高铁开通对城市技术创新的影响——基于广东地区的实证分析

文/李骅晋（华南理工大学）

一、引言

随着经济增速逐渐放缓，我国正处于经济转型的重要关口，不仅需要调整产业结构，还需要提高地区技术创新力，使其成为新的经济增长点。近年来，我国地区之间的交通基础设施建设越来越完善，高速铁路作为交通运输的“大动脉”，有利于促进发达城市的资本、物资和人才等创新要素向落后地区扩散，有利于推动落后地区加速城市化建设、为落后地区引进人才、推动落后地区产业的技术创新，有利于产业结构优化，缩小区域间发展的差距。

截至2019年年底，我国铁路运营里程达到13.9万公里，其中高铁运营里程达3.5万公里，说明我国高铁运营里程超过世界高铁运营总里程数的三分之二，且除了运营里程之外，我国高速铁路的建设密度、建设规模、客运体量，均为世界第一。此外，2019年世界知识产权组织（WIPO）发布《2019年全球创新指数报告》，中国在131个经济体中排名14位，较上年上升了3位。而且从世界知识产权组织发布的2019年专利合作条约(PCT)世界专利申请数据中得知，中国通过PCT体系提交申请了58990件专利，并首次超越美国。

从20世纪开始，国内外学者就开始关注经济增长问题，而技术创新正是构成经济增长的一个重要因素，技术创新与经济发展密切相关。技术创新理论起源于熊彼特[1]提出的创新学说，其认为技术创新大致归纳为包括新产品、新工艺、新开发、新市场和新组织及管理体制形式这五种类型；刘立[2]在创新系统述评中提到伦德维尔认为，国家创新系统与公共产业部门、私人部门、消费者、生产者以及国与国之间技术交流有关。国内学者柳卸林[3]认为，政府政策和科研主体（包括高校、科研机构和企业）是创新系统里面最重要的两个影响因素。

在技术创新理论的基础上，有学者也开始提出技术扩散外溢理论。舒尔茨[4]认为经济发展离不开技术扩散和传播。弗里曼[5]则认为技术扩散发生在技术创新之后，并且技术创新的扩散离不开市场经济。罗杰斯[6]提出了传染病模型，他认为技术创新扩散是在有限的时间范围之内，通过某些方式在组织个体之间进行技术传播的过程。Reinganum[7]认为，一项新技术的采用取决于引进该技术所产生的成本收益率，当越来越多潜在使用者进入，收益会不断下降，最终得到关于技术创新扩散的时间曲线，最终均衡结果是技术引进方将随着不同阶段所产生的收益来决定是否采用新的技术。Metacalfe[8]认为，创新扩散过程的重点是如何将现代技术与新技术结合，并淘汰落后技术，总结来说是将原有技术的均衡转换到创新技术的均衡的一种动态过程。

在研究技术创新扩散的基础上，有学者也开始对影响技术创新的要素展开研究。魏守华等[9]运用我国省级面板数据进行实证研究发现，区域创新能力除了受创新基础条件影响，对区外技术的吸收能力和产业集群环境等对其也有重要影响。陈继勇等[10]在研究知识溢出、自主创新能力和外商直接投资三者的关系时发现，知识溢出的净流入对区域创新能力的提高有积极作用。Kogut等[11]认为，人力资本的快速流动可以为隐形知识的传播和吸收提供良好的环境，进而促进区域创新。白俊红等[12]从区域间创新要素流动视角出发，通过构建空间关联权重矩阵进行实证分析，结果发现，政府的科技资助、企业与高校及企业与科研机构的联合有助于区域创新绩效的提升。而且，R&D 人员和R&D 资本在区域间的流动会产生正向的空间溢出效应。

广东省作为中国经济总量第一大省，是国家“一带一路”发展战略的重要战略枢纽。广东省内每年的技术创新成果在全国名列前茅，在国家创新推动发展过程中具有示范作用。然而，尽管广东省整体技术创新水平较高，但是省内各地级市之间的创新水平却有着较大的差距，一方面与省内地区之间的经济发展水平有关，另一方面与地区之间的交通便利性有关。自“十二五”以来，广东省把协调省内区域的发展放在了重要位置，同时为了促进地区之间平衡发展，省内更是加大基础高速铁路等基础交通设施的建设，以加强省内各地区乃至与相邻省份之间的联系。目前广东省内的高速铁路建设工作仍在不断推进中，高速铁路也会在未来覆盖省内越来越多的地级市及县城。因此，探究广东省内高铁建设对地区科技创新水平发展是否有促进作用，以及探究其各地级市科技创新对高速铁路建设的反应程度，有利于解决当下广东省省内地区协调发展的问题。本文基于高铁建设对城市技术创新影响的背景，选取广东省内21个地级市的面板数据，采用双重差分法（DID），以消除数据的内生性问题。并通过平行趋势假设、安慰剂检验等检验结果的稳健性。与现有的文献对比，本文的贡献包括：第一，高铁经济学作为一门新兴学科，国内外大部分文献仅研究高速铁路对地区经济发展的影响，而对地区技术创新的研究则比较少。本文将高铁开通这一外生事件作为影响城市技术创新的变量，丰富了城市技术创新影响因素的研究。第二，国内相关研究大部分从全国地级市角度研究，而本文针对广东省高铁开通与地区技术创新的关系，采用的是广东省内21个地级市的数据来研究，这些都为探究广东省高速铁路发展以及与地区技术创新的关系提供了较好的理论依据。

二、影响机理分析

在已有的文献研究中，高速铁路一般通过产业结构和创新要素流动两方面来推动地区技术创新。

（一）高速铁路对产业结构的影响

产业结构的变化，有利于促进地区产业提升技术创新水平，淘汰落后产能，提高产业生产效率。陈默和胡绪华[13]认为，产业的协同和集聚对促进经济的良性发展和推动经济结构的深度调整具有极其重要的意义。李雪松和孙博文[14]在高速铁路开通的背景下，以京广高铁的数据说明了高速铁路开通普遍提高了站点城市制造业的集聚水平。Deng等[15]将引力模型引入差分模型中，利用2006年～2015年长江特大城市统计数据和列车运行数据，定量分析了高铁由线向网演进对城市服务业集聚的影响。其研究结果发现，高速铁路网络有效促进了服务业在高速铁路沿线城市的集聚，并且沿线城市服务业的就业密度也随着高速铁路空间效应的加强而增加。

（二）高速铁路对创新要素流动的影响

Jiao 等[16]采用了三个无障碍指标，对高速铁路网络的发展对333个地级市和4个直辖市的高铁和常规地面交通可达性进行了分析。它表明高铁网络将极大地改善无障碍交通，并带来国家时间空间收敛。此外，林晓言和罗燊[17]认为高铁通过提高地区之间的可达性，降低了知识交流成本，促进了知识溢出，使得知识传播速度更快、效率更高，从而进一步提高企业生产率，带动地区城市的经济增长和创新出现。杨思莹[18]运用双重差分法研究全国285个地级市面板数据，发现高铁开通可以提高城市之间的通达性，不仅提升了高铁城市内部知识与技术的溢出，推动城市创新要素的聚集，还对地区的创新空间格局产生重大影响。卞元超等[19]通过研究发现高铁开通会引发技术创新要素流动效应，有助于提升区域创新水平。陈婧等[20]发现高铁开通有利于带动地区之间技术人才流动、使得地区之间信息环境改善和缓解企业融资约束等，这对当地高科技行业及民营企业的技术创新影响尤其显著。余泳泽等[21]认为城市间开通高铁对地区的技术创新发展存在 2～3年时滞，可以促进区域合作贸易以及企业间学习，加速地区之间的经济集聚，强化了技术创新外溢，这种影响在我国东部地区更显著。

三、研究设计

（一）模型设定

本文将以广东省内不同城市高铁通车的时间作为一项外生政策，来反映城市之间创新便利度的提升，通过构建双重差分模型(DID 方法)来探究高铁通车对不同城市科技创新能力的影响，同时将这一研究设计成一项准自然实验。由于高铁建设是在中央政府和广东省政府的战略支持下建设的，因此城市的科技创新活动无法对线路的规划施加影响。此外，相对于普通最小二乘回归模型等传统计量分析工具，双重差分模型能够有效避免由于遗漏变量等原因所产生的内生性问题。该模型表达式如下：

该式lninnoit表示城市i在第t年的创新能力，α为截距项，HSRit是城市i在第t年是否开通高铁的虚拟变量（若开通，则值为1，否则值为0），β1是关键指标，表示高铁开通这个解释变量对城市创新的影响程度。Xjit是城市i在第t年的第j个控制变量，δj是对应的估计系数。ηt是时间固定效应，μi是个体固定效应，εit是随机误差。

（二）变量说明

本文研究对象是广东省21个地级市2003年～2015年的面板数据，数据均来源于《中国城市和产业创新力报告2017》和历年的广东统计年鉴，高铁开通时间数据均来源于12306官方平台手动整理。

1.被解释变量

根据以往的相关研究文献，大部分学者一般都采用新产品销售收入、专利申请量或者专业授权量来衡量技术创新水平，有的学者认为专利申请数量指标仅仅是中间产出，不能充分地反映技术创新活动为地区或企业所带来的经济收益；而另外一部分学者则持有相反意见，他们认为部分新产品的实质并没有发生改变，新产品销售收入还可能受商业活动等外部因素影响，使用新产品销售收入会高估地区技术创新水平。

由于各地区创新水平和政策方面存在差异，因此本文参考和使用寇宗来、刘学悦[22]《中国城市和产业创新力报告2017》的城市创新指数。该指数主要由专利更新模型来估算，并通过不同产业的创新力度进而加权至城市创新指数，并很好地解决了不同年龄的专利异质性问题。该创新指数用inno表示。

2.解释变量

结合双重差分法的思想，本文用虚拟变量treat和高铁城市hsr作为解释变量。由于高铁开通对地区创新的影响具有一定的滞后性，本文假设高铁开通后一年才对城市产生影响。因此treat的含义是，假设i城市在第j年开通了高铁，则在j+1年后的treat=1，其他年份的treat取0值。此外，由于双重差分法是一项准自然实验，因此需要把城市分为对照组（hsr=0）和处理组（hsr=1）。

3.控制变量

结合以往的相关研究，地区科技水平的发展还受政府对科技发展的支持、研发人力成本、外资投资、地方金融支持及教育支持等因素影响。结合数据获取度，衡量上述因素的指标如下：

（1）政府对科技发展的支持，一般是政府通过财政拨款鼓励企业及研究机构实现特定的科技创新，因此选取政府支出中的科技财政拨款来衡量政府对科技发展的支持，用gov表示。

（2）研发人力成本也是影响科技创新一个不可忽视的因素，本文选取科技研发人员（R&D）作为衡量研发人力成本的指标，用rdp表示。

（3）引进外资投资能为地区带来先进的科学技术和管理经验，从而通过技术外溢推动地区创新技术的发展，因此选取外商投资总额作为衡量指标，用fdi表示。

（4）大部分研究表明，金融支持体系有利于促进地区技术创新发展，以金融市场为例，金融支持主要包括了银行存贷市场、股票市场以及保险行业市场。考虑到数据可得性，本文选取广东省21个地级市在2003年～2015年年末存贷款金额、年末上市公司市值及年末保费收入数据进行主成分分析，并根据权重整合为一个金融市场支持指标，用finc表示。

（5）高等教育情况反映了地区对未来科研人员培养的能力，考虑到数据可得性，本文取高校在校人数占城市总人口的比值作为教育指标，用se表示。

综合考虑，为了避免因数值相差过大导致结果出现异方差性，因此在整个分析模型中把非比值的控制变量数据加1进行对数化处理，对数化处理后的变量加上ln前缀。

四、实证结果与分析

（一）平行趋势检验

双重差分模型其中一个重要的假定条件是在不考虑高铁开通这一外生事件冲击下，对照组和实验组的发展趋势应当是平行的。而广东省内大部分高铁开通的集中年份主要在2011年至2014年之间，而开通时间越晚的城市由于样本量较少，较难判断发展趋势。因此本文主要以2011年为重要时点，在此之前开通高铁的城市设为实验组，未开通高铁的城市设为对照组。图1表示两组城市创新能力平均值的变化趋势。

图1 2003-2015年开通和未开通高铁城市创新能力指数平均值趋势

由图1可以发现，自2011年后开通高铁城市和未开通高铁城市的创新能力指数平均值的差距开始增大，且两组城市都呈现上升趋势，因此该研究可以使用双重差分模型。

（二）基准结果分析

本文探究对比了是否加入高铁开通这一解释变量的回归结果，并对两个模型进行了回归。模型1为未加入高铁开通这一解释变量情况下，城市创新指数与控制变量之间的模型。模型2为加入了高铁开通这一变量后的模型，回归结果如表1。

表1 基准回归结果

通过结果可以看出，在未加入高铁开通变量的模型1中，除了外商投资lnfdi对城市创新指数没有明显的影响，其他控制变量对城市创新指数inno均有正相关性影响。城市创新指数与政府支持呈正相关关系且通过了显著性检验，说明当地政府通过出台政策倾斜扶持、财政拨款等方式促进城市创新水平提高，且影响是显著的。研发人力成本能显著提升城市创新指数，研发人员通过不断迭代和研究产出新的技术成果、发明新的专利。市场金融支持对城市创新能力的正向作用是高度显著的，即城市的金融支持的规模每提高1%，城市的技术创新水平会提高0.517%。这是因为金融市场能够促进资金的再分配，许多创新型企业也能通过金融市场更容易融资，研发资金也会得到更好的保障，从而促进了企业创新活动的积极性，推动地区的创新水平发展。此外，城市的高等教育情况对城市科技创新的影响是正向高度显著的，高校资源丰富的城市能培养学生进行科研创新，对城市的技术创新发展有促进作用。

模型2是加入了高铁开通变量的模型，结果显示，模型的拟合优度R2为0.8041，相对模型1的拟合优度更高。在控制了政府干预、外商投资等一系列变量后，高铁开通的影响系数为0.689，且在1%的水平上显著。这充分表明了高铁开通对于地区城市的创新具有显著的正向促进作用，而且外商投资在加入了高铁开通的变量后也在10%的水平下通过了显著性检验，并对城市科技创新指数具有正向促进作用。尽管基准结果证明了高铁开通对于广东省城市的技术创新能力有显著性影响，但仍然需要对该影响进行进一步稳健性检验。

（三）安慰剂检验

运用双重差分模型验证高铁开通变量对城市科技创新的影响时，结合陈刚[23]的结论，需考虑高铁城市与非高铁城市的创新指数变化趋势不存在系统性差异。因此本文设计安慰剂检验，构建虚拟的时间变量按照基准模型进行估计，并将各城市高铁开通时间提前5年。其检验结果如表2。

表2 安慰剂效应检验结果

结果发现，除了研发人员成本和城市的金融支持在10%的水平上显著，其他控制变量均不显著。而高铁时间提前5年后，高铁开通这一解释变量的回归系数在统计学意义上并不显著，这表明在城市真实开通高铁的时间外，其他时间高铁开通不太能对城市的创新指数产生显著影响，这也说明了除去高铁开通这一事件，高铁城市与非高铁城市的创新指数变化趋势不存在系统性差异。因此可以说明广东省开通高铁可以对城市技术创新能力有显著性影响这一结果是具有稳健性的。

五、结论与启示

近年来，尽管我国在科学技术创新领域中取得了不少成就，但与发达国家之间仍存在一定的差距。另一方面，自2008年我国第一条高速铁路——京津城际铁路建成以来，国家在十多年间不断建设高速铁路，现在国内大部分城市都已经通达高铁，这不仅改变了人们的出行习惯，更是对我国经济建设和科技发展产生了重要影响。目前国内也有越来越多的学者开始关注高铁建设与经济发展的关系，也有部分学者关注高铁建设对技术创新的影响，但大部分都是基于全国31个省的城市面板数据，但单独针对广东省这一个省来展开的实证研究却非常少。广东省作为国内经济总量最大的省，其整体创新能力在全国也是处于前列的，能对其他省或地区研究相关问题具有借鉴作用。本文基于2003年至2015年广东省内21个地级市的城市面板数据，运用多期双重差分模型，研究高速铁路的建设开通对广东省内城市的创新指数的影响。并且该创新指数结合了城市企业的专业数据，并通过专利更新模型计算所得。模型结果也通过平行趋势检验和安慰剂检验，因此本文的研究结果是具备稳健性的。本文的研究结果主要包括以下几点：第一，高铁开通能显著提高沿线城市的技术创新水平，其相关系数为0.689。从基准模型结果来看，高铁开通线路越多的城市，对城市的科技产出影响越大。第二，城市的创新能力还与当地政府支持、外商投资、研究人力成本、金融支持和高校教育情况这些创新要素呈正向显著相关性，高铁的出现则更加有利于促进这些创新要素的流动，从而推动城市的科技创新活动的开展。第三，高铁城市和未开通高铁城市的创新水平差距会逐渐加大，这是因为高铁的开通给这两种城市带来了非均衡的影响。

本文的研究结果对于广东省建设布局高速铁路网络和研究城市科技创新发展具有一定的启示，并且提出一些政策建议，希望能够解决广东省内城市科技发展不平衡的现状，具体建议如下：第一，可以在人口规模相对较小的地区建设高铁站，让广东省的高铁网络辐射到更多的城市和地区，从而加强区域之间创新要素的流动，推动中小城市进行技术创新。第二，在已经开通的高铁城市中，可以不断完善市场化制度，形成多元化的资本市场来支持城市企业开展科技创新活动，同时完善技术产出的保护制度。出台人才激励政策，鼓励创新主体积极参与科技创新活动。第三，利用高铁网络运输的便捷性，加强城市之间的联系。并引导高铁沿线的城市实现产业转移，优化城市之间的产业结构资源配置，形成特色产业链，有利于知识的传播，从而缩小广东省内城市间发展的差距。第四，部分高铁线路沿线可能存在某些非核心城市站点车次较少的问题，可以适当提升高铁沿线非核心城市的服务强度，有利于均衡城市之间的科技创新发展。