Los esfuerzos de construcción de megaproyectos y las actividades de innovación tecnológica, lideradas por la colaboración entre la industria, la universidad y la investigación (IUR), demuestran marcadas disparidades en las orientaciones de valor, las entidades implementadoras y los componentes constitutivos. Estas discrepancias conducen a un desajuste entre las demandas de innovación y las actividades reales, así como a una motivación insuficiente para la innovación entre las entidades de construcción, lo que impacta posteriormente en la efectividad de la innovación y en la comercialización de los resultados, sin apoyar adecuadamente las necesidades de construcción de ingeniería. En respuesta a esta situación, la comunidad académica reconoce ampliamente la innovación colaborativa IUR como una solución. Esta investigación integra un análisis teórico fundamental con un enfoque de estudio de múltiples casos y descompone sistemáticamente las características distintivas a los niveles micro, meso y macro, fundamentándose en las prácticas de innovación colaborativa de IUR en tres proyectos emblemáticos de ingeniería ferroviaria en China. Posteriormente, desentraña la mecánica operativa inherente al sistema de innovación colaborativa IUR dentro de proyectos a gran escala. Específicamente, a nivel micro, el profundo compromiso de los gobiernos y los propietarios de proyectos fomenta un sólido entorno de apoyo y una plataforma colaborativa para la colaboración IUR, mientras que las experiencias de cooperación exitosas pasadas entre las entidades clave de innovación mejoran sus interacciones tecnológicas y de conocimiento. A nivel meso, las cogniciones y valores compartidos de la industria, las estructuras organizativas jerárquicas, los diseños institucionales flexibles y las estrategias de asignación de recursos basadas en el equilibrio de riesgos y beneficios constituyen colectivamente el sistema de apoyo para la innovación colaborativa en megaproyectos. A nivel macro, la estrecha integración de la cadena de innovación y la cadena industrial promueve la formación de un ecosistema de cooperación abierta, asegurando la continuidad y la naturaleza sistemática de las actividades de innovación y acelerando la rápida comercialización y utilización eficiente de los resultados de la innovación. Este estudio no solo enriquece las connotaciones teóricas de la innovación colaborativa IUR en el contexto de proyectos de ingeniería importantes, sino que también proporciona fundamentos teóricos para la formulación de estrategias y prácticas de gestión para los gerentes de proyectos importantes, teniendo un valor significativo en la orientación de la gestión de la innovación de futuros proyectos de ingeniería importantes.