La incorporación de redes de colaboración en el contexto de la innovación abierta puede facilitar la innovación en las empresas. Estudios anteriores no han considerado el impacto de la incrustación estructural en redes multilevel sobre la innovación empresarial. En este estudio, las redes de colaboración organizacional, las redes de conocimiento y las redes de colaboración urbana se consideran sistemas para explorar su impacto en la cantidad de innovación y la calidad de la innovación. Validamos las hipótesis de investigación utilizando datos de empresas de alta tecnología chinas en el campo de la inteligencia artificial y el equipo de fabricación inteligente. Los resultados indican que los agujeros estructurales ocupados por las empresas en las redes de colaboración organizacional pueden aumentar la cantidad de innovación y tener un efecto en forma de U sobre la calidad de la innovación. Los agujeros estructurales de la red de conocimiento y los agujeros estructurales de la red de colaboración urbana moderan la relación entre los agujeros estructurales de la red de colaboración organizacional y la cantidad y calidad de la innovación. Nuestros hallazgos ayudarán a las empresas a utilizar de manera eficiente las ventajas de los agujeros estructurales en redes multilevel para mejorar la cantidad y calidad de la innovación.