水环境治理产业产学研合作模式与网络演化实证研究——基于社会网络分析视角

陈国鹰，孙进书 ，张爱国，张义明

（河北工业大学经济管理学院，天津 300401）

水环境治理是一个政策性很强的行业［1］，在过去的10 多年，由于缺少精准的水环境管理制度，行业出现了“野蛮式”发展，导致水环境问题加剧。面对水环境恶化的严峻形势，国家相继出台了《水污染防治行动计划》（水十条）、《“十三五”生态环境保护规划》和《重点流域水污染防治规划（2016—2020）》等。水环境治理行业面临“史上最严”政策，导致“负面红利”消失，水环境治理企业面临前所未有的经营危机。随之而来的是行业的正面红利提升，技术好的公司可以为市场提供满足相关政策的水环境治理技术，未来将迎来发展的黄金时期。在当前的政策环境下，技术创新成为水环境治理企业生存和盈利的关键。水环境治理技术创新不足已经成为制约国家经济和社会发展的重要因素，为了解决技术创新不足，根据《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020 年）》，2008 年成立“水体污染控制与治理科技重大专项”，水环境治理被纳入到国家战略发展的高度，通过高校、科研院所和企业之间的有效合作，建立合作创新网络，引领水环境治理产业技术创新。

国内外学者对产学研合作网络的理论和实践进行了深入的研究，大体可以分为三类：（1）产学研合作相关理论研究。Fleming 等［2］提出“小世界”网络具有较高的集聚系数和较短的平均路径长度。冯锋等［3］将小世界特征的复杂网络应用到产学研合作网络分析中，认为小世界网络具有无标度增长和自由选择的特性。Etzkowitz 等［4］提出三螺旋理论，认为高校、企业、科研院所及政府在知识创新的过程中同等重要，高校和科研院所的主要职责是基础研究和人才培养［5］，企业通过新技术和新产品的开发来满足市场需求［6］，政府通过宏观调控，协调合作平台建设，建立投融资体系［7］，解决产学研协同创新主体的争论。也有学者从产学研合作网络的无标度特征、自组织和选择机制、中心权力和动态能力来分析产学研合作网络特征［8-10］。（2）产学研合作网络结构演化研究。Tanimoto［11］从空间视角研究了产学研合作网络的演化机理，得到合作网络的学习特征，网络演化具有无标度特征。刘国巍［12］从合作网络的空间状态分析了广西产学研合作网络的演化路径。唐恒等［13］从空间角度研究了京津冀地区专利合作网络时空演化。高霞等［14］选择中国ICT产业作为研究对象，分析了创新网络的演化特征。高霞等［15］基于SIPO 专利分析了我国产学研合作网络结构演化，何地等以东北三省为例，分析了新能源汽车产学研创新网络演化［16］。李培哲等［17］基于社会网络视角对卫星及应用产业产学研合作网络特征演化分析。（3）产学研合作网络结构对创新绩效的影响。赵炎等［18］和曹洁琼等［19］分析了中国ICT产业产学研合作网络的小世界特征对创新绩效的影响。Schilling 等［20］利用美国11 个高新技术制造联盟，分析了1990—2000 年间1 106 家企业所构成的合作网络的聚簇系数和可达性对创新绩效的影响，陈伟等［21］以东北三省的装备制造业联合申请专利数据为例，分析了网络特征对创新绩效的影响。

通过对现有研究成果的梳理发现，当前关于产学研合作网络整体和节点的特征研究取得了丰硕的成果。但是微观层面的网络节点研究没有和整体网络特征相结合，这不利于揭示网络节点特征对创新产出的影响；关于整体网络的研究，学者普遍关注网络特征时空演化，而没有和微观节点特征相结合，这不利于揭示产学研合作网络特征形成的内在机理。另外，现有的研究很少关注水环境治理产业的产学研合作网络特征，缺少对水环境治理产业产学研合作技术创新的机制探讨。因此，基于学者研究的不足，从水环境治理产业合作模式与网络特征演化的角度来分析网络特征及形成的内在机理，初步探讨水环境治理产业产学研合作机制，促进水环境治理产业产学研合作，推动技术创新，以期解决水环境治理技术不足的现实问题。

1 模型构建与研究设计

1.1 网络结构

在社会网络分析中，网络密度、集聚系数、中心性、结构洞和平均最短路径等是研究网络特征的重要指标。为了便于分析网络特征，同时避免指标的重复，根据研究需要，选取整体网中的网络密度、中心性和集聚系数；个体网络选择结构洞作为网络的特征指标，位于桥接结构洞位置的网络成员具有位置优势［22］。

（1）网络密度。网络密度反映了网络中各个节点之间连接的紧密程度，体现了网络的凝聚水平，网络密度的计算参考Barrat 等［23］的研究成果。

（2）中心性。中心性反映了节点或图在网络中所拥有的权力，运用中心度和中心势来反映网络中“点”和“图”的中心性。中心度体现了节点在网络中的权力，而中心势是图在多大的程度上围绕某个（些）特殊的点所建立的，本文运用点的中间中心度和图的中间中心势来分析中心性［24］。

（3）集聚系数。集聚系数反映了节点在网络中的集聚程度，整体网络中的集聚系数是网络中节点集聚系数的均值，集聚系数的计算公式参考Kim等［25］的研究成果。集聚系数用来表示网络成员之间合作的难易程度，取值在0 ～1 之间，取值越大，表示节点之间合作越容易。

（4）结构洞。结构洞表示网络中互不相连的节点之间的空隙，位于结构洞位置的节点通过控制相连接的其他成员来获取资源和信息，结构洞用效规模、效率、限制度和等级度4 个维度测量，其中限制度是核心［26］。

1.2 研究框架

本文在学者研究的基础上，对水环境治理产业的产学研合作模式和网络特征演化分析，水环境治理的国际专利分类号为C02F，主要包括对水、废水、污水和污泥处理，通过物理、化学和生物等变化，使有毒物质无害化或危害降低。目前的水环境治理技术主要包括“核心控源+生态修复”，核心控源包括污水处理技术、技术革新等，生态修复是基于稳态转换理论的清水型水生态系统重构。

根据研究需要，设计了产学研合作模式演化（创新主体变化、分阶段合作模式变化）和网络特征演化（整体网、个体网和网络聚类）两个维度，分析中国水环境治理产业产学研合作模式和网络特征演化，研究框架如图1 所示。

图1 研究框架

2 产学研合作模式演化分析

2.1 数据来源

选取水环境治理产业产学研联合申请的发明专利作为研究对象，水环境治理产业联合申请的授权专利最早出现在1987 年，由于专利有18 个月滞后期，因此，本文选取1987—2017 年的授权专利数据作为研究对象，选择授权专利作为分析对象是因为已经授权的专利表明合作取得了实质性进展，具有可推广性。按照IPC 国际专利分类标准，运用国家知识产权局开发的“专利信息分析”软件检索授权的发明专利，检索关键词为：申请人=大学 AND 公司 OR 大学 AND 企业 OR 大学 AND 厂 OR 研究所AND 公司 OR 研究所 AND 企业 OR 研究所 AND 厂 OR 研究院 AND 公司 OR 研究院 AND 企业 OR 研究院 AND 厂等，分类号为C02F，选择发明授权专利，得到授权的联合申请发明专利1 522 件，删除不符合条件的专利，像大学和所属的研究院，公司和分公司的联合申请专利等，得到871 件发明授权的专利。

通过专利数据分析（见图2），可以看出中国水环境治理产业产学研联合申请专利的数量呈现增长趋势，在1987—2000 年之间联合申请的专利数量非常少，这主要是由于水环境治理产业处于发展的初级阶段，从事研发的企业较少，整体研发实力较弱；到2000 年以后，联合申请专利数量开始增多，这主要是因为1999 年的全国科技创新大会提出加强技术创新；2008 年水专项启动，水环境治理上升到国家战略高度，联合申请专利数量实现了快速增长（2017 年出现下降是因为还有部分联合申请专利没有公布）。

图2 1987—2017 水环境治理产业联合申请发明专利数量变化趋势

2.2 创新主体演化分析

创新主体变化会对产学研合作产生深远影响，因此，在分析合作模式演化之前，要进行创新主体演化分析。本文选取联合申请专利前20 的单位作为创新主体，分析不同阶段创新主体的变化（见表1），表1 揭示了从1987—2017 年我国水环境治理产业创新主体的变化情况，在第一阶段（1987—2000），联合申请的专利数量仅为11 件，而且以大学和科研机构为主，在这个阶段大学和研究机构在水环境治理产业创新中发挥主导作用，企业的研发力量非常有限。第一阶段高校和科研机构申请的专利和企业的需求差异较大，企业为解决水环境治理的现实问题，不得不引进国外先进技术［27］。

在第二阶段（2001—2010），校企合作得到了快速发展，核心单位中高校有12 家，8 家企业；而第三阶段（2011—2017）高校仍然是产学研合作中的研发主体，但是科研机构和企业同样扮演了重要角色，创新主体开始从高校向产学研协同创新转变，企业在技术创新中的地位显著提升。第二阶段创新主体变化是由于20 世纪90 年代科技和经济体制改革，企业开始重组发展研发功能，到2000 年以后，企业开始承担更多研发任务，而第三阶段创新主体的变化是由于国家政策引导和水环境治理的现实需求。整体来看，过去的30 年中国水环境治理技术创新主体发生了变化，但是高校作为研发主体的地位并没有改变，而企业以大型国企为主，中小企业在产学研合作创新中的地位仍然较低，要建立企业为主体的产学研合作体系还有很长的路要走。

表1 各阶段联合申请专利数量排名前 20 的申请人情况

2.3 分阶段合作模式分析

表2 对3 个阶段的产学研联合申请专利进行了统计，通过分析得出产学研合作模式演化路径。在第一阶段（1987—2000），校-企（U-I）合作的比重最高，占总数的72.73%，其次是校-研（U-R）合作，占总数的18.18%，企-研（I-R）合作占到总数的9.09%，产学研（U-I-R）合作模式还尚未形成。第一阶段的合作模式以高校和科研机构为主导，尽管当时鼓励科研、教育和生产相结合，但是企业创新的能力和动力不足，形成了大学和科研机构为主导的合作模式。在第二阶段（2001—2010），校-企（U-I）合作（79.45%）、企-研（I-R）合作（9.59%），产学研（U-I-R）合作（5.48%）得到了发展，在这一阶段校-企（U-I）合作达到了高峰，而学研（U-R）合作显著下降。在第三阶段（2011—2017），各种合作模式比例基本稳定，这说明中国水环境治理产业产学研合作模式在第二阶段已经出现了明显分化，合作模式相对稳定，企业的地位得到提升，高校的地位一定程度下降，但是产学研合作创新的主体是高校的本质并未改变，企业的主体地位尚未形成。

通过产学研合作实现技术创新，要以企业为主体、市场为导向，是由于高校和科研院所申请的专利以技术为驱动，往往不具备转化条件，导致成果转化效率较低。而以企业为主导开发的新技术会考虑技术的适用性、成本、质量和进入市场的时机等，会从技术的先进性、价格、稳定性和服务水平等去平衡，来满足市场需求。因此，只有以企业为主导的技术创新才能更好的实现成果转化，满足水环境治理技术需要。

表2 各阶段中国水环境治理产业分阶段产学研合作专利数量及比例

3 实证研究结果分析

运用Ucinet6.0 软件中的NetDraw 功能绘制中国水环境治理产业3 个阶段的产学研合作网络，如图3 到图5 所示。

图3 第一阶段（1987—2000）中国水环境治理产业产学研合作网络结构

图4 第二阶段（2001—2010）中国水环境治理产业产学研合作网络结构

图5 第三阶段（2011—2017）中国水环境治理产业产学研合作网络结构

3.1 网络特征演化分析

中国水环境治理产业3 个阶段产学研合作网络特征如表3 和表4 所示，从整体网特征来看，中国水环境治理产业在3 个阶段的网络密度都很低，尤其是第3 个阶段的网络密度出现了显著下降，这说明网络中成员之间的合作较少，网络结构比较松散；从网络的中间中心势来看，前两个阶段的中间中心势较低，而第三阶段显著提升，这是由于处于中心地位的成员和其他成员建立了更多联系，发挥了更强的控制力；从核心组织的中间中心度来看，3 个阶段的核心组织都是高校，其中清华大学在3 个阶段都占据了中心地位。整体来看，第一、二阶段核心单位的中间中心度较低，而第三阶段的中间中心度显著提升，这说明产学研进一步实现融合发展，尤其是以北控水务投资有限公司为代表的企业占据了网络的中心位置，企业的主体地位提升显著；从集聚系数来看，第一阶段的集聚系数为0，说明各个组织之间相互独立，缺少凝聚力，孤立合作，第二阶段的集聚系数最高，说明水环境治理产业产学研合作合作更广泛，而第三阶段的集聚系数又出现了明显的下降，这是由于产学研合作网络中的合作单位数量迅速增加，而且彼此之间没有建立起良好的合作关系。

表3 中国水环境治理产业3 个阶段产学研合作网络特征（整体网络）

中国水环境治理产业在3 个阶段的产学研合作网络中核心组织的个体网络特征见表4。在第一阶段，清华大学在产学研合作网络中的限制度最低，这说明节点占据了网络中的结构洞位置，具有较高的桥接沟通和资源获取、分配的能力。这主要得益于清华大学在水环境治理行业的领导地位，清华大学在水环境治理技术研发方面起步早，具有人才和资源等优势，在产学研合作网络中扮演核心角色。在第二阶段，尽管南京大学在联合申请专利数量方面超过了清华大学，但是清华大学凭借资源掌控能力和先进技术仍然处于网络的核心位置，清华大学的限制度（0.102）远低于南京大学（0.599），控制着网络发展和组织进出。在第三阶段，由于清华大学在全国范围内开展合作，仍然占据了网络的核心地位，但是研究院所和企业的地位得到了显著的提升，像中国科学院生态环境研究中心和北控水务投资有限公司同样占据了结构洞位置，初步实现了产学研融合发展。

表4 中国水环境治理产业3 个阶段产学研合作网络特征（个体网络）

3.2 网络聚类分析

以往关于网络聚类的理论和实证研究将特征类似的行动者聚类到一起，而在产学研合作网络中，将网络中彼此联系并且特征相似的节点聚集到一起。在产学研合作网络中，节点的聚集是合作交流的基础，整体网络规模发展的同时，内在的稳定性也在提升，这种节点的聚集有利于知识的有效转移和成果转化。运用网络密度和集聚系数来衡量网络的集聚程度，网络密度是网络对行动者的行为产生影响的可能性，连接紧密的网络可以为网络内的节点组织提供更多的资源，同时也限制了个体的发展方向，网络密度越大，网络节点间的知识转移行为就越多，更有利于网络内组织间的信息交流和知识转移。运用集聚系数来衡量网络的局部特征，分析临近节点连接的紧密程度，判别网络中是否存在稳定的子系统。

运用Ucinet6.0 对中国水环境治理产业的产学研合作网络聚类分析，通过计算网络密度和集聚系数，探索中国水环境治理产业产学研合作网络聚类特征，以及成员是否倾向于建立紧密的合作网络。

将中国水环境治理产业产学研合作网络聚类分为两步：首先对原始数据聚类，结果显示中国水环境治理产业产学研合作网络呈现出“核心-边缘”结构。合作网络的集聚系数（c=0.070）非常低，网络成员之间的连接非常有限，只有少数成员和其他成员存在密切联系。从网络密度来看，整体网络密度（d=0.005 2）也很低，网络对个体的影响十分有限。这可能是由于中国水环境治理产业产学研合作网络中存在一些子网络，这些子网络的核心成员和其他成员之间建立了更加紧密的关系。运用Ucinet6.0 中的MDS 网络聚类分析（图6），得到4 个子网络。其中子网络1 由北京的清华大学、北控水务投资有限公司和中国环境科学研究院引领，子网络2 由华东理工大学和华南理工大学引领，子网络3 由南京大学、河海大学和江苏省环境科学研究院引领，子网络4 由同济大学、中国科学院和浙江大学引领。

清华大学是国内最具影响力的工科高校之一，承担了大量国家水环境治理方面重大项目，中国环境科学研究院作为生态环境部下属的核心研究单位，具备人才、资源和信息优势，而北控水务是从事水环境治理的核心企业之一，由于地理临近，三家单位间具有良好的合作基础；南京大学、河海大学和江苏省环境科学研究院都位于南京市，是水环境治理产业领先的高校和研究单位；华东理工大学和华南理工大学主要从事石油化工废水处理技术研究，和国内主要石化企业深度合作；中国科学院生态中心是国内极具影响力的水环境治理科研机构，与水环境治理核心研究区的同济大学和浙江大学合作，承担了很多国家和企业的重点项目。如表5 所示，这11 家核心组织处于网络的核心位置，在度中心度、中间中心度和结构洞限制度方面表现较好。其他单位倾向于和这些核心单位展开深入合作，建立创新技术联盟，充分利用核心单位的优势资源实现技术创新。

图6 中国水环境治理产业产学研合作整体网络聚类

表5 核心组织网络中心性、中间中心性和结构洞限制度表现

网络的集聚系数体现了网络节点的集聚程度，数值越大，说明节点间越容易建立合作关系。对中国水环境治理产业产学研合作网络的聚类分析，子网络4(c=0.634)＞子网络2(c=0.338)＞子网络1(c= 0.308)＞子网络3(c=0.306)＞整体网(c=0.070)。4 个子网络成员之间关系的紧密程度和网络的稳定性都要强于整体网络，4 个子网络和核心成员之间建立了稳定的合作关系，存在较多的合作创新。整体网络密度方面，子网络3 (d=0.354 0)＞子网络2(d=0.153 8)＞子网络1(d= 0.131 2)＞子网络4(d=0.110 2)＞整体网络(d=0.005 2)，显然4 个子网络的网络密度都远超整体网的密度，尤其是子网络3 中的南京大学、河海大学和江苏省环境科学研究院之间合作最紧密，子网络核心成员对子网络的影响要比整体网络对成员的影响显著。

4 结论与建议

本文以中国水环境治理产业联合申请的授权专利为样本，根据专利申请的组织类别划分合作模式：首先按照年份将联合申请的专利划分为3 个阶段，分析创新主体的变化和合作模式演化路径；然后从整体网和个体网的视角分析产学研合作网络特征演化，通过对整体网络的聚类分析，发现网络的“核心-边缘”特征，以及对网络的影响，得到的结论主要有：

（1）通过对中国水环境治理产业产学研合作模式演化分析，得出在2010 年以前创新的主体是高校，2011 年以后，尽管创新的主体仍然是高校，但是企业和科研院所在产学研合作中的地位提高，尤其是企业的地位显著提升。中国水环境治理产业产学研合作模式正由以大学为核心向产学研深入融合转变，尤其企业的地位显著提升。企业在产学研合作中地位提升是由于过去20 多年的经济和科技体制改革，大量的水环境治理企业获取来自于清华大学、中国科学院生态环境研究中心、南京大学和河海大学等核心单位的知识溢出，但是在当前的合作网络中高校仍然占据了主导地位。由于水环境治理技术经过长期发展，已经进入了成熟稳定期，很难实现重大创新。当前的技术创新主要依赖于上下游产业链以及“干中学”等企业为主导的技术创新。因此，产学研合作未来的发展方向应当以企业为主体、市场为导向，而如何建立企业的主导地位成为未来的研究重点。

（2）从中国水环境治理产业产学研合作网络3个阶段的整体特征来看，网络规模出现了显著的增长，但是网络密度和集聚系数出现了显著下降。尽管产学研合作网络中的单位数量快速增长，但是成员之间的连接不够紧密，合作范围主要集中在现有的合作机构之间的稳定合作，整体网的中间中心势提升显著，中国水环境治理产业产学研合作网络的连接效率提升显著。3 个阶段网络核心单位的中间中心度逐渐提升，而核心单位的结构洞限制度下降明显，核心单位在网络中连接单位的数量明显增加，节点间更高效的连接可以获得更多有价值的信息。从整体网和个体网3 个阶段的特征演化来看，在过去的30 年，中国水环境治理产业产学研合作单位的数量迅速增长，初步建立起了高效的知识转移网络，这为调动创新主体积极性，开展深入合作奠定了基础。

（3）通过对整体网络聚类分析，发现中国水环境治理产业产学研合作网络呈现出显著的“核心-边缘”结构，核心网络中存在四大子网络，子网络由度中心度、中间中心度和结构洞表现突出的核心单位引领。子网络1 由清华大学、中国环境科学研究院和北控水务投资有限公司引领，子网络2 由华东理工大学和华南理工大学两所主要从事石化水处理的高校引领，子网络3 由南京大学、河海大学和江苏省环境科学研究院所引领，子网络4 由中国科学院生态环境研究中心、同济大学和浙江大学所引领。子网络的核心成员在研发基础设施、人才培养、创新资源和能力方面优势显著，网络中的其他成员为了克服自身创新的不足，获取更高的创新绩效，倾向于和核心单位建立技术联盟。运用集聚系数和网络密度来衡量合作关系，在产学研合作网络中，集聚系数高更容易建立合作关系，而网络密度高的网络更加稳定。通过对整体网络和子网络的聚类分析，对比得出子网络4（聚类系数高，密度低）更容易建立合作关系，但是合作关系不够稳定，这不利于产学研深度融合发展；而子网络3 建立了稳定的连接关系，但是单一重复的合作关系较多，不易于和其他单位建立新的联系，限制了核心成员的发展。因此，在当前产学研合作创新快速变革的时期，在促进成员之间密切合作，提高创新网络稳定性的同时，还要避免合作过于分散，实现产学研深度融合，提升创新绩效。

通过对中国水环境治理产业产学研合作模式演化和网络特征分析，中国水环境治理产业产学研合作网络还没有建立以企业为主体，市场为导向的产学研合作体系，产学研合作网络结构还不尽完善，尤其是没有形成广泛认可的产学研合作机制。因此，针对当前中国水环境治理产业产学研合作中的不足，提出产学研合作机制建设的对策建议：首先，加强创新人才引进和培养，鼓励高校、企业和科研机构之间人才流动，形成创新型研发团队；其次，建立多元化投入机制，政府部门要加大创新能力建设引导和投入，引导合作单位加大创新投入，制定支持产学研发展的金融政策；第三，建立以政府引导、企业投资为主体、金融服务支持的合作体系，完善知识产权管理，消除合作障碍；第四，发挥中介机构的服务功能，按照“组织网络化、功能社会化、服务产业化”的原则，发挥中介机构的技术评估、技术服务、技术经纪人及技术咨询等职能，推动产学研合作创新。

另外，技术创新的关键在于应用，国家层面有必要建立技术转化服务平台（图7），融合成果库、需求库和专家库，提供技术评估及验证、二次开发、技术交易和产业孵化功能，通过产学研用、金融联合机制推动水环境治理技术市场化，解决水环境治理技术不足的问题。

图7 水环境治理技术成果转化综合服务平台构架