京津冀科技创新与数字经济高质量发展耦合协调分析

陈红梅，蔡松林

（1.燕山大学区域经济发展研究中心，河北 秦皇岛 066004；2.燕山大学经济管理学院，河北 秦皇岛 066004）

0 引言

随着互联网与新兴科学技术的快速发展及应用，数据成为关键性生产要素，社会逐渐步入数字经济时代［1］。数字经济强调以数字技术为工具，从不同层面助推传统产业和经济体系进行革新，具有极强的创新性［2］。随着技术革命和经济转型的不断深入，数字经济迈向高质量发展之路，正从过度重视“速度”和“增长”转向重视“质量”和“发展”。为实现这一目标，作为高质量发展关键步骤和核心驱动要素的科技创新活动得到了越来越多的关注［3］。当前，学术界对于科技创新的研究多围绕创新生态系统展开。张超等［4］提出了数字创新生态系统概念。各类创新要素在数字技术赋能下趋于数字化，创新行为逻辑面临优化与重构［5］。数字化创新活动不仅能够为科技创新提供更加完善、活跃的共生环境，还能够缩短创新主体间距离，促进多元主体的协调发展，进而提升创新生态系统的创新绩效与创新水平［6］。在数字经济研究方面，Don Tapscott［7］认为，相较于传统经济，数字经济具有数字化、融合性、创新性等特征；Zimmerman［8］在商业模式背景下提出了数字经济的基本特征，并对其在经济价值方面所产生的影响进行了论述。学者们围绕数字经济的内涵界定［9］、规模测算［10］、实证评价［11］等方面展开研究，指出数字经济与科技创新之间存在紧密联系。一方面，数字经济对科技创新具有直接或间接的促进效应［1］；另一方面，创新导向的数字生态系统具有收敛、可扩展、自生长以及模块化等特征，数字技术迭代会加速数字经济的发展［4］。在此基础上，李林汉等［12］、魏奇锋等［13］分别对数字经济与实体经济、科技创新与经济高质量发展间的耦合协调关系进行了研究。随着《国家创新驱动发展战略纲要》《“十四五”数字经济发展规划》等政策文件的出台，区域科技创新与数字经济高质量发展已经成为我国现阶段发展的战略重点。在此背景下，探究两大系统间的紧密关系与相互作用机制有利于制定双向驱动发展战略，推动区域创新水平提升与数字经济高质量发展。因此，文章选取数字经济发展态势良好的京津冀地区为研究对象，阐释科技创新与数字经济高质量发展间的耦合协调作用机制，构建综合评价指标体系对两系统的发展水平及耦合协调度进行综合测度与实证分析，并对发展水平及耦合协调度的变化趋势进行预测分析，以期为京津冀区域科技创新与数字经济协调发展提供科学指导。

1 科技创新与数字经济高质量发展耦合协调作用机制

在新发展理念的引领下，数字经济趋于高质量发展［14］，兼顾创新、协调、绿色、开放、共享等5个方面。科技创新与数字经济高质量发展两大系统联系紧密。一方面，科技创新推动数字技术进步，进而驱动数字产业化高质量发展，同时数字技术的广泛应用为传统产业数字化赋能，实现数字经济高质量发展；另一方面，数字经济高质量发展通过发挥平台效应与网络效应促进科技创新，扩大市场需求，加速创新成果的转化与应用［15］。两大系统间的耦合协调作用机制如图1所示。

科技创新是数字经济高质量发展的核心动力，主要体现在其通过驱动数字产业化、赋能产业数字化来推动数字经济高质量发展。第一，科技创新是数字技术研发的基础，既能弥补技术发展过程中所依赖的软件、元器件等基础条件的不足，也能为量子计算、数字孪生等前沿尖端数字技术的突破进步提供帮助。随着市场需求的不断扩大，数字技术在各领域的广泛应用加快了资本积累，孕育出新的产业，推动数字产业化的发展。例如，计算机视觉、机器学习等数字技术经过长期发展，最终形成了如今庞大的人工智能产业，经历了从无到有、从小到大的数字产业化发展过程［16］。第二，科技创新成果的应用有助于企业生产效率与盈利能力的提升，促使其扩大对数据中心、工业互联网等数字化基础设施建设的投入，推动企业组织管理、生产制造等业务流程朝着智能化、数字化方向发展，提升数字技术生产力，加速产业数字化转型升级；同时，数字技术的广泛应用有助于传统产业进行数字化改造，挣脱技术层面的束缚，实现产业链与技术链的深度融合，推动产业数字化高质量发展。

数字经济高质量发展能够促进科技创新，并为其提供良好的发展条件。第一，数字经济高质量发展通过平台效应提升科技创新水平。数字时代背景下，平台经济成为新兴生产组织形态，各类数字领导企业和数据资源中心凭借数据禀赋优势处于平台中心，中小型企业、个人以及各类社会组织处于平台边缘，异质性生产要素围绕平台价值网络实现快速流动与循环［17］。随着多元数据流的汇聚与企业数字生态的扩张，数字经济趋于平台化发展，平台效应逐渐增强，推动平台企业间的沟通交流，促进技术、知识等创新要素的跨学科、跨领域融合，实现协同创新，进而提升科技创新水平。第二，数字经济高质量发展借助网络效应推动科技创新发展。在数据成为关键生产要素的背景下，各类创新主体间的距离不断缩短，主体间关系趋于生态化。数字经济的发展推动数字时代创新生态系统的构建，系统中各类型创新主体形成创新网络，针对应用端的多元化需求开展科技创新活动。在要素数字化的推动下，创新网络中节点数量不断增多，市场需求随之增加，单位节点价值有所提升，能够为科技创新发展提供良好条件。

2 研究设计

2.1 指标选取与数据来源

参考杜丹丽等［18］所构建的创新指标体系，本文分别从创新投入、创新产出、创新主体与创新环境等4 个方面来具体考察科技创新发展情况。其中：创新投入从资金、人员两方面进行考察；创新产出包括研究课题、高质量论文、已授权专利等实质性成果；创新主体包括高新技术企业、高等院校等；创新环境涵盖经济、社会、生态等多方面内容。具体评价指标体系见表1。参考徐清源等［19］的研究成果，本文分别从数字产业化、产业数字化与数字基础设施等3个方面综合测度数字经济高质量发展水平，并围绕新发展理念中的创新、协调、绿色、开放、共享等5个维度来选取具体指标，构建数字经济高质量发展综合评价指标体系。具体见表2。

表1 科技创新综合评价指标体系

表2 数字经济高质量发展综合评价指标体系

数据来源于2012—2022年的《中国统计年鉴》《中国科技统计年鉴》《中国火炬统计年鉴》以及各地区统计年鉴等。其中：数字产业相关数据来源于统计年鉴中“信息传输、软件和信息技术服务业”所对应的数据；普惠金融数字化指数来源于北京大学数字金融研究中心课题组发布的《北京大学数字普惠金融指数（2011—2020年）》；发表高质量论文数指标数据从Web of Science 数据库中获取；采用均值法补全个别缺失数据。

2.2 全局熵值法

利用全局熵值法［20］计算指标权重。将T张数据表从上到下排列，构成mT×n规格的全局评价矩阵，使用熵值法计算指标权重。具体过程如下：

其中：uij表示第i个对象第j个指标的观测值；umax、umin分别表示第j个指标的最大与最小观测值；u′ij、Pij、Ej、wj分别表示系统i中j评价指标的标准化值、所占比例、信息熵以及全局权重；U表示系统综合发展水平。

为分析科技创新与数字经济高质量发展两系统间的相对关系，根据已有研究［21］，将两系统综合发展水平与其平均值进行比较。若差值均不大于0.002，则该地区为“同步发展型”（记作S型）；若科技创新综合发展水平较高，则为“科技创新引领型”（记作A 型），反之则为“数字经济引领型”（记作B型）。

2.3 耦合协调度模型

耦合协调度计算过程如下：

其中：Uc和Us分别表示两系统综合发展水平；C为耦合度，其值越大，表示系统间联系越紧密；T为总综合水平，反映系统间协同水平；a、b取值均为0.5，表示两系统重要程度相当；D为耦合协调度，根据大小划分为不同等级［22］，具体如表3所示。

表3 耦合协调评价等级

2.4 灰色关联度分析模型

灰色关联度分析通过比较参考数据列和若干比较数据列的相似程度，可以确定不同序列曲线间的相关程度。具体过程如下［23］：

其中：Y(k)表示综合发展序列；Xi(k)序列表示各类指标值；k为时间；ρ为分辨系数，一般取值为0.5；Gi( )k表示灰色关联系数。将系数对时间k求平均，得到指标关联度ri，即为序列Y与序列Xi的关联度。关联度ri值越大，表明指标Xi对Y的影响程度越大，二者耦合关系越紧密；反之，耦合关系越弱。

2.5 灰色预测模型

基于GM（1，1）模型，建立参数优化灰色模型（OGM）与傅里叶级数修正的OGM 模型（FOGM），对京津冀区域科技创新发展水平、数字经济高质量发展水平以及耦合协调度变化趋势进行预测分析，计算不同预测模型的平均绝对百分比误差（MAPE），选择误差最小的模型进行预测。误差水平计算过程如下：

3 实证分析

3.1 科技创新与数字经济高质量发展综合发展水平分析

计算2011—2021年京津冀地区两系统综合发展水平，具体如表4所示。由表4 可知，2011—2021年京津冀两系统综合发展水平稳步提升。其中，科技创新发展水平年均增长8.331%，数字经济高质量发展水平年均增长12.738%。随着京津冀协同发展战略的不断推进，区域数字经济正处于稳健高质量发展阶段。由图2 可知，两系统发展水平曲线形状相似，可能存在一定关联。具体来看，北京始终处于领先地位，但其科技创新综合发展水平在2020年有所下滑。结合统计数据可知，北京2020年科学技术财政支出有所降低，一定程度上影响了科技创新发展。天津科技创新与数字经济高质量发展水平始终处于区域末位，其原因来自多方面。从指标数据来看，天津经济、技术等的创新环境建设缓慢，规模以上工业企业等创新主体数量较少，创新需求不足，影响了科技创新系统的发展；从现实角度来看，近几年天津处于传统产业转型升级的阵痛期，产业数字化发展缓慢。因此，天津两大系统发展水平均处于京津冀区域末位。河北两系统发展水平提升显著，雄安新区落地为河北创新生态建设提供了有利条件。2011—2021年河北科技创新与数字经济高质量发展水平年均分别增长11.612%、18.036%，皆高于区域平均增速。随着《河北省数字经济发展规划》《河北省数字经济促进条例》等政策文件的接连出台，河北数字经济发展潜力将被进一步激发，成为京津冀地区经济发展的重要增长极。

表4 2011—2021年京津冀各地区科技创新与数字经济高质量发展综合发展水平

图2 2011—2021年京津冀各地区科技创新与数字经济高质量发展综合发展水平

由表5 可知，2011—2020年京津冀整体发展类型为科技创新引领型，表明区域创新资源丰富，各类创新环境优良，数字经济发展潜力有待被进一步激发；2021年起转变为同步发展型，表明区域数字产业化与产业数字化发展水平在科技创新系统的推动下显著提升，二者耦合协调关系趋于紧密。具体来看，北京2011—2020年表现为科技创新引领型，其能够为数字经济高质量发展提供良好条件；在2021年转变为数字经济引领型，表明北京数字经济正蓬勃发展，并成为关键经济范式。天津始终为科技创新引领型，其数字经济高质量发展水平提升缓慢，较科技创新发展水平存在一定差距。河北2011—2015年表现为科技创新引领型，自2017年起转变为数字经济引领型。这与近年来河北数字经济高质量发展水平的稳健提升及以钢铁产业为代表的传统产业数字化转型进程加快关系紧密，并且随着雄安新区等战略布局的不断推进，河北数字产业化高质量发展水平也在不断提升，进而转变为数字经济引领型。

表5 2011—2021年京津冀各地区发展类型

3.2 耦合协调度时空演化分析

使用耦合协调度模型计算2011—2021年京津冀区域科技创新与数字经济高质量发展耦合协调度，具体如表6所示。2011—2021年京津冀区域两系统耦合协调度增长态势稳定，年均增长7.808%，实现了从濒临失调衰退状态到高度耦合协调状态的转变。具体发展过程可分为3 个阶段：①第一阶段（2011—2014年）。此阶段耦合协调度较低，一方面，科技创新对数字经济的推动作用不明显，数字产业化发展缓慢；另一方面，数字经济整体规模较小，难以为科技创新发展提供广阔的市场，因而二者耦合关系较弱。②第二阶段（2015—2018年）。随着创新驱动发展战略的不断推进，京津冀区域数字产业发展迅速，数字经济规模扩大，平台效应与网络效应不断增强，对科技创新系统发展起到了一定的推动作用，二者耦合协调度不断提升，整体处于初级耦合协调状态。③第三阶段（2019—2021年）。此阶段京津冀区域数字经济加速步入新发展格局，数字产业化与产业数字化进程不断推进，各类数字基础设施建设加快，需求端对科技创新系统的促进作用增强，科技创新与数字经济高质量发展耦合协调关系进一步紧密，转变为高度耦合协调状态。以上3 个阶段的发展过程与《京津冀协同发展规划纲要》《北京市促进数字经济创新发展行动纲要（2020—2022年）》《河北省数字经济发展规划（2020—2025年）》等政策文件的出台实施具有高度关联性。

表6 2011—2021年京津冀各地区两系统耦合协调度

由表7 可知，北京耦合协调度始终处于区域领先地位，2011—2021年耦合协调度增长56.447%，实现了从良性耦合协调状态到优质耦合协调状态的转变。天津发展较为缓慢。通过指标数据发现，2017年天津各类创新主体数量及R&D 经费支出等指标下滑明显，影响了各类创新活动的开展，致使耦合协调度略微下降。2021年，天津耦合协调度仅为0.440，处于勉强耦合协调状态。河北则在京津冀协同发展战略不断深入推进的背景下发展迅速，2011—2021年耦合协调度增长161.868%，实现了从严重失调衰退状态到良性耦合协调状态的转变。

表7 2011—2021年京津冀各地区耦合协调等级变化

3.3 灰色关联度分析

利用灰色关联度分析方法探究各类数字经济高质量发展指标对科技创新发展水平的影响，结果如表8所示。其中，“Y21：有电子商务活动企业占比”指标关联度最高，表明产业数字化指标与科技创新联系较为紧密。这是由于产业数字化发展需要相应数字技术的支持，在需求端对科技创新有一定推动作用；同时，数字产业化使得数字经济规模不断扩大，平台效应不断增强，推动异质性创新要素跨领域流动，大大提高了科技创新的成功率，这也表现为Y11、Y12、Y13等数字产业化高质量发展指标对科技创新发展水平的影响程度普遍较高。而“Y31：光缆线路长度”“Y35：移动互联网用户数”等数字基础设施指标关联度普遍较低，表明数字产业基础设施建设由于科技含量较低、创新属性不明显而对于科技创新的影响作用较小。

表8 数字经济高质量发展指标与科技创新关联度

探究各类科技创新指标对数字经济高质量发展水平的影响，结果如表9所示。其中，“X13：R&D 经费内部支出”指标关联度最高，表明资金投入是影响数字经济高质量发展最关键的因素。结合现实情况来看，资金投入有助于前沿数字技术的研发、突破，并在市场发展初期为数字技术的迭代进步提供条件，进而从数字产业化方面推动数字经济发展。X22、X21 等创新产出指标与数字经济高质量发展的关联度普遍较高，主要表现为科技创新在数字技术应用方面对数字经济高质量发展的推动作用。数字创新成果在传统产业中的转化与应用能够促进产业数字化高质量发展，推动产业链与技术链深度融合，因而与数字经济高质量发展关系紧密。此外，从表中可以看出，创新主体指标关联度普遍较低，而“X31：高新技术企业数量”指标却有着较高的关联度，表明普通企业、高等院校等创新主体对区域数字经济高质量发展的影响作用不显著；高新技术企业作为知识、技术密集型经济实体，与技术研发、技术应用等数字产业化、产业数字化进程关系紧密，因而具有较高关联度。具体到各省市，北京、天津、河北的指标关联度之间存在较大差异，这也与各地不同的实际发展情况相对应。

表9 科技创新指标与数字经济高质量发展关联度

3.4 综合发展水平与耦合协调度预测

以京津冀地区2011—2021年科技创新与数字经济高质量发展水平以及耦合协调度作为原始数据序列，对2023—2027年指标变化趋势进行预测分析。首先，将原始数据序列输入3种预测模型中，计算各模型MAPE值，结果如表10所示。其中，FOGM 模型的预测误差较小，因而采用该模型进行预测分析。预测结果如表11所示。从整体上看，京津冀科技创新与数字经济高质量发展水平呈稳定上升的趋势，科技创新与数字经济高质量发展水平分别从2021年的0.463、0.461 增长到2027年的0.683、0.944，预计年均增长率分别达6.694%、12.688%。这表明随着区域一体化建设的不断推进，京津冀两大系统的发展潜力被不断激发，科技创新水平不断提升，数字经济实现稳健高质量发展。同时，两大系统间驱动赋能、互促提升的作用不断增强，耦合协调度提升显著，从2021年的0.702 提升至2027年的0.989，实现了从高度耦合协调状态到优质耦合协调状态的转变。

表10 3种模型下京津冀发展水平的预测误差

表11 FOGM模型下京津冀2023—2027年发展水平预测值

4 结论与对策建议

4.1 研究结论

本文从理论层面对科技创新与数字经济高质量发展耦合协调关系进行了阐释，并构建综合评价指标体系，对京津冀区域两系统综合发展水平及耦合协调关系进行了实证研究，主要结论如下。

①2011—2021年京津冀科技创新系统发展态势良好，数字经济高质量发展水平稳步提升。2021年，北京两系统综合发展水平处于京津冀领先地位，表现为数字经济引领型；河北、天津位列二、三位，发展类型分别为数字经济引领型与科技创新引领型。

②京津冀科技创新与数字经济高质量发展耦合协调关系趋于紧密，2011—2021年耦合协调度增长112.085%，经历了从濒临失调衰退、勉强耦合协调状态到初级、良性耦合协调状态再到高度耦合协调状态的转变；北京耦合协调度增长56.447%，处于优质耦合协调状态；河北增长161.868%，实现了从严重失调衰退状态到良性耦合协调状态的巨大转变；天津耦合协调度暂时落后，2021年处于勉强耦合协调状态。

③在关联度方面，科技创新系统与产业数字化、数字产业化等指标关系紧密，而与数字基础设施建设相关指标的关联度较低；创新投入、创新产出等与数字技术研发、应用紧密相关的科技创新指标与数字经济高质量发展间的关联度普遍较高，而普通企业、高等院校等创新主体对数字经济高质量发展的影响程度较弱；并且京津冀区域内不同省市间的指标关联度存在较大差异。

④未来一段时间，京津冀区域科技创新与数字经济高质量发展水平呈现稳定上升的发展趋势，并且两大系统间的耦合协调关系趋于紧密，耦合协调度增长态势稳定。

与已有文献相比，本文的理论贡献主要体现在两方面：一是以科技创新与数字经济高质量发展两大系统作为研究对象，对二者间耦合协调关系的作用机制进行了分析讨论，是对现有理论的延伸；二是在测度两大系统耦合协调关系的基础上，以微观视角对系统与各类指标间的关联程度进行测度分析，进一步挖掘耦合协调关系背后的深层次作用机理，也是对现有研究的补充与拓展。

4.2 对策建议

在当前创新驱动高质量发展不断深入、数字经济与传统经济加速融合的背景下，围绕提升京津冀区域科技创新与数字经济高质量发展水平以及强化二者耦合协调关系提出如下策略建议。

4.2.1 注重科技创新发展，为数字经济高质量发展赋能。当前京津冀地区间创新水平差异明显，应重视创新资源的跨地区配置，促进区域创新能力的均衡发展。具体而言，北京应发挥创新引领作用，加速区域科技创新成果流动，为区域一体化建设提供动能；天津应注重创新资源投入，确保科研经费投入同地区经济发展相适应，提升创新生态建设水平；河北应培育一批立足于当地、具备核心知识产权的高新技术企业，打造核心竞争优势。整体而言，三地应加强创新联系，加快创新要素的跨区域流动，建设标准统一的技术转移市场及技术成果转化平台，推动区域创新协同发展。

4.2.2 推动数字经济发展，增强对科技创新的促进提升作用。各地区应注重从数字产业化发展、产业数字化发展以及二者融合发展等3 个方面来实现数字经济高质量发展。具体而言，北京应充分发挥自身的辐射带动作用，借助“核心—边缘”结构，推动天津、河北数字经济发展，增强区域发展协调性；河北作为工业大省，应重视生态环境建设，加快产业数字化进程，利用数字技术赋能传统产业，着力发展绿色数字经济；天津应发挥港口优势，进一步提升开放意识，为区域数字经济发展营造开放的环境。整体而言，当前京津冀地区发展不平衡，各省市间应注重多元互动、共创共享，全面推进京津冀区域数字经济协同发展，构建“横向错位发展、纵向分工协作”的数字经济发展格局。

4.2.3 加强顶层设计，助力科技创新与数字经济高质量发展耦合协调关系升级。当前京津冀一体化建设仍存在资源要素配置低效、空间布局缺乏协调等问题，下一步应加强顶层设计，深入推进京津冀协同发展战略，鼓励传统产业数字化转型，推动数字技术的产业化发展。三地应相互合作，谋求错位发展，共同规划京津冀协同发展路径，将科技创新作为关键支撑，依靠数字技术赋能数字经济高质量发展；同时，注重数字经济对科技创新的促进提升作用，凭借广阔的需求市场为科技创新系统的发展指引方向，进而增强两系统间的耦合协调关系。

4.3 不足与展望

本文在阐释科技创新与数字经济高质量发展两大系统耦合协调作用机制的基础上，对京津冀区域两系统发展水平及耦合协调度进行了实证研究，并得出了上述结论，但仍存在以下不足之处：一是研究视角有待拓展。区域科技创新与数字经济高质量发展涉及政治、经济、文化等多方面要素，本研究使用指标体系与量化方法进行分析，虽然在一定程度上反映了二者间的耦合协调关系，但也缺乏对两大系统的整体描述与刻画。二是研究内容有待深入。本文利用灰色关联度模型分析了各类指标对系统整体发展水平的影响程度，但未对背后的影响机制及作用机理等做出解释。

综上所述，未来研究可以基于多产业协同分工、多领域交汇融合等多元视角，运用跨学科理论和研究方法，深入探讨区域科技创新与数字经济高质量发展间的密切关系，并对内在因素的作用机制进行深入剖析与讨论，使得研究结果更加具有理论和现实意义，促进区域创新水平提升与数字经济高质量发展。