新基建投入与科技创新能力耦合协调发展水平测度及时空演进

谷斌 廖丽芳

摘 要：基于新基建投入水平与科技创新能力的耦合机理构建综合评价指标体系，运用熵权法、耦合协调评价模型、探索性空间数据分析（ESDA）与标准差椭圆模型，测算2013-2020年中国内地31个省市新基建投入与科技创新能力的耦合协调发展水平，分析其空间集聚水平与时空演化特征。研究结果表明：①新基建投入水平与科技创新能力综合指数逐年提升，呈现由东至西梯度递减分布格局；②各省市新基建投入水平与科技创新能力的耦合协调度渐增，但超过1/2的省市属于耦合失调型，尚未形成良好的耦合发展态势；③新基建投入水平与科技创新能力的耦合协调度呈显著空间正相关性，表现为东部高值集聚区与西部低值集聚区；④耦合协调度空间分布不均衡。最后，结合全国四大区域新基建投入水平与科技创新能力耦合协调度的区位分布及演变历程，因时因地提出相应政策建议。

关键词：新基建；科技创新；耦合协调度；标准差椭圆；时空演化

DOI：10.6049/kjjbydc.2022030636

中图分类号：F123.6

文献标识码：A

文章编号：1001-7348（2023）11-0060-11

0 引言

“十四五”规划明确提出，系统布局新型基础设施，加快第五代移动通信、工业互联网、大数据中心等建设。新型基础设施建设（简称为“新基建”）是围绕新发展理念，以创新技术为驱动，以信息网络为基础，面向高质量发展需要，提供数字化转型、智能升级及融合创新的现代化服务基础设施体系。新基建概念于2018年在中央经济工作会议上被提出，现已上升至国家发展战略层面，各省市也积极投入到新基建的深耕布局。新基建肩负新形势下稳增长、调结构、惠民生、促创新的多重任务^[1]，是应对新冠肺炎疫情冲击与调节经济逆周期的关键抓手和重要举措。

党的十八大以来始终坚持贯彻落实创新驱动发展战略。党的十九届五中全会进一步提出，坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位，将科技自立自强作为国家发展的战略支撑。新基建以数字化技术为依托、科技创新为动力，内核在于新一代技术的“代际飞跃”^[2]。新基建是实现创新驱动发展与经济高质量发展的应有之义，与我国构建创新生态系统、发挥新型举国体制优势与构建“双循环”新发展格局等战略决策密切相关。

2020年国家发改委明确指出，新型基础设施涵盖信息基础设施、融合基础设施与创新基础设施三方面。有研究围绕新基建概念界定^[2]、特征属性^[3]、乘数效应^[4]、空间布局^[5]及其与经济增长^[6]、产业转型升级^[7]、技术效率提升^[8]、传统基建^[9]的协同发展关系等展开探讨，为新基建的后续研究提供了丰富的理论借鉴。然而，既有研究对新基建与科技创新耦合机理的探讨不足。相较于传统基建，新基建与科技创新密切相关，关注信息技术更新升级，有利于推动智慧经济时代国家数字化、智能化与高速化进程^[10]。当前研究主要聚焦于探究基础设施对区域科技创新的单向传导机制^[11]，关注基础设施的外部效应^[12]，缺乏对基础设施与科技创新耦合关系的探讨，尤其是科技创新对新基建的支撑作用鲜有研究。其次，新基建评价指标体系亟待完善，部分研究聚焦于新基建的特定子系统（如信息基础设施、创新基础设施）对科技创新的提升效应^[5，11]，缺乏整合性研究框架以系统考察新基建效用。

当前我国面临经济下行压力与新冠肺炎疫情的持续冲击，识别新基建与科技创新耦合协调发展现状、合理规划新基建尤为必要。鉴于此，本研究通过构建新基建投入水平与科技创新能力综合评价指标体系，采用熵权法测度我国新基建投入水平与科技创新能力综合指数，基于耦合协调评价模型、探索性空间数据分析（ESDA）与标准差椭圆模型，分析我国内地31个省市新基建投入与科技创新能力的耦合协调水平、空间集聚程度与时空跃迁情况，以期为后续新基建与科技创新耦合研究提供理论支撑及决策参考。

1 新基建投入水平与科技创新能力耦合机理

新基建内嵌于国家治理体系现代化要求中，与科技创新系统互为支撑。关于基础设施促进区域创新发展的研究较丰富，受新经济地理学启发，诸多学者更关注基础设施对区域科技创新的影响机理与传导路径研究，主要涵盖以下观点：①基础设施为区域创新活动顺利开展提供强大保障，有利于推动区域自主研发与技术升级^[13]；②完善的基础设施有利于畅通区域创新要素流动渠道^[14]，降低运输交易成本，实现资源有序流动与高效配置^[15]，提高全要素生产率^[16]，强化产业链协同发展；③基础设施有利于加强区域创新合作，满足创新活动多主体、跨区域、跨领域融合需求^[17]，发挥资本、人才等集聚效应^[18]；④基础设施有利于弱化时空约束，强化知识、技术与人才溢出效应^[19]，促进区域隐性知识传播^[20]，加快技术流通、扩散与再创新^[21]，有助于提升区域科技创新水平与效率。较之传统基建，新基建的技术属性更显著。如信息基础设施有利于突破时空限制，提高信息、技术与知识传播效率；融合基础设施满足信息跨界融合诉求，有助于促进区域要素集聚与流通，加强区域创新合作；创新基础设施作为区域创新网络的重要组成部分，有利于提高资源集聚水平、技术研发能力与成果产出效率，是提升区域创新水平、构建区域创新生态系统的强劲动力源。

科技创新为新基建发展提供强大技术支撑与安全保障，是推动新基建发展的动力引擎与底座支撑。一方面，新基建的技术结构更复杂^[3]，涉及5G、大数据、云计算、物联网、人工智能等前沿数字化技术；另一方面，新基建与数字化转型密切相关，是构成数字创新系统的重要组成部分^[22]。习近平总书记在浙江考察时明确指出，需把握数字化转型机遇，加快布局新基建与战略性新兴产业，大力推进科技创新，着力壮大新增长点、形成发展新动能。新基建具有新技术、新高度、新领域、新模式、新业态与新治理等特征^[23]，有助于引領传统产业改造升级、迭代更新，同时，催生新产业，促进颠覆式创新与新旧动能转换，有助于提升产业数字化与数字产业化水平，为数字化转型提供有力支撑。因此，科技创新对新基建的支撑发展是亟待关注的一个重要课题。

2 评价指标、研究方法与数据来源

2.1 评价指标

新基建涵盖信息基础设施、融合基础设施及创新基础设施三方面。信息基础设施是基于新一代信息技术演化结果的基础设施，借鉴赵星^[8]、范合君^[24]的研究，选用域名数、移动电话基站、长途光缆线路长度、移动电话普及率、局用交换机容量、互联网宽带接入端口表征。融合基础设施是深度应用数字信息技术、支撑传统基建转型升级的基础设施，借鉴伍先福^[7]的做法，选取传统基建与企业信息化的耦合协调度近似替代。其中，传统基建选定铁路营业里程、高速等级公路里程表征，企业信息化选用软件业务收入、每百人使用计算机数、每百家企业拥有网站数、电子商务销售额表征。创新基础设施是支撑科学研究、技术开发与产品研制的基础设施，涵盖重大科技基础设施、科教基础设施与产业技术创新基础设施三维度，借鉴于英杰^[5]的研究，选取国家大学科技园数、国家级科技企业孵化器数与火炬特色产业基地数表征。

参考国家统计局发布的《中国创新指数》^[25]，科技创新能力指标体系由创新环境、创新投入、创新产出与创新绩效4个维度共16个指标构成。创新环境是指保障创新活动顺利开展的基础条件，选用地方财政科技投入占比、人均GDP、高等学校数、高新技术企业数表征。创新投入涵盖研发投入、人力资本投入与创新基础投入等，选用R&D人员全时当量、R&D经费内部支出、R&D经费投入强度、高技术产业投资额与有研发机构的企业比重表征。创新产出反映研发水平及其向现实生产力转化的能力，选用论文、专利、著作指标表征^[26]。创新绩效是科研活动成果对产业转型升级、经济持续发展、能源节约等方面影响的集中体现，因此选择劳动生产率、高技术产品出口占比、新产品销售收入占主营业务收入比重表征。

2.2 研究方法

2.2.1 基于熵权法的权重计算

熵权法是基于数据离散程度确定指标权重的客观赋权方法^[27]，本研究引入熵权法计算2013-2020年中国内地31个省市新基建投入水平与科技创新能力综合指数。

（1）无量纲标准化处理数据。由于选用指标均为正向指标，故采用正向指标处理方法。

（2）计算第j个指标下第i省域的特征比重或贡献度。

（3）计算第j项指标的熵值。

（4）计算第j项指标的差异性系数。

（5）确定评价指标的权重W，计算指标评价得分。

2.2.2 耦合协调度评价模型

参考物理学中的耦合概念，引入耦合协调度评价模型用于测度新基建投入水平与科技创新能力关系及协调程度^[28]。耦合度用于反映两者相互作用程度，耦合协调度则进一步揭示两者协同发展程度。

其中，u₁为新基建投入水平指数；u₂为科技创新能力指数；C为耦合度；D为耦合协调度；T表示两者综合协调指数；α、β为权重系数。本文认为新基建投入水平与科技创新能力同等重要，因此均取值为0.5。参考已有划分标准^[29]，将耦合协调度划分为严重失调状态[0，0.2]、中度失调状态（0.2，0.4]、基本协调状态（0.4，0.5]、中度协调状态（0.5，0.8]、高度协调状态（0.8，1]共5个层级。

2.2.3 探索性空间数据分析（ESDA）

探索性空间数据分析是反映数据空间结构、剖析事物空间效应相关性与异质性的方法^[30]。本研究利用全局Moran's Ⅰ指数和LISA聚类图探究区域数据是否存在空间相关性并识别空间集聚类型，计算公式如下：

式中，n为研究省份数；m为i省邻近省份数；w_ij为空间权重；x_i、x_j分别为省域i与省域j的耦合协调度；x-为耦合协调度均值。

2.2.4 标准差椭圆模型

标准差椭圆模型适用于探究地理要素空间分布特征与时空格局演化过程^[31]，通常涵盖椭圆重心、长短半轴标准差、方位角等内容，计算公式如下：

式中，n为省域数；（X，Y）为加权平均重心坐标；w_i为权重；σ_x、σ_y分别代表x轴与y轴上的标准差；θ为标准差椭圆的方位角，即正北方向顺时针旋转与标准差椭圆长轴构成的夹角。

2.3 数据来源

选取中国内地31个省区市作为研究样本，研究时段为2013-2020年，數据来源于《中国统计年鉴》《中国科技统计年鉴》《中国火炬统计年鉴》《中国工业统计年鉴》《中国高技术产业统计年鉴》、各省（区、市）统计年鉴及国民经济和社会发展统计公报等，缺失数据采用插值法补充。

3 新基建投入水平与科技创新能力测度分析

测算2013-2020年新基建投入水平与科技创新能力综合指数，见表2。整体来看，研究期间我国新基建投入水平与科技创新能力指数呈增长趋势，分别由2013年的0.117、0.082增长至2020年的0192、0.193，反映出我国新基建与科技创新呈稳步发展态势。根据自然断裂法，将新基建投入水平与科技创新能力划分为4个梯队，揭示其空间分异特征，具体见图1。

3.1 新基建投入水平测度分析

从省际层面看，江苏、广东、山东、浙江、北京的新基建投入水平位于全国第一梯队；上海、福建、四川、河南、河北、湖北的新基建投入水平位于第二梯队；安徽、天津、湖南、陕西、广西、云南、江西、山西、辽宁、吉林、内蒙古、贵州、重庆、甘肃、新疆的新基建投入水平位于第三梯队；黑龙江、海南、青海、宁夏、西藏的新基建投入水平位于第四梯队。

5 結论与建议

5.1 结论

基于2013-2020年省际面板数据，运用熵权法测算我国新基建投入水平与科技创新能力，继而采用耦合协调度模型、探索性空间数据分析（ESDA）与标准差椭圆模型，分析我国新基建投入水平与科技创新能力耦合协调度的时序演化、集聚特征及区位分布，主要结论如下：

（1）整体来看，我国新基建投入水平与科技创新能力呈稳步增长态势，分别由2013年的0.117、0.082提升至2020年的0.192、0.193，佐证了我国新基建与科技创新发展建设成效。利用自然断裂法将测度结果划分为4个等级，发现新基建投入水平与科技创新能力大致呈现为由东至西的梯度递减格局，区域发展具有不均衡、不充分分布特征，空间异质性较显著。

（2）研究期内，新基建投入水平与科技创新能力的耦合协调度逐步提升，由2013年的0.292增长至2020年的0.405，表明二者的耦合发展关系愈发紧密，耦合协调质量得以提高。另外，处于基本协调及以上水平的省市趋增，处于中度失调及以下水平的省市渐少。值得注意的是，截至2020年仍有17个省市处于失调水平。可见，我国新基建投入与科技创新能力尚未形成良好的耦合发展态势，形势严峻。

（3）2013-2020年我国新基建投入水平与科技创新能力耦合协调度表现出显著的空间正相关性，全局Moran's I指数呈先降后升的发展趋势，反映出我国新基建投入水平与科技创新能力耦合协调度的空间集聚特征愈发明显，主要表现为东部沿海的高值集聚区与西北内陆的低值集聚区，其中，高高集聚与低低集聚区的省市数量呈增加趋势，高低集聚区与低高集聚区布局相对稳定。

（4）2013-2020年全国耦合协调度的标准差椭圆呈东北—西南分布，重心整体向东南方向迁移，空间集聚特征显著。其中，东北地区耦合协调度重心整体向东南方向迁移，标准差椭圆为东北—西南分布，耦合协调度在南北方向呈集聚收敛发展态势，反映出东北三省的省际差距渐大；东部地区耦合协调度重心朝偏西南方向迁移，标准差椭圆为东北—西南分布，表现为南北扩张、东西集聚态势，反映出东部沿海耦合协调度高值省市在南北方向的辐射引领效应更强，东西方向差距扩大；中部地区耦合协调度重心整体向东南方向迁移，标准差椭圆为西北—东南分布，呈东西方向扩张、南北收缩态势，需在基建互联互通、创新合作交流与区域协同发展方面寻求突破；西部地区耦合协调度重心向东南方向迁移，集聚态势愈加明显，耦合协调度区域差异变大，未来需强化举措，推动西部地区高质量发展。

5.2 建议

（1）重视政府对新基建布局的科学引导，制定差异化新基建投资政策。由研究可知，我国新基建布局呈东西梯度递减特征，空间异质性显著。对于东部高值省市，在持续加大新基建投资力度、科学引导新基建投资方向的同时，也需关注优化新基建投资结构、提升新基建投资效率等问题，警惕脱离实际需求的过度超前布局、因跟风盲从导致资源浪费与效率低下等问题，审慎思考新基建发展由量变到质变的提升路径。对于中西部及东北部低值省市，应该持续加大新基建投资建设力度，考虑适度超前布局，明确新基建应用场景，密切关注相关政策落地情况，完善新基建投资激励建设，营造良好的投资环境，鼓励支持新基建投资项目开展，重视新基建投资的乘数效应。

（2）构建科技创新生态系统，强化科技创新对新基建发展的支撑作用。新基建与科技创新互为支撑，相互依赖。科技创新能力滞后是导致较多省市耦合协调度不高的重要原因。科技创新生态系统涵盖创新环境、创新投入、创新产出与创新绩效四维度。未来，政府需加强科技创新政策长效机制建设，鼓励区域自主研发，营造宽松包容的科技创新环境，帮忙搭建创新平台，筑牢区域科技创新基础，保障科技创新活动顺利开展，提升创新成果产出与转化效率。同时，构建区域创新合作网络，畅通区域创新交流渠道，发挥科技创新热点区域的辐射引领作用，促进知识溢出、人才流动与技术扩散。

（3）提升新基建投入水平与科技创新能力的耦合协调质量。新基建投入与科技创新密切相关，二者存在显著的空间正相关性。因此，政府应着重提升区域科技创新能力，加快构建科技创新生态系统，在政策环境、自主研发、体制创新及金融支持等方面为新基建发展提供基础保障与坚实支撑。同时，正确认知新基建的概念范畴及现实价值，把握新基建在数字化转型、催生新产业及赋能新旧动能转换方面的作用机理与传导路径，积极部署新基建，加快推进新基建项目“落地”，发挥新基建对区域创新的引擎作用，促进新基建与科技创新系统的耦合互动、协同发展。

（4）综合全国—区域视角，思考新基建投入水平与科技创新能力耦合协调度提升路径。从全国层面来看，2013-2020年新基建投入水平与科技创新能力耦合协调度均值、标准差及变异系数呈递增趋势，绝对差异与相对差异逐渐突显，未来需强化全局发展意识，加强顶层规划设计，促进耦合协调度朝均衡态势发展。从区域层面来看，新基建投入水平与科技创新能力耦合协调度空间异质性显著。对于耦合协调度较高的东部地区，应持续发挥创新高地优势，推进新基建精细布局，畅通区域创新合作互助渠道，促进资源、技术与人才等要素流通，充分发挥对周边省市的辐射带动效应。对于耦合协调度次之的中部地区，应对标东部地区发展，加大区域对外开放力度，把握政策红利，着力提升自主创新能力进而支撑新基建发展。对于耦合协调度较低的东北地区，应总结东北振兴发展经验，促进体制机制创新、产业结构调整，加大创新资源投入与成果转化，兼顾创新驱动与区域协调发展。对于耦合协调度最低的西部地区，应明确与东中部地区的发展差距，兼顾传统基建与新基建的协同发展，把握“一带一路”建设机遇，加强区域创新交流，稳步推动区域可持续发展。

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责任编辑（责任编辑：胡俊健）

Measurement and Spatial-temporal Pattern Evolution of the Coupling

and Coordination Level between New Infrastructure Investment

and Technological Innovation Capability

Gu Bin，Liao Lifang

（Department of Electronic Business， South China University of Technology， Guangzhou 510006， China ）

Abstract：New infrastructure construction shoulders the multiple tasks of stabilizing growth， adjusting structure， benefiting people's livelihood and promoting innovation， and plays an important role in China's economic development. Under the continuous impact of the COVID-19 epidemic， new infrastructure construction provides a strong impetus for the national technological innovation and high-quality economic development. The new infrastructure， embedded in the process of modernization of the national governance system， is mutually supportive and interdependent with the technological innovation system. The current literatures mainly focus on the one-way transmission mechanism of new infrastructure construction to technological innovation， but seldom pay attention to the coupling mechanism between the two systems. Therefore， the purpose of this study is to reveal the synergistic development relationship between new infrastructure construction and technological innovation by empirical methods.

The new  infrastructure construction and technological innovation are closely related and mutually supportive.On the basis of the coupling mechanism of the two systems， a comprehensive evaluation index system is constructed. The new infrastructure construction system includes 15 indicators in three dimensions： information infrastructure， integrated infrastructure and innovative infrastructure. Technological innovation system covers 16 indicators in four dimensions： innovation environment， innovation input， innovation output and innovation performance. The study analyzes the evolution characteristics of the spatial-temporal pattern of the coupling and coordination of the two systems in China's 31 provinces， municipalities and autonomous regions in mainland  China（Hong Kong， Macao and Taiwan excluded） from 2013 to 2020， using the entropy method， coupling coordination evaluation model， exploratory spatial data analysis （ESDA） and standard deviation ellipse model.

The results show that firstly both the comprehensive index of new infrastructure investment level and technological innovation capability have been increasing year by year， showing a gradient decreasing pattern from east to west. Secondly the degree of coupling and coordination between new infrastructure investment level and technological innovation capability in various provinces has risen， but a good coupling development situation has not yet been formed， among which more than half of the provinces and cities are of coupling imbalance type. Thirdly the degree of coupling and coordination between new infrastructure investment level and technological innovation capability has a remarkable positive spatial correlation， which is manifested as the high-value agglomeration area in the east and the low-value agglomeration area in the west. Lastly the spatial distribution of coupling coordination degree is unbalanced. From 2013 to 2020， the standard deviation ellipse of the national coupling coordination degree was distributed from northeast to southwest， and the center of gravity moved to the southeast as a whole， with significant spatial agglomeration characteristics.

This paper analyzes the coupling mechanism between new infrastructure investment level and technological innovation capability from both theoretical and empirical aspects， and puts forward some suggestions for reference. First， the government should formulate differentiated policies to promote the development of new infrastructure construction. Second， it is critical to enhance the regional innovation level， as a way to strengthen the role of technological innovation to support the new infrastructure. Third， governments at different levels should make overall plans and optimize the coupling and coordination quality between the new infrastructure investment level and technological innovation capability. Finally， it is urgent to consider how to improve the coupling and coordination between the new infrastructure investment level and technological innovation capability from a multi-scale perspective. The eastern region should continue to promote the circulation of resources， technology， talents and other elements， and give full play to its radiation and driving effect on surrounding provinces and cities. For the central region with the second highest degree of coupling and coordination， it should strive to improve the independent innovation ability to support the development of new infrastructure. For the northeast region with a low degree of coupling and coordination， it should strengthen the innovation of system and mechanism， adjust the industrial structure and give consideration to innovation driven and regional coordinated development. For the western region with the lowest coupling coordination， it is necessary to give consideration to the coordinated development of traditional infrastructure and new infrastructure， seize the construction opportunities of the "the Belt and Road" to strengthen regional innovation and exchange， and steadily promote regional sustainable development.

Key Words：New Infrastructure Construction; Technological Innovation; Coupling and Coordination Degree; Standard Deviation Ellipse; Spatial-temporal Pattern Evolution