庄 涛

（潍坊学院经济管理学院，山东 潍坊 261061）

一、引言

创新已成为驱动中国经济可持续发展的重要力量[1]。由于创新活动的复杂性和风险性不断增强，单一机构难以满足创新所需的全部资源要素的有效整合，创新活动日益表现出多领域、多机构、跨区域融合的特征。因此，以企业、大学、科研机构等多元主体协同互动为基础、区域间创新资源流动与扩散为特征的协同创新成为推动科技进步与经济发展的重要手段[2]。

区域创新体系是构成国家创新体系的重要子系统。但我国各区域在自然禀赋、经济社会发展水平、科技创新能力等方面存在明显差异，导致区域创新体系所处的创新发展阶段不同，区域间创新资源的聚集方式与协同模式也存在较大差异[3]。因此，文章尝试从三螺旋理论视角，研究各省域协同创新主体企业、大学、科研机构之间的互动耦合关系，揭示产学研协同创新的区域差异、空间格局特征与演化趋势，从而为整合区域创新资源提供理论支撑，为各省实施创新驱动战略提供决策参考。

二、文献回顾

国家创新体系包括知识创新和技术创新两个系统，产学研协同创新成为两个系统有效衔接的重要节点，也是创新型国家建设的关键。产学研协同是指在政府的积极引导下产业发展、人才培养、科学研究三方功能的协同，其创新过程既包含企业、大学、科研机构等不同主体间的合作与互动，也包括各类创新资源在不同区域间的流动与扩散。Etzkowitz 和Leydesdorff 提出的三螺旋理论为产学研协同创新提供了理论基础。三螺旋理论认为在知识经济社会中，大学、企业、政府三方的协作与互动是影响创新活动的关键因素，每一方在发挥各自作用与价值的同时，还承担着另外两方的部分功能，通过三方功能的渗透与融合实现创新资源的有效整合。

近年来，区域三螺旋协同创新领域的研究成果日渐丰富，学者们分别从协同创新的机制、区域创新发展模式[4]、区域协同创新的演化路径[5]等方面进行了理论探讨，但对于协同创新如何影响区域创新发展，尚缺乏严格的计量检验。白俊红和蒋伏心从区域间创新要素动态流动视角实证考察了协同创新与空间关联对区域创新绩效的影响，刘友金等运用复合系统协同度模型实证分析了产学研协同对长江沿岸11 省市创新绩效的影响[6]，但此类研究将区域创新系统视为一个整体，未能揭示出区域内部创新主体间的关联效应。而针对区域协同创新主体之间互动关系的研究，学者们主要运用三螺旋算法对区域创新系统内部主体间协同的紧密程度进行测度分析。比如李培凤对我国23 个省级行政区官产学研合作体系的耦合效应进行了比较研究[7]；王耀德和林良运用互信息实证研究了中部六省企业、大学和科研机构三类创新主体协作紧密程度及发展态势[8]；Weiming Kang 等从横向对比和纵向演化视角对北京和上海两大科技创新中心官产学三螺旋紧密程度进行了测度研究[9]。

以上文献为文章的研究奠定了基础，但是对于中国全域内各省份产学研协同创新主体之间互动关系及空间演化的研究较少，鲜有从三螺旋视角分析区域内部与区域间协同创新发展规律与作用机理的研究。因此，文章对三螺旋理论及其算法进行拓展，运用2008-2017 年中国31 个省级行政区不同创新主体的发明专利数据，从横向区域间对比和纵向时间演化两个维度实证考察省域产学研协同创新的区域差异，区域内部以及区域间企业、大学、科研机构等创新主体间的互动耦合关系，以期对实施协同创新发展战略、创新型国家建设提供依据。

三、研究方法

1. 三螺旋模型及演化

三螺旋理论认为，大学、企业和政府的交迭是区域、国家创新系统的核心，其两者或三者的互动融合关系越紧密越有益于创新活动的产生。通过打破组织边界，形成科学、技术和政策领域的三力合一，推动区域创新螺旋的不断提升。

三螺旋理论诞生于西方发达经济体，在其特定的制度背景下由大学、企业、政府组成的协同创新体系成为三螺旋模型的标准模式。然而，作为最大的新兴经济体和发展中国家的中国有其特有的科技、教育体制。科研机构在中国国家、区域创新体系中扮演重要角色，主要从事关系国计民生、对国家安全和发展具有重大意义的公益性研究或周期长、投资巨大的应用性研究[10]。科研机构在价值取向、社会职能和组织过程中既不同于大学侧重基础性科学知识的自由探索，也不同于企业从事面向市场的应用性技术开发，在创新体系中有其独特的组织特征，可将其作为独立的创新组织融入到三螺旋模型中来[8]。而在中国当前市场经济体制下，政府部门很少直接参与科技创新，更多的是通过对企业、大学、科研机构进行政策引导间接参与创新，因此文章将中国三螺旋模型演化为企业、大学、科研机构三方直接创新主体。

由大学、企业、科研机构构成的三螺旋创新系统是典型的复杂系统，具有不确定性。Leydesdorff 认为创新系统的不确定性和自组织性可通过创新主体间的互信息来表示，而互信息可应用Shannon 在信息论中提出的熵（entropy：平均信息量） 的概念进行计量，基于此提出了用以衡量三螺旋协同关系的三螺旋算法(Triple Helix Algorithm)。熵表示离散随机事件出现的概率，事件的不确定性越大，熵越大；系统越有序，熵就越小，一维熵表示如下：

H 表示熵，Pj为第j 个信息出现的概率。以下标u、i、r 分别表示大学、企业和科研机构，如大学与企业的二维熵由以下公式计算可得：

大学、企业和科研机构的三维熵表示为：

在信息论中，相互作用的子系统之间信息传递的不确定性可用互信息T 来衡量。如大学和企业间的二维互信息表示为：

大学、企业和科研机构间的三维互信息表示为：

三维互信息还可以揭示出创新系统区域内与跨区域合作的动力学意义[11]。当Tuir大于零时，反映出创新系统跨区域协同程度，其正值越大，跨区域协同作用越强；当Tuir小于零时，反映出区域内的协同程度，负值越大，区域内协同作用越强[12]，即三维互信息Tuir正值指向跨区域协同而负值指向区域内协同。

2. 创新主体间协同程度及自组织性度量

在区域创新系统中，互信息用以衡量创新主体间的合作给系统带来不确定性减少的程度以及合作范围指向。但由于互信息的取值与系统配置相关，不同系统间的互信息差异不能准确反映出创新系统主体间的协同程度及自组织性[13]。Eustache 提出通过系统传输效能τ 来衡量创新系统主体间的协同程度[14]。传输效能定义为系统中用于共享的信息占传输信息总量的百分比，它表示系统中产生的“总配置信息”共享，可以解释为变量依赖性、协同作用或自组织性。因此，传输效能τ 能够反映出区域创新系统主体间的协同水平与自组织程度。

二维系统中，如大学与企业间的传输效能τui表示如下：

二维传输效能τ 越大，表示二维主体间交互越频繁，协同关系越紧密。

三维系统中，大学、企业、科研机构之间的传输效能如下：

由于Huir-Hu-Hi-Hr＜Tuir＜Huir，所以 τ∈[0，1]。三维传输效能 τ越大，表示大学、企业和科研机构三方主体间两两相互协同越多，系统的自组织性越强，三维关系在其所组成的系统中因缺乏中心协调性而发挥了自组织作用，系统在创新主体间的相互协调中实现自我驱动、自我调节；反之，则表示一方单独或三方协同越多，系统自组织性越弱，中心协调性越强[14]。

四、数据收集与处理

1. 数据收集

申请专利是实现科技研发与创新向现实生产力转化的重要节点，对国家和区域创新能力提升起到关键作用。联合申请专利是产学研协同创新的常见模式。文章以中国国家知识产权局专利检索及分析数据库（www.pss-system.gov.cn） 为数据来源，对中国31 个省级行政区（不包括港澳台地区） 不同创新主体申请的发明专利进行检索。考虑到中国发明专利有18～36 个月的审查期，文章以2008-2017 年申请并授权的发明专利为研究数据。在高级检索中按照专利申请（专利权） 人的关键字信息，将专利分为“企业(I)”、“大学(U)”、“科研机构(R)”三个类别，进一步将包含两种或三种主体的归为“大学—企业(UI)”、“大学—科研机构(UR)”、“企业—科研机构(IR)”、“大学—企业—科研机构(UIR)”四个类别，并按不同的年份、省级行政区分别统计。

2. 产学研合作专利产出的时间演化

从图1 可以发现，过去10 年间中国发明专利申请量增长迅猛，总量从2008 年的306921 项增加到2017 年的1745016项，年均增长率21.3%，远高于R&D 经费投入增长率，这说明我国科技创新效率逐年提高，知识产权保护意识日益增强。产、学、研两方或三方合作申请专利占比较低，只占专利总量的3.48%，合作专利占比呈总体上升趋势，但近三年有所下降。

图1 2008- 2017 年发明专利总量及产学研合作专利占比统计

近10 年发明专利三螺旋分布如图2 所示。从创新主体来看，企业是发明专利的最主要来源，企业参与的专利占总量的76.7%。这说明企业在科技创新中发挥着主导作用，通过技术创新与产品研发掌握核心技术，并申请专利保护知识产权，进而提高产品利润和市场竞争力。大学参与申请的专利占总量的21.4%，说明大学作为知识生产的源头，在推动科学发展与理论创新方面具有优势，但在技术创新与科技成果转化领域缺乏动力。科研机构参与的专利数量较少，只占专利总量的5.4%。

从合作机构领域来看，企业—大学联合申请专利相对较多，占专利总量的1.73%。这表明企业与大学在创新过程存在一定的互补性，企业作为科技创新成果的运用方，在技术发明、成果转化、产品市场需求预测方面具有优势。大学是新知识、新技术的来源地，通过与企业的合作可以快速完成成果转化，实现知识资本化与技术产业化。

图2 2008- 2017 年发明专利产学研三螺旋分布

3. 产学研合作专利产出的区域特征

将专利申请时间划分为2008-2012 和2013-2017 两个时段，分别检索各省级行政区大学、企业、科研机构以及相互合作的专利产出，以便从横向区域间对比与纵向时间演化趋势两个维度进行细化分析。

（1） 2008-2012 年间全国申请的发明专利总量1102649 件，各省级行政区分布如图3 所示。

图3 2008- 2012 年发明专利总量区域分布

按申请发明专利总量将31 个省级行政区划分为4 个类别：

第一类包括江苏、广东、北京、上海4 省市，这些区域经济实力雄厚、科技创新能力强，引领中国科技创新发展。第二类包括浙江、山东、陕西、天津、四川、湖北、安徽、辽宁、湖南、河南10 省市，多为东部沿海和中部经济较发达区域,这些区域经济、科技基础较好，市场经济相对成熟。第三类包括福建、黑龙江、重庆、河北、山西、云南、广西、江西、贵州9 个省级行政区，大多位于中西部和东北地区。这些区域普遍经济实力不强，科技创新合作发展起步较晚，其科技创新水平与前两个类别存在较大的差距。第四类包括甘肃、新疆、内蒙古、海南、吉林、宁夏、青海、西藏8 个省份，多为西部经济欠发达地区，创新基础设施落后，科教资源匮乏，经济基础薄弱，科技创新能力不足，创新不能为区域经济发展提供强大动力。

整体来看，2008-2012 年间，中国官产学合作专利产出区域间差异巨大，呈现东强西弱的格局，与中国区域经济、科技发展水平基本吻合。专利产出大省主要集中分布在东部沿海以及西部的陕西、四川等省份，西北、东北地区发展较为落后，地理集聚现象明显。

（2） 2013-2017 年间全国共申请发明专利3510099 件，是2008-2012 年间的3.18 倍，各省级行政区分布如图4 所示。

图4 2013- 2017 年发明专利总量区域分布

第一类别中前三位的江苏、广东、北京没有变化，安徽从专利总量第11 位一跃为第4 位进入第一类别值得关注，且企业申请专利数量增长迅猛，5 年间从23805 件增长到225975件，增长了8.49 倍，说明安徽处于“一带一路”、“长江经济带”和“长三角一体化发展”三大国家战略叠加区,充分利用国家政策支持，创新体制机制，激发了各类创新主体的活力，科技、经济发展潜力巨大。第二类别中广西从21 位上升到14位，专利数量增长迅速，各创新主体发展较为均衡，说明在创新驱动方面成效显著。第三类别中辽宁从第12 下降到18 位，作为东北地区的领头羊创新发展相对滞后，特别是企业申请专利数量相对落后。贵州从第23 上升到20 位，企业申请专利增长较快。第四类别中各省份位次变化不大，值得注意的是宁夏专利总量从第29 上升到第26 位，作为欠发达地区创新驱动成效较为明显。

整体来看，近5 年发明专利产出各区域间差距在逐步扩大，区域间创新驱动发展的不平衡性更加明显，呈现出由东西差距向南北差距演化的趋势，南方的广西、贵州、安徽等省级行政区创新驱动发展成效明显。长三角、粤港澳大湾区、京津冀城市群对于区域协同创新的辐射带动作用越发明显。

五、中国省域产学研关系实证分析

为进一步探寻区域创新体系中产学研三方主体间的互动关系，区域内部与区域间各主体的协同程度及空间关联，运用三螺旋算法及其拓展，将收集到的专利数据通过公式(1)～(7)分别计算出区域协同创新体系中的信息熵H、互信息T 以及传输效能τ 值。通过三维互信息T来反映区域创新系统的协同范围，二维、三维传输效能τ 来反映创新主体间的协同程度与系统自组织性。

1. 三螺旋区域协同创新范围分析

中国31 省级行政区产学研合作三维互信息如图5所示，如前所述，三维互信息可以反映出各区域协同创新的范围，三维互信息值越小，说明区域内协同作用越强，反之则跨区域协同作用越强。可以发现31 个省份的三维互信息都为负值，说明中国三螺旋创新系统以区域内协同为主导。

Tuir值较小的有新疆、甘肃、海南、辽宁、山西等省份，说明这些省份本省内的协同创新占主导地位。其中新疆、甘肃、海南3 个省级行政区科技创新发展相对落后，又地处边远地区，与科技资源丰富的地区距离较远，因此地理距离阻碍了跨区域协同创新活动的开展。而辽宁与科技创新相对发达的山东、天津、北京隔海相望，交通的不便限制了其跨区域的协作互动。山西由于其产业结构与临近省份存在较大差异，难以找到合作的契合点，因此以本省内的合作为主导。

Tuir值较大的有浙江、广东、江苏、安徽、重庆、宁夏、湖南等省份，其产学研协同创新中跨区域的合作占比相对较高。其中广东、江苏、浙江3 省区域创新能力强，科技带动与辐射范围广，与其他科技资源丰富的地区毗邻，较容易开展跨区域的协同创新活动。安徽、重庆、宁夏、湖南4 个省级行政区技术吸收能力不强，产学研三方创新资源不均衡，但周边地区拥有较丰富的科技创新资源，如宁夏与陕西，重庆与四川、湖南与广东、安徽与江浙沪等地区地缘相连，人文相近，科技相通，资源互补，较容易开展跨区域的产学研协同创新。

对比前后5 年三维互信息的变化，可以发现只有8 个省份Tuir降低，其他23 个省份Tuir都有不同程度的增长，说明我国区域创新系统间的合作与互动逐步增多，区域一体化进程明显加快。其中，Tuir增长较大的有云南、天津、安徽、北京等省市，其跨区域协同创新提升明显。北京和天津属于首都经济圈，2015 年4 月审议通过的《京津冀协同发展规划纲要》加速了这一区域的融合发展，京津冀协同创新走向一体化。云南、安徽同属长江经济带，2016 年9 月，《长江经济带发展规划纲要》正式印发，促进了这些省份实现跨区域创新资源的共享与整合，为创新驱动战略的有效实施提供了动力。

2. 区域协同创新主体间协作程度及自组织性分析

二维传输效能τ 反映出创新系统中主体间的双边协同程度，τ 值越大说明两者之间的交互越频繁，关系越紧密。

图5 中国区域产学研合作三维互信息

大学与企业之间的传输效能如图6 所示，31 个省级行政区中只有江西、甘肃2 个省τui值有所下降，说明近5 年大学与企业在科技创新领域的协同关系趋于紧密，其中安徽、贵州、云南三省提升显著。τui值较高的有河南、浙江、江苏、重庆、吉林、湖南、天津等省份，说明这些区域大学与企业交互频繁、相互依赖与耦合性较强。而青海、西藏、新疆、海南、甘肃的τui值较低，这些省份普遍科教资源匮乏，产业基础薄弱。尤其是青海省τui最低，这主要是由于青海省科教资源匮乏，仅有3所本科高校，而其中青海师范大学和青海名族大学又以人文类学科见长，在与企业合作中难以发挥其智力优势，导致大学、企业间的关系较为松散。

图6 中国区域大学- 企业二维传输效能τui

图7 中国区域企业- 科研机构二维传输效能τir

图8 中国区域大学- 科研机构二维传输效能τur

企业与科研机构之间的传输效能如图7 所示，青海、西藏、海南、新疆4 省份的τig值较高，均超过0.1。然而这4 个省份在专利申请总量、科技创新水平和经济实力方面都相对落后，企业与科研机构之间的关系却最为紧密，这主要是由于这些地区的企业自主研发与科技创新能力普遍较弱，而科研机构拥有技术、人才、设备等创新资源，企业通过与科研机构的合作有助于提升研发效率和加速专利的形成。

大学与科研机构之间的传输效能普遍较低，只有9 个省份近5 年的τur值有所提高，说明在区域创新过程中大学和科研机构之间的互动耦合关系较弱，且关系趋于松散。

从整体二维合作关系来看，大学与企业之间的协同关系最为紧密，企业与科研机构次之，而大学与科研机构之间的关系最松散。这说明我国大学主要从事原始创新、基础理论研究与科学研究，而企业更多的从事应用研究、技术创新和科技成果转化，二者在创新过程和创新阶段上存在互补性，最容易找到创新契合点。

产学研合作三维传输效能如图9 所示。三维传输效能τuir是各省级行政区内协同创新体系中三方主体间相互依赖与自组织程度的衡量指标。τuir大，说明该区域内大学、企业、科研机构之间的合作对于创新体系不确定性的减少越多，即通过三方协同创新体系更为有序，系统自组织性越强。三维传输效能τ 较大的区域有甘肃、新疆、海南、北京、辽宁、山西等省份。可以发现，产学研协同创新自组织程度较强的区域中除北京外都是区域创新能力相对落后的省份，而区域创新能力突出的江苏、浙江、重庆、广东等省市协同创新系统自组织程度反而较弱。

进一步分析，文章认为原因有二：一是一些科技创新欠发达区域的产学研三方主体间发展相对均衡，与科技发达区域相比处于协同创新发展的初级阶段。这一阶段政府在科技资源配置、科技成果转化、科技合作等方面发挥的作用更大，而产学研三方中相对较弱的科研机构具有一部分政府职能，产、学、研三方发展相对均衡，系统自组织性较强；二是一些科技发达省份处于企业占绝对主导地位的协同创新发展的高级阶段。这些省份科技创新能力强，发明专利绝对数量高，但产学研三方发展不均衡，企业处于绝对主导地位，而跨机构的合作占比较低。企业在创新中表现活跃，自主创新能力强，一些高科技企业通过企业内部的研究机构可以实现从基础研究、应用研究到新产品开发的完整创新链过程，对大学和科研机构的依赖程度较低，因此表现为系统自组织性较弱，而企业为主导的中心协调性较强。

比较前后5 年各区域三维传输效能，31 个省级行政区中只有青海、西藏、海南、江西、辽宁、甘肃、山西、浙江8 个省份的τuir上升。说明近5 年中国大部分的区域创新系统自组织性减弱，以企业为主导的中心协调增强，区域创新系统向着企业主体地位更加突出，产学研深度融合的方向发展。

图9 中国区域产学研合作三维传输效能τ

六、结论与对策建议

1. 研究结论

文章在三螺旋理论及其算法拓展的基础上，采用2008-2012 年、2013-2017 年两个区间的中国发明专利数据，对中国省域协同创新的区域差异以及区域内部与区域间大学、企业、科研机构等创新主体间的互动耦合关系及其动态演化趋势进行实证考察，研究发现：第一，中国产学研合作专利产出区域间差异巨大，由东强西弱向南强北弱的趋势演化，地理集聚现象趋于明显。长三角、粤港澳大湾区、京津冀城市群的辐射带动作用凸显。企业是发明专利的最主要来源，占总量的76.7%，而科研机构参与的专利占比较低，只占总量的5.4%。第二，中国产学研协同创新以区域内合作为主导，跨区域合作有增长趋势，浙江、广东、江苏、安徽、重庆、宁夏、湖南等省份跨区域的协作关系相对较强。第三，企业与大学的双边协同效应较强且关系趋于紧密；一些区域创新能力不强的省份如甘肃、新疆、海南、辽宁、山西等三维协同关系较强，创新系统自组织性较高，处于政府主导的创新发展阶段，区域创新能力突出的江苏、浙江、重庆、广东等省份三维协同关系较弱，系统自组织性较低，以企业为主导的中心协调性较高，向着企业主体地位更加突出，产学研深度融合的方向发展。

2. 对策建议

根据以上结论提出以下对策建议：

（1） 实施区域差异化协同创新发展政策。我国产学研协同创新发展区域异质性特征明显，这必然要求不同区域应实行差异化的协同创新驱动政策。第一，产学研协同创新较发达的区域应提高创新资源利用效率。这些区域集中了相当丰富的创新资源，但资源的高度集中也会造成“科研拥挤”，企业自主研发能力强而忽视了与大学、科研机构的合作，导致了创新系统的自组织程度不高。政府应通过政策引导、知识外溢、科研分工等途径促进企业高效的利用外部资源，最大程度地发挥产学研各方作用。第二，产学研协同创新欠发达的区域应提高自主创新能力。这部分区域企业自主研发能力相对较弱，企业应在模仿、借鉴、吸收外部创新资源的基础上，加强自身科技研发与技术吸收能力的提升。政府将科技资源配置让位于市场，加快创新资源的流动，使创新成果得以高效转化和推广应用。

（2） 统筹协调区域内与区域间产学研协同发展。第一，我国整体跨区域协同创新程度不高，进而导致科技资源匮乏的区域发展缓慢。近年来，一些经济欠发达区域，特别是西部、东北等省份人才、科技资源流失严重，出现区域产学研协同发展的“马太效应”。因此国家应建立区域统筹的协同创新发展战略，对科技资源匮乏的区域应有适当的政策倾斜，扩大优势创新资源的辐射面。第二，长三角、粤港澳大湾区、京津冀等城市群在区域创新中的辐射带动作用越发凸显，进一步通过交通、信息服务等基础设施建设实现创新资源在更大范围内无障碍流动、扩散与共享，探索城市群带动区域发展新模式，通过区域一体化驱动区域创新系统融合发展。