基于改进BBV模型的区域战略性新兴产业创新服务网络演化研究
2020-11-03哈尔滨理工大学经济与管理学院黑龙江哈尔滨150080
(哈尔滨理工大学 经济与管理学院,黑龙江 哈尔滨 150080)
1 引言
随着科学技术的迅猛发展，战略性新兴产业创新已成为推动区域乃至全球经济复苏和增长的主要动力。“十三五”期间，我国新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新材料、新能源汽车等战略性新兴产业快速发展，产业创新能力和盈利能力明显提升[1,2]，2018年，规上工业战略性新兴产业增加值增长8.9%，比规上工业增加值增速快2.7个百分点。各省市也根据区域优势资源和产业特色，加快战略性新兴产业发展战略部署。然而，目前区域战略性新兴产业创新发展中仍然存在核心技术缺失、成果转化能力不足、创新服务能力弱、低端集聚、重复建设、条块分割明显等诸多问题，已严重制约和阻碍了区域战略性新兴产业持续发展。2016年5月，国务院发布了《国家创新驱动发展战略纲要》，明确指出创新驱动就是创新成为引领发展的第一动力，提出“建设各类创新主体协同互动和创新要素顺畅流动、高效配置的生态系统”的战略目标以及“积极发展现代服务业，促进技术创新和商业模式创新融合”的战略任务。
创新是战略性新兴产业持续发展的源动力，然而与满足战略性新兴产业创新需求相匹配的创新服务目前尚不成熟。虽然已有科技中介、科技服务平台、金融机构等服务主体为战略性新兴产业创新提供人才、设备、资金和信息等资源服务，但当前创新服务主体分散，服务模式还主要停留于简单的信息对接层面，尚未形成多主体协同服务的格局，仍无法满足复杂的战略性新兴产业创新需求。因此，亟待整合科技中介、高校、科研院所、金融机构以及科技服务平台等多类型服务主体的优势资源，围绕战略性新兴产业创新需求构建专业化、集成化、智能化的创新服务网络。
创新服务不同于传统服务业中流水线式的单项服务，而是面向产业创新链上不同环节创新需求，提供设计研发服务、知识产权服务、创业服务、基础技术服务、科技金融服务、市场推广等多业态整合的综合服务的过程。根据服务资源和服务内容，创新服务可分为信息资源服务[3,4]、知识服务[5,6]和资金服务[7]等类型。按照服务主体，创新服务可分为科技中介机构[8,9]、创新服务平台、科技资源共享平台[10～12]和知识服务中介[13]等主体，这些主体能够利用自身资源优势开发服务功能，为产业创新提供服务支撑，有效促进产业创新效率提升。
目前有少数学者结合创新需求对服务链进行研究。Ellraml等[14]强调了“链”有利于科技中介服务于其它上下游环节，能够推进创新服务全面展开。Howells[15]从“链间关系”视角分析了科技中介服务与创新活动机制。蔺雷[16]基于创新链构建了科技中介服务链。王吉发[17]从创新链角度出发，构建了科技服务业链式结构模型，基于其整体结构和价值实现过程，提出服务链构建应与创新链相匹配。夏后学等[18]研究认为新型产业创新平台作为创新服务的供给方，将由“镶嵌”于产业组织体系向“交融”于智能生产与服务网络体系变革。
然而，基于链的角度研究只能揭示主体活动前后顺承关系，若要揭示多主体间关联性以及全局结构，还需从网络视角切入。基于连接关系视角，王玉冬等[7]将创新网络演化分为弱联系、与核心企业双边强联系及多边强联系三个阶段。基于生命周期理论，刘友金和刘莉君[19]将创新网络演化过程总结为结网阶段、成长阶段、成熟阶段、衰退与更新阶段，还有学者通过仿真模拟[20]和案例分析[21]等方法论证了其网络演化阶段划分的合理性。王宏起等[12]将创新孵化网络生成过程划分为四个阶段，即雏形网络阶段、高速发展阶段、成熟稳定阶段和升级更新阶段。根据各阶段的网络结构特征，Krebs和Holley[22]将智能社区网络演化阶段描述为碎片化网络、轴轮-链条网络、小世界多中心网络和中心-外围网络四个阶段[22]。通过新能源汽车专利合作网络案例分析，王宏起等[23]研究发现了与Krebs和Holley相同的网络结构演化特征，表明其网络演化阶段划分方法在战略性新兴产业创新网络中的适用性。
可见，当前学者们的研究主要集中于创新网络方面，对创新服务网络的相关研究却鲜有涉及，更是缺少结合当前区域战略性新兴产业发展现状及其创新需求的情景化研究和机理性分析。实际上，创新服务网络在演化规律与特征上与复杂网络具有共性，那么，怎么构建区域战略性新兴产业创新服务网络？如何科学刻画创新服务网络演化过程及规律？政府作用对创新服务网络演化有何影响？上述问题都将成为战略性新兴产业创新以及科技服务业发展所面临的重要课题。本文基于复杂网络理论，分析区域战略性新兴产业创新服务网络的内涵、特征与结构，进而构建改进BBV网络模型，通过模拟仿真揭示创新服务网络演化过程及其规律，旨在为基于创新服务网络提升协同服务能力，进而促进区域战略性新兴产业创新和持续发展提供有效决策参考。
2 创新服务网络构成
创新服务是面向产业创新需求提供研发服务、知识产权服务及基础技术服务等综合服务的过程，它涵盖了科学研究与试验发展服务、专业化技术服务、技术推广服务、科技信息服务、科技金融服务、科技普及和宣传教育服务、综合科技服务等服务功能。区域战略性新兴产业创新服务网络，是指围绕区域战略性新兴产业创新需求，由科技中介、高校、科研院所、服务平台、金融机构等具有科技服务功能的相关主体，通过分工、合作、整合、共享等方式提供资源匹配对接及协同服务方案过程中所形成的持久、稳定的各种联结关系的总和。创新服务网络具有小世界特征、无标度特性、关系异质性等典型特征。可以从网络节点和网络关系等方面分析创新服务网络构成。
(1)网络节点。创新服务网络节点主要包括以下类型：科技中介，是创新服务网络中最广泛的主体类型，涵盖了生产力促进中心、科技企业孵化器、科技咨询与评估机构、创业投资服务机构等，主要提供孵化服务、技术转移服务、高端技术人才服务、营销服务等服务功能；科研院所和高校，兼具创新与服务功能，主要提供产品检测检验、设备租赁与技术转让、技术咨询、培训等服务功能；科技服务平台，包括各类技术平台、成果转化平台、科技资源共享平台等，主要提供信息咨询、资源匹配对接、成果转化等服务功能及集成服务综合方案，是战略性新兴产业协同创新的重要载体；金融机构，包括银行、证券公司、信托机构等，主要为科技型企业提供价值评估、知识产权质押等融资服务，以满足其在技术研发、成果转化以及产业化等创新各环节的资金需求；其他服务机构，主要包括知识产权服务机构等其他具有创新服务功能的组织。
(2)网络关系。创新服务网络的关系是协同服务过程中相关服务主体连接形成的关联作用关系。创新服务网络作为一个复杂系统，多主体以及服务要素之间的连接关系将随着网络环境变化而变化。同时，创新服务网络内部关系种类多样，按关系性质分，有合作与竞争关系；按关系强度分，有强关系与弱关系。网络关系强度取决于协同服务次数与服务价值规模。创新服务网络演化是在内外部环境影响以及政府和市场共同驱动作用下形成的网络节点、关系、结构等变化的综合体现。
3 模型构建
3.1 复杂网络理论
网络科学理论发展大致经历了规则网络、随机网络和复杂网络三个阶段。起初学者们认为真实网络之间的联系可以用固定规则表示。1960年，数学家Erdos和Renyi[24]提出由概率决定两个节点之间是否有连接的网络构造新方法，标志着随机网络的诞生。上世纪末，学者们对大量的现实网络数据进行计算研究后，发现真实存在的网络既不是规则网络也不是随机网络，而是具有复杂特征的网络。
复杂网络中最重要的两类网络为小世界网络[25]和无标度网络[26]，二者主要区别之一在于小世界网络为随机连接，而无标度网络具有择优连接的倾向。在战略性新兴产业创新服务网络中，网络节点间连接更接近无标度网络，而复杂网络中经典的BBV演化模型，也因此得到广泛使用。BBV模型突出特征是关系权值变动机制的设置，即在网络演化过程中，新加入节点将与原有节点建立联系，原有节点若有新关系产生，与之关联的其他节点关系也将发生变化，主要体现为关系权值的改变[27]。
3.2 BBV模型不足及改进
结合区域战略性新兴产业创新服务网络实际发展状态及其演化趋势，利用BBV网络模型模拟创新服务网络演化过程中存在三个问题：(1)BBV模型中默认每次新进入节点数量为1，即网络规模与时间呈线性关系，而实际网络节点数量的增加将受到多重因素的影响作用，呈现非线性变化规律。(2)BBV模型中节点连接机制为单一的强度择优连接机制，而实际上网络节点选择标准并非节点强度一个维度，还需要结合资源匹配度、地理邻近性等因素进行综合判断。(3)BBV模型中未设置节点淘汰机制，默认网络节点只进不出，而实际创新服务网络在市场机制影响作用下存在优胜劣汰。
因此，为了弥补BBV模型的不足，本文对其进行如下改进：
(1)创新服务网络规模演化与生态系统演化规律类似：在短时段内，网络规模遵循Malthus模型增长规律，总节点数呈现指数规律增长；随着时间推移，网络规模不断扩大，然而受到密度制约也越来越明显，网络总节点数增长速度变缓且逐渐趋于某个极值，表现出Logistic增长规律。为模拟创新服务网络规模演化规律，引入增长机制，采用虫口模型模拟网络节点的进入。每个时间间隔新个体数量由如下方程得到
dn/dt=γn(1-n/m),n|t=t0=n0
(1)
其中n表示某时刻的网络规模，t表示时间，γ表示增长率，m表示网络规模的最大极限值。
(2)完善节点择优连接机制。结合节点强度、资源匹配度、地域邻近性等因素对网络节点连接进行综合判断。在BBV模型强度择优连接机制基础上，增加资源匹配择优连接与地域择优连接机制。
①强度择优连接机制。创新服务网络节点为充分整合服务资源、降低服务成本、有效规避风险，以提高协同服务效率，倾向于选择节点强度大的合作伙伴。创新服务网络的强度择优连接机制为
(2)
F(·)表示节点强度函数。
②资源匹配择优连接机制。新兴产业创新需求具有更加复杂化、多样化等特征，创新服务网络主体在寻求协同服务合作伙伴时，更倾向于选择与自身资源属性不同的主体，然而资源差异性过大又将导致主体间合作受限[28]。因此，协同服务合作伙伴关系建立在主体资源异质性适度的基础上，由此设置最优资源匹配期望r。创新服务网络节点的资源匹配择优连接机制为
(3)
R(·)表示资源匹配函数。
③地域择优连接机制。创新服务网络中主体合作在一定程度上受到地理位置、地域文化等因素影响，服务主体在综合考虑服务成本及预期收益的情况下，更倾向于选择距离较近的主体进行合作，以降低协同服务成本，提高协同服务效率[29]。创新服务网络节点的地域择优连接机制为
(4)
G(·)表示节点距离函数。
(3)增加节点淘汰机制。当创新服务网络达到极限规模时，节点强度相对较弱的节点将被淘汰。
3.3 改进BBV模型算法
在此基础上构建改进BBV模型，并提出该算法具体步骤。设创新服务网络M为无向含权网络，N为M的点集；i表示网络节点，Si是节点i的强度，即节点i所有关系权值之和。无向边
步骤1初始设定。创新服务网络初始状态由科技中介、研学机构、金融机构和其他服务机构构成，根据新兴产业创新服务网络中各类型节点分布情况进行初始设定。节点之间按一定概率产生相应的连接，并且将节点之间的关系随机赋予权值w0，每个节点强度S的公式为
(5)
步骤2网络节点进入。基于虫口模型模拟网络节点进入，对于新进入网络的节点按照原节点类型占比进行随机类型判断。
步骤3新节点择优连接。对于新进入网络的节点进行连接，连接数服从二项分布B(qn,p)，其中q为政府作用因子，连接节点概率按照(6)式选取。选择与节点i连接的概率为
Pi=αHi+βEi+λQi
(6)
其中α，β，λ分别为强度择优连接机制、资源匹配择优连接机制和地域择优连接机制的影响权重，α+β+λ=1。
步骤4连接权值变动。对于创新服务网络节点而言，每次新加入的边赋予一个初始权值w0，同时它会局部引起节点i及其邻居节点边权值的重新调整，由此导致节点i及其邻居节点边权值也发生相应变化[27]，节点i最终关系强度为原强度与w0之和，再加上补充强度θi。具体调整规则如下
Si=Si+w0+θi
(7)
wij=wij+Δwij
(8)
Δwij=θi×wij/Si
(9)
其中θi与连接节点的类型有关，与其他因素无关。
步骤5节点排序与淘汰。网络节点之间既存在合作关系，也存在竞争性。根据创新服务网络节点强度对不同类型节点排序，当网络规模达到极限值时，节点强度排名靠后的节点可能被淘汰。
3.4 模型验证
设创新服务网络初始状态是由5个科技中介、3个研学机构、3个金融机构和2个其他服务机构构成的核心网络，通过对创新服务领域经验丰富的专家进行咨询，网络节点类型数量比例基本符合新兴产业创新服务网络实际情况。创新服务网络节点数量限制为100，即当创新服务网络节点数达到100时，部分节点将被淘汰，演化过程中将不断有新节点加入和落后节点退出，以推动网络优化和持续发展。基于改进BBV模型模拟创新服务网络演化，发现节点总数呈现出较明显的“慢-快-慢”的增长规律，最后在稳定值上下震荡，与前文分析结果一致；网络稳定状态节点度分布呈现明显的幂律特性，与黄玮强和庄新田[30]研究结论一致，由此证明该模型的可靠性。
4 仿真及结果分析
4.1 网络规模
随着创新服务网络规模不断扩大，各类网络节点呈现出与网络整体相对一致的演化趋势。网络演化过程可分为萌芽期、成长前期、成长后期、成熟期等阶段，萌芽期增长缓慢，成长期增长迅速，成熟期趋于稳定。其中科技中介在创新服务网络中占有较大比例，主要由于其涉及服务主体范围较广，既包括生产力促进中心、工程技术研究中心等直接参与服务对象创新过程的机构，也包括科技评估中心、知识产权事务中心等提供咨询服务的机构，还包括技术市场、技术产权交易机构等提供技术转移转化服务的机构，其服务功能也涵盖了从技术研发、成果转化到产业化整个创新链过程。创新服务网络中科技中介与金融机构演化如图1、图2所示，二者前期均呈现稳步增长，然后在成熟期出现震荡。这表明创新服务网络演化初期的进入壁垒较低，大量网络外部主体进入，呈现快速增长的状态；创新服务网络成熟后，进入壁垒也日益升高，网络内部竞争激烈，不断有新节点代替旧节点，不能适应网络发展的节点将被淘汰。此外，战略性新兴产业具有资金需求量大、投资回报周期长、高风险高收益等特征，近年来国家也陆续出台扶持政策大力支持其发展，很多金融机构将大量资金投入战略性新兴产业，不断创新融资服务方式，随之科技金融体系将日益完善。
图1 创新服务网络科技中介数演化
图2 创新服务网络金融机构数演化
图3 创新服务网络研学机构数演化
图4 创新服务网络科技服务平台数演化
新兴产业创新服务网络中研学机构和科技服务平台演化如图3、图4所示，二者的演化轨迹都呈现阶梯式增长态势，研学机构与科技服务平台受竞争影响相对较小，而且这两类主体具有一定的不可替代性，这也是其稳步增长的根源所在。高校和科研院所作为知识创新主体，拥有专业领域资深专家、创新团队、重点实验室以及中试基地等资源，同时具备多学科交叉、多领域融合等优势，在网络演化过程中合作多于竞争。目前，很多高校和科研院所已向科技企业提供检验检测、技术转让、专家咨询等创新服务，成为创新服务网络中兼具创新与服务功能的一类特殊主体。尤其是随着科研院所体制改革深化，部分科研院所从研究型转为应用型，积极参与各类成果转化及产业化项目，开始对接市场与创新需求，其服务功能日益凸显。同时，随着创新服务网络演化，各类科技服务平台开始涌现，平台具有资源集聚与整合功能，能够加速网络资源流动，使其迅速成为网络核心枢纽，进一步丰富平台服务内容及扩展平台服务功能，将更好地满足新兴产业日益复杂化的创新需求。
4.2 网络结构
创新服务网络萌芽期呈现为由5个科技中介、3个研学机构、3个金融机构和2个其他服务机构初步形成一个核心网络雏形，此时网络节点数为13，平均度为0.9，创新服务网络的结构较为简单，连接关系分散，服务主体之间合作相对较少，合作关系也不稳定。这一方面是由于初期的战略性新兴产业创新需求还主要集中于对某类资源的单一需求，仅需要拥有该类资源的网络服务主体独立完成服务匹配对接即可；另一方面，在创新服务网络萌芽期，服务主体尚不能及时识别、挖掘、预测新兴产业创新需求，其创新服务的主动性较弱，而且缺乏协同服务意识和能力。
创新服务网络成长前期，网络节点数增长到24，平均度提高到1.3，网络内各类型节点数量开始增多，但增速较为缓慢。该阶段的创新服务网络集聚现象明显，科技服务平台开始出现，更多网络主体向科技服务平台集聚，此时开始围绕科技服务平台逐步形成单中心的网络结构。
创新服务网络成长后期，网络节点数增长到48，平均度提高到3.7，此时网络增长至极限规模一半，网络成长速率最快。随着创新服务网络演化，服务主体数量呈现爆发式增长，协同服务能力大幅提升，服务功能日益多样化，服务模式不断创新并向专业化、集成化、智能化方向发展。创新服务网络对外部服务主体的吸引力越来越强，网络内部协同服务活动也更加活跃，人才、资金、信息、技术等资源在网络间流转更加顺畅。随着网络规模扩张，小世界网络特征凸显，各类网络节点呈现各自分布特征。面向战略性新兴产业日益复杂的创新需求，更多科技中介、高校、科研院所以科技服务平台、共享服务平台为核心和载体，进行服务资源集聚、整合、共享及扩散，为科技型企业提供一体化的创新服务方案，为产业创新提供服务支撑，同时实现网络协同服务能力提升。
创新服务网络成熟期，网络节点数增长到88，平均度提高到6.7，网络内主体数量达到极限，形成核心-边缘-外围的三层网络结构。创新服务网络中不断有节点进入或退出，新节点代替旧节点，优质的连接关系代替原有的连接关系，依此重复，不断演化。从网络结构来看，局部集聚现象明显，核心节点在创新服务网络中占据着重要位置，外围节点连接相对较少，形成无标度特征。核心节点集成优势服务资源，与多节点展开协同服务，形成更紧密的网络协同服务合作关系。
4.3 政府作用
通过调整政府作用因子q，研究不同政府作用强度下创新服务网络集聚系数与平均最短路径变化趋势，从而衡量政府对创新服务网络演化的作用效果。如图5所示，随着政府作用力提高，整个创新服务网络的集聚系数也在不断增加。一方面，政府通过搭建科技资源共享平台、鼓励发展技术平台等有效整合创新资源，同时出台相关政策体系推动科技服务业快速发展，进一步促进提升创新服务网络的协同服务能力；另一方面，基于“政府购买服务”思路，政府通过发放科技创新券等激励方式，进一步激活战略性新兴产业创新需求，同时促进科技型企业积极利用创新服务，从而促进服务主体合作及创新服务网络发展。如图6所示，随着政府作用力提高，整个创新服务网络的平均最短路径也在逐渐变短。在网络萌芽期，政府介入对创新服务网络平均最短路径的影响较为明显，政府主导制定的相关规划及扶持政策有利于促进创新资源整合和服务主体合作，从而加强协同服务以推动创新服务网络形成与演化；在网络成长期，政府作用由主导转为引导和服务为主，而市场的资源配置功能开始显现，二者共同驱动创新服务网络演化；随着网络演化逐步趋于稳定，政府作用日益弱化，尤其到了网络成熟期，市场机制将成为创新服务网络演化的主导因素和核心驱动力。
图5 不同政府作用强度下网络集聚系数
图6 不同政府作用强度下网络平均最短路径
5 结论与政策建议
5.1 结论
区域战略性新兴产业创新服务网络是由相关服务主体基于分工、合作、整合、互动，在协同服务过程中所形成的各种联结关系，旨在提供系统化的服务方案，以满足产业创新过程中不同环节、不同类型的创新需求。本文首先对区域战略性新兴产业创新服务网络的内涵、特征及结构进行分析，在引入增长机制与淘汰机制以及完善节点连接机制的基础上，构建了改进BBV网络模型，进而通过模拟仿真揭示创新服务网络演化过程与规律，得出以下结论：(1)随着创新服务网络规模扩大，其演化过程主要经历了萌芽期、成长前期、成长后期、成熟期等阶段，网络萌芽期增长缓慢，成长期增长迅速，成熟期趋于稳定。(2)随着创新服务网络规模扩大，其网络结构呈现出碎片化网络、单中心网络、小世界网络、“核心-边缘”网络的演化轨迹。由于科技服务平台具有集聚和整合科技资源的优势，依托平台更有利于形成创新服务模块、服务包、服务簇，针对产业创新需求提供系统化服务方案，平台已成为创新服务网络资源流转枢纽中心，不但有利于加速网络资源流动与服务匹配，实现平台协同服务溢出效应，而且有利于提升创新服务网络协同服务能力。(3)创新服务网络演化是网络内外部环境因素共同作用的结果，政府和市场在创新服务网络演化不同阶段具有差异性影响及互补作用，随着创新服务网络规模扩大，其演化驱动力主要体现为政府主导向政府引导，进而向市场主导转变的趋势，政府在网络演化各阶段的作用效果依次弱化，随着创新服务网络日趋成熟，市场机制的服务资源配置功能将日益突显，其对创新服务网络发展的主导驱动作用逐步强化。
5.2 政策建议
结合战略性新兴产业创新需求特征、科技服务业发展现状以及创新服务网络演化仿真结果分析，提出以下政策建议：(1)培育区域战略性新兴产业创新服务网络核心节点和关键节点。识别创新服务网络演化状态及其节点成长潜力等，选择少数核心节点和若干关键节点进行重点培育。例如选择集聚资源规模大、种类多，服务模式先进，专业化程度高，影响力大的科技服务平台作为核心节点，持续进行资源整合与服务创新，促进平台服务功能提档升级。(2)集成网络优势资源，持续进行服务模式创新。围绕区域战略性新兴产业创新需求，集聚整合创新服务网络优势资源，构建服务模块→服务包→服务簇→综合服务方案的服务创新路径，设计专业化、集成化、智能化的创新服务模式，以提升创新服务网络的协同服务能力。(3)创新金融服务方式，健全科技金融体系。从战略性新兴产业创新的资金需求出发，强化政府引导与支撑作用，充分调动民间资金参与，推行市场化运作，构建以天使投资、创业投资、政策性融资产品等为核心的科技金融服务体系。(4)分阶段发挥政府引导、服务与协调作用，推动创新服务网络持续、健康发展。在网络萌芽期，发挥政府主导功能，通过制定创新服务规划、科技计划以及有关政策推动创新服务网络快速发展；在网络成长期，发挥政府引导和服务功能，与市场机制协同作用，加强对创新服务网络薄弱环节的补充、连接和粘合，促进创新服务网络稳定持续发展；在网络成熟期，减少政府干预，充分发挥政府协调和保障功能，转为市场机制主导创新服务网络发展。
本文揭示了区域战略性新兴产业创新服务网络演化过程及规律，为新兴产业创新服务规划制定提供了决策参考。然而，本文研究也存在一定不足：一是创新服务网络规模有一定的局限性，二是尚未结合典型区域战略性新兴产业进行实证研究。未来将参考新兴产业创新服务网络实际发展状态，扩大网络规模，并提高可视化效果。同时考虑以石墨烯等典型战略性新兴产业为例进行实证研究，以提升研究结论的代表性和普适性。
