科技投入效率与建筑业发展水平两系统协调发展研究得以进行的前提是两系统之间存在一定的相关关系,这种关系可以用相关度来量化分析。相关度即是两个事物间相互联系的程度。本文在对两系统耦合机理进行定性分析以外,利用所构建的能较好反映科技投入效率与建筑业发展状况的指标体系,选取年鉴数据运用SPSS22.0软件进行相关度分析。

(1)熵值法赋权。权重的确定方法常用的有AHP和熵值赋权法,本研究采取更具客观性的熵值赋权法计算权重。

(2)综合评价指数计算。运用合成法中的线形加权综合得分法计算科技投入效率与建筑业发展水平的综合得分:

U_A(u₁)=∑^a_i=1ω_ix_i U_A(u₂)=∑^b_j=1ω_jy_j(1)

式中,U_A(u₁)、U_A(u₂)表示科技投入效率与建筑业发展水平的综合评价值。

(3)耦合度计算。将科技投入与建筑业发展两个系统通过耦合作用产生的相互影响程度,视为两个子系统的耦合度,以其值反映两系统间相互作用强度。根据耦合理论,多元系统的耦合度模型表达式如下:

式中,U_A(u₁)、U_A(u₂)分别为科技投入效率与建筑业发展水平。耦合度C介于0和1之间。当C趋向1时,科技投入效率与建筑业发展水平的耦合度较大,说明这两个系统之间达到了良性共振耦合,系统将趋向新的有序结构; 而当C趋向0时,科技投入效率与建筑业发展水平的耦合度最小,说明这两个系统之间处于无关状态,系统将向无序发展。

(4)耦合协调度计算。耦合度C作为反映科技投入效率与建筑业发展水平耦合程度的重要指标,对判别两系统耦合作用强度,预警二者的发展秩序等具有十分重要的意义。然而不可忽视的是,由于每个时期的科技投入效率与建筑业发展状况都有交错、动态和不平衡的特性,单纯依靠耦合度,会出现两系统发展程度较低而耦合度偏高的假性判断^[11],不能全面反映系统间的差异性、平衡性和动态性。为此研究引入协调度模型,不仅可以评判不同时期科技投入效率与建筑业发展水平耦合协调程度,还能反映出二者发展水平的相对高低。耦合协调度函数式如下:

T=mU_A(u₁)+nU_A(u₂)D=(T×C)^1/2(3)

式中,D为协调度,C为耦合度,m、n为待定参数,一般取0.5。借鉴已有研究^[10-12],将耦合协调度进行阶段划分(表1)。

表1 耦合协调度D按层级划分标准

回归分析是确定两种或两种以上变量间相互依赖关系的定量统计分析方法。如果耦合协调状态的影响因素有p个,自变量为X_i(i=1,…,p)与随机变量Y之间存在相关关系,即意味着X_i变量取定值后,Y便有相应的值与之对应。另外,为了保证所构建模型能达到预期效果,所选自变量对因变量须有显著的影响。同时也需要测定模型的拟合度,对回归方程、回归系数的显著性检验,判别所构建指标体系中多重共线性的存在。

高技术产业科技投入效率与建筑业发展水平两系统存在复杂的非线性耦合关系,单一指标无法全面反映两者之间的内在作用机理。本研究采用多指标综合评价分析法,依据两系统间互促机理,遵循整体对应、比例适当、全面性以及数据的可获取性等原则。参考已有研究,从人才储备、配置环境、经费投入、成果产出四个方面衡量科技投入效率高低^[13-15]; 从产业投入、环境投入、产业产出三个方面衡量建筑业发展水平^[16-18]。所构建评价指标体系涵盖7个一级指标,准则层含22个具体指标,能较为全面地反映目前科技投入效率与建筑业发展水平的重点内容。指标数据均来源于2008—2018年的《中国统计年鉴》《中国高技术产业年鉴》《中国教育年鉴》《中国建筑业年鉴》。通过MATLAB软件实现所建指标体系的权重计算过程,得出科技投入效率与建筑业发展水平系统的指标权重(表2)。

表2 科技投入效率与建筑业发展水平系统指标权重

将高技术产业科技投入与建筑业发展看作两个独立的系统,二者相互作用、相互依存。其耦合关系主要体现在:①科技投入是建筑产业结构优化升级的驱动力。现阶段建筑业的发展规模严重受制于建设投资,没有实现量的扩张与质的跃迁同频。高技术产业科技投入方向、规模与建筑业发展水平协调,可以有效地提升创新能力及技术转化效率,进而推动建筑业高质量发展。②建筑业发展对科技投入效率有着良好的反馈机制。任凤敏^[19]等研究发现产业总产值的增加与科技投入效率的增加并不存在必然联系。但产业发展与科技投入之间存在长期的均衡关系,即科技投入方式、规模会随着产业发展长期呈现自我增强效应。③当下,我国建筑业发展已从信息化、智能化时代主题朝智慧化、数字化方向迈进,该趋势将使得建筑业发展与科技资源配置方式、环境之间的依存关系更加紧密。建筑业生产方式转变和产业链升级过程不仅需要立足于建筑业自己的发展成果,更要进一步加强同互联网+、物联网、大数据、区块链等高技术产业新兴科技成果之间的融合应用,以提升建筑产业科技成果集成应用水平。④现有研究表明,规模效率的改善为建筑业带来的发展只是短期行为,纯技术效率的提升将是建筑产业亟待解决的问题^[20]。作为技术效率提升的基础环境——科技投入往往决定了先进生产力的发展方向。在“智慧化”开启的未来建筑业发展主题导向下,仅沿袭传统的生产、管理方式,抑或对其进行局部的改良难以契合建筑业可持续发展的主题。建筑业只有基于科技资源投入,不断地进行要素创新、要素组织方式创新,才能在国内乃至国际市场竞争中占有一席之地。

研究采用2008—2018年的年鉴数据对所构建指标体系的相关性进行分析,得出科技投入效率与建筑业发展水平两系统相关性的结果(表3)。

表3 科技投入效率与建筑业发展水平系统相关度

从表3可以看出,除了Y₂(技术装备率)、Y₄(能源投入量)与科技投入效率系统相关度较低以外,其他各指标之间相关度都比较高。首先,该现象说明了研究期内科技资源投入在提升建筑业技术装备率中所发挥的作用比较有限,与郑继开^[21]得出的结论相吻合。其次,建筑业能耗节约对科技投入不敏感,二者未呈现较强相关性^[22],即依靠技术进步提高能源节约的效果有限。因此政府需要考虑能源效率提高和其他手段的综合运用,也从侧面反映了建筑业绿色化之路任重而道远。但是从总体上看,科技投入与建筑业发展两系统高度相关,联系紧密,研究科技投入效率与建筑业发展水平系统之间的耦合协调度具有较为明显的意义。

根据上文所述研究方法与模型,采用2008—2018年相关年鉴数据。利用SPSS、 MATLAB等软件,测算出科技投入效率与建筑业发展水平发展评价值,两系统评价值变化趋势如图1所示。2007—2017年科技投入效率与建筑业发展水平呈现稳步上升趋势。科技投入效率评价指数由2007年的0.01提高到2017年的0.34。其值攀升的主要原因体现在两个方面:一是研发机构从业群体不断增加,知识体量日趋庞大。从原始数据中看,研发机构数量、研发人员及研究生人数连年上升,随之而来的知识体量的增加直接左右着生产水平、技术转化效率、技术创新能力。二是政府财政科技投入力度不断加大、市场机制日臻完善。科研开发经费占GDP比重在2017年达到2.47%,科技财政投入年均增幅达11%,研发经费投入总量达到1.75亿元,较2015年增长19.6%。宏观政策和资本环境会影响到政府的政策制定和资本配位,产业创新政策引导企业加强技术创新能力的提升,先进技术的普及,加速业界新技术开发; 同时,该过程也可反过来推进业界的知识生产成果获取与利用水平,进而使科技投入效率提高。

图1 2007—2017年子系统综合评价值趋势

2007—2017年建筑业发展水平评价指数的均值为0.15,最高值出现在2017年,最低值出现在2007年。在此期间建筑业发展水平大致可分为3个阶段。2007—2011年,受惠于国内宽松的投资环境,建筑业规模迅速扩张,巩固了国民经济支柱产业的地位。2012—2013年,国内宏观经济形势疲软,经济结构调整、发展方式调整带来的内外部压力,使得长期以来建筑业粗放式发展模式受到严重制约,从而导致2012、2013年建筑业发展缓慢。此外,2012年底政府打出稳增长“组合拳”,全年实施降息、降准,并不断加大对地方基础投资建设的放行力度。缘于政策出台到开工建设的滞后性,直至2014年建筑业发展水平相较于2012年方呈现回升趋势。2014—2017年,随着十二五规划的出台,明确了经济结构战略性调整作为转变经济发展方式,建筑业发展由粗放型向集约型转变,加之大规模基础建设项目开工建设,使得建筑业发展水平呈现稳步攀升态势。

根据耦合协调度模型,可以计算出2007—2017年科技投入效率与建筑业发展水平的耦合度指数,进而得到两系统协调度。科技投入效率与建筑业发展水平耦合协调度的计算结果如表4所示。

表4 耦合协调度

由表4可知,2007—2017年科技投入效率与建筑业发展水平耦合协调度呈现逐步上升的态势。两系统的耦合协调度取值在0.02～0.32,根据表1的取值划分标准,2007—2017年两系统耦合协调度经历了失调耦合向初级协调耦合的转变,与范建双^[23]研究结论相符。此外,研究还发现,两系统的耦合度取值在0.027～0.545,耦合度明显高于协调度,这体现了科技投入效率与建筑业发展状况的交错、动态和不平衡性。原因在于耦合度只聚焦于系统间的同步性。因此若两系统的综合评价指数都处于较低水平,则耦合度将不能反映两系统间实际的互动状态。故而,基于耦合度的研究结果,引入协调度的概念能更精确地反映两系统的协调水平。

为了更科学准确地对科技投入效率与建筑业发展水平耦合协调发展的影响因素进行研究分析,基于选取评价指标的独立性、代表性和可度量性原则,本文选取如下变量对耦合协调度影响因素进行量化分析。

被解释变量:耦合协调度D。通过构建科技投入效率与建筑业发展水平指标体系,运用耦合协调模型计算出2007—2017年的科技投入水平与建筑业发展水平的耦合协调度,以此来衡量科技投入与建筑业发展的耦合协调状态。

解释变量:(1)市场发育指数MDI。开放完善、平等竞争、规则健全、高效有序的市场环境,意味着市场机制在建筑市场资源分配中起基础和核心作用,建筑业资源配置效率、科技创新能力、成果转化能力也将会得到大幅提升。借鉴丁艳^[24]等的方法,构建要素市场发育、产品市场发育、中介市场发育3个一级指标,建筑业固定资产投资来源中外资、自筹和其他资金所占比重、建筑业实际利用外商直接投资金额等9个二级指标构成的建筑业市场发育指数测度体系(限于篇幅,计算过程略,下同)。(2)政府干预程度GOV。建筑业是一个对制度环境异常敏感的产业,政策导向性对建筑业发展有着重要影响,探索政府干预程度对科技投入效率与建筑业发展水平的耦合协调度影响具有较强的现实意义。本文选取政府规模合理化、政府经济资源配置规范化2个一级指标; 建筑业政府消费占建筑业总产值的比重、建筑业固定资产投资国家预算资金占固定资产投资的比重、建筑业财政收入占建筑业总产值的比重、建筑业预算外收入占建筑业总产值的比重、建筑业企业税金总额占建筑业总产值的比重5个二级指标,以此来对建筑业中的政府干预程度进行量化分析。(3)从业人员受教育水平PDL。作为科技资源投入与成果转化的实践者,科技投入能否在建筑业中收到成效很大程度上取决于从业人员的素质水平。高素质、专业化的从业群体是保障高效率生产、创新技术推广的关键因素。研究选取建筑业从业人员受教育年限对建筑业从业人员受教育水平进行评价,数据从《中国劳动统计年鉴》中获取。其中未曾接受教育、小学学历、初中学历、高中学历、高中以上学历参照相关研究,将年限系数分别取0、6、9、12、16^[25]。

将耦合协调度D作为被解释变量,市场发育指数MDI、政府干预程度GOV、从业人员受教育水平PDL作为解释变量,以此进行回归分析,其衡量指标及统计描述如表5、表6所示。

表5 变量定义和衡量

表6 被解释变量、解释变量原始数据

通过构造测度模型,采用SPSS22.0软件线性回归模型对耦合协调度的影响因素进行分析。

表7 R2检验

如表7,R²为判定系数,用于判定线性方程拟合优度的重要指标,体现了回归模型解释因变量变异的能力,其值越接近1越好。R²值为0.963,初步判断模型拟合效果良好。对残差进行Durbin-Watson检验,用于判断残差是否独立,以此作为一个基础条件来判断数据是否适合做线性回归。DW=2.472,查询Durbin Watson table可以发现本例DW值处在无自相关性的值域之中,认定残差独立,通过检验。

表8 模型系数的综合检验

由表8可知,模型显著性检验所得值为0.00<0.01<0.05,表明由解释变量“市场发育指数、政府干预程度、从业人员受教育水平”和被解释变量“耦合协调度”建立的线性关系回归模型具有显著的统计学意义,模型通过显著性检验。

表9 回归模型结果

B(Beta)是指标准化的回归系数,代表解释变量和被解释变量的相关性,其绝对值的大小代表了两者的相关程度。从表9可以看出,不同因素对科技投入效率与建筑业发展水平的耦合协调发展影响各异。其中,政府干预程度对耦合协调发展的影响在5%水平上呈现显著负相关。表明政府干预程度愈高,建筑市场机制趋向无序,科技投入效率与建筑业发展水平耦合协调度越低。由表6中的原始数据可知,随着时间推移,政府干预指数逐渐降低。体现了政府行为规范化水平得到提高,市场机制日趋完善。PDL(受教育程度)、MDI(市场发育指数)与被解释变量均呈正相关。前者在10%的水平上显著,后者则不具有显著性。说明从业人员受教育程度对建筑业科技水平进步影响较大,低文化水平的劳动人员难以适应科学发展和技术更新的新形势和建筑技术水平提升的需求,从而成为我国建筑业科技进步和劳动生产率提高的阻碍因素。而MDI(市场发育指数)的显著性水平较低,说明市场发育、完善程度与两系统耦合协调度不存在明显的相关性。

选取科技投入效率与建筑业发展状况的耦合协调度作为切入点,采用定量实证方式开展研究工作。基于测算结果可获得以下结论:(1)2007—2017年,两者间的耦合协调度逐年增大。其中2007年最低,为0.02,处于“失调耦合”状态。2017年协调度达到0.32,为“初级协调耦合”状态。(2)两系统的耦合度明显高于协调度,这体现了科技投入效率与建筑业发展状况的交错、动态和不平衡性。耦合度与协调度差值幅逐年递减,这表明两系统间的耦合协调状态,正由无序发展逐步向协调过渡。(3)对比其他行业研究^[10-12],我国建筑业发展与科技投入效率协调度明显低下。这反映了两者间尚未形成良好的正向促进作用,科技投入对建筑业的发展作用有限,成果转化效率不足。

推动新技术、新材料在建筑业中的应用,可以有效提高两系统的协调度。但该过程往往是源于企业内生需求、主动求变,在明确自己的目标和需求后,在项目建设过程中进行整体布局。对于我国建筑业生产关系落后的现状,以政府部门为主导自上而下的推行,必须是在底层技术和认知积累到一定程度的基础上才能奏效。从近几年政府对BIM强制推行的效果来看,远没有达到预期^[26]。研究表明,政府干预指数与耦合协调度发展程度呈负相关。政府干预指数GOV每升高1%,两系统的耦合协调度就会降低0.699%。由表6可知,随着市场化进程加快,政府对建筑市场的干预程度日益降低,这也从侧面反映了市场机制在建筑业的生产、交换过程中逐渐占据主导地位。此外,若使科技投入对建筑业的发展有明显的促进效应,需要政府和市场两方面的作用。如果市场失灵,政府可以进行政策干预,通过政策制定来刺激、激励建筑业技术创新能力的提升。但干预需把握一个度,若政府政策干预过度,则市场因不能充分发挥其作用而导致市场失灵。政府政策干预不足,市场因政府没有采取足够纠偏和弥补措施而产生缺陷。所以,为提高科技投入与建筑业发展的协调度,政府应最大限度减少对市场资源的直接配置和对市场活动的直接干预,协调好两者关系,不断创新治理机制,完善市场监管体系。

现有的建筑业从业群体年龄结构老龄化、低学历问题严重。虽然人均受教育年限逐渐提升,但根据所获数据,作为科技资源投入、成果转化的实践者,2017年农民工人均受教育年限仅为9.47年,且施工人员年龄集中在在30～50岁。以此为特征的建筑业从业群体对先进信息技术、建造技术的学习和应用往往持排斥的心态。所以对于技术创新能力的提高,还应注重学习能力较强的建筑类专业大学生培养。从专业课程设置、课外实践课程安排到相关软件学习,都应设立一套完善的培养体系。同时,建筑企业内部需要制定持续的激励政策。囿于软硬件成本投入及技术人才流动性,很多企业不愿意投入精力培养更多的懂信息技术的人才,这也成为整个技术创新、成果转化推广过程中的一个阻力^[26]。在目前人才紧缺的阶段,企业需要制定激励政策留住人才、管理好人才,激发人才的潜力,为科技进步、生产模式变革乃至建筑业转型升级,提供产业化工人队伍。