创新驱动经济高质量发展系统动力模型构建及仿真分析*

■ 刘帅 姜国新

辽宁工程技术大学营销管理学院 葫芦岛 125105

0 引言

改革开放后，我国经济发展取得了显著成就，GDP年均增长率接近10%。但国内经济的高速增长主要依靠要素驱动和投资驱动，经济发展动力不足、国家创新力不强等问题日益显现，因此我国提出实施创新驱动发展战略。我国经济已由高速增长转向高质量发展阶段，创新是引领发展的第一动力。进入新时代亟需解决“创新驱动”的问题，以助推我国经济高质量发展。但创新究竟如何驱动经济高质量发展，其内部要素的作用机制如何，这些问题尚未明确，成为亟待攻克的重要难题。

“创新驱动”概念由Porter 提出，将国家发展分为要素、投资、创新和财富驱动四个阶段[1]。随着各国及地区将创新驱动提升至发展战略的高度，对创新驱动发展的研究逐渐成为热点。国家创新系统理论宏观学派认为，技术创新和制度设计对创新系统作用显著，主要以Free‐man、Nelson 等学者为代表[2,3]。Cooke 提出区域创新系统由文化、组织与环境等要素构成，Asheim 和Isaksen 从主导产业集群和制度基础结构两部分进行研究[4,5]。国内学者的研究有代表性的观点有：孙健慧和赵黎明提出创新系统要素既包括以机构和组织为代表的主体要素，还包括由物质、资源条件构成的非主体要素[6]。杨燕等指出创新驱动的因素包括内部驱动因素和外部驱动因素，分别是生产要素创新和生产关系的创新[7]。陈劲和尹西明认为国家创新生态系统包括企业、产业、区域及教育创新体系等[8]。其他学者提出创新驱动要素包括人才、知识、资金、信息、技术、制度、商业模式等[9-14]。

在创新驱动系统要素分析的基础上，学者们从不同视角对系统运行机制展开研究。任保平认为创新驱动系统运行机制是技术创新支持体系、新型产业支持体系、制度创新、战略支持体系及管理创新等共同作用的结果[15]。王涛和邱国栋提出创新是通过“创新机制-创新活动-创新成果-商业化”的过程逐步形成的[16]。柳卸林等提出产业多样性、风险投资和企业集聚对知识溢出和流动产生促进作用，成为创新驱动中国经济增长的内在机制[17]。王定祥从“创新要素-创新平台-转化平台-创新应用-创新价值”分析创新驱动经济发展的作用路径[18]。

综上所述，现有成果为解决创新驱动经济高质量发展问题作出了巨大贡献，在以下方面仍存在不足：第一，创新驱动系统涉及科技、创业、体制、人才等多领域，现有成果界定的创新驱动系统要素边界比较模糊，导致对创新驱动系统要素分析不够全面。第二，创新驱动系统内部结构复杂，已有研究多是静态关注某一因素对创新驱动系统的影响，缺少从系统视角揭示创新驱动系统内部要素间的复杂动态关系，造成对创新驱动系统内部运行机制解释不充分。创新驱动经济高质量发展系统具有动态性及综合性，采用传统的低阶和线性理论难以解决这一复杂的系统问题。Forrester 认为“系统之宏观行为源自其微观结构”，反馈控制理论提出系统动力学方法，现多应用于经济、社会及生态等复杂系统分析，在解决高阶非线性、大规模经济社会复杂系统的难题方面非常有效[19]。赵黎明、李涛、李佳钰等学者均采用系统动力学方法研究城市或区域创新驱动系统，为本文应用系统动力学提供了方法论支持[6,20-23]。因此，本文运用系统动力学方法，尝试将现有研究的不足加以完善，从科技、创业、体制及人才等方面，分析创新驱动经济高质量发展系统要素构成及相互关系，构建系统动力模型，深入剖析创新驱动经济高质量发展系统运行机制，为推动我国经济高质量发展提供指导。

1 创新驱动经济高质量发展系统结构分析

1.1 系统边界确定

创新驱动经济高质量发展系统结构复杂，影响因素众多。《国家创新驱动发展战略规划纲要》指出，创新驱动要坚持科技创新和体制机制创新持续发力。“十四五”规划建议提出，实施创新驱动发展要把科技自立自强作为国家发展的战略支撑，支持创新型中小微企业成为创新重要发源地，完善创新体制机制，激发人才创新活力[24]。杨剑从人才、知识和资金等方面分析区域创新系统，宋延广认为城市创新系统包括政府、企业、高校院所、中介机构等，李兵提出创新载体、创新资源、创新机制及创新环境共同构成城市创新系统[25-27]。

在借鉴现有成果基础上，考虑指标数据的易得性、科学性及代表性，确定创新驱动经济高质量发展系统由四大子系统共同构成，即科技创新、创业创新、体制机制及人才创新，系统分析框架见图1。系统涉及众多部门，受外部因素影响较多，包含大量的参数变量，仅考虑有重要影响的主要因素，剔除次要因素，通过变量间的反馈关系使抽象的宏观系统更加具体化，有利于创新驱动经济高质量发展系统的综合分析。

图1 创新驱动经济高质量发展系统结构分析框架

1.2 子系统分析

1.2.1 科技创新子系统

科技创新对于提高国家的综合国力具有重要的战略支撑作用，科技的快速发展能够为创业创新活动提供技术支撑，有利于引导人才创新的新模式产生，激励各级政府不断完善促进创新的体制机制。科技创新驱动经济高质量发展要具备基础能力、组织体系，以及前沿领域的创新。该系统要素包括GDP、技术市场成交额、专利申请授权数、高新技术企业数、工业企业科技机构数、大学科技园数量、高新技术企业工业总产值等。

1.2.2 创业创新子系统

大众创业万众创新有利于创新组织及创新成果数量增加，促进全社会科技创新能力逐步提升，推动各级政府不断改善创新体制机制，支持各类人才将自身的知识才能运用于其擅长的领域。大众创业万众创新驱动经济高质量发展包括建设双创公共服务平台和众创众包众扶众筹。该系统要素包括科技企业孵化器数量、众创空间数、创业导师人数、科技人员创业数、大学生创业数、留学归国人员创业数等。

1.2.3 体制机制子系统

良好的体制机制能为经济高质量发展提供制度保障，推进各类创新主体积极研发科技创新成果，为大众创业万众创新提供良好的制度环境，为创新人才的优化配置进行调节。体制机制驱动经济高质量发展离不开完善的科技创新体制及普惠性政策体系。该系统要素包括财政支出、科学技术支出、对外开放程度及市场化程度等。

1.2.4 人才创新子系统

人才是创新发展的第一资源，创新人才数量提升有利于其运用自身的知识技术推动科技创新的速度与质量，为创业创新供给人力资源，为国家优化创新体制机制贡献力量。人才创新驱动经济高质量发展体现在人才队伍及人才环境方面。该系统要素包括研究生毕业人数、科技活动人员数量、留学归国人员数、教育支出、科研机构数、普通高等学校数量、在校大学生数等[28]。

1.3 因果关系构建

根据创新驱动经济高质量发展系统结构，借助Ven‐sim-PLE 软件描绘系统的因果关系，得到创新驱动经济高质量发展系统内变量间的因果关系及反馈回路（图2）。对主要的反馈回路分析如下：

图2 系统因果关系图

反馈回路1：GDP→财政支出→教育支出→在校大学生数→研究生毕业人数→科技活动人员数量→专利申请受理数→专利申请授权数→新产品销售收入→新产品出口→GDP。该回路为正反馈回路，体现GDP增加有利于政府提高财政支出、增加对教育的投入力度，促进高校培养更多的大学生及研究生，提升科技活动人员的质与量，对专利申请受理及授权数量提升产生促进作用，带动企业新产品销售收入及出口增加，提升GDP，实现经济高质量发展的过程。

反馈回路2：众创空间数→创业导师人数→大学生创业数→初创企业数→高新技术企业数→高新技术企业工业总产值→工业总产值→GDP→财政支出→众创空间数。该回路为正反馈回路，体现众创空间数增加能够培养更多的企业导师，创业的大学生数提升，增加初创企业数量，有效促进高新技术企业数量及产值增加，推动全社会工业总产值及GDP增加，政府可以投入更多的财政资金支持众创空间发展，不断促进经济高质量发展的过程。

反馈回路3：科学技术支出→科研机构数→科技活动人员数量→科技人员创业数→初创企业数→高新技术企业数→高新技术企业工业总产值→工业总产值→GDP→财政支出→科学技术支出。该回路为正反馈回路，体现政府科学技术支出增加能够培养更多科研机构及科技活动人员，增加科技人员创业数，从而促进初创企业总体数量的增加，高新技术企业产值及工业总产值得到提升，GDP 总量增加，政府可以投入更多的财政资金支持科学技术发展，加快经济高质量发展的过程。

反馈回路4：科技活动人员数量→专利申请受理数→专利申请授权数→新产品销售收入→新产品出口→GDP→财政支出→科学技术支出→科研机构数→科技活动人员数量。该回路为正反馈回路，体现科技活动人员数量增加，参与创业的科技人员数也将增加，产生更多的高新技术企业，有利于高新技术企业的发展，使GDP 总量增加，政府可以将更多的财政资金投入科学技术领域，培养更多的科研机构及科技活动人员，促进经济高质量发展的过程。

2 创新驱动经济高质量发展系统动力模型构建

2.1 区域选择

本文将研究区域选为辽宁省。原因在于首先辽宁省是我国老工业基地，曾在我国经济体系发展过程中发挥着引领作用，研究该区域的创新驱动经济高质量发展系统具有先行示范作用。其次，国内经济进入新常态后，辽宁省部分经济指标增速回落，甚至负增长。2014年起，国家先后印发《关于近期支持东北振兴若干重大政策举措的意见》、《关于促进东北老工业基地创新创业发展打造竞争新优势的实施意见》，指出东北地区要依靠创新驱动发展，完善创新创业体制机制，推进创新链整合，促进大众创业，建设创新创业人才队伍。习总书记出席振兴东北老工业基地座谈会提出，辽宁省要完善体制机制、鼓励创新创业。党中央对东北老工业基地的高度重视和巨大支持，为辽宁省经济指明了发展方向。此后，辽宁省深入实施创新驱动以激发经济活力，大力推进行政管理体制改革，为创新创业提供充分便利，加大科技创新及制度创新力度，完善聚才用才机制，2017年起辽宁省GDP增速开始由负转正，各项经济指标出现逐步转好态势。因此，在我国实施创新驱动层面上单独研究辽宁省经济高质量发展情况，具有现实需求。

2.2 模型构建

结合中国情境和辽宁省特征，为明确表示系统要素间的逻辑关系，掌握创新驱动经济高质量发展系统内部反馈控制规律，根据前文因果反馈回路，对变量性质进行区分，引入水平变量7 个、速率变量7 个、辅助变量40个及常量3个，建立创新驱动经济高质量发展系统流图，全面描绘出创新驱动经济高质量发展系统内部构成、行为及元素相互作用机制。运用Vensim-PLE 软件描绘出创新驱动经济高质量发展系统动力学模型流图，如图3所示。

图3 系统流图

2.3 方程及参数确定

运用Vensim-PLE 软件对创新驱动经济高质量发展系统模型进行模拟仿真，模型运行时间范围为2007～2030年，步长为1年，2007～2018年是对系统模型进行调试及确定相关参数变量的检验年限，2019～2030年是预测未来经济高质量发展趋势的仿真预测年限。数据来源于《辽宁统计年鉴》、《中国火炬统计年鉴》、《中国科技统计年鉴》等。根据所得数据，有代表性的参数采用加权平均值和算术平均值等计算得出，少数时间序列数据依据指数平滑法进行处理。部分数据缺失统计资料，采用算术平均法、发展趋势推算法及回归分析法等推导得出。建模过程中结合辽宁省数据对变量不断调试，使变量间的相互关系能够更好地体现，模型与辽宁省经济发展的现实情况更加接近。模型共涉及61个方程式。

2.4 模型检验

模型建立后，需要对其模型的合理性与适用性进行检验。包括检验模型结构、方程和单位，同时进行敏感性和历史性检验。利用Vensim-PLE验证，本模型均通过上述检验。限于篇幅，仅列出对GDP与教育支出的历史性检验结果，如表1所示。可以看出模拟值与实际值误差较小，最大误差不超过0.117，模型结构合理，拟合情况较好，具有良好的预测结果，可进行下一步骤的模拟仿真。

表1 模型历史检验结果

3 创新驱动经济高质量发展系统仿真

为考察创新驱动经济高质量发展效果及不同政策对其影响，结合辽宁省经济发展实际情况，在不影响仿真准确性的情况下，本文设定创新驱动经济高质量发展基础模式与政策模式。其中，基础模式指对模型中的各政策变量系数不进行任何调整，辽宁省经济发展趋势完全按现有的模式运行，所得预测数据用于与其他模式进行对比。渐进发展模式指对原模型财政支出占比、教育支出占比及科学技术支出占比等参数进行微弱调整，即辽宁省经济未来要实现渐进式发展；跳跃式发展模式指对原模型中上述3 项参数进行较大幅度调整，即辽宁省经济未来要达到跳跃式发展，各模式参数设置如表2所示。仅列出关键变量模拟结果，见图4～10。

表2 政策模式参数变化

图4 2007～2030年辽宁省GDP仿真曲线

图5 2007～2030年辽宁省高新技术企业工业总产值仿真曲线

图6 2007～2030年辽宁省初创企业数量仿真曲线

图7 2007～2030年辽宁省众创空间数仿真曲线

图8 2007～2030年辽宁省教育支出仿真曲线

图9 2007～2030年辽宁省科学技术支出仿真曲线

图10 2007～2030年辽宁省科技活动人员数量仿真曲线

3.1 渐进发展模式

该模式下将三项参数在原模式基础上提高，导致教育支出及科学技术支出数值明显上升。另外，三者比重的增加为创新人才培养提供了良好的保障，大学生、留学归国人员与科技人员数量增长，使全社会科技活动人员数量大幅提升，至2030年科技活动人员数量将增至65.55万人。充足的创新人才及有利的政策支持，为大众创业万众创新提供了人才及制度保障，因此初创企业数量、众创空间数上升明显，将分别达到5303 个和528 个。随着新创企业数量的增长，高新技术企业数量及工业总产值得到提升。然而该模式下辽宁省GDP 值增加并不明显，在2023年前略高于基础模式，2024年后则略低于后者，说明若依靠政府支出增加提升GDP，在政府投入初期或许有一定效果，但从长期来看则收效甚微。

综上所述，辽宁省依靠教育及科技投入等财政支出的渐进发展模式实施创新驱动经济高质量发展，有利于创新人才的培养及创新企业数量的增长，推动企业利用高新技术进行产业升级，使高新技术企业产值得到提升。经济高质量发展并不只是GDP数量上的增长，更重要的是人民福祉不断提升，包括教育支出及科学技术支出等投入增加。

3.2 跳跃发展模式

该模式下政府政策实施强度提升，财政支出各项比重较渐进发展模式增加。由图5～10可以看出，经济发展质量相关指标均明显提升，至2030年教育支出及科学技术支出将分别高达5557.58 亿元和364.88 亿元，科技活动人员数量将急剧上升，增至93.19 万人，初创企业数量及众创空间数也将分别升至6373 个和652 个，说明创新驱动经济高质量发展效果更加显著。与模式一相类似，该模式下对GDP 提升效果并不明显，在2023年前略高于基础模式与政策模式一，但在2024年后也出现低于前两者的现象。这也再次证明政府支出增加仅在前期对GDP提升有促进作用，从长远来看效果并不理想。

综上所述，辽宁省加大教育及科技投入等财政支出力度的跳跃发展模式实施创新驱动经济高质量发展，能够培养出更多创新人才及创新企业，加速推动高新技术企业产值提升。政府投入力度的增加虽没有带来GDP的大幅增长，但对教育及科技等社会福利事业有促进作用，加快经济高质量发展。但政府财政支出并不是无限增长的，还需选择合理的范围以实现财政支出在各方面的均衡分配。

4 结论与讨论

4.1 研究结论

本文以创新驱动经济高质量发展系统为研究对象，对系统内部要素间的关系进行剖析，以辽宁省为例构建系统动力学模型，通过模拟不同的创新政策模式，考察政策成效及政策投入力度对经济高质量发展的影响。研究结果表明：创新驱动经济高质量发展基础模式沿续现有各项政策变量执行，经济发展质量提升较慢；渐进发展政策模式适度增加教育及科技投入，有利于创新人才及创新企业数量的增长，推动高新技术企业产值提升；跳跃发展模式加大财政支出力度，对促进GDP 增长效果慎微，但有利于培养更多创新人才及创新企业，加速提升高新技术企业产值，促进社会福利事业提升，最终驱动经济高质量发展。

4.2 实践启示

构建创新驱动经济高质量发展系统动力模型并以辽宁省为例仿真模拟三种模式，可以看出：创新政策的实施与调整对科技创新、创业创新、创新机制及人才创新有重要影响，有效的政策模式能够促进经济高质量发展。据此，本文提出以下建议：一是加强科技创新，辽宁省内各高等院校及高新技术企业等创新主体要加强基础领域创新，使企业在生产经营中能够应用更多的新工艺与新技术，各级政府要加大经费投入用于支持科技前沿领域创新研发，以激发各主体的创新积极性。二是鼓励大众创业万众创新，辽宁省要加快建设与完善双创公共服务平台，加大对双创的财政支持力度，重点培养一批“双创”示范基地及城市，并逐步将先进的经验成果进行推广复制至全省范围，对中小微企业及创业者在财税、金融、法律等方面提供帮扶，利用众创众包众扶众筹等多种形式充分吸引各类优势资源在辽宁省内汇聚。三是完善创新体制机制，辽宁省要为创新主体创造良好的市场氛围与环境，加速科技创新体制改革，同时提升对科技研发的财政投入力度，使省内创新活动的制度环境得到逐步优化。四是强化创新人才培养，辽宁省要加大教育支出比重，培养具有创新能力的高水平院校及学生，培训与引进技能人才和高素质劳动者，以匹配科技发展趋势及市场需求，并吸引全球科技人才在辽就业创业，最终形成规模宏大的创新型人才队伍。

4.3 不足之处

仿真模拟创新驱动经济高质量发展系统是一个动态过程，模型的有效性还需建立在现实系统的基础上，并根据政策变化对模型参数进行持续调整。本研究仍存在不足之处，如在设定创新驱动经济高质量发展系统模型边界时，考虑模型的简化性及易操作性，剔除了部分次要因素；另因考虑数据的易得性，在对部分外生变量进行设定时有一定的主观性，导致模型仿真结果受到影响。未来研究可从上述方面继续修正与改善模型。