京津冀高技术制造业协同发展研究

苑清敏，谭 欣

（天津理工大学 循环经济与企业可持续发展中心，天津 300384）

一、引言及文献综述

京津冀协同发展作为重大国家战略，具有重要示范引领作用。随着京津冀协同发展战略深入实施，其协同发展已进入高质量发展阶段。“十四五”规划指出，坚持把发展经济着力点放在实体经济上，培育先导性和支柱性产业，增强制造业竞争优势，推动制造业高质量发展。高技术制造业协同发展更是京津冀制造业高质量发展的重中之重，也是促进京津冀高质量协同发展的关键。在此背景下，本文拟从生态位理论视角，聚焦京津冀高技术制造业，通过探析其协同发展机制及协同行为关系，揭示京津冀高技术制造业不同协同共生关系中的受益者和受抑者，分析不同类型的协同共生关系对京津冀三地高技术制造业及其发展态势的影响，以期为京津冀产业升级转移、产业优势互补及产业错位协同发展提供启示。

高质量发展背景下，产业协同成为学术界研究的热点。目前，关于京津冀产业协同发展的研究主要集中于三个方面：

一是京津冀产业协同发展的理论探析。部分学者从产业协同发展的重点任务、发展特征及发展突破口等方面对京津冀产业协同现状进行分析。目前，京津冀区域合作进程仍较缓慢，承接产业存在同行业恶性竞争等问题［1］。京津冀产业协同发展过程中出现了高技术制造业向北京转移的特征，现阶段面临的一大突出问题是京津冀产业协同未能通过北京优势的创新资源和较强的高技术制造业基础联动天津发展，带动河北制造业转型升级［2］。“十四五”时期，产业中细分产业的协同发展是京津冀产业协同发展迈上新高度的关键环节［3］，未来京津冀协同发展的重点任务是加快推进产业升级，促进整个京津冀区域高技术制造业蓬勃发展［4］。

二是京津冀产业协同发展的影响因素研究。区域共生与协同发展的本质是资源、要素和产业的共生和协同［5］。产业高质量协同发展的影响因素诸多，如经济发展水平、市场竞争力、资产投资、技术创新等。随着经济水平的提高，市场竞争力逐渐发挥其影响力［6］；市场集中度、市场收益、市场外资化能促进高技术产业创新成果转化［7］；资产投资和金融资金支持与高技术产业发展存在长期协整、因果互动关系［8］；资源配置和知识转移是制约新兴技术协同创新程度的主要因素［9］；人力资本积累和研发投入推动的技术创新、技术引进与转化、技术改造及新产品开发是制造业发展的核心动力［10-11］。

三是京津冀产业协同水平的测度研究。部分学者基于共生思想、生态位理论、区位理论、产业规划、效率与平衡等视角，围绕市场空间、资金成本、技术创新投入产出等方面，采用TOPSIS灰色关联投影法、竞争压力方程、复合系统协调度模型、多层级耦合协调度模型等测度了京津冀的产业协同水平。研究发现，京津冀区域存在产业发展中度失调［12］、协同能力差距大［13］、高位优势产业重叠等问题［14］。同时，京津冀三地制造业发展状况相当，河北具有地域和资源禀赋优势，但北京在高技术制造业方面表现出明显优势［15-16］，产业效率水平过高，导致资源过度集聚［17］。协同进程中，产业定位不清、协同目标不明、实现机理不畅等问题，直接影响京津冀产业协同效果［18］。

通过文献梳理发现，现有文献从协同理论、协同因素、协同水平测度等方面，对京津冀产业协同发展过程中出现的问题进行分析并提出不同的见解，丰富了研究思路。但在京津冀协同已进入高质量发展阶段的背景下，精准聚焦京津冀高技术制造业协同发展的研究还有广阔的发展空间。基于对京津冀产业协同发展的文献分析，京津冀产业协同高质量发展阶段的重点在于高技术制造业细分产业的协同发展。生态位理论恰能有效揭示产业间的产业关联度和产业竞争能力，而Lotka-Volterra种间竞争模型能反映出产业间的协同竞争关系，融合生态位模型和Lotka-Volterra模型可进一步研究处于不同生态位的京津冀高技术制造业的协同共生关系，以此破解京津冀高技术制造业产业分工和产业错位发展中的认识偏差和现实矛盾。

目前，建立在Lotka-Volterra模型上的许多生态位模型，多用生态位重叠度估计Lotka-Volterra模型的竞争系数［19-21］，但生态位重叠度不等同物种的竞争程度。生态位强度值作为测度生态位的最小单元，代表产业的生存优势，结合Lotka-Volterra模型更能体现产业间的竞合关系。同时，有关生态位的现有理论和模型，大多基于单个资源维度［22-23］，需更多关注物种或种群间的多维生态位，才能揭示出它们之间全面的协同关系［24］。因此，本文融合生态位理论和协同共生思想，将高技术制造业生态位强度信号转化为Lotka-Volterra模型的产值信号，深入研究京津冀高技术制造业细分产业的协同共生关系，揭示京津冀高技术制造业分产业的市场、资源及技术三个维度的协同共生状态，并对其协同共生态势进行预测。

二、京津冀高技术制造业协同机理分析及指标体系构建

（一）协同机理分析

京津冀高技术制造业因地理条件等外部因素及市场演化作用而集聚，在一定的价值链下共同生存、协同进化，形成互惠互利的共生系统，如图1所示。京津冀高技术制造业分产业可视为共生单元，共生单元对同一生存空间同类或异类资源的共享与竞争，即为产业间协同共生关系及区域间协同共生关系，也称为共生行为模式。京津冀高技术制造业协同共生的本质和实现路径是不同生态位的高技术制造业之间的协同共生，不同生态位的高技术制造业协同共生分为产业间产业协同共生和区域间产业协同共生。

图1 京津冀高技术制造业协同共生机理

京津冀高技术产业的协同发展受多种综合作用制约，主要协同要素体现为市场环境协同、资源环境协同和技术环境协同。获取资源生态位协同要素是高技术产业获取成长势能的关键，以高技术产业市场生态位和技术生态位为驱动力，可将成长势能转化为产业竞争力。通过市场、资源和技术协同环境中不同协同共生要素互相制约竞争、互相合作和互相影响，形成京津冀三地产业共生关联，并由物质流、信息流和能量流在系统内外部环境间循环流动，使内部和外部直接或间接的资源配置效率得以改善，不断推动京津冀高技术制造业协同共生系统演化与创新。

（二）指标体系构建

由图1可知，京津高技术制造业协同行为受多种综合因素影响。根据生态位理论，产业间和区域间产业协同共生的实质是不同产业在同一个生态环境中所处的生态位的强度不同，当生态位发生重叠时，不同产业能够占有和利用的资源相对不足，促使产业之间和区域之间采取不同竞合行为模式，以此实现协同共生。高技术制造业的生态位能表征其市场行为与绩效、资源占有与利用及技术创新程度，不同的生态位决定了高技术制造业的协同竞争能力、占用资源能力和技术创新能力的高低。因此考虑将协同共生系统所需的协同要素，即生态位所经历内生和外生变化的生态要素转化为Lotka-Volterra模型的产值信号，此时，高技术制造业产值的变化过程实质上反映了高技术制造业基于生态位的协同共生过程。

为量化高技术制造业生态位，本文从科技创新、经济效益和资源状况三个维度，采用高技术制造业经营效率、外向型程度、市场规模指标表征市场生态位；采用高技术制造业劳动力资源、企业密度、设施完善程度、资金供给能力和投资效果指标表征资源生态位；采用高技术制造业竞争潜力核心依据、技术创新、技术转换和技术产出指标表征技术生态位。通过资源生态位反映高技术制造业的可持续发展能力和长期效益，通过技术生态位反映高技术制造业的竞争潜力，通过市场生态位反映高技术制造业的经济贡献。市场、资源和技术生态位维度上的各个要素共同作用推动高技术制造业生态位变化，高技术制造业生态位又促进京津冀高技术制造业的协同共生发展。

综上，本文在高质量发展背景下，针对京津冀高技术制造业的发展对市场、资源和技术的需求，设置19个指标，构建能够基于生态位视角量化高技术制造业协同共生行为关系的指标体系，见表1所列。

表1 京津冀高技术制造业评价指标体系

三、研究模型构建与协同关系评判

（一）生态位测度模型

产业生态位是产业在时空上的特定位置及与其他产业之间的功能关系。生态位强度（P i）越强，该省市产业的经济贡献度越高，竞争力越强；生态位宽度（B i）越宽，该产业对资源的利用和占有能力越强，发生生态位重叠的概率越大。生态位重叠指两个或者两个以上生态位相似的产业共享或竞争同一资源的现象，Cmn表示m省市产业和n省市产业的生态位重叠值，设x ij为i地区产业利用资源状态j的实测值，m为省市数，R为资源状态，则i省市相关生态位模型为：

（二）Lotka-Volterra模型构建

Lotka-Volterra模型认为在同一生态系统中每一个种群都有自己的生存空间和位置，通过与其他种群竞争或合作以获取资源持续生存。Lotka-Volterra多种群协同共生模型一般表达式为式（4）［25-28］，由于实际指标数据均为离散数据，参考Kloppers和Greeff对三种群Lotka-Volterra模型的离散化证明［29］，将式（4）等号两边同时积分，再利用梯形法则将原模型转化成离散时间条件下的模型（5），用矩阵形式表示为式（6），并根据式（7）对模型参数βij求解。其中：P i(t)、P j(t)为各省市产业生态位强度值；r i为产业生态位强度值增长率；K i为产业生态位强度值容纳量，即生态位最高优势；ɑii、ɑij分别为产业对自身发展的阻滞作用系数及其他产业发展给其带来的影响系数；βij为产业间的协同竞争系数，是判定产业共生关系的依据。

（三）协同关系评判

对于产业协同共生系统而言，互惠互利是共生系统的理想状态，基于此，构建产业间协同共生关系模型，如图2所示。

由于两个协同竞争系数不利于对不同样本之间进行比较，为定量分析协同共生关系，以协同竞争系数为基础构造出协同共生关系指数函数来表征地区间产业的协同共生关系，即

进化是协同共生系统演化的总趋势，尽管共生单元之间存在多种关系，但对称互惠共生是系统进化的一致方向。根据协同竞争系数分布情况和协同共生关系指数，对区域产业协同发展方向和协同共生关系进行判定，如图2所示。产业协同共生关系分为三类，即互惠共生、偏利共生和互抗竞争，由于种间相互作用存在不对称性，结合协同共生关系指数RHSij，产业间的协同共生关系又可细分为六类，见表2所列。

图2 区域产业协同共生关系

表2 区域产业协同共生关系判定

表2列示了协同共生类型Ⅰ-Ⅵ，等级越高，竞争越激烈，协同效果越不理想。具体描述如下：

（2）偏利共生（RHSij∈[-1,1]）。若βij、βji一正一负，说明两者处于偏利共生关系，位于图2第二、四象限。若协同共生系统整体呈现为促进作用则为正向偏利共生关系（Ⅲ），若整体为抑制作用则为反向偏利共生关系（Ⅳ）。正向偏利共生关系短期内可以维持系统的良性互动，至少有一方可以从协同行为中获利，短期内为良性互动；反向偏利共生关系会导致协同共生系统发展落后，是不可持续的关系。

（3）互 惠 共 生。若βij≠βji≤0或βij=βji＜0，代表两者处于良性互动关系，位于图2第三象限。按照双方获利程度分为非对称互惠共生（Ⅱ）和对称互惠共生（Ⅰ），互利共生是协同系统的理想状态，是最终的演化方向；互惠共生系统的共生单元良性互动，最终推进系统协调发展。

（四）数据来源

根据《高技术产业（制造业）分类（2017）》，本文界定高技术制造业为医药制造业（S1）、航空、航天器及设备制造业（S2）、电子及通信设备制造业（S3）、计算机及办公设备制造业（S4）、医疗仪器设备及仪器仪表制造业（S5）。指标数据来源于2010-2020年发布的《中国高技术产业统计年鉴》（其中2018年未发布），对因《中国高技术产业统计年鉴》各年统计指标不一致导致缺失的数据，针对不同缺失情况，根据拟合趋势线采用线性、指数及临近点均值法进行数据插补。

四、京津冀高技术制造业协同关系分析

（一）产业竞争能力演化及产业关联分析

根据模型（1）-（3），京津冀5个高技术制造业的生态位强度如图3所示，生态位宽度及重叠度见表3所列。

表3 2009—2019年京津冀高技术制造业生态位宽度、生态位重叠度均值

由图3可知，近10年北京高技术产业竞争优势显著，尤其计算机及办公设备制造业（S4）和医疗仪器设备及仪器仪表制造业（S5）远超于天津和河北，说明津冀两地受到北京的有效辐射不明显；电子及通信设备制造业（S3）三地竞争力差距越来越小；天津航空、航天器及设备制造业（S2）竞争力上升速度较快；河北医药制造业（S1）持续保持领先，但其他高技术制造业竞争力薄弱且没有明显波动，说明河北以资源依赖型产业为主，前沿技术和高素质人才匮乏，技术依赖型产业薄弱。

图3 2009—2019年京津冀高技术制造业生态位强度值

由表3可知，京津冀高技术制造业技术维度生态位宽度值最高，说明三地利用或趋于利用的技术资源区间长度相似，在同一技术资源状态上相遇频率高，生态位重叠度偏高；资源维度上京津冀生态位宽度和重叠度均偏高，说明京津冀高技术制造业对资源利用的实际幅度共同性高；市场维度上京津冀高技术制造业生态位宽度值相对较低，京津两市生态位重叠度高，在同一市场环境相遇度高。

（二）产业协同共生关系分析

京津冀高技术制造业市场、资源和技术维度上生态位重叠度偏高，重叠部分具体体现为对同一资源的共享还是竞争关系、共享程度和竞争程度高低等需做进一步探究。将生态位强度值转化为Lotka-Volterra模型产值信号，求解出的协同竞争系数和协同共生关系指数，见表4所列。

表4 京津冀高技术制造业产业协同共生关系

由表4可得市场、资源和技术维度上共45对协同共生关系，其中非对称互抗竞争关系（Ⅵ）15对，正向偏利寄生关系（Ⅲ）6对，反向偏利共生关系（Ⅳ）9对，非对称互惠共生关系（Ⅱ）15对。基于协同竞争系数βij、βji和协同共生关系指数RHSij值，得到以下结论：

（1）市场维度，京冀两地高技术制造业协同效果较好，津冀协同次之。京冀两地市场维度协同关系等级在Ⅱ-Ⅳ之间，非对称互惠共生和反向偏利共生关系居多。津冀两地市场维度协同关系在Ⅲ-Ⅵ之间，偏利天津市场发展居多，京津两市高技术制造业在市场上的关系以互抗竞争为主。从产业角度看，京津冀计算机及办公设备制造业（S4）和医疗仪器设备及仪器仪表制造业（S5）呈现为非对称互惠共生或偏利共生关系，市场维度协同效果最好，反向偏利关系体现为河北对北京计算机及办公设备制造业（S4）市场抑制作用尤为显著；航空、航天器及设备制造业（S2）多为非对称互抗竞争关系，京津和津冀两地竞争激烈。

（2）资源维度，京冀和津冀制造业协同效果优于京津制造业。京冀资源维度协同关系等级在Ⅱ-Ⅵ之间，以非对称互惠共生关系为主。津冀两地高技术制造业既竞争又合作，天津制造业为资源受益方。京津两地资源协同关系多为非对称互抗竞争关系，北京对天津高技术制造业资源抑制显著。从产业角度看，京津冀三地医药制造业（S1）和计算机及办公设备制造业（S4）协同效果最好，京津医药制造业偏利北京共生，津冀医药制造业偏利天津共生，京冀非对称互惠共生；京津、京冀计算机及办公设备制造业（S4）非对称互惠共生；航空、航天器及设备制造业（S2）和医疗仪器设备及仪器仪表制造业（S5）竞争最激烈，三地非对称互抗竞争发展。

（3）技术维度，京津和京冀高技术制造业协同效果最好，协同等级在Ⅱ-Ⅵ之间，多以非对称互惠共生和偏利共生关系为主，津冀两地高技术制造业多为非对称互抗竞争关系，两地之间技术竞争激烈。从产业角度看，京津冀医药制造业（S1）、医疗仪器设备及仪器仪表制造业（S5）和航空、航天器及设备制造业（S2）技术协同效果较好，多为非对称互惠共生或偏利共生关系；电子及通信设备制造业（S3）和计算机及办公设备制造业（S4）技术维度协同程度有待进一步提升。

综上，从区域层面看，在京津冀高技术制造业协同发展过程中，河北高技术制造业受益最多，北京次之，天津较少。具体体现为：市场和资源维度上，京津冀产业协同偏利河北，河北高技术产业发展受到京津两地市场和资源促进；技术维度上，京津两地互相促进发展，京冀偏利河北发展，津冀偏利天津发展。从产业层面看，医药制造业（S1）、计算机及办公设备制造业（S4）和医疗仪器设备及仪器仪表制造业（S5）为京津冀高技术制造业协同发展过程中获利程度最高的制造业，协同状态最佳；航空、航天器及设备制造业（S2）和电子及通信设备制造业（S3）协同程度有待提升。

（三）京津冀高技术制造业协同演化分析

利用MATLAB软件编写程序实现三种群Lotka-Volterra模型，分析2009—2025年京津冀的医药制造业（S1）、航空、航天器及设备制造业（S2）、电子及通信设备制造业（S3）、计算机及办公设备制造业（S4）和医疗仪器设备及仪器仪表制造业（S5）的市场、资源和技术维度的协同演化，如图4—图6所示。

图4 京津冀高技术制造业市场维度协同

图6 京津冀高技术制造业技术维度协同

由图4可知，市场维度上，京津冀高技术制造业趋向偏利共生关系。天津医药制造业（S1）、航空、航天器及设备制造业（S2）和医疗仪器设备及仪器仪表制造业（S5）呈现出趋向高水平发展的趋势，同时对京冀产生一定的抑制作用，京冀两地呈现协同发展趋势，天津与京冀两地趋向偏利天津的正向偏利共生趋势；京津冀电子及通信设备制造业（S3）由非对称互抗竞争转向偏利天津发展的共生关系，而京津两地趋向非对称互抗竞争；三地计算机及办公设备制造业（S4）趋向反向偏利关系，抑制作用大于促进作用，产业偏离良性发展。

由图5可知，资源维度上，京津冀高技术制造业趋向偏利河北的偏利共生关系。医药制造业（S1）、电子及通信设备制造业（S3）、医疗仪器设备及仪器仪表制造业（S5）整体偏利河北发展，在河北高水平发展力的抑制作用下，京津两地由非对称互抗竞争趋向非对称互惠共生关系；京津冀航空、航天器及设备制造业（S2）将持续保持非对称互抗竞争关系，互相抑制对方发展；三地计算机及办公设备制造业（S4）非对称资源互抗，趋向偏利京津的共生关系，最终阻滞该产业良性发展。

图5 京津冀高技术制造业资源维度协同

由图6可知，技术维度上，京津冀趋向偏利共生和非对称互抗竞争关系。京津冀医药制造业（S1）偏利天津共生，京冀两地技术竞争实力在非对称互抗竞争中逐渐下降；航空、航天器及设备制造业（S2）三地非对称互抗竞争，北京技术实力显著，对津冀技术抑制作用大；电子及通信设备制造业（S3）三地非对称互抗竞争，但京津技术竞争力远超河北，对河北抑制作用显著；三地计算机及办公设备制造业（S4）在竞争中逐渐趋向偏利京津正向共生，北京对津冀技术抑制显著；三地医疗仪器设备及仪器仪表制造业（S5）协同态势相对稳定，趋向非对称互抗竞争。

五、结论与建议

本文在构建京津冀高技术制造业协同共生机理框架的基础上，围绕市场竞争能力、资源竞争能力和技术竞争能力三个维度选择相关指标构建京津冀高技术制造业协同指标体系，在分析京津冀高技术制造业生态位现状的基础上，将生态位信号值转换成Lotka-Volterra模型产值信号，进一步测度了2009—2019年京津冀高技术制造业分产业的市场、资源和技术协同共生关系，并对“十四五”期间进行预测，得出以下结论：

（1）京津冀高技术制造业发展不均衡。从生态位视角看，高技术制造业对资源的占用重叠度高，技术创新驱动辐射带动不足，产业关联性强但协同效率不高。

（2）京津冀高技术制造业市场维度协同关系多以偏利共生关系为主，资源维度协同关系以非对称互抗竞争和非对称互惠共生关系为主，技术维度上三类协同关系均等共存，市场协同状态略好于技术和资源协同。北京与河北之间的高技术制造业协同状态好于京津与津冀，其中，京津协同偏利北京，京冀协同偏利河北，京冀为京津冀产业协同主要受益方。同时，京津冀协同发展显著促进了医药制造业、计算机及办公设备制造业和医疗仪器设备及仪器仪表制造业的竞争力。

（3）短期内京津冀高技术制造业分产业仍将呈现两两互抗竞争、三方偏利共生的“此消彼长”的协同竞争状态。三地协同演化趋向偏利共生，但内部子系统京津、京冀和津冀仍存在非对称互抗竞争关系，短期内促进了某一地区高技术产业的发展，长此以往是不可持续的，需引起警惕。

结合《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》，针对京津冀高技术制造业协同关系现状，为推动京津冀产业协同高质量发展，本文提出以下建议：

把发展经济的着力点放在京津冀具有生态位优势的高技术制造业上，合理分配资源。根据生态位演化趋势，进一步明确京津冀产业分工和协同发展方向，通过构建协同创新体形成资源互补、市场和技术共享的协同关系。北京和天津在技术维度上具有分工合作和协同发展的基础，可以在医药制造业、医疗仪器设备及仪器仪表制造业和航空、航天器及设备制造业加强两地的技术创新合作，发挥京津冀高技术产业协同中京津联动的主引擎作用。北京和河北在市场维度和资源维度的高技术制造业协同有较强的优势，应重点推进医药制造业、电子及通信设备制造业、计算机及办公设备制造业和医疗仪器设备及仪器仪表制造业的协同发展，促使其协同关系转向互惠共生。与京津、京冀相比，津冀产业具有更相似的产业基础，在京津冀高技术产业协同发展中，应强调北京对津冀的辐射带动和天津对河北的辐射带动，在优势产业协同的同时，促进医药制造业、计算机及办公设备制造业和航空、航天器及设备制造业等领域的合作。通过京津冀三地联动辐射、优势互补，促进京津冀高技术制造业高质量协同发展。