科技創新與城市韌性耦合協調演化研究
——以珠三角城市群為例

趙曉玉，王亞紅*

（鄭州大學管理學院，河南·鄭州450001）

繼“十四五”規劃首次將韌性城市納入國家戰略規劃體系，北上廣等城市在新一輪的城市規劃中也陸續提出韌性城市建設愿景，強調“提升城市韌性是未來城市建設重點”[1]。特別是近兩年以“河南7.20 特大洪澇”和“臺風‘杜蘇芮’引致京津冀暴雨”為典型代表的自然災害不斷沖刷著城市原有治理體系，建設韌性城市和構建彈性屏障更顯必要和迫切[2-3]。城市韌性建設是一項系統性工程，僅靠強力建設難以實現持續性發展，科技創新則可為城市韌性提供多維支撐，科技創新與城市韌性之間存在著良好的協調機制。加之，數字技術的蓬勃發展，韌性城市建設著眼點由原來的“硬件更新”延伸至以數據為基礎的“智慧化服務”，數字技術成為指導和修正韌性城市建設的重要技術，這一延伸也強化了韌性城市對科技創新的依賴度[4]?；诖?，現階段探討科技創新與城市韌性耦合協調關系，對推動科技創新效率穩步提高與韌性城市建設扎實推進具有重要意義。

目前已有的研究多聚焦于科技創新與城市經濟韌性方面，且更側重于科技創新對城市經濟韌性發展的影響。有關科技創新與城市韌性的研究主要集中在三個方面：第一是將科技創新作為一種傳導中介，通過中介傳導效應影響城市經濟韌性的提升。如探討科技創新在金融產業集聚與城市經濟韌性之間的中介作用機制[5-6]，利用面板雙向效應固定模型，從技術創新視角剖析產業數字化對城市經濟韌性的影響[7]，分析技術創新在減少貿易政策不確定性對城市經濟韌性負面影響中的作用[8]。第二是將技術創新視為城市韌性建設的一種驅動力，技術創新可通過優化資源配置、調整產業結構和保障人才供應等維度來提高城市經濟韌性[9]。如從機理層面厘清科技創新賦能韌性城市高質量發展的內在邏輯并提出實施路徑[4]。第三是對區域經濟韌性與科技創新效率的關系進行了交互式分析，發現兩者存在互饋機制[10]。

科技創新與城市韌性之間的關系研究已取得一定進展，但目前仍然存在以下兩方面不足：第一，現有文獻大多將科技創新作為促進城市韌性的一種傳導中介，較少直接討論科技創新對城市韌性的影響，即使討論亦是單維關注科技創新對城市韌性水平的影響，忽略了后者之于前者的反饋效應，有可能誘發內生性問題。第二，研究多聚焦于科技創新與城市經濟韌性之間的關系，而忽略了城市韌性作為一個完整的發展系統與科技創新之間的關聯性。鑒于此，本文將從系統耦合視角出發，在構建科技創新與城市韌性的評價指標體系基礎上，利用耦合協調模型從時空兩個維度探討珠三角城市群科技創新與城市韌性耦合協調關系，以期為地區科技創新與城市韌性協調互促提供現實指導。

1 數據來源和研究方法

1.1 研究區概況

狹義上的珠三角地區包括廣州、佛山等9 個城市（圖1）。其占地面積不足廣東三分之一，但卻集聚了全省53.35%的人口，產出了全省八成的經濟總量，名副其實成為人口聚集多、創新水平高、綜合實力強的城市群[11]。本文選取珠三角作為研究對象，主要依據以下三方面：首先，海陸結合部的特殊區位加之季風海洋氣候影響，快速城鎮化及其人類活動加劇了以臺風、洪澇為代表的自然災害群發特征，威脅著地區生存空間；其次，作為我國科技創新示范高地和科技產業創新中心的重要建設點，珠三角地區扮演著全國科技創新的引領者；最后，珠三角地區雖整體發展迅速，但其內部發展和創新資源分配不均，區域發展差異化愈發明顯，創新能力方面出現了明顯的馬太效應，嚴重削弱著地區韌性建設。因此，珠三角地區既具備典型性，又具備現實性，更能為其他地區示范引領。

圖1 研究區域Fig.1 Study area

1.2 指標體系與數據來源

為科學測算城市韌性與科技創新兩系統之間耦合協調水平，需分別構建城市韌性與科技創新指標體系。就城市韌性系統而言，本文參照前人研究[12-13]，從經濟、社會、生態、基礎設施四個維度構建一級指標并配置20 個二級指標用于具體測算；就科技創新系統而言，本研究則主要從科技創新資源、科技創新環境以及科技創新績效三大層面予以考慮并配置13 個二級指標。最終指標體系如表1 所示。

表1 城市韌性及科技創新水平評價指標體系Table 1 Evaluation index system of urban resilience and STI level

本文研究時間尺度為2010—2020 年，數據來源于《廣東省統計年鑒》（2011—2021 年），以及九市統計年鑒和統計公報。部分年份缺失數據使用插值法補齊。

1.3 核算方法與模型構建

（1）熵值法

上述所構建的城市韌性與科技創新系統指標體系需要選擇科學的方法賦予指標權重。本研究將采用熵值法為城市韌性與科技創新系統賦予權重[14]。

（2）耦合協調度模型

為探討珠三角城市韌性與科技創新耦合協調發展狀況，本文引入耦合協調模型，分別測算耦合指數C 與協調指數T，以期獲得耦合協調指數D，來全面反映研究區兩系統的耦合協調情況。模型如下：

式中：C 為城市韌性與科技創新兩大系統之間的耦合度，SE是城市韌性水平，SU是城市科技創新水平值。

進一步可以建立以下模型詳細測算二者之間的耦合協調度，即：

式中：α、β 分別代表城市韌性、科技創新的重要程度。本文認為兩者同等重要，故α、β 分別設定為0.5。

由此計算耦合協調指數D：

D 值越大，表明城市韌性與科技創新水平之間的協調發展水準越高；反之，兩者之間的協調發展水準越低。為清晰展現兩者之間的耦合協調關系，本文對兩個系統的耦合協調度值進行了基本分類，并劃分為6 個等級（表2）。

表2 耦合協調度等級評價標準Table 2 Evaluation criteria for coupling coordination level

2 珠三角城市群城市韌性與科技創新的時空特征分析

2.1 城市韌性度指數分布特征

通過對數據進行綜合測算，得到珠三角城市群2010—2020 年的城市韌性度指數（表3）。

表3 2010—2020 年珠三角城市韌性度指數Table 3 Urban resilience index in the Pearl River Delta from 2010 to 2020

從城市群整體看，珠三角城市群城市韌性指數整體上呈現波浪式上升態勢。城市韌性平均指數由2010 年0.330上升至2020 年0.503，增幅較明顯，達到52.89%，表明珠三角城市群韌性水平不斷提升，城市建設日漸完備，應對風險的能力愈發提高。

從單個城市來看，珠三角地區各市的韌性水平均呈增長態勢。研究期內城市韌性水平較高的有廣州、深圳、佛山、珠海、東莞五個城市，其城市韌性平均指數均超過0.35。而廣州、深圳韌性平均指數更是超過了0.55，二者作為珠三角甚至廣東省的“領頭羊”，一直領跑全省經濟，并成為珠三角地區城市韌性發展的“峰值區域”。其余城市如中山、惠州、江門以及肇慶市主要位于珠三角東西邊緣地帶，其城市韌性平均水平較為落后，平均指數均低于0.35，成為珠三角地區城市韌性發展的“塌陷區域”，表明該部分城市硬件供應相對欠缺，對災害的抵抗力不足以及災后的自我恢復速度相對遲緩，城市脆弱性顯著。

盡管廣州、深圳的城市韌性度已遠超其他城市，但就珠三角地區韌性水平而言整體偏低，加強韌性建設仍然是未來該區域發展的重點。應重視將韌性理念融入區域規劃，深入研究珠三角城市群空間發展結構與其他各類系統互相影響的作用機理與傳導路徑，強化韌性管控，以增強城市發展協同性。

2.2 科技創新指數分布特征

通過對數據進行綜合測算，得到珠三角城市群2010—2020 年的科技創新水平的綜合評價值（表4）。

表4 2010—2020 年珠三角城市科技創新指數Table 4 Urban science and technology innovation index in the Pearl River Delta from 2010 to 2020

從城市群整體看，研究期內珠三角城市群科技創新指數呈現持續上升的態勢。其中，2010 年科技創新平均指數為0.103，2020 年創新平均指數則達到0.307，增幅高達198.06%，遠超韌性增幅。2020 年，珠三角城市群總體R＆D 經費支出占GDP 比重為2.87%，超過了全國平均水平（2.41%）。地區科技創新水平總體較高，但部分城市絕對數值仍然偏低，反映出部分城市科技創新投入欠缺，也束縛了區域創新能力提升和制約區域協調發展。

從單個城市來看，研究期內科技創新指數較高的城市僅有深圳和廣州，均超過0.3。其中，深圳成為珠三角科技創新指數分布空間格局中的最高值區域，表明深圳創新研究氛圍良好，高新技術產業和先進制造業密集是深圳發展科技創新的最大優勢。但相較于廣州的優質高校資源，深圳市則缺少“雙一流”高校及學科的支撐。加之，深圳產業結構特征，對低端勞動力需求旺盛，外來務工人員眾多，受教育程度低，造成其每萬人高校學生人數遠低于廣州和其他城市，這表明教育資源匱乏已經成為制約深圳科技創新的最大因素，未來深圳應持續加快人才引進并獲取更多教育資源以推動科技創新水平持續提升。相對而言，肇慶、江門、惠州，中山等其余城市科技創新水平偏低，科技創新平均指數均處于0.2 以下，此類城市遠離珠三角中心區域，處于圈層最外圍，中心城市的輻射效應相對不足。加之自身創新資源、環境、績效的各項指標也遠低于其他城市，自然成為創新水平低值區。

從科技創新指數的變化趨勢來看，珠三角各市11 年間科技創新水平均有不同程度的提升，但其內部城際差異化明顯。表明珠三角區域科技創新水平發展存在嚴重的兩極分化，如何更好地支持惠州、江門、中山和肇慶科技創新效率提高，促進珠三角區域內均衡發展是未來實現珠三角城市群高質量發展的關鍵一步。

3 珠三角城市群城市韌性與科技創新水平的耦合協調度測度

3.1 時間分布特征

根據城市韌性度與科技創新水平的綜合評價值，利用耦合協調度模型求出2010—2020 年珠三角城市群各市的城市韌性與科技創新水平的耦合協調度（表5 和圖2）。在此基礎上，得出研究期內各市耦合協調度指數的變化態勢以及空間分布格局。

表5 2010—2020 年珠三角城市群城市韌性與科技創新水平耦合協調度Table 5 The coupling coordination degree of urban resilience and scientific and technological innovation level in the Pearl River Delta urban agglomeration from 2010 to 2020

圖2 珠三角城市韌性與科技創新水平耦合協調度分布(a)及其平均值變化(b)Fig.2 Distribution of the coupling coordination degree between urban resilience and technological innovation in the Pearl River Delta (a) and its average change (b)

2010—2020 年，地區城市韌性與科技創新耦合協調水平呈向好態勢，逐步由期初輕度失調階段過渡到研究期末初級協調階段，橫跨三個階段，具體如下：

2010—2011 年，地區城市韌性與科技創新耦合協調水平較低，處于輕度失調階段。據統計，珠三角2010 年至2014 年地方科技財政撥款占地方財政支出的平均比例僅為2.53%，科技創新經費投入不足，限制了珠三角科技創新產出與轉化效率。同時，這一階段，城市建設落后，硬件配套缺乏，城市韌性建設舉步維艱。因此，此階段兩系統自身問題明顯致使兩系統間耦合協調水平處于輕度失調狀態。2012—2017 年，城市韌性與科技創新發展水平穩步提升，處于勉強協調階段。城市韌性指數雖仍然高于科技創新指數，但兩者之間的差距在不斷縮小，逐漸趨于同步發展。2018—2020 年，城市韌性與科技創新耦合協調水平持續向好，進入初級協調階段。此階段珠三角地區進一步加大科技創新投入，注重創新產出與轉化效率的提高，為城市韌性系統的建設與發展提供了技術支撐，促進了城市韌性的提升，而城市韌性的建設又反饋于技術創新，兩系統的協調關系初步形成。

3.2 空間分布特征

為厘清研究區城市韌性與科技創新耦合協調水平的空間變化特征，本文運用ArcGIS10.3 對珠三角2012、2014、2016、2018 與2020 年9 市耦合協調水平進行空間呈現（圖3）。分析結果顯示：耦合協調水平較高的城市大都聚集在珠三角的中心城市地帶，中部次之，外圍最低，總體上形成了“中心—外圍”耦合協調水平逐漸遞減的“圈層”空間格局特征。具體而言：

圖3 典型年份珠三角城市群城市韌性與科技創新水平協調性空間格局Fig.3 Spatial pattern of urban resilience and scientific and technological innovation level coordination in Pearl River Delta urban agglomerations in typical years

一方面，就珠三角各市耦合協調水平變化趨勢而言，研究期內失調水平被勉強、初級協調地區替代，中級協調地市雖少但有增多態勢。2010 年珠三角多數城市均處于嚴重失調與輕度失調狀態；2014 年兩系統的耦合協調水平有所提升，部分城市如惠州市、珠海市已經進入了勉強協調階段，而廣州和深圳已經處于初級協調發展行列；伴隨耦合協調水平進一步提升，至2020 年珠三角區域44.44%的城市已經步入初級或中級協調發展階段；另一方面，勉強與初級協調區域逐漸由中心地帶向周邊擴展。2010 年珠三角僅有廣州與深圳分別達到了勉強協調狀態與初級協調狀態，其余地市處于嚴重與輕度失調狀態；至2018 年這一現象發生了明顯改觀，除肇慶外珠三角各市均已完成由失調階段向協調階段的跨越；至2020年珠三角各地市徹底擺脫了不協調階段，與此同時，深圳市開始步入中級協調階段，初級協調區域相對減少，伴隨兩系統的持續優化，未來中級協調區域將持續擴展。

4 研究結論與建議

4.1 研究結論

本文以珠三角城市群為研究對象，在構建城市韌性與科技創新指標體系的基礎上，采用熵值法、耦合協調模型等衡量了城市韌性與科技創新的發展情況，在此基礎上探討了兩者之間的耦合協調關系，彌補了城市韌性與科技創新雙向關系研究的不足的現實問題，又強化了區域一體化視角下的韌性城市建設路徑，具有理論和現實導向性。研究結果表明：

（1）2010—2020 年珠三角城市群城市韌性與科技創新水平均獲得較快發展，但各城市之間差異明顯，各系統自身水平均呈現“中間高，邊緣低”的空間分布特征?？萍紕撔轮笖档哪昃鲩L率遠高于城市韌性，主要得益于國家對于珠三角地區科技創新財政的支持與投入，以及對當地高新科技產業的大力扶持與發展，珠三角科技創新勢頭強勁。

（2）城市韌性與科技創新耦合協調指數由2010 年的0.285 增長至2020 年的0.427，已由輕度失調階段逐步過渡到勉強和初級協調階段，城市韌性與科技創新之間的相互作用在不斷加強。目前兩系統雖然已進入初級協調階段，但主要是科技創新對城市韌性的驅動作用在發揮主導作用，若要持續推進兩系統的良性互動協調發展，還需進一步激活城市韌性對于科技創新發展的驅動激勵作用。

（3）無論是珠三角城市群城市韌性與科技創新兩系統各自發展水平的測算，還是兩系統間耦合協調的分析，各市之間均存在明顯差異，在空間上顯現為由中心向外圍逐漸遞減的分布態勢，一定程度說明“廣州、深圳”為中心的輻射帶動作用隨著距離增加相對減弱，繼續發揮核心城市帶動作用，培養新的增長極，縮小城際之間的差異是未來珠三角地區由初級協調跨越至中/高級協調階段的關鍵路徑。

4.2 政策建議

（1）推進珠三角城市韌性建設與科技創新高效發展。目前珠三角城市韌性與科技創新耦合協調雖已處于協調階段，但是協調質量較低，仍有很大優化空間。由耦合協調模型可知，著力提高兩系統的各自發展水平是提升珠三角地區耦合協調水平的基礎。一方面，政府應該加大科技資源投入力度，重視科研成果轉化效率，健全科技研究激勵制度，積極引進創新型人才，推動創新成果與城市建設有效融合，主動服務城市韌性建設，為城市韌性建設持續賦能。另一方面，珠三角要抓住城市韌性建設機遇，借助外在驅動力，如財政扶持、人才保障等基礎上，激發城市發展活力，加快城市韌性系統建設。

（2）制定珠三角城市韌性與科技創新耦合發展規劃。目前單一的城市韌性與科技創新均受黨和政府高度重視，但對兩者耦合互饋發展缺乏全盤審視，由此也引致了科技創新供給側與城市韌性建設需求側之間的不匹配問題。因此，一方面，政府應認識和強化韌性城市建設與科技創新發展間的互動關系，在重大戰略或者地方規劃中融入城市韌性與科技創新耦合長期發展規劃，共建城市韌性與科技創新協同發展體制機制。另一方面，各地方政府要依據實際情況，適時調整、優化短期規劃，為推動城市韌性與科技創新互促共進、良性互動的形成提供科學政策支持，進而最大程度上實現兩者的耦合協調發展。

（3）協調區域間城市韌性與科技創新耦合協調發展。珠三角兩系統耦合協調水平的區域差異顯著，中部核心地帶廣州、深圳耦合協調水平領先，但邊緣地帶還處于弱勢地位。因此關注珠三角邊緣地帶，逐步縮小區域間的差距是未來工作重點。一方面，加大對于珠三角邊緣地帶城市創新的扶持力度，同時借鑒深圳、廣州等發達地區的創新發展經驗，立足本區域發展特征，對接邊緣地帶高新技術產業發展，提升服務邊緣地區韌性建設的能力。另一方面，深化珠三角區域內部間的協作，借助廣州、深圳等中心城市的資金、人才等優勢，發揮輻射帶動作用，推動構建資源共享平臺，最終推進珠三角各市一體化發展。