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与北京、上海、天津、广州和重庆等五个国家中心城市相比，郑州的文化科教实力相对比较落后，全国一流高校缺失，创新产出水平较低，每万人在校大学生人数、普通高等学校数量、科技资源、研发投入强度等方面远远落后于竞争对手武汉。创新成果产业化比例不高，研发投入和产出完全不成正比，创新效率比较低。财政支出中科学技术的支出比例不高，低于创新城市的基本水平。技术推广中介不发达，技术市场交易不活跃，2014年技术市场成交金额不到重庆的1/8。2014年的专利申请数目不到重庆的一半。
郑州市先进制造业发展依然滞后、现代服务业竞争力低下，产业层次低。郑州市目前总人口为937万人，远低于已成为国家中心城市的北京、上海、天津、广州、重庆，甚至低于武汉；从经济总量上看，2010～2015年，全市生产总值从4029.3亿元增加到7315.2亿元，年均增长16.2%，超出全国年均增长率3.2个百分点，2015年郑州GDP总量较2014年增幅达9.6%，高出全国平均水平，但GDP占全国比重仅从0.98%增加到1.1%，排名第18位。同为中部内陆城市的武汉GDP占全国比重为1.62%，排名第8位。2015年，郑州社会消费品零售总额达到3294.71亿元，占全国社会消费品零售总额的1.1%，较2014年增长11.5%，但在全国35个大中城市中仅居第20位。郑州综合经济实力在全国35大中城市中间偏后位置，与武汉相比存在较大差距，郑州建设国家中心城市的战略受到武汉的巨大挑战。
表1 北京等国家中心城市创新发展水平（2010～2014）
表2 2015年全国部分核心城市发展情况
表2 2015年全国部分核心城市发展情况-续表
在城市道路占用面积和人均道路面积较低的情况下，地铁、城轨、公共交通缺乏有效对接，特别是由于城市管理相关部门的不作为、少作为，郑州市交通系统低效混乱运转，大多数城区都受到交通堵塞的困扰。比如，郑汴一体化建设进行多年，城市之间的轨道交通也已开通，但由于政府相关管理部门的管理能力严重不足，未能准确判断城市的发展速度和进度，城市轨道交通沿途站点与居民点较远，不方便城乡居民的绿色出行，郑汴城市轨道交通上座率较低，导致部分站点不能正常运营，交通资源严重浪费。郑州市发展面临的城市公共服务和社会管理能力相对不足的问题相当严重，已成为郑州构建国家中心城市过程中必须突破的瓶颈之一。
以区位理论来分析，郑州建设国家中心城市外在的挑战首先来自中部地区重要城市武汉。素有“九省通衢”之称的武汉是集“铁、水、公、空”为一体的全国性综合交通枢纽城市，人均城市道路面积仅次于广州和天津，远远领先于郑州。武汉的经济实力和辐射能力也遥遥领先于郑州，除非在未来郑州培育出大型新兴产业，否则要缩小与武汉的经济实力差距，难度不小。武汉是我国长江经济带的主要节点城市，享受国家长江经济带发展战略的政策红利。在中部六省的省会城市中，武汉的综合实力处于领先地位，首位度最高，已经成为中部地区中心城市，在建设国家中心城市进程中领先于郑州。武汉市每万人在校大学生人数位居中部六省首位；普通高等学校数量在我国仅次于北京，智力资本极其丰富，科教优势和高端人力资源优势突出；武汉东湖地区的“中国光谷”是我国仅次于北京中关村的第二大智力密集区，2015年武汉东湖就获批成为国家自主创新示范区，早于郑州。武汉城市圈是我国“两型社会”综合改革试验区，为武汉建设国家中心城市提供了新动能。当前，以武汉为中心城市，长沙、南昌为副中心城市的长江中游城市群抱团发展，武汉的作用将更为凸显，将成为推动江西、湖南和湖北三省经济增长的发动机，这对于武汉建设国家中心城市来说正是如虎添翼。
郑州建设国家中心城市的外在挑战其次来自西部地区的重要城市西安。历史上，古都西安是古丝绸之路的起点，是旧丝绸之路上最重要的经济、文化和商品贸易枢纽，是当时我国国际化水平最高的大都市。在“一带一路”背景下，西安是诸多国家战略发展规划的汇聚点。早在2009年出台的《关中—天水经济区发展规划》中就提出建设西安国际化大都市的目标，丝绸之路经济带建设为西安走向国际城市提供了前所未有的历史机遇。2015年3月，国家发展改革委、外交部、商务部联合发布了《推动共建丝绸之路经济带和21世纪海上丝绸之路的愿景与行动》，强调要加强丝绸之路经济带沿线中心城市的核心影响力，推进丝绸之路经济带沿线中心城市的建设，并明确提出“打造西安内陆型改革开放新高地”，这就确立了西安在“一带一路”战略中的地位。西安高新区与珠三角同步成为国家自主创新示范区，领先于郑州。“一带一路”对西安建设国家中心城市是难得的时代机遇，西安将发挥区位优势，大力发展陆上物流，力图打造中国最大的内陆港口，对郑州建设国家级的物流中心是不小的挑战。西安努力打造新丝绸之路经济带桥头堡，大力发展国际旅游业，谋求参与国际合作和加入国际分工体系，把西安融入中国向西开放战略，提升西安的国际化水平。西安的国家级新区——西咸新区的设立，将推动西安经济实现腾飞，为西安建设国家级中心城市创造了有利条件。