态系统动态演化研究
孙金花;苟晓朦;杜姣
【摘 要】高校在区域创新生态系统中为核心组织,是原始知识与技术创造的源泉,并提供多样化的知识转移机制.基于如何让以高校为主导的创新生态系统在区域性发展视角下发挥协同作用与实现可持续发展这一重要议题,构建基于生态学视角的、高校为主导的创新生态系统协同演进的Lokata-Volterra(LV)模型,通过数理分析探讨创新生态系统中各类种群之间的协同演变规律;并以重庆大学国家大学科技园、重庆市北碚国家大学科技园等高校为主导的创新生态系统为研究对象,融合Logistic模型对创新生态系统的动态演化进行实例分析.研究结果表明,以高校为主导的创新生态系统需要主动链接内外部资源,与平台实现生态系统内部主体多样性,才能实现可持续发展与协同演变. 【期刊名称】《科技管理研究》 【年(卷),期】2019(039)001 【总页数】8页(P12-19)
【关键词】创新生态系统;高校主导;Lokata-Volterra模型;Logistic模型 【作 者】孙金花;苟晓朦;杜姣
【作者单位】重庆理工大学管理学院,重庆400054;重庆理工大学管理学院,重庆400054;重庆理工大学管理学院,重庆400054 【正文语种】中 文
【中图分类】F276.44;F224.0;G301
1 研究背景
随着全球“创新3.0”时代的到来，建设良好的共生创新生态系统已逐渐成为各个国家或地区创新发展战略实施的重要途径。2016年，全国两会进一步强化了创新是引领发展的第一动力，提出加快与培育、创建创业创新生态体系。而与此同时，重庆市政府也已将创新生态体系建立与培育提升为区域核心战略高度，明确提出在“十三五”期间将重庆市建设成为西部创新中心，力图通过大平台建设、新兴产业选择、创业人才汇聚、资本市场活跃、创新文化营造等路径打造更完善、更有活力的创新创业生态系统。在这一环境背景下，如何利用有限的资源构建起合理的创新生态系统，加强系统内部产学研协同创新，深度探索创新生态系统的演化机理，已成为推动区域创新能力提升的着力点。
20世纪90年代以来，国内外学者逐步从生态学视角对创新的系统范式开展深入研究。Moore［1］首先将创新生态运用于企业发展与管理层面，认为创新生态系统是一种基于组织互动的经济联合体。Adner［2］从技术视角将创新生态系统界定为：企业实现与个体或其他行为主体的联系，提供面向客户的解决方案并实现价值输出的机制。陈昀等［3］将创新生态系统视为一个协同创新体系，将整个创新活动开展理解为一个社会化互动的过程，各类创新利益相关者之间建立起动态的知识协同合作关系。梅亮等［4］对创新生态系统的源起、知识演进和理论框架进行归纳总结。
创新生态系统类比于自然生态系统，是从要素的随机选择不断演变为结构化的社群，因此，多数学者认为其具有与自然生态系统的相同特征。黄鲁成［5］从技术与企业层面分析创新系统的特征，揭示了一般创新生态系统的共同属性应包括整体性、层次性、耗散性、动态性、稳定性、复杂性和调控性。孙福全［6］在借鉴朱迪·埃
斯特琳划分的创新生态系统所表现出的研究、开发和应用三大群落观点的基础上，强调创新生态系统的自组织性、多样性、平衡性以及创新主体的共生共荣性。曾国屏等［7］从生物生态系统的特点来认识创新生态系统的过程性、栖息性、生长性等特征。
目前国内外学者分别从微观、宏观层面对创新生态系统的构成要素进行了剖析。李万等［8］结合生态学中的生物学视角，认为创新生态系统组成的基本要素为物种(如企业、大学、科研院所、政府等)，物种联结形成了各种群落，物种和群落在共生竞合的相互作用中动态演化，形成系统整体演化。欧阳桃花等［9］从战略逻辑和组织合作适配性视角研究了小卫星龙头企业DFH的复杂产品创新生态系统动态演化过程。张巍巍等［10］认为创新生态系统则是由大学与研究机构、风险资本、人才库、企业家与创业精神、市场服务体系、政府政策与法律体系、关系网络以及创业板市场等资源子系统组成。赵广凤等［11］分析了高校创新生态系统核心层与影响力层的具体构成，详细分析系统基于开放式平台的知识创新、基于生态位决策和利益共赢协调的运行机制。杜传忠等［12］从国家创新层面出发提出了国家创新生态模型。董铠军［13］区分了微观创新生态系统与企业创新生态系统之间的关系，并对宏观、中观、微观创新生态系统3个层次进行了重新划分。杨荣［14］认为创新生态系统与特定的区域空间相关并具有层次性，将其区分为国家创新生态系统、区域创新生态系统和企业创新生态系统。
目前国内外学者已开始采用定性和定量等分析方法对创新生态系统展开了深入研究，如段琪等［15］以扎根理论为依据进行访谈研究，初步构建了大学学科创新生态系统的协同创新模型。近年来，学者也逐步将非线性系统动力学中的经典Lotka-Volterra模型（简称LV模型）等定量分析方法引入创新领域，如：陈瑜等［16］通过借鉴LV模型与生态学理论来模拟研究中国光伏产业创新生态系统的演化路径；郭燕子等［17］采用LV模型研究了产业技术创新网络知识创造机理；胡军燕等
［18］借用LV模型探讨了研发资源配置竞争下产学研合作与企业内部研发关系；孙丽文等［19］应用Logistic增长模型分析了创新主体间的竞争演化和协同创新演化，在分析演化机理的基础上对京津冀区域的生态位适宜度及进化动量进行了评价。
从国内外研究现状可知，目前很少有学者基于高校主导视角对创新生态系统动态演化问题展开定量研究，基于此，本文以高校为主导的区域创新生态系统为立足点，以重庆大学国家大学科技园与北碚国家大学科技园生态系统为研究对象，将创新生态系统与自然生态系统进行实证类比分析，并融合LV模型和Logistic模型研究创新生态系统的动态演化过程，分析以高校为主导的原始创新种群间的竞争关系以及系统平衡状态，分析高校如何在区域创新生态系统中发挥其基础性作用，以期为区域创新生态系统内部管理与系统构建提供一定的决策参。 2 创新生态系统动态演化模型框架
现有研究成果更多是从知识资源、生态主体竞争（企业）和特定行业等角度对创新生态系统进行初探，基于高校为主导视角分析创新生态系统协同演化模型的研究研究成果较少，基于此，本文在系统分析创新生态系统相关研究成果的基础，提出以高校为主导的区域创新生态系统的动态演化模型框架，如图1所示。 图1 创新生态系统动态演化模型框架
图1 的模型框架是基于生态学视角，将创新生态系统组成的基本要素（企业、大学、科研院所、政府等）确定为物种，由物种联结形成各类种群（见表1），物种和种群在共生竞合的相互作用中实现动态演化，进而推进生态系统的整体演化。 表1 以高校为主导的区域创新生态系统种群划分项目 原始创新种群 技术创新种群 创新服务种群 创新需求种群 制度创新种群主体生物要素 高校、科研机构 企业 创新中介机构、金融机构 市场、消费者 政府主要功能 是技术和知识创新的源头与支撑，提供智力、技术与人才是系统行为主体，利用创新资源研发创新产品与服务支
持与服务企业创新创业 市场与消费者引导和倒逼企业进行创新引导建设一批能够整合创新资源要素的各类平台、机构，是系统的初始建设者
同时，根据时间结构特征，从技术与知识创新演化视角，将以高校为主导的区域创新生态系统协同演进过程划分为3个阶段，即设计生成阶段、运行成长阶段与演化成熟阶段。在设计生成阶段中，创新生态系统主要是以政府为主导的体制推动下建立的，其创新要素还不健全，主要依赖系统形成的创新资源内部条件与学科属性吸引有生境偏好的相关生态主体入驻。而在运行成长阶段，创新生态系统逐步发展壮大，并形成良性的自组织循环，即创新生态系统的基本要素和服务组织已具备，且系统内部的创新种群之间逐步形成互动（竞争或合作），以知识流、信息流为代表的创新资源流动速度加快，各类创新知识和技术在不断涌现并寻找机会实现大的突破与变革。此时的创新生态系统由政府主导逐步向市场参与主体协同高校共同推动转变，系统内部的各个创新主体通过对创新知识、技术的捕食与学习以及创新产品和服务的差异化来增强优势创新资源，以使自身的生态位更加凸显。在演化成熟阶段，区域创新生态系统一般具有了自组织演化的能力，创新产品和服务开始向外输出并产生效益，新的、更强大的层次性主体不断涌现。创新种群在市场与社会的碰撞中进行自我调试，由于系统内的创新种群数量不断增加、淘汰、进化，系统内的异质性与多元性在不断增强，创新生态系统进一步向更复杂和有序的组织进化。 3 创新生态系统动态演化模型构建
考虑到区域创新生态系统与自然生态系统的关联性和相似性，融合Lokta-Volterra生态模型，即捕食者-被捕食者模型的基本思想，构建基于生态学视角的创新生态系统协同演进模型。该模型主要是模拟一些生态现象以及两个种群之间的捕食关系，通过数理分析来探讨以高校为主导的创新生态系统中各类种群之间的协同演变规律。 3.1 模型建立
生态主体在区域创新生态系统中处于生态链的不同位置，其中高等院校与科研机构是创新知识的源头与生产者，而企业则是创新知识与技术的消费者与吸收者，不同生态主体在创新生态系统中存在着竞争与合作关系，由于其生态位大小的不同，各自所发挥的作用不同。其中，原始创新种群作为技术与知识的生产方，能够提供企业在竞争升级过程中的知识与原始技术；企业作为知识与技术的采用方，能够将原始创新种群提供的成果应用于其产品和技术的开发升级；而以政府为代表的制度创新种群，主要发挥助推与催化作用。
基于上述生态学理论分析，假设运行成长阶段（t阶段）下区域创新生态系统中创新知识资源是有限的。以高校为主导的创新生态系统中，两大原始创新种群所拥有的创新能力分别为X(t)和Y(t)，两个种群的创新能力的自然增长率分别为r1和r2，两个种群之间合作创新的关联竞争系数分别为a1和a2。受到创新知识资源和市场环境的限制，两个种群所拥有的创新能力的极限规模（承载力）分别为K1和K2。将原始创新种群与技术创新种群及相关种群所构成的同一创新生态系统为基准视角，则种群间的关联系数存在a1=1/a2的关系，X对Y的影响用a1表示，Y对X的影响用a2表示，则重庆大学国家大学科技园与北碚国家大学科技园两大原始创新种群所拥有的创新能力规模X(t)和Y(t)满足微分方程组：
求解得到表示种群容量的两条直线：
式（2）即为两种群在创新资源约束下对创新知识获取的LV模型。 3.2 模型动态演化机理分析
如式（2）模型表明，若某一种群的大小发生增加或减少，则相应种群的增长率也会出现相应的减少或增加。通过分析两个种群之间的等斜线，即当满足= 0 时，创新生态系统能实现对应平衡状态，且存在4个平衡点，即分别为：原点O(0,0)；P
1(,0)K （直线X=0与直线的交点）；Q 2(0, )K （直线Y=0与直线的交点）；两条直线 XL与 YL在第一象限的交点(*,*)X Y 。根据平衡点绘制出 XL与 YL两条直线。在直线的内侧，由于与大于零，种群数量不断增加；在直线外侧，由于小于零，种群数量呈现减少趋势。根据模型方程求得直线关系的截距差异，结合在系统演进过程中K1、K2、a1、a2的数值变化情况，可以得出 XL与 YL的4种位置关系： 由图2 (a)可知，直线LX与横坐标的交点分别为P点（K1,0）与R点（0, K1/a1），直线LY与横坐标的交点分别为S点（K2/a2,0）与Q点（0, K2），其中K1＞K2/a2，K2＜K1/a1。此时，直线LY 所代表的创新种群容量小于LX代表的创新种群容量，因此，在R点、Q点、S点与P点组成的区域内，LX代表的创新种群存在持续成长的空间，而LY所代表的创新种群则已达到最大容量，最终的竞合结果为LX代表的创新种群胜出并继续保持增长。
由图2(b)可得，直线LX与横坐标的交点分别为P点（K1,0）与R点（0, K1/a1），直线LY与横坐标的交点分别为S点（K2/a2,0）与Q点（0, K2），其中K1＜K2/a2，K2＞K1/a1。在R点、Q点、S点与P点组成的区域内，LX代表的创新种群已无继续扩大可能，而LY所代表的创新种群可保持增长，最终的竞合结果为LY所代表的创新种群胜出。
在图2(c)中，直线LX和LY与横纵坐标的交点值存在如下关系：K2/a2＞K1且K1/a1＞K2时，且两条直线相交于点M(X*,Y*)。由M点、S点与P点构成的三角区域内，因为S点与P点值存在上述关系，这表明LY代表的创新种群无法继续增长，而LX代表的创新种群容量能继续增加，且两个种群的发展趋势向外扩散，最终竞合结果将取决于种群的初始容纳量以及创新环境因素等。
在图 2(d)中，当K1＜K2/a2，K2＜K1/a1时，直线LX与LY相交于点M(X*,Y*)。在M点、P点与S点构成的区域内，由于dX/dt大于零且dY/dt小于零，这表明LX代表的创新种群无法继续增长,而直线LY代表的创新种群则可以继续生长，且
发展逐渐向M点靠近；当达到M点时，LX代表的创新种群与LY代表的创新种群可以达到竞争平衡，两者达到共生共存状态。 图2 创新生态系统动态演化的4种情况 4 创新生态系统动态演化过程实例分析
重庆大学国家大学科技园和北碚国家大学科技园是重庆市重点建设的科技创新和成果转化基地，凭借“校、地、企”紧密结合的办园模式，有效整合多方资源，初步形成了以高校和科研机构为创新知识和技术的开发与转移主力，融合形成处于探索与成长阶段的、辐射重庆区域经济发展的创新生态系统。本文以这两个高校为主导的创新生态系统为例，深入探讨其动态演化机理。 4.1 模型参数变量设计
由熊彼特对创新内涵的理解可知，在任何环节中技术与知识创新能力的高低最终体现在经济产出上，而经济产出集中体现为企业独立运行，因此，本文选择重庆大学国家大学科技园和北碚国家大学科技园的累计毕业企业作为衡量园区技术与知识创新水平的核心变量，而孵化企业数量是科技园区技术创新成果转移与发展的重要表现形式，在此将其作为园区技术与知识创新成果的变量。 4.2 种群竞争系数参数求解
根据上述确定的参数变量，选取2008—2017年《中国火炬统计年鉴》的数据，运用SPSS 22.0对数据进行线性回归二次、三次及Logistic等模型的参数估计及拟合分析，求解种群的竞争系数，具体结果分别见表2和图3所示。
表2 案例创新生态系统的模型拟合和参数估计值参数估计值R 方 F df1 df2 Sig. 常数 b1 b2二次方程1（Quardratic1）方程 模型拟合0.912 26.064 2 5 0.002 51.214 -3.262 0.714二次方程2（Quardratic2）0.978 53.867 2 5 0.000 38.518 3.250 -0.577
图3 案例创新生态系统的LV模型拟合曲线
由于在LV的竞合模型中，种群之间的共生或竞争状态主要受其竞争系数的影响，因而通过方程中竞争系数a1与a2之间的比率来确定LV模型中的竞争系数值，可以进行种群之间的仿真与实证。由上述LV竞合模型可知，其方程的差分形式为：
由于两个种群间具有X=a1Y与X=a2Y关系，将其代入式（3）可得：
设 A1 =γ1a 1，A2=-2γ 1/K1，A3=γ2a2，=-/，则式（4）可简化为：
若 K 1 = K 2，则 A 2 A3 / A 1 A4 = a 1 /a2。 综上，本文所得到的参数值如下：
由此可得： =1.233。其中，K1与K2分别为两个种群所拥有的创新知识的极限规模（承载力）。在此根据《中国火炬统计年鉴》（2008—2017年）中重庆大学国家大学科技园与北碚国家大学科技园的在孵企业数据来假设，可得重庆大学国家大学科技园的K1值为115，北碚国家大学科技园的K2值为98。故
a1/a2=1.447，即种群竞争系数之比为1.447。由于竞争系数比为正值，从中可以看出重庆大学国家大学科技园对北碚国家大学科技园的作用a1稍大于北碚国家大学科技园对重庆大学国家大学科技园的作用a2。 4.3 种群自然增长率和创新承载力参数求解
由于重庆大学国家大学科技园与北碚国家大学科技园累计孵化企业个数均符合Logistic模型，从而可根据Logistic模型推论两家科技园孵化企业的自然增长率r1与r2，检验结果如表3所示。其中：模型的总体拟合度分别为0.898与0.920，拟合效果均较为理想。
表3 案例创新生态系统Logistic曲线拟合模拟度园区名称 R R方 调整 R 方 标准
误差重庆大学国家大学科技园 0.898 0.806 0.774 0.071北碚国家大学科技园 0.920 0.846 0.820 0.080
同时，通过对重庆大学国家大学科技园与北碚国家大学科技园孵化企业数量Logistic曲线模型的方差分析（见表4），其显著性水平（P值）分别为0.002与0.001，模型具有显著性的统计学意义。
表4 案例创新生态系统Logistic曲线模型方差园区名称 项目 平方和 均方 Sig.重庆大学国家大学科技园 回归 0.127 0.127 0.002残差 0.030 0.005总计 0.157北碚国家大学科技园 回归 0.211 0.211 0.001残差 0.038 0.006总计 0.249 基于上述检验分析可得原始模型方程有效。根据表5的Logistic曲线模型回归分析结果可知，重庆大学国家大学科技园与北碚国家大学科技园的知识数量自然增长率分别为r1=0.924与r2=0.922，两者差异较小；根据上述测算出的两大种群竞争系数为1.447，由此比率设定a2=1，a1=-1.447。
表5 案例创新生态系统Logistic曲线模型回归结果重庆大学国家大学科技园项目 未标准化系数 标准化系数 T Sig.B 标准误 Beta个案顺序 0.924 0.010 0.407 91.015 0.000（常数）0.037 0.001 18.024 0.000因变量为ln(1/重庆大学)北碚国家大学科技园项目 未标准化系数 标准化系数 T Sig.B 标准误 Beta个案顺序 0.922 0.012 0.399 80.952 0.000（常数）0.021 0.001 16.031 0.000因变量为 ln(1/北碚)
4.4 种群模型仿真与预测
将测算得出的LV模型各项参数值，r1=0.924、r2=0.922、K1=115、K2=98、a1=-1.447、a2=1代 入 原始方程式（1）得：
利用Matlab 7.0对式（6）进行数值模拟，结果如图4所示。仿真结果显示，在外部环境生态系统理想的情形下，二者在经历高速率的成长之后，最终以稳定的速
率协同进化。在现有创新能力和规模的情况下，北碚国家大学科技园这一创新种群的发展趋势可能出现逐步缩减，并在某一时间区间内其规模水平与重庆大学国家大学科技园的创新与技术规模持平；同时，在整个创新生态系统，通过二者的协同演化，重庆大学国家大学科技园凭借自身较强的创新能力，以较高的增长速率稳步上升，且演化后的发展速度明显优于北碚国家大学科技园。 图4 案例创新生态种群数值模拟结果
本文认为，累计毕业企业数量在一定程度上反映的是园区技术与知识创新成果和能力，在孵企业数量则代表园区整体创新与知识规模和创新主体丰富性。北碚国家大学科技园结合西南大学的优势资源，主要以农业生物高新技术为主，研究成果转化率高，其累计毕业企业数量自2009年后略高于重庆大学国家大学科技园，而在孵企业个数整体稍低于重庆大学国家大学科技园；重庆大学国家大学科技园则集合光电、通信等多领域发展，重点研究光机电一体化、电子信息、生物医药、新材料和环保技术，研究规模较大、研究周期相对较长，在孵企业数量在科技园成立初期为峰值，经过优胜劣汰仍然保持着较大规模。通过模型仿真结果我们发现，累计毕业企业数量虽在一定程度上反映了科技园知识产出与转化的能力，但其并不能成为衡量与预测国家大学科技园这一生态系统发展是否健康的指标；而在孵企业数量在一定程度上反映了科技园中系统内部创新主体之间共生与互动规模，对于创新生态系统的持续性发展显然具有更重要的影响。这也说明在创新生态系统中，创新主体的多样性与资源丰富性是其健康发展的关键因素之一。
总之，在创新生态系统中，种群之间既合作也竞争，竞争与合作相互转化、共同推动整体发展。创新活动是多个创新利益相关者交流互动的结果，各个创新主体在此过程中相互依赖。高校作为区域创新知识与技术发展的重要源泉，其所形成的项目合作、企业创立、人员支持等知识转移机制有效地推动了隐性知识在创新生态系统中的内部转移。作为重庆市所属的两所国家大学科技园，二者在增强各自特色产业
与技术研发的同时，更加要注重相互之间的协同合作，在政策资源、人才要素、技术创新等方面实现优势互补，从而形成竞争、合作共赢的局面，最终促进整个区域创新生态系统的自生演进与良性发展。 5 结论与建议
本文通过引入Lokta-Volterra模型来模拟研究以高校为主导的创新生态系统主要群种的动态演进过程，并结合重庆大学国家大学科技园与北碚国家大学科技园实际进行仿真模拟，主要得出以下结论：
（1）以高校为主导的创新生态系统要坚持以高校为支撑力量，致力于形成协同共生的生态化局面。当今社会由工业经济向知识经济转变，企业与组织靠不断的知识创新来获取竞争优势； 而高校除了起着传统的提供训练有素的人员和基础知识的作用外，还是信息、技术和区域发展的源泉，由于高校同时具备知识创造与扩散的功能，这就要求高校更要承担起技术创新与知识扩散的支撑性力量角色，将其有组织的学习形式以更有效的形式，将分散的、流动的、随个人而变动的知识聚集并形成知识创新效益，进而形成协同共生的生态化局面。重庆市两所国家大学科技园要充分利用高校的科研力量、先进的实验设备，结合自身优势产业，切实形成辐射引领、科技发展的创新源泉，从而推动重庆市及其周边地区的产业升级和结构调整。 （2）大学科技园作为区域创新生态系统的重要组成部分，要积极融入地方发展，密切实施或参与国家和地方的创新政策，积极面向市场构建多样性与多元化网络，满足系统内不同种群的需求。可以说，各地区创新生态系统的稳定运行仅仅依靠研究型大学自身的力量是不够的，还需要其他组织的参与及制度的保障来推动系统内各主体的多样化资源得到有效利用。作为我国西部地区重要的经济中心城市，北碚国家大学科技园与重庆大学国家大学科技园是重庆市重点建设的科技创新和成果转化基地，其在推动本地区创新生态系统演进过程中发挥着至关重要的作用，然而从模型分析可得知，二者的竞争合作关联度相对较低且发展速度有所放缓。这主要是
基于当前我国国家大学科技园的协同创新还停留在技术转让、合作开发、委托代理等较低层次的合作上，而共建研发机构、技术平台，形成技术与产业联盟等高层次的合作还处于探索发展阶段。
（3）大学科技园要成为创新生态系统的有机组成部分，反哺作用于高校这一创新主体。从整体功能上，大学科技园的作用不仅是推动高科技成果的孵化和转化，发挥集聚人才、凝聚高新科技和产业技术的内引力，更应助推创新人才培养。学习是创新过程的本质，教育功能更加有利于个体间的互动及隐性知识的流动。当大学科技园发展到一定规模与水平时，高校更要利用其资源优势推进产、学、研一体化发展，将孵化企业的成功经验与平台反哺高校的课程与教学，结合实际真正培养出高素质的技术与管理人才。从本文的模型分析结果可知，只有创新人才主体丰富化、多元化、层次化，才能带动更多创新资源与知识的流动与发展，国家大学科技园才能持续性进步。
（4）大学科技园要主动链接创新生态系统外部要素，积极参与地区、国家和国际上的网络与交流平台，为企业发展提供更多机会。尽管从本文的分析结果可知，内部创新主体的多元化对科技园发展具有重要影响，但外部创新资源与平台对于科技园的刺激性创新发展也不容忽视，大学创新、资本运作、商业服务和公共政策在区域创新生态系统的形成与发展中发挥了互相依赖的作用。大学科技园与科技企业孵化器的健康发展会产生大量的创新知识与技术，并通过企业、人才、技术等方式溢出。这也要求大学科技园不仅要主动互相链接，更要积极链接外部的创新要素，从而加剧创新知识与技术的扩散与流动，这对于一个地区的科技创新能力提升和经济发展具有巨大的推动作用。 参考文献：
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