葉 鷹,魯特·萊茲多夫,武夷山

(1.南京大學(xué) 信息管理學(xué)院 江蘇 南京 210023，2.阿姆斯特丹大學(xué) 傳播研究學(xué)院，阿姆斯特丹,荷蘭 3.中國科學(xué)技術(shù)信息研究所，北京 100038)

一、引言

20世紀(jì)90年代以來，有關(guān)知識經(jīng)濟和創(chuàng)新管理的理論推陳出新，三螺旋理論就是其中之一。在科學(xué)理論上，雖然三螺旋之說源自1953年Linus Pauling等在生命科學(xué)領(lǐng)域里的錯誤假說(認(rèn)為DNA由三鏈構(gòu)成，隨后被James Watson和Francis Crick正確的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)所取代)，但其思想?yún)s啟發(fā)后人在社會科學(xué)領(lǐng)域開拓前行：繼三元理論[1]和國家創(chuàng)新系統(tǒng)[2-3]之后，三螺旋(Triple Helix，縮寫為TH)理論問世[4]，很快以其獨特新穎的理論見解和定量方法為社會動力學(xué)和管理創(chuàng)新研究注入活力，發(fā)展成為能有效測度和量化分析大學(xué)-產(chǎn)業(yè)-政府(University-Industry/Business-Government，縮寫為UIG或UBG)之間相互作用的理論方法，如同發(fā)現(xiàn)了經(jīng)濟社會的DNA，揭示出驅(qū)動管理創(chuàng)新的“基因”。

三螺旋理論試圖找出創(chuàng)新主體相互作用的機理和持續(xù)創(chuàng)新的動力機制及定量測度，彌補了已有創(chuàng)新理論的不足，一經(jīng)提出便受到強烈關(guān)注，影響日益廣泛。在國際上，大學(xué)-產(chǎn)業(yè)-政府三螺旋已成為創(chuàng)新研究主流理論之一，并在實踐中彰顯出強勁的生命力。在創(chuàng)始人的持續(xù)推動下，三螺旋理論與方法引起軟科學(xué)界尤其是科技管理學(xué)、公共管理學(xué)、管理社會學(xué)的高度重視，不斷激發(fā)出創(chuàng)新思維的火花。特別是基于信息論發(fā)展出三螺旋模型的定量分析方法之后，三螺旋模型的理論研究和實證應(yīng)用更加活躍。有鑒于此，本文在概述三螺旋模型理論研究進展基礎(chǔ)上針對其定量分析方法進行深入研討。

二、三螺旋模型國內(nèi)外研究進展

1995年，Henry Etzkowitz(已有中譯名亨利·艾茨科威茲)和Loet Leydesdorff(已有中譯名洛埃特·雷迭斯多夫和勞埃特·雷德斯多夫，建議統(tǒng)一為魯特·萊茲多夫)在歐洲科學(xué)技術(shù)研究協(xié)會主辦的EASST Review上發(fā)表開創(chuàng)性論文The Triple Helix of University-Industry-Government Relations: A Laboratory for Knowledge-Based Economic Development[4]，標(biāo)志著三螺旋模型誕生。三螺旋模型有別于三元模型、國家創(chuàng)新體系等線性模型，是一種螺旋型模型，描述了大學(xué)-產(chǎn)業(yè)-政府三方在創(chuàng)新過程中密切合作、相互作用但也保持相對獨立的創(chuàng)新模式。圖1是與生命周期曲線相配合的三螺旋模型示意。

圖1 與生命周期曲線配合的三螺旋模型示意圖(圖中橫軸表示時間，縱軸表示利潤或銷售額，來源：百度圖庫)

在三螺旋模型中，大學(xué)(University，簡記為U)作為知識生產(chǎn)的基地，保證新知識和新技術(shù)的來源，是知識經(jīng)濟的生產(chǎn)力要素；產(chǎn)業(yè)(Industry或Business，簡記為I)是生產(chǎn)的場所，進行產(chǎn)品的生產(chǎn)和服務(wù)的提供；政府(Government，簡記為G)則通過立法等手段來調(diào)節(jié)和維護市場上的契約關(guān)系者，保證穩(wěn)定的相互作用與對等交換。在理論上，三螺旋模型與三元模型和國家創(chuàng)新系統(tǒng)相比較的特點體現(xiàn)在：三元模型強調(diào)國家主導(dǎo)創(chuàng)新，國家創(chuàng)新系統(tǒng)認(rèn)為公司在創(chuàng)新中居于主導(dǎo)地位，而三螺旋理論則認(rèn)為大學(xué)、產(chǎn)業(yè)和政府均可對創(chuàng)新起主導(dǎo)作用，正是其相互作用影響和塑造了創(chuàng)新過程。從運作機理看，三螺旋模型至少可細(xì)分為I型, II型和III型三類[5]：I型三螺旋模型的3個層面由大學(xué)、產(chǎn)業(yè)、政府以機構(gòu)方式確立，其中跨界交互作用媒介有產(chǎn)業(yè)聯(lián)絡(luò)、技術(shù)轉(zhuǎn)移、合同辦公室；II型三螺旋模型由3種不同的聯(lián)通系統(tǒng)定義，包括市場運作、技術(shù)創(chuàng)新、界面控制，這些不同功能的界面以分布式模式運作，該分布式模式產(chǎn)生了作為一種持續(xù)的技術(shù)轉(zhuǎn)移界面或者在專利立法情況下的潛在聯(lián)系；III型三螺旋模型是指大學(xué)、產(chǎn)業(yè)、政府交互界面除了執(zhí)行自身的傳統(tǒng)功能外還都承擔(dān)著其他相關(guān)功能，比如大學(xué)就創(chuàng)造了一個產(chǎn)業(yè)的邊緣地帶或者作為一個區(qū)域或地區(qū)創(chuàng)新的組織者而扮演了準(zhǔn)政府的角色。此外，也有α-型, β-型, γ-型等劃分[6]。

三螺旋創(chuàng)始人在會議綜述Emergence of a Triple Helix of University-Industry-Government Relations[7]中強調(diào)三螺旋的螺線性，這是公共、私人以及學(xué)術(shù)機構(gòu)在多種層面的反復(fù)重疊關(guān)系，重疊關(guān)系的存在孕育著新的職能組合：大學(xué)不僅僅起著傳統(tǒng)教育機構(gòu)的教學(xué)培訓(xùn)作用，同時也通過與產(chǎn)業(yè)合作或者下設(shè)子產(chǎn)業(yè)而起到直接將理論知識投入到實際生產(chǎn)的作用，甚至有了“創(chuàng)業(yè)型大學(xué)”的提法；而產(chǎn)業(yè)在生產(chǎn)產(chǎn)品、開拓市場的同時，也注重對人的教育，通過各種形式的講座和培訓(xùn)來提高員工的相關(guān)技能和綜合素質(zhì)，在此情形，產(chǎn)業(yè)也起著大學(xué)教育的作用。事實上，有些大企業(yè)就自己創(chuàng)辦、運行著適合本行業(yè)需求的特殊大學(xué)[8]政府也不再滿足于只充當(dāng)場調(diào)節(jié)者，而是積極推動知識生產(chǎn)與知識轉(zhuǎn)移，美國各州州政府在這方面的作為就很突出。1998年，在會議總結(jié)The Triple Helix as a Model for Innovation Studies[9]中，Etzkowitz和Leydesdorff指出三螺旋模型可用作知識經(jīng)濟中分析創(chuàng)新的主要模型，可以揭示出“基因型”創(chuàng)新機理(而復(fù)雜動力學(xué)可揭示出“表象型”)，并開啟區(qū)域化和全球化的差異性研究。在2005年的合作論文《A Comparison of the Knowldge-based Innovation Systems in the Economics of South Korea and the Netherlands Using Triple Helix Indicators》[9]中，測量三螺旋模型的量化指標(biāo)得到實際應(yīng)用。

1996年以來，世界上已經(jīng)召開了11次專門討論三螺旋的國際會議(http://www.leydesdorff.net/th2/index.htm)，情形歸納如表1所示。

表1 三螺旋模型11次國際會議要覽

在國內(nèi)，三螺旋模型的引進于2000年起步，迄今已發(fā)表正式論文30余篇[10]。2003年起，國內(nèi)學(xué)者開始系統(tǒng)消化三螺旋模型[11-12]，方衛(wèi)華指出三螺旋模型代表了精確描述創(chuàng)新系統(tǒng)中正在出現(xiàn)的制度結(jié)構(gòu)，并開啟了對創(chuàng)新過程的動力學(xué)研究。2005年以來，以王成軍和周春彥為代表的一批學(xué)人持續(xù)努力[13-15]，推進了三螺旋模型研究，其中周春彥翻譯并評述了Etzkowitz和Leydesdorff 的相關(guān)論著[16-18]，并和Etzkowitz一起提出雙三螺旋[19]；王成軍在論文《中外三螺旋計量比較研究》[14]中分析了Leydesdorff的三螺旋算法，應(yīng)用于中國時得出政府主導(dǎo)結(jié)果；其他實用研究也層出不窮[20-24]?？傮w看來，國內(nèi)研究基本保持了跟蹤國際發(fā)展的態(tài)勢，尤其是激發(fā)出國內(nèi)管理學(xué)界的廣泛興趣。

三、三螺旋模型量化分析方法

三螺旋模型與三元模型和國家創(chuàng)新系統(tǒng)等創(chuàng)新理論相比的最大特點是系統(tǒng)發(fā)展出了量化分析方法，這也正是三螺旋模型的優(yōu)勢所在。三螺旋模型的定量方法植根于互信息測度，淵源于Shannon信息熵。

按照Shannon信息論[25]，事件ai發(fā)生所引起的自信息量I(ai)=-logp(ai)代表的含義是：事件ai發(fā)生之前發(fā)生ai的不確定性或事件ai發(fā)生之后ai所提供的信息量。由于自信息是一個隨機變量，不能作為整個信源X的信息測度，其不穩(wěn)定程度可用概率分布px來表示，信息論的創(chuàng)新即在于用自信息的數(shù)學(xué)期望亦即信源的平均自信息量作為整個系統(tǒng)的信息測度，這就是一維變量X的信息熵(若乘以 常數(shù)kB，則成單位為J/K的熱力學(xué)熵)：

(1)

基于二維變量X,Y概率分布的不確定性也可定義概率熵：

(2)

以上公式中取2為對數(shù)底時，信息熵的單位是無物理量綱的比特(bit)；取e為對數(shù)底時，信息熵的單位是無物理量綱的奈特(nat)；取10為對數(shù)底時，信息熵的單位是無物理量綱的哈特(hart)。1 hart=3.32 bit, 1 nat=1.44 bit。

與Shannon信息熵不同的是：三螺旋算法采用基于互信息(Mutual information)的構(gòu)型信息(Configurational information)作為測度[26-27]，描述X、Y相互作用不確定性的互信息Hxy和轉(zhuǎn)接度(Transmission)Txy定義為：

TXY=(HX+HY)-HXY

(3)

若分布完全獨立，有HXY=HX+HY，則TXY=0。

對于三維 (X,Y,Z)相互作用，以互信息表征的轉(zhuǎn)接度稱為協(xié)合度(Synergy)，計算公式為[28]：

TXYZ=HX+HY+HZ-HXY-HXZ-HYZ+HXYZ

(4)

與信息熵總為正值不同，表征協(xié)同程度的協(xié)合度T可正可負(fù)，協(xié)合度越負(fù)，X、Y、Z之間兩兩交互作用越強。有關(guān)正負(fù)交互作用的討論可參考文獻[29]。

當(dāng)X=U, Y=I和Z=G時，式(4)就是測度UIG(大學(xué)-產(chǎn)業(yè)-政府)三螺旋相互作用(三螺旋算法TH)的基本公式。計算時兩種算法取向：右旋方向表征信息疊加(相當(dāng)于三原色調(diào)色的減色法)，左旋方向表征冗余疊加(相當(dāng)于三原光配色的加色法)，如圖2所示。

圖2 UIG相互作用的計算取向(來源：Leydesdorff’s PPT for lectures)

協(xié)合度算法是取冗余測度，協(xié)合度的正、負(fù)揭示的是全球化和區(qū)域化動力學(xué)意義[30]。當(dāng)用T值測量時，T負(fù)值越大，區(qū)域化的U、I、G兩兩相互作用越強；T正值越大，則表示全球化程度越高(T為正值時，則表明U、I、G獨立性高，兩兩相互作用較弱，但三者協(xié)合作用強)；亦即負(fù)值指向區(qū)域化，而正值指向全球化。實際上，Ulanowicz在優(yōu)勢理論中也提出過用雙邊或三邊關(guān)系的互信息作為協(xié)合度[31-32]，并建議用圖2循環(huán)表征三類要素之間潛在的自動促進作用[33]。

上述互信息算法還可拓展到四維乃至多維[34-37]，但應(yīng)注意多維模型中正負(fù)號的奇偶變化。2-4維的計算程序見http://www.leydes- dorff.net/software/th4 。

值得提示的是：三(多)螺旋算法具有一般方法意義[38]，可以適合一切以概率分布為基礎(chǔ)的三(多)元關(guān)系分析。只要能計算三(多)元關(guān)系的概率分布，就可以通過互信息計算其交互作用。但應(yīng)注意，協(xié)合度不是創(chuàng)新大小或創(chuàng)新力的測度，T只是協(xié)同和合作程度的一種度量。

在具體計算UIG協(xié)合度時，數(shù)值可以取任何能有效區(qū)分出U、I、G含義的可比數(shù)據(jù)，例如，論文、專利、地理標(biāo)識等。把三螺旋計算擴展為多螺旋計算時，也應(yīng)注意統(tǒng)計數(shù)據(jù)的可比性。同時，應(yīng)正確理解計算數(shù)據(jù)涵義。

四、典型應(yīng)用案例及討論

這里提供作者近年參與研究的3個典型案例作為三螺旋模型的應(yīng)用參考。

第一個案例從一個時間斷面(2011年)用代表性國家的WoS論文數(shù)據(jù)來計算(靜態(tài))協(xié)合度[27]，圖3是按照各國T(uig)值的大小進行排序后的結(jié)果。

圖3 2011年各國T(uig)分布數(shù)據(jù)來源: Ye et al., 2013, p. 2321

圖3左側(cè)T(uig)負(fù)值較大的國家表明其國內(nèi)大學(xué)、產(chǎn)業(yè)和政府之間的兩兩協(xié)合較多，如印度、印尼、日本等，其科研體系比較區(qū)域化或國內(nèi)化；右邊T(uig)負(fù)值較小的國家表明其國內(nèi)大學(xué)、產(chǎn)業(yè)和政府的兩兩協(xié)合較少但大學(xué)、產(chǎn)業(yè)和政府分別行動的情形較多，或三方協(xié)合較多，且科研體系更加全球化或國際化，如德國、中國、韓國等。值得一提的是：對中國而言，如果把中國科學(xué)院和中國社會科學(xué)院作為大學(xué)看待(CAS as U)，則中國的協(xié)合度趨向全球化；而如果把中國科學(xué)院和中國社會科學(xué)院作為政府機構(gòu)看待(CAS as G)，則中國的協(xié)合度趨向區(qū)域化。

第二個案例用一段時間區(qū)間(1973-2005)的(動態(tài))協(xié)合度來展現(xiàn)一個國家大學(xué)、產(chǎn)業(yè)和政府之間的協(xié)作演化[39]，圖4是韓國情形。

從圖5可見，日本的T(uig)穩(wěn)步提升(負(fù)的絕對值逐步減小)，表明在1981-2004期間日本的科研體系曾有過從國內(nèi)協(xié)作向國際協(xié)作發(fā)展的歷程，其間大學(xué)-產(chǎn)業(yè)之間的合作 T(ui)逐步衰減，而大學(xué)的國際合作T(uf)則穩(wěn)步增加。圖中也標(biāo)出了1990年代以后的四螺旋T(uigf)數(shù)據(jù)。

圖4 1973-2005年韓國按共作者關(guān)系計算的三螺旋協(xié)合度數(shù)據(jù)來源: Park & Leydesdorff, 2010, p.645；補加趨勢線

圖4數(shù)據(jù)源自韓國的SCI論文統(tǒng)計，四種趨勢線標(biāo)在圖中：1980年代中期以前體現(xiàn)專制化，1980年代中期至1990年代初期體現(xiàn)民主化，1990年代中期體現(xiàn)自由化，1990年代后期至21世紀(jì)初體現(xiàn)全球化，而后則穩(wěn)定于區(qū)域化和全球化之間。

第三個案例是同時計算協(xié)合度、轉(zhuǎn)接度以及把國際合作作為第四維度的四螺旋之日本實例[36]，如圖5所示。

圖5 1981-2004年間日本論文的大學(xué)(u)、產(chǎn)業(yè)(i)、政府(g)、共作者(f)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)來源: Leydesdorff & Sun, 2009：783

以上案例均基于論文數(shù)據(jù)。此外，三螺旋計算也可采用專利數(shù)據(jù)、地理信息、組織特征等類型的可比數(shù)據(jù)進行[40-42]，形成各類應(yīng)用[43-46]。

應(yīng)該說明：由于噪音數(shù)據(jù)客觀存在，會引起結(jié)果誤差，導(dǎo)致TH方法存在局限；但這類誤差屬于系統(tǒng)誤差，故結(jié)論仍可參考。此外，以下思路或許可供改善三螺旋定量方法存在的不足：(1) 作者之間的合作不一定是各自工作機構(gòu)間的合作，因而按機構(gòu)地址分析存在缺陷，可考慮采用除地址外的其他數(shù)據(jù)；(2) UIG之間的技術(shù)交易、技術(shù)轉(zhuǎn)讓、技術(shù)咨詢、技術(shù)服務(wù)合同數(shù)量及所涉金額可能比合著論文、共同發(fā)明等指標(biāo)更能反映UIG之間的真實關(guān)聯(lián)，可用作新的數(shù)據(jù)源；(3) 國際合作中會新的UIG關(guān)系，這些關(guān)系在國家內(nèi)部的UIG格局里沒有體現(xiàn)，可用于其他定量方法設(shè)計或創(chuàng)新動力學(xué)研究[47-50]。

五、小結(jié)

綜上所述，三螺旋模型已在國內(nèi)外產(chǎn)生了積極影響并獲得廣泛應(yīng)用，了解和掌握其理論與方法對理解和運用三螺旋模型至關(guān)重要，本文側(cè)重闡明并研討其定量方法，以彌補已有翻譯介紹之不足。

協(xié)合度T作為量化三螺旋的有效指標(biāo)，本質(zhì)上是通過互信息對大學(xué)、產(chǎn)業(yè)和政府交互作用的不確定性進行測度，反映的是大學(xué)、產(chǎn)業(yè)和政府機構(gòu)協(xié)同和合作的程度。當(dāng)用國家數(shù)據(jù)進行實算時，T負(fù)值越大表明大學(xué)、產(chǎn)業(yè)和政府在本區(qū)域內(nèi)的兩兩協(xié)同越多，而正值越大則表明大學(xué)、產(chǎn)業(yè)和政府的國際化或全球化合作以及三方協(xié)同較多。應(yīng)注意T不是創(chuàng)新力大小的度量，只是對大學(xué)、產(chǎn)業(yè)和政府協(xié)同創(chuàng)新時呈現(xiàn)的區(qū)域化和全球化程度的一種相對測度。

總之，三螺旋模型的理論與方法對分析知識經(jīng)濟、量化創(chuàng)新過程等具有實用價值和優(yōu)良前景，希望本文研討有利于促進其在中國的傳播和應(yīng)用。

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