基于知识溢出环长株潭城市群创新网络演化分析

何天祥，许 娟，廖 莎

（1.湖南商学院旅游管理学院，湖南长沙410205；2.湖南商学院经贸发展研究院，湖南长沙410205）

基于知识溢出环长株潭城市群创新网络演化分析

何天祥1，许 娟2，廖 莎2

（1.湖南商学院旅游管理学院，湖南长沙410205；2.湖南商学院经贸发展研究院，湖南长沙410205）

完善区域创新网络和提高知识溢出效应是提升区域创新能力的关键。文章以环长株潭城市群知识溢出为研究对象，采用社会网络分析理论和Gephi软件方法，利用2005～2014年工程机械类发明专利的合作申请和引用数据构建创新网络，从空间、产业和组织三个维度分析其创新网络结构特征和演变规律。研究发现：第一，环长株潭城市群创新网络从无到有，处于初级阶段，创新产出和空间溢出水平较低；第二，创新网络在空间上呈现以长沙为核心，其他节点围绕长沙形成“核心－边缘”的分布模式；第三，知识和技术溢出集中在工程机械及相关产业，表现出以MAR溢出为主，正处于从MAR溢出向Jacobs溢出过渡的阶段；第四，形成以大学和大型科技企业为核心节点的产学研关系网络，但与政府、金融和中介机构关系不够紧密。创新网络演化受经济实力、吸收能力、交通网络、组织差异和社会文化关系等多因素驱动，知识溢出并不是单纯呈距离衰减趋势。最后提出完善创新网络的对策措施。

知识溢出；创新网络；环长株潭城市群；Gephi

一、引言

科技创新是优化产业结构推进区域经济持续发展的源动力。我国“十三五”规划提出以科技创新为核心，依靠创新驱动转变我国经济增长方式，引领经济持续发展。如何定量分析创新网络是一大研究难点和热点。创新源于知识的制造、重组和融合。从空间、产业和组织三个维度出发，创新网络有不同的形式和意义。由企业、大学、科研机构、金融机构、中介机构和政府构成协同创新平台，实质上是创新主体之间知识和技术交流平台。创新网络越复杂，节点联系越密切，知识溢出水平越高，创新产出和溢出效率越高。因此，可以通过知识溢出角度分析创新网络结构演变。

现有知识溢出大多采用知识生产函数法等间接的测度方式，不能有效追踪知识溢出的过程和路径［1］。随着社会网络分析法的发展，知识网络和创新网络成为探讨和研究知识溢出的新模式［2～3］。它可以用来追踪知识溢出的过程和路径演化，做到追踪溯源，并通过用图示法展示区域知识溢出的空间结构，阐述区域创新网络演化［4～11］。

对知识网络和创新网络的研究起源于20世纪90年代，从管理学领域发展拓展到经济学领域，取得了丰硕成果，但也有缺陷［12～22］。一是以合作申请专利和合作论文、著作等构成网络关系来形成知识网络和创新网络，而知识溢出包括显性溢出和隐性溢出，合作专利更多体现了隐性溢出，关于直接引用方面的显性溢出，国内学者几乎没有考虑；二是从宏观的角度出发，以国家、省域和城市等行政区域为网络节点，较少考虑城市内部知识和创新的不均匀分布；三是着重探讨产学研合作形式的网络，缺乏对内部合作的组织类型和其合作比例进行区分；四是集中关注沿海城市群的协同创新，很少讨论内陆城市群。环长株潭城市群是长江中游城市群的重要组成部分，是中部地区创新极核，关系到我国中部地区经济持续发展，对其创新网络研究具有重要现实意义。

因此，我们特别关注了环长株潭城市群创新集群和创新产出的空间差异，产学研内部不同组织类型间合作的比例和方式。基于知识溢出和社会网络分析的理论、方法，环长株潭城市群2005～2014年工程机械类发明专利的合作和引用为原始数据，利用Gephi和ArcGIS软件做定量分析和可视化处理，从组织、产业和空间三个维度分析创新网络的结构特征和演化规律，探索知识流动方向和路径，以聚类分析获知创新网络的核心和边缘组成，甄别技术扩散和知识溢出的关键影响因素和区域差异，为提升区域创新能力找到突破口。

二、环长株潭城市群创新网络的构建和数据说明

（一）环长株潭城市群创新发展的现状

环长株潭城市群是湖南经济增长的极核区，GDP占全省79%，是湖南省新型城市化和“两型”社会建设的龙头，拥有国家中部地区第一个国家级新区。同时，它是长江中游城市群的一重大发展极，东承长三角城市群西启成渝城市群，南连珠三角城市群，北接环渤海城市圈，是实现中部崛起的关键之一，在发挥城市群辐射带动效应和产业承接的腹地中起重要作用。但是，目前该区域的科技创新能力相对较弱，知识和技术对经济增长的贡献率不够。2015年，环长株潭城市群的技术交易额只占地区生产总值的0.6%，R＆D经费支出占生产总值的2.6%，万人发明专利申请量为4.88件，发明专利申请总数占全国的1.8%，创新力度明显偏低且低于全国平均水平。那么，培育环长株潭城市群创新系统和创新机制，提高科技进步的贡献率就显得尤为重要了。

（二）多维度创新网络的构建

1.三层次空间网络的构建

各区域内外不断地进行物质和信息的交换与流通，知识和技术的合作与共享，通过网络的连接，产生了空间关联的创新网络，促使了区域创新活动和经济活动的空间移动和扩张。本文基于社会网络分析法和复杂网络理论的分析范式，首先从地理空间角度出发，以全国各省域、环长株潭城市群中的8个城市和城市内部机构或个人作为网络节点，节点间发明专利的合作申请和引用关系作为网络的边，构建地理空间上基于知识流的创新网络。我们从空间和行政范围视角，由大到小、由外及里地划分成三个层次的创新网络：一是环长株潭城市群8个城市与全国各省市构成的“2－模网”；二是城市群内8个城市之间构成的“1－模网”；三是单个城市内部的机构或个人构成的微观网络。

2.产业维度创新网络的构建

本文以专利合作及其引用数据为研究支撑，专利数据统计通常采用国际专利分类（IPC分类）法，IPC分类采用等级的形式，将技术内容注明：部－分部－大类－小类－大组－小组。以字母“A－H”表示技术内容的8类，专利主分类号的第一个字母就是“A－H”，这代表了不同领域或不同产业的技术发明。其中，A表示“人类生活必需”类，B为“作业和运输”，C为“C部—化学和冶金”，D为“纺织和造纸”，E为“固定建筑物”，F为“机械工程、照明、加热、武器和爆破”，G为“物理”，H为“电学”。以一个字母（类）作为一个网络节点，F类对各类之间的引用关系构成网络的边，这就是本文产业维度的创新网络。需指出的是，合作申请的专利属于同一产业领域，不与其他类产业发生关系。

3.组织维度创新网络的构建

以不同类型的组织或机构作为网络节点，组织间合作申请专利和引用关系作为网络的边，构成了通常所说的产学研合作网络。以企业、高校和科研机构为主，政府、金融机构和中介服务为辅，形成了产学研合作创新系统网络。产学研协同创新系统的形成有助于技术、资金、人才、知识等互动交流，资源的优势互补，推动科研成果在不同领域相互转化，从而提升区域的整体创新绩效。

（二）数据来源与说明

本文的原始数据来源于中国知识产权网（http：／／www.cnipr.com／）公布的发明专利。专利是知识产权的主要体现形式，是度量区域创新的一种主要指标。专利合作和互相之间的引用体现了主体之间的存在交流和互动，知识发生了流动和转移，这是知识溢出的直观表现。以环长株潭城市群2005～2014年工程机械类发明专利的申请为研究对象，工程机械制造业是湖南省主导产业之一，是湖南优先发展产业中的重中之重。环长株潭城市群在机械制造业方面有着相对较好的发展势头，这领域的专利申请数据信息相对全面。

数据具体的检索条件：时间为2005～2014年；国省代码为湖南，具体地址分别输入长沙、株洲、湘潭、岳阳、常德、益阳、娄底、衡阳8个市；根据IPC对专利的分类标准，专利分类的检索范围限定于F类。以上述专利检索条件，采用时间降序排序方式逐条下载了4940条专利信息，每条专利包含专利申请号、名称、分类号、申请人／机构（专利权）、时间、地址等信息，此外还逐条辨别并下载了其引用专利的相关信息。需要指出的是，在做数据整理和构建空间网络时，排除了组织对本身的引用，产学研合作网络排除个人间合作和引用的专利。

从时间上看，环长株潭城市群工程机械类发明专利产出总体呈上升态势，2005年只有86项，到2011年发明专利达到830项，比2010年翻了一番并取得关键性突破。产学研合作和参与专利合作、引用的主体也从2010年分界，2010年之前处于低水平缓慢增加，之后进入爆发式增长。专利产出总数与专利合作和产学研合作参与主体的走向、阶段差异大致一致，说明创新绩效（专利产出）和知识溢出（合作引用）是一个相互促进、深化的过程，两者之间是交互影响的。

三、环长株潭城市群多维度创新网络的演化分析

（一）基于地理空间维度的创新网络演化

1.三层次空间创新网络演化及其“核心－边缘”模式形成

根据专利申请在时间上产出数量的阶段性特征，将地理空间上创新网络分为两个时间阶段，2005～2009年为第一阶段，2010～2014年为第二阶段，利用Gephi软件对创新网络的演变作可视化处理（图1）并计算网络结构特征的指标值。从阶段一到阶段二，网络图显示三个空间层次的创新网络的规模（节点）、关系（边）和节点平均度都有不同程度的增加，越来越多的主体参与到创新网络之中，知识扩散的范围扩大。

（1）从宏观网络看，省域之间网络的直径和平均路径长度保持不变（值为1），图的密度从0.05上升到0.08，网络结构逐渐稳定，意味着环长株潭城市群与外部省市的交流越趋频繁，联系更加紧密。

（2）从中观网络看，8个城市之间网络的平均聚类系数增加，由0.22上升到0.45，说明网络越来越以某一点为中心建立起来，走向“核心－边缘”的网络模式，网络图上看来，长沙始终位于网络核心位置，城市间网络是以长沙为中心建立起来的。

（3）从微观网络看，城市内部由机构或个人构成的微观网络的平均聚类系数增加，第一阶段以中南大学和长沙隆泰微波热工有限公司构成网络的核心部分，第二阶段以中联重科股份有限公司、南车株洲电力机车研究所、中南大学和湖南大学构成网络的核心部分，也形成了“核心－边缘”的网络模式。

图1 三层次空间创新网络结构演化图

因此，从整体上看，随着时间推进，知识溢出增加，创新网络的形成、创新网络密度增强、合作单位增加，结构变稳定，创新产出和创新绩效不断提升，空间上呈“核心－边缘”分布。

2.知识溢出规模空间分布差异

从环长株潭城市群F类发明专利统计值发现：长沙拥有专利量占比高达62%，株洲为13%，湘潭9%，衡阳6%，岳阳和常德4%，益阳和娄底只有1%，毫无疑问长沙的知识溢出规模最大，成为湖南各层次创新网络的核心。

从专利合作及其引用区域分布发现（表1）：一方面，省域间知识溢出和单个城市内部的知识溢出规模普遍高于城市群内8个城市之间的知识溢出规模，知识溢出并不是单纯呈距离衰减趋势。原因在于：一是基于对优质性和新颖性资源的追求，创新主体在选择合作和学习的对象时更倾向于比自身更具优势和实力的组织或个人，距离的阻碍作用不大；二是小范围的地理空间主体间的连通性、相互认知的程度和文化等具有相似性、邻近性，主体间更容易基于共同目标频繁地汇聚到一起，容易产生Jacobs溢出；三是环长株潭城市群8个城市虽空间距离不大、但是产业结构相关多样性弱，其知识溢出规模就要小得多。另一方面，环长株潭城市群内外的知识溢出规模不大，但逐年增加，说明其创新网络从无到有，但仍处于初级阶段。

表1 专利合作引用区域分布情况

3.创新产出空间分布规律

图2 2005～1014年环长株潭城市群F类专利产出位置分布图

根据专利申请人／机构（专利权）的具体地址，利用编程解析得到地址的经纬度，通过Arc-GIS软件的坐标输入法，输入经纬度定位了各城市专利产出的详细地理位置（图2）。从图中可以看出：创新产出基本沿铁路、公路等交通干线和交通枢纽分布，在城市中心高度聚集，专利产出并不是均匀分布，而是具有明显的地理空间差异，创新集群效果明显，创新遵循等级扩散规律。知识溢出和技术扩散依赖于创新主体间的交流和互动，地理空间上的畅通使得主体交流互动的障碍减少，接触的频率提高、程度加深。图中显示知识溢出受到了区域间联通便捷度的影响（交通因素），城市产业或创新集群加速知识溢出，提升了创新绩效。

（二）基于产业维度的网络演化：MAR溢出走向Jacobs溢出

从表2发现：F类发明专利以引用同类专利为主；随着时间推移，F类专利逐渐对其他类产生了引用，与更多的部类产生了交集；其中，F分类又对B、C、E类的引用表现较为频繁，10年内从未与D类产生交集。知识溢出和产业创新网络在不同阶段表现出不同特性，在产业发展初期，产业以内部溢出为主，表现出专业化外部性，随着产业内的发展和成熟，专业化外部性带来的边际效应递减，某些单位开始跳出原有行业的局限和瓶颈，从其他行业寻找灵感和启发，开始了产业间的合作和交流，其他产业带来的新颖性资源与原有的知识、技术融合，促使原有行业摆脱困局，实现另一阶段的创新发展。总之，在产业维度上，环长株潭城市群创新网络表现出以MAR溢出为主，处于MAR溢出向Jacobs溢出的过渡阶段。

表2 环长株潭城市群F类发明专利对各部类专利引用情况表

（三）基于产学研协同的创新网络演化

1.产学研创新网络的演化及其拓扑结构分析

图3 环长株潭城市群产学研专利合作引用网络演化图

企业、高校和科研院所等组织机构基于功能互补性原则、互惠性目标产生合作和联系形成了创新网络，推动了区域资源的优化配置，促进了科技创新成果相互转化，有助于形成高效有机的区域创新系统。为了更具体地研究和分析产学研创新网络的结构特征和演化规律，本文以两年作为一个演化阶段，把2005～2014年环长株潭城市群工程机械类专利合作申请和引用构成的产学研创新网络分为5个阶段，各阶段的网络结构图如图3所示，图中最后一个图是2005～2014年这10年的总体网络图谱。

从网络图谱来看，10年间网络节点和边的密集程度逐步加深，网络从松散稀疏的结构特征逐渐走向稳定稠密的网络结构范式，由简单的点线连接变成了“蛛网”结构模型。参与产学研合作的主体明显上升，知识溢出范围扩大，创新得到普及。

测度各阶段创新网络的具体结构特征由拓扑结构指标值来表示，由Gephi软件计算所得结果如表3所示。

表3 2005～2014年环长株潭城市群产学研协同创新网络拓扑结构指标值

从表3得出：首先，网络规模（节点）由最初的6个增加到196个，关系（边）随着规模的增加由4次增加到161次，产学研创新合作次数逐年增加，更多的机构和组织加入到产学研合作创新系统中来，知识溢出得到加强；其次，在社会网络中，“度数”测度的是某一点与其他点直接连接的节点数，度数越大代表某点有更多的节点与之关联，某点的合作关系次数越多，参与的创新次数就越多，越是处于网络的核心。表3显示网络的平均度随时间变化呈波动上升的趋势，说明整体网络的创新活动增加；再次，图（网络）密度指实际存在的关系数除以理论上可能存在的最大关系数；平均路径长度（距离）是两点间最短路径长度的平均值，网络的直径和平均路径长度都有所增加，图的密度总体是下降的，这主要是由于网络规模的上升率高所致；最后，模块化和聚类系数度量的是网络内部存在子网络的情况，指标值越大说明子网络的凝聚力越强，越能围绕某一中心点建立知识信息网，越能够体现创新集群和集中趋势，表示局部区域信息、资源通畅，知识溢出在区域或组织网的局部范围内通畅，知识和技术呈现等级扩散模式。

2.产学研网络内部各组织合作情况

经统计发现各创新主体之间的合作比例极不均衡。企业间相互合作的比例最高（57.61%），高校和企业间的合作比例为20.95%，企业和科研机构间合作比例为12.47%，说明企业是产学研网络的核心和主动力。高校间合作（4.99%）、科研机构间合作（1.25%）及高校和科研机构间合作（2.74%）比例都低于10%，相同组织类型间的合作引用比例明显高于不同组织间的，说明组织类型、关系对知识溢出形成的创新网络有显著影响。原因在于相同的组织机构有更多的技术相通性，社会关系更近，交流和互动的障碍更小，相同产业内部的企业和产业链上下游的企业更容易形成战略联盟、产生交集，更重要的是企业的总、分支机构之间会存在更多的人才、知识和技术的交流共享，科研机构间会基于某一重大研究课题和技术项目组成技术互补的团队来共同研发，高校间会基于人才培养和学术交流方面产生合作及互动。

3.产学研创新网络的聚类分析

从整体上分析了环长株潭城市群网络的演化趋势和网络结构，但我们还不知道网络的局部（子网络或子系统）结构和特征，所以，我们又从聚类的角度分解了网络的关键子网络（核心部分）。将城市群10年所发生的产学研间的关系数据导入Gephi软件，以度数区分网络节点的大小，处理得到一个整体网络（图4）。

图4 2005～2014年环长株潭城市群产学研创新网络图

从网络图4中网络节点大小可以看出：中联重科股份有限公司、南车株洲电力机车研究所有限公司、中南大学、湖南大学、株洲时代新材料科技股份有限公司和南岳电控（衡阳）工业技术有限公司处于网络核心，并构成了环长株潭城市群产学研创新系统的关键子系统。利用Gephi的滤波和统计功能对每个子网络进行筛选和网络指标计算。

产学研创新合作的核心子网络是区域创新最具活力的部分，子网络往往掌握了区域的关键资源，有较高的创新绩效，可以辐射和带动其他成员的创新。网络内部高度聚集和稳定的网络环境关系到网络的知识和信息的流畅度，联系紧密度更高的网络更有利于知识的扩散和成果的转化。用规模、关系和度来刻画网络的广度，密度和聚集系数刻画网络的深度，子网络的广度和深度很大程度影响整体网络的绩效。中联重科是全国实力较强的工程机械领域的企业，在环长株潭城市群产学研创新系统网络中是一个最大的子网络，规模最大（38），关系数为39，平均度超过1（1.03），平均路径长度为1.98，说明它有更多的合作对象，知识扩散范围更广，所产生的社会效应也越大，对区域发展的贡献不容忽视。中南大学和湖南大学作为985重点高校，拥有良好和完备的科研设施，科研投入和科研实力位于湖南各高校前列，对产学研创新系统的形成起到重大作用。南车株洲电力、株洲时代新材料和南岳电控作为株洲市、衡阳市重点单位，在环长株潭城市群产学研创新网络中发挥了重量级角色，不仅与本市内众多企业合作和联系，还代表了本市与外界联系和交流的突破和窗口。

四、结论与建议

创新根源于知识和技术，通过知识和技术的生产、重组及融合得到。技术和知识在产业集群、空间集聚内部网络的流动（知识溢出）形成了区域创新网络，提升了区域创新绩效。本文以环长株潭城市群知识溢出为研究对象，基于社会网络分析和复杂网络模型的理论、方法，从宏观到微观，从空间、产业到组织，构建各层次网络，利用Gephi和ArcGIS软件作统计分析和数据可视化处理，研究了长株潭城市群创新网络的动态演化。得出主要结论是：第一，环长株潭城市群创新网络从无到有，目前仍处于网络形成的初级阶段，但是知识溢出是创新网络演化的催化剂；第二，受经济实力、空间距离、技术基础、交通网络、行政划分等综合因素的交互影响，知识溢出和创新产出空间分布极不均衡，空间创新网络形成了“核心－边缘”模式，创新呈等级扩散规律；第三，从产业维度的分析显示，环长株潭城市群创新网络表现出以MAR溢出为主，处于MAR溢出向Jacobs溢出的过渡阶段；第四，产学研网络从松散稀疏走向稳定稠密，由点线连接形成“蛛网”结构，参与创新的主体增加，创新合作在同类组织中表现突出，尤其以企业间合作为主，由少数几个大型企业和重点高校构成创新网络的核心部分，但金融、中介和政府对创新的支持和服务程度不够。

根据上述结论，本文提出完善创新网络的几点建议：第一，加大区域内部创新要素的投入，提升自主创新能力，同时加强与区域外部的创新合作与交流，发挥知识溢出循环效应。完善交通网络和信息网络，打破创新互动的空间局限，城市群内部实现区域经济一体化发展，跨越行政界限，为创新网络的形成减少障碍，发挥创新网络核心部分的辐射带动作用，提升区域整体的创新绩效。将环长株潭城市群作为一个发展整体，协调各市资源，更有利于资源互补和协同创新。长株潭高新区发展与湘江新区、长株潭城市群、长江经济带的发展融合起来，形成以高新区为创新的极核区，推动高新技术外溢。同时，加大与欧美、日韩的高新技术企业合作，大力吸引国外先进企业、专家和高级技术人才来高新区创业或技术交流，通过吸收、模仿和再创新，推动国际高新技术的外溢。第二，在夯实原有主导产业的创新基础之上，依据价值链分工“微笑曲线”，构建以高端制造业为核心、金融保险、现代物流、信息服务和其他中介机构为支撑的创新产业集群，配套发展相关中小科技企业，促进企业技术的融合创新，提升产业层次，优化产业结构，推动MAR溢出过渡到Jacobs溢出。第三，完善产学研创新系统，培育中南大学、湖南大学、中联重科、南车株洲电力、株洲时代新材料和南岳电控等大型企业和科研院所为创新骨干，同时，提升金融、中介机构和政府在创新系统中的辅助功能，探索合作新渠道，构建创新联盟，扶持和培育更多的创新子网络。合理规划产业园区和产业布局，推动创新集群，形成战略、资产、技术和人才集聚，为创新合作提供场所和平台，加大招商引资力度，围绕主导产业、关键技术和核心零部件开展招商，吸引国际一流科研机构和高新技术企业入驻，构建国际一流研发中心，打造中部地区的创新中心。

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（责任编辑：罗蕾）

Analysis on Innovation Network Evolution of the Ring of Changsha－Zhuzhou－Xiangtan Urban Agglomeration Based on Know ledge Spillover

XU Juan1，HE Tian－xiang2，LIAO Sha2
（1.Research Institute of Economic and Trade Development，Hunan University of Commerce，Changsha，Hunan 410205；2.Tourism Management School，Hunan University of Commerce，Changsha，Hunan 410205）

It is the key to enhance the regional innovation capability through improving the innovation network and the effect of knowledge spillover.Based on social network analysis theories and Gephi methods，engineering mechanical invention patent application and patent citations from 2005 to 2014，we constructed the innovation networks from the three dimensions of space，industry and organization to study the structure characteristics and evolution law of innovation network of the ring of Changsha－Zhuzhou－Xiangtan urban agglomeration.Our research findings are as follows：First，the innovation network of the ring of Changsha－Zhuzhou－Xiangtan urban agglomeration has grown out of nothing and still in the primary state，so the level of innovation output and spatial spillover is low. Second，the innovative network centers around Changsha spatially，with the other nodes around it and forming the＂core－edge＂distribution patterns.Third，Knowledge and technology spillover in engineering machinery and related industries feature in MAR overflow and are in the transition phase from MAR to Jacobs overflow.Fourth，it forms an industry－university－research cooperation network，with top universities and large technology enterprises as its core node，but only loose contact with government，financial and intermedi-ary institutions.There are economic power，absorptive capacity，transportation network，organizational differences，social and cultural relations，and other factors to drive the evolution of innovation network.Therefore，knowledge spillover is not only the trend of distance attenuation.Finally，it puts forward the countermeasures and suggestions to improve the innovation network.

knowledge spillover；innovative network；the ring of Changsha－Zhuzhou－Xiangtan urban agglomeration；Gephi

F127.64

：A

：2096－4315（2017）01－0120－08

2017－02－08

国家社科基金项目（12BJY052），湖南省自然科学基金项目（14JJ2119），湖南省研究生科研创新项目（CX2016B657）。

何天祥（1969—），男，湖南桂阳人，湖南商学院旅游管理学院院长，博士，教授，硕士生导师，主要研究方向：区域经济结构与技术创新；许娟（1992—），女，湖南汝城人，湖南商学院硕士研究生；廖莎（1993—），女，湖南娄底人，湖南商学院区域经济学硕士研究生。