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“协同”（synergy）一词起源于古希腊语，原意为“协调合作”。对于“协同”的集中研究兴起于20世纪70年代，在此基础上发展出了一门专门研究协同作用的交叉学科——“协同学”。德国著名的理论物理学家赫尔曼·哈肯（Hermann Haken）是协同学的创始人与先驱者，他在研究激光理论的基础上提出了协同学的理论框架，并于1977年出版专著《协同学》，这标志着协同学作为一门学科的正式建立。协同学主要研究由众多子系统构成的各种开放系统是如何在无序状态与有序状态之间相互转化的，特别是关注系统通过内部的自组织方式由无序结构演变为有序结构的一般性规律（赫尔曼·哈肯，1989；林涛，2013；高轩，2014。）哈肯将系统中各子系统协调合作以使系统达成有序状态的集体行为称之为“协同”，并提出协同是系统由无序状态向有序状态演变的根本动力，也是系统实现自组织的基础。
国内对于协同学的关注始于20世纪80年代。起初，协同学多作为一种定量研究方法用以解释自然科学现象，但随着学科的不断发展，协同学逐步发展成为一种更具普适意义的方法论，并开始应用于社会科学领域（孙烨，2013。）目前，协同学已经在社会管理、企业管理、教育教学、交通运输、计算机科学等领域得到广泛应用（付燕荣，等，2015。）近年来也有不少学者基于协同学理论，围绕区域发展、城市群发展、都市圈发展等议题展开讨论，为相关研究提供了新的研究视角（王得新，2016；郑旗，2013；阎欣，等，2013）。
协同学关注开放系统在无序状态与有序状态之间相互转化的普遍规律，其主要包括两个基本原理，即支配原理和自组织原理。
支配原理也称伺服原理，它阐释的是处于无序状态的系统演变为有序结构的过程。为解答这个问题，协同学首先提出了“序参量”的概念。序参量是用于描述系统的有序程度的宏观参量，在系统演变的过程中发挥双重作用：一方面，它是系统内部各个子系统相互竞争与协作的结果，反映系统整体的有序情况；另一方面，它又反过来支配子系统的活动，影响系统接下来的演化方向（吴彤，2000。）协同学认为，系统内部的众多子系统既各自存在无规则的独立运动，又存在与其他子系统相互关联而形成的协同运动。在临界点之前，子系统自身的独立运动强于与其他子系统关联的协同运动，系统呈现为无序状态；当接近临界点时，子系统彼此间的协同运动增强，并在到达临界点时超过独立运动起主导作用，此时系统整体便由无序状态转变为有序状态（郭治安，等，1988。）特别地，在临界点附近可以同时存在若干个序参量，每个序参量都决定系统演化的一种宏观有序结构及相应的微观状态。系统最终形成何种有序结构是不确定的，由这些序参量相互协作和竞争的结果决定（廖红，蔡心红，2000）。
自组织原理则提出，系统在由无序状态向有序状态转变的过程中，主要受自组织方式驱使。所谓自组织方式是相对于他组织方式而言的，若系统依靠外部指令形成某种结构或组织，则为他组织方式；若系统不受外部指令驱使，仅依靠系统内部作用自发地形成某种结构或组织，则为自组织方式。协同学认为，处于无序状态的系统并未受到外部因素的支配，只是通过系统内部各子系统之间的协作与竞争，自发地朝着有序状态演进，这便是系统协同的自组织过程（李汉卿，2014。）这种自组织能力的形成，需要系统内外条件的支持：内部条件要求系统内部具有非线性相互作用，即各子系统之间存在协作与竞争，这是推动系统由无序状态转变为有序状态的根本诱因；外部条件则要求系统具有开放性，即系统能够与外界进行物质、能量、信息等的充分交换（胡伟俊，2004）。
第一，提出都市圈发展应走协同发展的道路。协同学认为，处于无序状态的系统不仅能耗大，还可能由于子系统各自独立运动而使系统的整体运行偏离原定目标；而通过协同作用形成的有序系统，不仅能够产生整体大于部分之和的发展效应，还有利于系统朝着既定目标稳步发展（曹堂哲，2009。）都市圈作为由众多子系统构成的复杂系统，采取协同发展的有序发展路径，更有利于提高都市圈整体的发展效益和保障都市圈发展的稳定性。
第二，要求都市圈子系统间的协作强于竞争。协同学指出，只有当系统内部各子系统间相互关联的协同运动强度超过各自无规则的独立运动强度时，系统才能由无序状态转变为有序状态。在都市圈内部，同样存在着众多子系统（如不同的行政区、不同的行业、不同的组织等，）各子系统之间既存在竞争（独立运动）也存在合作（协同运动。）为实现都市圈的协同发展，需要增强子系统彼此间的关联与合作，使得子系统间的协作超越竞争起主导作用，如此才能形成有序发展的格局。
第三，要求都市圈系统具备充分的开放性。协同学自组织原理提出，只有开放系统才能形成协同的自组织能力。为此，都市圈系统须保证内外两方面的开放性：内部开放性指都市圈系统内部的各子系统之间能够在物质、能量、信息、技术、人才等方面进行充分交流；外部开放性指都市圈系统与外部环境之间同样能够进行如上资源的自由交换（冯怡康，2018。）唯有如此，都市圈系统才能实现由无序运作向有序协同的自发转变，从而提高系统整体的发展效益。
第四，要求减少对都市圈系统自组织性的干扰。协同学理论提出，开放系统从无序状态向有序状态的演变是自发形成的，不受外界指令支配，属于自组织方式。为保证都市圈协同发展的顺利推进，应当减少对都市圈系统内部各子系统（包括各行政区、各行业、各组织等）自主性的限制，保证各子系统能够获得充分的自组织能力。重点措施包括减少不必要的政府行政干预、清除地方保护主义、降低不同地区市场的行政性准入壁垒等（肖永劢，2017）。
第五，要求建立都市圈协同发展的保障机制。根据协同学理论，都市圈协同发展要求增强都市圈系统内部各子系统间的协作，同时通过保证系统的开放性等确立都市圈系统的自组织能力。为此，需要建立相应的机制予以保障和引导。例如，可以通过加强都市圈整体规划与宏观调控、建立必要的组织协调机制、制定合理的利益平衡机制等方式，促进都市圈系统内部各子系统间的协调合作以及保障系统自组织能力的建立，最终实现都市圈协同发展的目标（黎鹏，2005）。
都市圈协同发展来源于协同学理论在区域发展领域的应用。当前，学术界对于“都市圈协同发展”一词尚未形成统一且明确的定义，现有研究普遍从阐释“都市圈”与“协同发展”的概念入手对“都市圈协同发展”进行界定。一方面，尽管国内外至今尚未对“都市圈”的内涵及界定标准形成统一的认识，但普遍认可一般意义上的“都市圈”是指在一个或多个中心城市对周边地域辐射中心职能的背景下，由与中心城市形成紧密社会经济联系和一体化倾向的邻接城镇与地区构成的圈层式结构，通常以物流、人流、经济流、信息流等作为衡量标准（张从果，杨永春，2007。）另一方面，现有文献多从协同学的角度出发对“协同发展”的概念进行界定，学者们普遍认可“协同发展”是指开放系统内部的各子系统之间相互协调、高度整合，使得彼此间的合作超越竞争起支配作用，推动系统由无序结构演变为有序结构，产生系统发展的整体效应，达到互惠共赢的发展效果（袁莉，2014）。
基于上述讨论，本书将“都市圈协同发展”的内涵阐释如下：都市圈协同发展，是指在一定条件下，都市圈系统内部各子系统（包括各行政区、各行业、各组织等）之间相互配合、相互协调、高度整合，使得子系统间的协同运动超越独立运动起主导作用，推动整个都市圈系统由无序的旧结构状态转变为有序的新结构状态，产生整体大于部分之和的发展效应，实现都市圈系统整体及内部各子系统的全面协调可持续发展（王力年，2012；宋立楠，2017）。
通过梳理相关文献，将都市圈协同发展的特征总结如下：
第一，主体多元。可对都市圈协同发展过程产生影响的主体包括政府、市场、社会组织等。由于都市圈系统的复杂性，仅依靠单一主体的作用难以实现都市圈协同发展的目标，需要联动多方主体共同参与。并且，在都市圈协同发展的过程中不存在单一的权威核心，参与的各方主体都可以在一定范围内自主发挥作用（杨凡，2017）。
第二，过程协作。都市圈协同发展要求各子系统（包括各行政区、各行业、各组织等）就都市圈发展达成一致目标，并在共同目标的指导下摒弃敌对与竞争，结成合作伙伴关系，共同谋求发展。并且，具备合作关系的各子系统在都市圈协同发展中的地位是平等的，不存在命令与被命令、支配与被支配等不平等关系（原森，2017）。
第三，系统开放。在都市圈协同发展的过程中，协同学自组织原理要求在都市圈系统内部各子系统之间以及都市圈系统与外部环境之间实现信息公开与资源共享。信息公开使都市圈系统内外能够及时了解各子系统的动态，这有利于促进子系统间的相互协调与合作。资源共享则通过在都市圈系统内外重新配置资源，不仅能够促进子系统彼此间信任关系的建立，还有利于缓解因资源分布失衡而导致的都市圈非均衡发展现象，从而实现都市圈全面协调可持续发展的目标（张贤明，田玉麒，2016）。
第四，自组织性。协同学自组织原理提倡参与都市圈协同发展的多方主体（包括政府、市场、社会组织等）在谋求共赢发展的动机驱使下自发行动，积极探索与其他主体的合作关系，在此基础上发挥互补优势。但需要注意的是，各方主体在发挥自主能动作用时，应避免对其他主体使用自组织能力产生限制或干扰。
都市圈协同发展要求在都市圈系统内部各子系统之间形成协调发展的态势，这需要从多个领域着手进行推动。梳理相关研究可知，目前国内都市圈协同发展的重点集中于交通设施一体化建设、市场一体化建设、产业分工协作、公共服务一体化建设、生态环境协同治理、科技协同创新等领域。陈耀和汪彬（2016）指出，在都市圈协同发展中，交通设施一体化是基础，市场一体化是核心，产业分工协作是关键，公共服务一体化以及生态环境协同治理是保障。郭彦卿等（2016）则认为，科技协同创新是推进都市圈协同发展的切入点。此外，方创琳（2017）在探讨城市群协同发展时也提出，城市群协同发展的具体内容包括规划协同、交通协同、产业协同、城乡协同、市场协同、科技协同、金融协同、信息协同、生态协同和环境协同。国外都市圈协同发展的重点则主要集中于产业分工协作、交通设施一体化建设和生态环境协同治理领域。纽约都市圈和伦敦都市圈是产业分工协作和交通设施一体化建设的典范，巴黎都市圈和东京都市圈则致力于通过生态环境协同治理和交通设施一体化建设，实现都市圈协同发展的目标（冯怡康，等，2014）。
第一，成本收益不匹配使得都市圈协同发展缺少合作动力。高新才（2004）指出，利益不对称是造成区域合作风险的主要原因。由于资源禀赋、发展水平、环境条件等的不同，都市圈各子系统（包括各行政区、各行业、各组织）从都市圈协同发展中获得的收益和付出的成本可能不同，甚至可能出现利益单向流动的情况（李金龙，武俊伟，2017。）在利益调整机制尚未完善的情况下，成本与收益的不对等将削弱各子系统参与都市圈协同发展的积极性。
第二，“政治锦标赛”的追逐加剧了都市圈子系统间的竞争。在以GDP等经济指标为主要考核依据的“政治锦标赛”中，地方官员为获得晋升，需要在与其他竞争者的排序中处于相对优势地位，这就使得各地官员在极力追求本地经济发展的同时，有动力去阻碍其竞争对手所在地区的发展，采取的措施诸如阻碍外地产品进入本地市场交易等（周黎安，2004。）政治竞争博弈使得都市圈系统内部的部分子系统（如各行政区）之间的合作空间狭小而竞争空间巨大，其结果可能导致都市圈合作共赢局面的破裂和整体发展效益的损失。
第三，缺少高位统筹机制对都市圈协同发展做出整体规划。都市圈条块分割的行政体制和森严的行政区划增加了跨界协同的难度。为实现都市圈协同发展，需要打破行政壁垒，建立一个超脱于各子系统之上的高位统筹机制，对都市圈协同发展的共同事宜进行统一调度和规划（韩兆柱，单婷婷，2014。）当前，都市圈协同发展高位统筹机制的缺位，不仅使得都市圈协同发展缺少整体战略和长期规划对其进行规范和引导，也不利于协调都市圈各子系统之间可能发生的矛盾或冲突，这些都对都市圈各子系统间协调合作关系的达成产生了一定阻碍。
第四，对话协商机制不完善致使都市圈子系统间合作不畅。当前，都市圈各子系统之间主要通过定期或不定期召开联席会议等方式，就都市圈协同发展的相关问题进行沟通与协商。这种对话协商机制的缺陷在于：一方面，由于这种对话协商机制多为非正式的、松散的、不具约束力和权威性的，这就使得参与协商的多方主体难以就重大利益问题达成合意，且难以保证协商结果能够被有效落实；其次，这种对话协商机制多为非常态化的，这就使得各子系统间的沟通不甚顺畅，无法保证对问题进行及时有效处理（陈耀，汪彬，2016）。
第五，信息开放与资源共享程度低迷致使都市圈协同受限。就信息开放而言，当前，许多都市圈尚未建立有完善的都市圈协同发展信息发布平台，使得现有信息披露普遍存在信息匮乏、信息时效性差、信息错位等问题（寇大伟，2014，）这不仅不利于都市圈内部各子系统相互了解动态，也不利于都市圈系统内外主体对都市圈协同发展进行监督与建议。就资源共享而言：中心城市对资源的“虹吸”现象造成了都市圈内部资源分布的不均衡（程恩富，王新建，2015，）资源共享的受限更加剧了都市圈失衡发展的格局，这会在一定程度上阻碍都市圈各子系统参与都市圈协同发展的积极性。
第六，政府行政调控过强使得多元主体的自组织能力受限。目前，中国都市圈的协调发展主要依靠政治调控的方式实现，过强的政府干预使得市场、社会组织等其他主体的自组织性和参与程度受到很大制约。随着都市圈协同发展的推进，仅依靠政治手段进行调控已不足以解决都市圈协同发展面临的诸多问题，且不少政治调控手段也因为社会和经济成本过高而难以频繁采用。此外，政治调控方式不利于调动起除政府以外的其他主体参与都市圈协同发展的积极性，使得政府之外的广泛资源未被充分利用（柳建文，2017）。
对应于上述难点，可从如下途径着手推动都市圈协同发展：
第一，构建利益平衡机制。为提高都市圈各子系统参与合作的积极性，庄士成（2010）提出可以构建制度化的利益平衡机制，通过合作起点的利益表达、合作过程的利益协调和合作结局的利益补偿，实现区域合作公平与效率的双赢。利益表达要求保障弱势地区和弱势群体利益诉求的充分表达，使区域合作的利益格局相对公平合理；利益协调则提倡通过市场协调、政府协调、社会协调和法律协调方式，调解都市圈协同过程中存在的利益矛盾与冲突；利益补偿是指由政府、在区域合作中获利丰厚的主体或区域合作发展基金对在区域合作中处于弱势地位且受到利益损害或在区域合作中为了区域整体利益做出牺牲的利益主体进行补偿。日本首都圈正是通过建立利益补偿、利益分享和利益分配等利益调整机制，促成了互惠性偏好与区域合作的形成（王凯，周密，2015）。
第二，优化监督考评体系。为破除“政治锦标赛”模式对于都市圈协同发展的阻碍，需要从根源上着手变革政府绩效考评体制。彭升和孙友祥（2014）提出，应当树立科学的政绩观，淡化对GDP等经济指标的单一追求，将都市圈协同发展相关指标纳入绩效考核体系，增强各地官员参与都市圈协同发展的激励。此外，还应当完善都市圈协同发展的监督机制，不仅可以通过政府定期巡查、不定期抽查、书面检查与实地考察等相结合的方式加强对都市圈协同发展的监督，还应当赋予社会公众参与监督与提出建议的权利。
第三，建立高位统筹机制。为加强对都市圈协同发展共同事宜的规划与协调，可以建立一个跨区域的长效统筹机构。通过都市圈各区域让渡部分权力，使该跨区域统筹机构能够为都市圈协同发展制定整体规划，并能够对都市圈不同区域间可能出现的矛盾进行调节。例如，纽约都市圈建立有包括纽约区域规划协会等在内的26个跨区域管理机构，这些机构负责为纽约都市圈的发展制定长远目标和整体战略，有利于增强纽约都市圈协同发展的稳定性和可持续性（钱亦杨，谢守祥，2004）。
第四，畅通对话协商机制。为促进都市圈各子系统之间的沟通与交流，应当建立制度化和常态化的对话协商机制，邀请多元主体（包括政府、市场、社会组织等）共同参与，就都市圈协同发展面临的问题进行充分的讨论和洽谈，最终形成有效的协商结果。同时，可以利用现代信息技术，为都市圈对话协商机制的建立提供便利。例如，德国柏林-勃兰登堡首都都市区在联邦、联邦州、地方政府等层级建立了多种联合对话机制，邻里论坛便是其中的一种。邻里论坛虽然属于非官方组织，但已经形成了规范化的运作体系，论坛对组织原则、组织传统、参与主体、解决实际问题的方式等都有详细规定。此外，邻里论坛还通过启用互联网论坛（Internet Fo-rum）的方式，为社会公众参与讨论和对话创造了条件，扩大了社会参与度（孙莹炜，2015）。
第五，完善信息公开平台与资源共享机制。一方面，建立多层次的都市圈协同发展信息公开平台，全方位开放信息资源（丛屹，王焱，2014。）例如可以利用现代信息技术，建设专业化的都市圈协同发展信息公开网站，开放端口供相关主体上传信息，实现信息披露的实时性、准确性与有效性。另一方面，应当加强资源在都市圈内部不同子系统间的传递与交换。例如，在日本东京都市圈中，虽然要素高度集中于东京，但由于东京拥有健全的制度和发达的设施，使得资源和利益十分容易在区域间进行有效传递，周边城市也乐于承接首都职能的辐射。此外，东京都市圈内的各区域善于发挥各自资源禀赋的比较优势，有利于提高区域整体的发展效益（付婷婷，2018）。
第六，构建多元参与机制。在推进都市圈协同发展的过程中，政府的确具有不可或缺的作用，但却应当避免政府行政对其他主体（如市场、社会组织等）的过度干预。都市圈协同发展的复杂性，提倡建立多元主体共同参与的社会协同机制。这不仅有利于调动起包括政府、市场、社会等在内的广泛资源，还能够为都市圈协同发展相关问题的解决提供多种视角和策略。例如，纽约都市圈的发展正是得益于完备的政府机制、完善的市场机制以及众多民间中介组织形成的合力（田学斌，窦丽琛，2014）。