如何提高创新效率以促进京津冀地区经济发展由相对衰落转向相对兴旺进而带动北方腹地发展，是新发展阶段深入推进京津冀协同发展面临的重大问题。针对这一问题，本文在指出创新相对无效率是京津冀地区经济相对衰落关键的基础上，基于“密度、距离、分割、异质”（“4D”）框架，从经验上论证了京津冀地区创新地理相对无效率是其创新相对无效率的根源，提出了重塑京津冀地区创新地理的战略主张。首先，分析京津冀地区与长三角、粤港澳的经济效率、创新竞争力和创新效率演变趋势差异，发现京津冀地区经济效率低且趋于下降、创新缺乏竞争力、创新效率偏低，处于创新相对无效率状态。其次，基于“4D”框架阐释京津冀地区创新相对无效率的经济地理原因是，经济、人口和专利的低密度与高集聚不平衡程度并存、专利转移空间范围广而产学研协同发展的本地化水平低、创新分割严峻且空间异质性强、异质优势相对薄弱共同导致的创新地理相对无效率。最后，计量分析表明“4D”因素的相对变动将显著影响创新相对效率变动，证实京津冀地区创新地理相对无效率是创新相对无效率的根源。本文研究表明基于“4D”框架重塑创新经济地理是京津冀地区提高创新效率，进而实现创新驱动发展的关键所在。