到新的社團，并計算模塊度Q'及其增量ΔQ=Q'-Q0。如果增量值為正，則將節點i和j視為一個為社團，否則i和j不形成社團。

(3)重復進行社團結構下一層次劃分，將上一步驟中已劃分的社團視為節點，進而構建新網絡再進行合并劃分，下一次的網絡權重是已劃分社團內部的累加。

(4)回到第二步循環進行下一層合并，直至不能合并。

Louvain層次聚類社團劃分算法是基于聚合思想的模塊度算法，能夠發現網絡中的層次結構。除底部社區計算和劃分時消耗時間較多外，隨著社區壓縮，邊和節點數會大大減少[17]。因此，該算法復雜度低，且具有較高的準確度和運算效率，適用于大型復雜網絡分析[18,19]。

合作申請專利的主體之間具有包含與被包含的關系，隨著高新技術創新領域的產學研深度融合，企業合作申請專利網絡中必然存在層次和社團結構，因而Louvain算法具有較強的適用性[20]。

4 結果分析與討論

本文采用Louvain層次聚類社團劃分算法，基于2008—2017年中關村高新技術企業合作申請專利網絡數據進行社團識別，并挑選2008、2011、2014、2017年前五大社團數據進行網絡社團結構整體特征與內部特征分析。通過對企業合作申請專利情況進行聚類分析，探究合作申請專利社團影響因素并對社團演變路徑進行追溯，可為企業挑選適合的社團，進而通過社團內部合作申請專利獲取技術資源提供建議。

4.1 社團結構整體特征

由于合作申請專利網絡規模較大且大部分節點僅擁有少量連邊，故采用Louvain算法進行社團劃分后社團眾多，社團數量與模塊度見表4。

表4 中關村社團數量與模塊度統計結果

由于網絡中存在較多社團，為清晰地展示中關村高新技術企業合作申請專利網絡社團結構及演化過程，使用Gephi對2008年、2011年、2014年、2017年社團結構進行繪制，并對節點數排名前5的社團進行標注(圖2～5)，節點大小與度值成正比，以社團中度值最高的節點對社團命名。

(1)社團化組織特征顯著，合作申請專利社團呈現擴張態勢。由上述網絡圖可以看出，前五大社團呈現規模擴大趨勢，尤其是第一大社團在網絡中的占比不斷提升，所有社團模塊度均在0.8以上，整體處于較高水平，表明中關村高新技術企業合作申請專利網絡分化程度較高，呈現顯著社團化空間組織模式特征。4個年份模塊度分別為0.93、0.95、0.84、0.87，呈下跌態勢，反映出社團間聯系緊密度有所提升，不同社團間實現了一定程度的專利技術交流合作，原先較為封閉的合作申請專利現象得到改善。

(2)核心社團大多呈現領導者社團特點，部分次核心社團擁有自組織特性[11]。在領導者社團中，存在一個或者幾個hub節點與社團內其它節點的度值相差較大。在自組織社團中，所有節點度數相差不大。觀察圖2～5可以發現，在2014—2017年網絡中，最大社團內部節點度值相差較大，最核心節點在網絡中獲得領導地位，社團中其它節點團結在核心節點周圍，符合無標度網絡特性，核心節點的強大技術背景能夠吸引其它節點合作，遵循擇優鏈接機制。在網絡的次核心社團中，節點度值相差不大，呈現小范圍自組織特性，形成基于技術需求或社會關系的自發性合作申請專利團體。

(3)從社團地位看，2008年與2011年高校及其衍生企業形成的合作申請專利社團排名靠前。在合作申請專利網絡形成初期，高校因豐富的創新資源與高科技人才，在網絡中發揮顯著凝聚作用，通過合作專利申請促進區域內企業創新交流與技術擴散。其中，清華大學社團一直占據主要地位。在2014年網絡中，圍繞能源類大型企業形成的合作社團展現出強大的帶動能力。2017年社團網絡中，科研院所成為重要力量。

4.2 社團內部特征

4.2.1 HEPCN-2008模型社團結構分析

表5展示了2008年高新技術企業合作專利網絡前五大社團中度值排名前6的社團成員，五大社團中核心成員分別是中國電力科學研究院、清華大學、北大方正集團有限公司、中國移動通信集團有限公司、中國建筑一局(集團)有限公司。

表5 2008年合作申請專利網絡前五大社團成員構成

(1)在合作申請專利網絡形成初期，社團成員聯結在高校、科研院所與大型國企周圍。對于初創型企業而言，與高校、科研院所合作是快速獲取技術資源與創新渠道的重要方式。圍繞高校形成的社團在技術交流與合作方面打通流通路徑，促進內部企業技術水平提升。大型國企在重要行業發揮引導作用，吸引領域內具有豐富技術資源的企業或科研院所合作，從而推動重點行業發展。

(2)通過觀察社團內聯通企業可以發現，與核心主體具有合作申請專利關系的企業大多為依托高校或科研機構所設立的企業(如清華大學與同方威視技術股份有限公司、北京固鴻科技有限公司，以及北京大學與北大方正集團有限公司等)或大型國有企業及其子公司。合作申請專利網絡形成初期，合作者間關系較為牢固和穩定，知識交流與資源共享阻力較小[21]。親緣型合作模式在初期能夠為衍生企業帶來穩固的技術合作關系，促進企業創新發展，但因行業或地域內其它企業輻射能力有限，容易導致技術固化與壟斷。

4.2.2 HEPCN-2011模型社團結構分析

表6展示了2011年高新技術企業合作專利網絡前五大社團中度值排名前6的社團成員。

表6 2011年合作申請專利網絡前五大社團成員構成

(1)高校在社團中占據更高比例，不同于2008年綜合類院校在合作申請專利方面成為主力的現象，2011年社團內部結構中，專業類院校形成了自己的合作團體，如華北電力大學、大連理工大學、中國石油大學等。專業類院校豐富的技術人才與技術積累為該領域技術漸進式創新和突破式創新提供支持。對于企業來說，與排名前列的綜合類院校合作申請專利，可以擴大合作專利申請范圍，形成密切的技術交流與合作團體，進而帶動自身整體技術水平提升，將高校技術資源轉化為自身創新實力，從而實現專利技術產品化。

(2)由清華大學社團內部成員對比情況可以看出，以最大校企方正集團有限公司為核心的社團4，合作申請專利規模沒有顯著擴大趨勢，且社團內成員大多為旗下子公司，合作領域大多為電子信息行業。即使擁有頂級科研資源，如果在合作專利申請過程中企業僅以社會接近性作為唯一標準，不接納吸收更廣泛的創新主體進入合作集團，就會失去創新活力與技術優勢，陷入創新“沼澤”。

4.2.3 HEPCN-2014模型社團結構分析

表7展示了2014年高新技術企業合作專利網絡前五大社團中度值排名前6的社團成員。

表7 2014年合作申請專利網絡前五大社團成員構成

(1)從行業發展看，電力行業在高新技術企業合作申請專利網絡中形成最大的合作社團，其中國家電網占據主要地位。根據中國國家知識產權局數據顯示，2014年國家電網專利授權量排名全國第8，2017年授權量躍升為全國第一。由2014年合作申請專利情況可以看出，擁有豐富創新資源與較強創新活力的國企會對區域乃至全國合作申請專利產生影響。電力行業需要較大的技術與資金投入，國有企業必然在社團中扮演重要角色，而電力設施鋪設與智能電網發展對各領域企業的帶動作用都是不可忽視的。因此，如何融入該社團并吸收內部資源，快速提升技術實力是價值鏈上企業亟需解決的問題。

(2)由社團4可以看出，合作申請專利的主體不再局限于具有從屬或同宗關系的企業和單位，專利合作廣度提升，出現因技術需求而形成的合作申請專利團體[22]。合作申請專利關系網絡可以在同一行業內部或者相似行業之間無限擴展，知識交流、資源共享范圍與規模擴大。雖然社團4中的企業并不嚴格屬于同一領域或相似領域，但基于企業創新技術需求所建立的合作申請專利關系有助于促進技術革新與突破，并且可以與其它形式的合作同時進行，例如共同進行新產品開發和銷售等。合作者在專利研發方面的合作關系能夠與其它形式的合作活動相互促進、相得益彰。

4.2.4 HEPCN-2017模型社團結構分析

表8展示了2017年高新技術企業合作專利網絡前五大社團中度值排名前6的社團成員。

(1)對比社團2與社團5可知，即使同一行業也出現了基于價值鏈不同環節的社團劃分，社團劃分的業緣型特征更為顯著，符合合作申請專利網絡擴張趨勢。廣泛的社會分工促使企業間形成復雜的社會關系，在合作申請專利網絡形成初期，合作程度不高、合作關系稀疏、合作規模偏小，企業應積極借助地緣發展和鞏固合作關系。待初級合作申請專利網絡形成后，主要依靠業緣關系拓展合作網絡規模和范圍。

(2)高校在核心社團結構中的影響有所削弱，高新技術企業在社團中的帶動效應顯著。在前五大社團中，出現了北京韓建河山管業股份有限公司、北京翔鯤水務建設有限公司等民營企業或國企改制企業，為合作申請專利社團注入新的活力。

5 結語

5.1 研究結論

本文對中關村高新技術企業合作申請專利網絡進行社團劃分，并對社團結構特征以及網絡中前五大社團演化情況進行對比分析。在此基礎上，觀察前五大社團內部成員構成及合作模式，得到如下結論：

(1)合作申請專利網絡呈現顯著社團化結構，同時社團間合作有所加強。網絡中的核心社團大多呈現領導者社團特點，網絡中關鍵節點與其它節點度值相差較大，部分次核心社團擁有自組織特性，企業間自發形成合作社團，度值相差較小。因此，應重點培育合作意識強、發展潛力大的創新主體成為新的核心，增強多核心輻射效應，從而帶動創新網絡發展。另外，應通過積極推動不同社團之間的合作交流，促進技術在不同社團間轉移，提升整個網絡創新能力。

(2)高校及其衍生企業形成的社團在合作申請專利網絡形成初期占據優勢地位，成為網絡中較大的社團。與其排隊等候知名綜合類院校，企業不如加強與本行業專業性院校合作，憑借技術領域內專業人才和資源，融入專業化程度較高的行業社團。

(3)社團內部合作模式由親緣型逐漸向業緣型轉變，企業間出現基于共同技術需求的合作申請專利社團，有利于擺脫親緣型合作模式的負面影響，擴大知識交流和資源共享范圍與規模。

(4)電力等能源行業大型國企在社團中發揮主要作用，通過廣泛技術合作與交流對高新技術企業創新發揮輻射帶動作用。

總之，初創期企業大多基于地理位置與社會關系獲取可利用的創新資源以形成自身社團。隨著企業創新水平不斷提高，將社會接近性作為合作申請專利的唯一標準會導致活動范圍狹小，進而造成從外界獲取的資源非常有限，因此應避免單一親緣型合作模式。當企業面臨成長瓶頸時，需要關注價值鏈上下游企業，以及擁有相近技術需求或合作前景的高新技術企業，提升合作主體多樣性，進而促進技術水平提升，實現可持續發展。

5.2 研究展望

本文基于專利合作網絡中高新技術企業間關系的復雜性和多樣性特點，拓展企業創新合作與技術交流研究視角，從專利合作網絡角度審視企業技術關聯問題，揭示高新技術企業在專利合作中的相互關系。通過指標測度與社團劃分，針對不同類型企業在網絡中發揮的作用進行量化，厘清網絡發展內在動力機制，豐富企業創新發展理論支撐體系，并對專利合作網絡分析方法進行補充。基于上述研究結論，本文確定以下未來研究方向：

(1)由于數據限制，沒有研究企業專利關系的其它情況(如獨立申請、專利許可、專利轉讓等)，后續研究可以根據合作情況對專利關系進行全面分析，將自環以及強弱關聯引入合作申請專利網絡模型中。

(2)社團重疊是社團探測算法中非常重要的一環，對預測社團演化路徑具有重要作用。未來可以將社團重疊納入研究框架，通過識別不同社團中的重疊主體，探討如何促進不同社團的交流合作，進而提升網絡開放性，實現區域合作網絡整體聯通。

(3)合作申請專利網絡是實時動態演化網絡，未來可以通過鏈路預測方法探討網絡內部發展規律和演化機理，并通過分析合作申請專利現有發展基礎，判斷網絡未來發展趨勢和結構變化，以及不同發展趨勢下對高新區創新發展績效的影響。