高鐵直通、知識溢出與協調發展

李沅曦 李秀珠

1（北京大學政府管理學院，北京 100871）

2（福建農林大學經濟與管理學院，福州 350002）

引言

交通基礎設施建設是區域創新網絡的重要決定因素，交通基礎設施的網絡屬性為要素流動提供了基礎，加快沿線區域知識溢出，促進創新網絡的完善［1－3］。截至2022 年底，我國高鐵里程已經超過4.2 萬公里。以往研究關注到了高鐵開通對知識溢出的重要影響，大量研究結果表明高鐵開通促進沿線城市及周邊非高鐵城市知識溢出，帶動創新數量與質量的增長［4－6］。高鐵直通對于知識溢出積極作用的距離范圍、時間滯后性、作用機制等也得到了充分的探討［7－9］。然而，高鐵直通帶來的知識溢出趨于均衡還是極化，知識溢出的增加是否意味著城市間差距的縮小？

有研究認為高鐵開通有利于縮小區域差距，高鐵促進知識從發達區域流向落后區域，帶動落后區域創新發展［10－12］；也有研究認為高鐵開通加劇了區域不均衡，知識從非高鐵城市向高鐵城市流動，從落后區域向發達區域流動［6，8，13－15］。由于數據可得性等問題，過往研究大多以一個城市高鐵開通而非城市間高鐵直通為研究對象；以創新成果的變化來間接反映知識溢出，無法清晰展現兩個城市間高鐵與知識溢出之間的關系，難以厘清高鐵直通后城市對其中的哪一個城市獲益更多，城市對知識溢出差距是擴大還是縮小。

本文利用高鐵直通數據、中國國家知識產權局專利數據和中國城市統計年鑒數據，構造包含2003～2022 年我國80940 個城市對的面板數據，通過雙重差分法考察高鐵直通如何影響城市間知識溢出差距。實證研究發現，高鐵直通很大程度上加劇了城市間知識溢出差距，僅在高經濟發展水平、高創新水平和高知識吸收能力的兩個城市之間縮小溢出差距。本文在內容方面，剖析高鐵直通對城市間知識溢出差距的影響，分析城市發展水平、城市知識吸收能力在其中起到的作用以及地理距離和經濟距離的影響，并探討不同城市群能否通過高鐵建設加快協調發展，為交通基礎設施作用、空間知識溢出、區域差距方面的研究提供了新的經驗證據。實證方面，本文將專利引用數據與高鐵直通數據進行匹配，構造城市對層面的面板數據，通過城市間專利引用數據作為可觀測的知識溢出信息，賦予知識溢出方向性，從而能夠觀測知識溢出差距的變化，與過往研究中對知識溢出的間接表示相比更具解釋力。

1 文獻綜述

知識跨區域溢出最重要的影響因素是地理距離。Marshall（1920）［16］最早探討了知識溢出的本地化特征，這一概念被發展為Marshall－Arrow－Romer模型［17］，認為知識溢出受益于地理上的集中。地理上的接近有利于主體之間相互接觸，促進信息交流，尤其是隱形知識的溢出。隨著距離的增加，隱形知識的傳播受到影響，進而影響了顯性知識的吸收和利用，知識溢出被削弱［18，19］。由于知識溢出的地理距離衰減特性［16，18］，面對面交流對于知識的生產尤為重要［20］，而交通基礎設施的建設和完善有利于加強地區間的可達性，加速知識要素的跨地區流動［21］。高鐵作為連接我國主要城市的重要交通基礎設施，大大提升了城市間的可達性，高鐵的時空壓縮效應緩解了地理距離衰減的影響，擴大了知識溢出的范圍［22，23］。如圖1 所示，高鐵開通之后，知識溢出的地理范圍擴大，強度增加。原先存在知識溢出的城市之間產生更多的溢出，原先不存在溢出的遠距離城市間開始發生溢出。在新經濟地理學理論中，核心區的知識稟賦優于邊緣區，因此在早期的模型中往往認為創新發生在核心區，知識由核心區向邊緣區溢出，但目前邊緣區對核心區的溢出已經在理論和實證研究中得到了充分研究［24］。高鐵開通增加了核心區向邊緣區的溢出，同時增加了邊緣區向核心區的溢出，那么，二者增加的強度是否相同？知識溢出的差距是否發生變化？

圖1 高鐵開通前后知識溢出變化示意圖

現有文獻對高鐵開通的溢出效應展開了充分的研究。劉芳（2019）［4］利用空間計量方法發現高鐵通過提升攜帶知識的勞動力流動促進城市創新，高鐵城市的創新增長對周邊區域的創新活動產生溢出效應。余泳澤等（2019）［7］認為高鐵開通帶來的時空壓縮效應促進了經濟集聚、區域間合作與貿易以及企業間學習的增加，帶來了技術創新的溢出。Sun 等（2021）［5］發現旅行成本的降低使得高鐵網絡中的城市創新水平顯著提升，且高鐵帶來的技術知識的溢出對于合作的、激進的創新以及技術較為復雜的行業的創新具有更顯著的推動作用。葉翀和邵博（2022）［9］利用省級面板數據分析高鐵對中國省際知識溢出的影響及其作用距離。這些研究都通過一個城市是否開通高鐵來探討高鐵對知識溢出的影響，無法對知識溢出的實際方向、高鐵連通的兩個城市受到影響的差異、不同城市對受到影響的差異等進行衡量和探究。近年來，越來越多研究以城市對之間是否連通高鐵展開更為深入探討。申文青（2019）［25］以滬寧城際高鐵為例，分析沿線城市間研究合作和技術溢出的增加。Dong 等（2020）［26］利用論文合作數據論證了高鐵連通之后城市間通勤時間的減少降低了面對面互動的成本，提高跨城市論文合作，甚至帶來科研人員在高鐵城市之間的遷移。黃新飛等（2023）［6］發現高鐵開通增加了面對面交流的機會和對外開放程度，國內和國際知識溢出的增加進而有利于高鐵城市創新質量的提升。由于公共研發部門創新成果的公共品特性，易巍等（2021）［8］通過我國高校之間專利知識溢出數據來探究高鐵開通對公共研發部門知識溢出的影響。

高鐵開通促進知識溢出已經得到共識，然而知識溢出的增加是否能夠縮小城市間的差距，帶來城市間的協調發展？一部分研究認為高鐵網絡的發展有利于縮小區域差距。何凌云和陶東杰（2020）［11］發現，高鐵的開通壓縮了沿線城市之間的時空距離，降低了節點城市與非節點城市之間空間溢出的障礙，對于高鐵沿線非節點城市的創新水平具有顯著促進作用。Wang 和Cai（2020）［10］提出高鐵通過增加研究合作的渠道影響城市創新，核心城市向邊緣城市溢出，縮小了創新的差距。王春楊等（2020）［12］發現高鐵促進創新知識由東部地區向西部地區流動、由大城市向中小城市流動，有利于縮小區域創新差距。然而，更多的研究認為高鐵加劇了區域不均衡。卞元超等（2019）［13］認為高鐵的開通增強了發達地區和欠發達地區之間的聯系，欠發達地區知識要素的流失高于所接收到的溢出，發達地區與欠發達地區之間的創新差距進一步增大。楊思瑩和李政（2020）［14］認為高鐵開通有利于高鐵城市之間創新的均衡發展，而高鐵城市與非高鐵城市創新的二元化則進一步加劇。黃新飛等（2023）［6］證明了高鐵帶來的知識溢出存在發達地區與欠發達地區之間的不對稱性，高鐵開通降低要素流動成本導致發達地區對欠發達地區產生虹吸效應，欠發達地區由于各項設施的不完備難以有效吸收高鐵開通帶來的潛在外部知識。本文在現有文獻的基礎上，聚焦于高鐵直通的城市對，利用具有方向性特征的專利引用信息來表征我國城市間知識溢出的均衡化趨勢，探究高鐵直通是否能夠帶來基于知識溢出的協調發展。

2 研究設計、變量和數據

2.1 模型設定

本文將城市間直通高鐵視作準自然實驗，構建雙重差分模型以控制內生性因素，包括城市對層面的差異和年份層面的差異。將實現高鐵直通的城市對作為處理組，尚未實現直通的城市對作為對照組，觀測高鐵直通前后處理組和對照組城市間知識溢出差距的差異性影響。城市對層面與年份層面的雙向固定一定程度上也剔除了不可觀測因素的干擾，緩解了內生性問題。變量取對數處理。

本文模型設定如下：

其中，被解釋變量citationgapijt為城市間知識溢出差距，代表在第t年城市i對城市j的知識溢出和城市j對城市i的知識溢出的差值。解釋變量hsrijt為城市間高鐵直通變量，如果城市i和城市j在第t年實現高鐵直通，則高鐵直通后取1，否則為0。X為控制變量，以城市i和城市j之和的形式體現。δij為城市對i－j的固定效應，θt為年份固定效應，εijt為隨機擾動項。

2.2 數據

本文選取2003～2022 年我國285 個地級以上城市共80940 個城市對構建城市i－城市j－年份t的面板數據。

（1）被解釋變量。本文使用專利引用數據以代理知識溢出，數據源于《中國國家知識產權局專利數據庫》。①選取發明專利作為研究數據。發明專利是技術研發過程中的新進展和新成果，體現了城市知識和技術的積累；②對20 年間14179647條發明專利引用數據按照城市i－城市j－年份t進行加總，得到80940 個城市對×20 年的總樣本；③對同一年份中城市i－城市j和城市j－城市i專利引用量的差值取絕對值，表示城市間知識溢出差距，通過差距的變化來觀察高鐵直通后城市間知識溢出呈現均衡化發展還是極化發展趨勢。

（2）核心解釋變量。根據中國國家鐵路局《高速鐵路設計規范》 和國家發改委《中長期鐵路網規劃》 的定義，高鐵包括時速250 公里以上和部分時速200 公里的客運專線鐵路。2003 年秦沈客運專線的開通運營標志著中國鐵路進入高速化時代。2004 年《中長期鐵路網規劃》 中“四縱四橫”的高鐵網絡于2016 年基本實現，中國高鐵網絡建設逐漸轉向“八縱八橫” 的時代。截至2022 年底，中國高鐵運營里程達到4.2 萬公里。本文將位于同一高鐵線路上的城市對視為高鐵直通城市對。

（3）控制變量。本文首先控制城市經濟發展因素，包括人均GDP、第二產業占比、人口、工資。其次控制創新因素，包括發明專利申請數量、科技支出水平、大學數量。控制可能影響城市間知識溢出的其他因素，包括規上工企數量、人均道路面積、外商直接投資。最后控制其他交通基礎設施的影響，包括公路客運量和民用航空客運量。其中，發明專利申請數量來自于《中國國家知識產權局專利數據庫》，篩選各年份各城市的發明申請專利進行加總。其余變量均來自《中國城市統計年鑒》。參考Wang 和Cai（2020）［10］，將城市i和城市j數據加總處理。

3 實證分析

3.1 基準回歸結果

本文通過構建雙重差分模型來評估高鐵直通對城市間知識溢出差距的影響，估計結果如表2 所示。列（1）控制城市對固定效應，列（2）加入年份固定效應，列（3）～（6）依次加入控制變量。本文發現，主要解釋變量所有回歸結果均為正，且在1%的顯著性水平上顯著，這說明城市間高鐵直通顯著地增加了城市間知識溢出差距。高鐵直通并不一定帶來城市間協調發展水平的提升，知識溢出差距擴大可能導致城市間極化程度加劇。高鐵直通對知識溢出和經濟溢出存在類似的現象，高鐵城市間的競爭效應和中心城市對外圍城市的虹吸效應使得城市間的二元化更加明顯［28］。高發展水平城市在長期的創新積累過程中形成了先進的創新集群，擁有前沿的技術和知識以及良好的創新氛圍。在現有完善的知識體系和技術研發流程的基礎上，通過增加與其他城市的聯系以獲取所需要的創新要素，并將這些要素內化為自身的創新資源。相較之下，低發展水平城市的制度環境和研發基礎并不完善，高技術水平的企業、研究機構等較少，不利于知識的傳播與人才的流動，不能為流入的創新要素提供最大化發揮其作用的環境。因此，高鐵直通可能會導致知識向發展水平更高的城市溢出，城市間知識溢出差距進一步拉大，成為協調發展的阻礙。

表1 變量的描述性統計

表2 基準回歸結果

3.2 平行趨勢檢驗

本文識別了高鐵直通對城市間知識溢出差距的因果效應，但可能存在反向因果的內生性問題。本文借鑒黃新飛等（2023）［6］的研究，利用事件分析法對該問題進行平行趨勢檢驗。在模型（1）中引入城市間實現高鐵直通相對時間的虛擬變量，將其與城市間是否直通高鐵的虛擬變量作交互項，檢驗交互項的估計系數。模型設定如下：

其中，hsrij（t＋n）為一系列虛擬變量，代表城市間高鐵直通的第n年。具體來看，t表示兩個城市直通高鐵當年，如果n是正數，則代表高鐵直通后的第n年，如果是負數，則表示高鐵直通前的第n年。本文樣本時間范圍內高鐵直通最早和最晚的年份分別為2003 年和2022 年，由于兩端樣本較少，將n＜－7的均歸為－7，將n＞6 的均歸為6，因此n取值為－7與6 之間。圖2 顯示了城市間知識溢出差距的動態趨勢，結果表明，高鐵直通之后城市間知識溢出差距受到了顯著的影響，而在此之間各個城市對知識溢出差距的變化趨勢沒有顯著差異。

圖2 平行趨勢檢驗

3.3 安慰劑檢驗

本文通過安慰劑檢驗分析估計結果是否受到遺漏變量、隨機因素的干擾。通過隨機篩選直通高鐵的城市對并隨機產生高鐵直通年份，構造年份－城市對兩個層面的隨機實驗，通過隨機實驗得到的虛假估計系數來判斷基準回歸結果的可靠性。隨機實驗重復500 次以增強安慰劑檢驗的效理，最終得出核心解釋變量hsrijt虛假估計系數分布圖。根據圖3，雙重差分項的虛假估計系數分布在0 附近且呈現正態分布，因此不存在嚴重的遺漏變量問題，符合安慰劑檢驗的預期，基準回歸結果穩健。

圖3 安慰劑檢驗

3.4 長差分－工具變量檢驗

本文參考王春楊等（2020）［12］和易巍等（2021）［8］的做法，利用1962 年各個城市鐵路開通數據作為工具變量。歷史鐵路開通數據對于當前高鐵開通現狀產生影響，但并不影響城市間知識溢出，符合工具變量的相關性和外生性前提。由于工具變量不隨時間變化，本文參照Dong 等（2020）［26］構造2003～2022 年的長差分方程：

其中，qcitationgapij，2003～2022衡量了2003～2022年城市間知識溢出差距的變化，qhsrij，2003～2022衡量2003～2022 年間城市對是否實現高鐵直通。本文對隨時間變化的控制變量Xij做差分處理得到qXij，2003～2022，控制城市對固定效應。借鑒Faber（2014）［29］和Agrawal 等（2017）［21］的研究，同時控制2003 年的區域間知識溢出差距citationgapij，2003和一系列控制變量Xij，2003。回歸結果如表3 所示，列（1）為OLS 結果，列（2）為工具變量回歸結果，核心解釋變量均在1%顯著性水平下正顯著。根據長差分檢驗結果，城市間高鐵直通顯著增加了城市間知識溢出差距，印證了基準回歸結果。

表3 長差分－工具變量檢驗結果

4 高鐵直通對城市間知識溢出差距的異質性影響

4.1 異質性分析

（1）不同發展水平城市異質性分析。本文通過經濟發展水平和創新發展水平將各個城市劃分為高發展水平和低發展水平兩種類型，進而城市對呈現出高－高、高－低、低－低3 種組合類型。其中，每年GDP 前30%的城市視為高經濟發展水平城市，每年發明專利申請量前30%的城市視為高創新發展水平城市。根據表4 列（1）和（4）結果顯示，發展水平為高－高組合的城市對在1%的水平下負顯著，而其他列結果表明高－低組合和低－低組合的城市對均呈現正顯著。由此可見，只有當兩個城市發展水平接近且均處于較高水平時，高鐵的直通才能縮小城市間知識溢出的差距。相反，在發展水平差異較大的城市對之間，高鐵直通強化了高水平城市對低水平城市的虹吸作用，擴大了知識溢出差距；在低水平城市之間，高鐵直通促進了原先不存在溢出的城市間開始出現溢出現象，進而產生了知識溢出差距。這一結果與高鐵開通對經濟溢出的結果相類似，發展水平相近的區域間會產生更為積極的溢出，而較為落后的地區往往會產生低溢出或負溢出［30］。因此，通過高鐵直通促進協調均衡發展的前提是提高高鐵城市的經濟發展水平和創新發展水平。

表4 經濟發展水平和創新發展水平異質性分析

（2）不同吸收能力城市異質性分析。吸收能力是一個城市利用外部知識并進行模仿和創新的能力，吸收能力強的區域能夠更好地內化知識溢出［31］。本文通過城市引用外部城市專利的總量衡量其吸收能力，取一年中吸收能力前30%的城市作為高吸收能力城市，同樣將城市對劃分為高－高、高－低、低－低3 種組合類型。如表5 所示，高鐵直通對兩個具有高知識吸收能力城市間的知識溢出差距影響較弱，而對于高－低型城市對和低－低型城市對具有較強的影響。

表5 知識吸收能力異質性分析

4.2 單一高鐵線路檢驗

選取單一高鐵線路對高鐵沿線城市知識溢出差距變化情況進行分析。京滬高鐵途徑北京市、天津市、濟南市、南京市、蘇州市、上海市等發展水平較高的城市，連接京津冀城市群和長三角城市群兩個我國最發達的城市群；滬昆高鐵貫通華東、華中、西南地區，連接長三角、長江中游、黔中、滇中等發展水平各異的城市群；徐蘭高鐵主要在河南省、陜西省和甘肅省境內，沿線城市發展水平較低。3 條高鐵線路反映了上述3 種城市對類型。根據表6 結果顯示，京滬高鐵沿線城市之間知識溢出差距呈現縮小趨勢，城市間知識溢出趨于均衡化，有利于城市之間相互利用其他城市的知識實現協調發展。滬昆高鐵檢驗結果為1%水平下的正顯著，高鐵直通促進高水平城市更好地吸收知識溢出，知識向高水平城市凈流出，城市間知識溢出差距加大。這一結果與易巍等（2021）［8］和黃新飛等（2023）［6］提出的知識由西部地區向東部地區凈流動相一致。徐蘭高鐵顯著性水平較低，在低水平發展區域內，高鐵直通對知識溢出差距的影響低于城市發展不均衡的區域。

表6 單一高鐵線路檢驗結果

4.3 距離的影響

不同城市對之間的空間距離有所不同，距離的差異對高鐵直通的作用產生影響。因此本文構造高鐵直通與距離的交叉項，探索距離在其中的影響：

本文分別對地理距離和經濟距離的影響進行檢驗。表7 列（1）為地理距離檢驗結果，回歸系數在1%水平下負顯著，意味著高鐵直通對知識溢出差距的影響受到地理空間的限制。隨著地理距離的增加，高鐵直通對城市間要素流動的作用減小，因而對遠距離城市間知識溢出差距變化的作用也隨之減小。列（2）為經濟距離檢驗結果，經濟距離由兩個城市GDP 的差值表示，結果在1%水平下正顯著。經濟距離越大，兩個城市間的發展水平差異越大，知識資源傾向于通過高鐵流向經濟水平高的城市，高鐵對知識溢出差距的放大作用進一步加劇，這一結果與上文分析相一致。

表7 距離影響檢驗結果

4.4 城市群協調發展

城市群是我國經濟增長和高質量發展的核心區域，承載了我國絕大多數的人口、經濟活動和創新活動。2021 年的“十四五” 規劃要求每個城市群形成多中心、多層次、多節點的城市網絡。城市群的一體化發展特征降低了城市群內知識溢出的壁壘和成本，為我國城市間知識溢出提供良好的環境，有利于城市群內知識成果共享，促進城市群內的城市協調發展。由于城市群內各個城市間關系較為緊密，高鐵直通對遠距離城市的影響可能與對城市群內部城市的影響并不相同。本文以各個城市群內部城市為樣本分別檢驗高鐵直通對城市間知識溢出差距的影響，檢驗結果如表8 所示。（1）以京津冀城市群為例，城市間發展差距較大的城市群受到高鐵直通的影響較為顯著，高鐵直通擴大了城市間知識溢出的差距，創新資源更多地向城市群內中心城市集聚，核心－邊緣發展結構更為明顯；（2）以珠三角城市群為例，城市間發展差距較小的發達城市群因高鐵直通而加速知識要素流動，城市間差距進一步縮小，發達區域內的高鐵建設有利于推進區域協調發展；（3）以黔中城市群為例，相對落后的城市群受到高鐵直通的影響不顯著。

表8 城市群檢驗結果

5 結論與建議

高鐵開啟了我國交通史上的新時代，高鐵網絡的完善極大地壓縮了時空距離，加速了區域間要素流動，改變了資源配置格局。本文構造2003～2022 年80940 個城市對的面板數據，利用雙重差分法探究城市間高鐵直通對城市間知識溢出差距變化的影響，得出以下結論：（1）高鐵直通擴大了城市間知識溢出差距，知識要素分布的不均衡性加劇；（2）城市特征對高鐵的知識溢出效應產生影響。兩個高發展水平城市間的知識溢出差距隨著高鐵直通而縮小，而高水平與低水平城市間、低水平與低水平城市間知識溢出差距因高鐵直通而擴大；（3）地理距離和經濟距離制約了高鐵對知識溢出差距的影響；（4）高鐵直通的作用在不同城市群內部具有異質性。對于內部發展不均衡的城市群，高鐵直通加劇了資源要素向中心城市集中，強化了城市群的核心－邊緣特征。對于城市間發展水平相當的發達城市群，高鐵直通進一步加強了城市間聯系，有利于共同發展。

本文實證檢驗了高鐵直通對城市間知識溢出差距的作用，為基于知識溢出的協調發展提供政策啟示。（1）核心結論認為高鐵直通擴大城市間知識溢出差距，知識要素在高水平城市集聚的趨勢更為明顯。應當充分考慮低水平城市可能受到的負面影響，避免低水平城市陷入集聚陰影。配套執行相關政策，加強對低水平城市的財政支持，積極引進人才和技術，提升創新環境和市場化水平，推進低水平城市更好地承接和吸收來自高水平城市的知識溢出。深入挖掘低水平城市的創新潛力，發揮其稟賦優勢，最大化利用高鐵直通帶來的資源；（2）高水平城市間高鐵直通加速知識要素流動，要素流動趨于均衡。應當進一步推進高鐵網絡建設，增加發達城市間的高鐵車次，促進前沿領域知識交流與合作，提升創新成果的數量和質量；（3）高鐵直通對不同城市群內城市間知識溢出差距具有不同的影響。各個城市群應當有針對性地指定差異化政策，以促進城市群協調發展。對于均衡發展的城市群，加強城市群內高鐵建設，利用高鐵進一步加強城市群一體化水平，提高城市群內部各個城市互聯互通程度，實現城市群內的創新協作和資源共享。對于極化發展的城市群，對落后城市提供政策傾斜和優惠，引導資源、要素向落后城市轉移，避免城市群內優質資源集中于個別發達城市。