基于计量统计的装配式建筑管理与技术发展特征研究

张永成，何家辉，罗丽姿

(1.淮阴工学院管理工程学院；2.淮阴工学院江苏省智能工厂工程研究中心，江苏淮安 223003；3.武汉大学经济与管理学院，湖北武汉 430074)

装配式建筑是指将大量的现场工作从传统建造方式转移到工厂进行，在工厂制作好建筑构件和配件，运输到建筑施工现场，通过可靠的连接方式在现场组装而成的一种建筑体系［1］。近年来，伴随着我国现代工业技术的发展，装配式建筑领域研究成果不断涌现，如：现阶段我国建筑工业化的发展现状［2］，BIM 等信息技术在装配式建筑领域的运用［3-4］，装配式建筑的智慧化管理等［5］，相关的研究主要以单项建筑实践与研究为主，很少有学者从文献计量学的角度出发，对装配式建筑领域的文献进行分析。为了充分反映这一领域的研究特点和行业发展趋势，因此，需要通过绘制科学知识图谱方式对装配式建筑管理与技术发展领域的文献进行可视化研究。

本文以文献计量学和科学知识图谱为基础，利用可视化软件CiteSpace5.6.R4 对CNKI 数据库1992—2020 年期间与装配式建筑研究相关的核心期刊进行专题研究和文献特征分析，梳理了近年来管理和技术在装配式建筑领域的发展方向，为该领域今后的研究方向与发展实践提供了指导和依据。

1 研究方法和数据采集

1.1 分析工具及研究方法

本研究以文献计量学为基础，对收录于中国知网数据库中关于装配式建筑研究的文献特征、研究热点及前沿进行分析。文献特征分析中应用CiteSpace 可视化工具以及其他数理统计方法。CiteSpace 软件是基于Java 语言所开发，在科学计量学、数据可视化支持下的一款引文可视化分析软件。

1.2 数据采集及处理

本研究数据来自中国知网数据库中的核心期刊、CSSCI 和CSCD 中的文献，检索日期截止至2020 年3 月28 日。检索方式采用主题检索，时间范围设置不限，以此来全面包含装配式建筑研究的文献内容。具体方法是：选择中国知网期刊板块的高级检索模式，在检索条件中输入“装配式建筑”或“建筑工业化”或“建筑产业化”进行精确检索，最终得到时间范围在1992—2020 年，原始文献数量675 篇，经过人工剔除公告、会议报告及无关文献等无效文献，选取511 篇相关文献作为此次研究的分析数据。

2 装配式建筑研究的文献分析

2.1 文献时序分析

如图1 所示，列出了1992—2020 年装配式建筑研究的文献时序分部。从图中分析可得，在1992 年之前，国内还没有关于装配式建筑研究的文献，研究还未起步。黄际洸［6］于1992 年首次对装配式大板建筑的正贯通问题进行研究。1992—2011 年我国工业化进程始终处于试探起步阶段，年均发文为4篇。2012—2015 年我国建筑科学持续进步，推进建筑工业化成为实现环境、社会与经济效益下建筑业可持续发展的重要途径。2014 与2015 年发文达23和28 篇，这与自2014 年以来中央和地方各级政府均明确表示将大力推动建筑工业化和产业化的发展政策密切相关；随后，2016—2020 年期间发表的文献数量逐年递增，增加的类型呈指数型函数，2018年论文数123 篇，2019 年121 篇文献；在2020 年3月底发表文献数量为17 篇。国家相关政策的出台，让2016 年成为全面推广装配式建筑的关键一年，与此同时，2016 年也为装配式建筑研究文献数量突变及近几年发文数量剧增时间点。

图1 装配式建筑研究文献时序分部

2.2 涉及期刊及领域分析

对我国装配式建筑研究领域的文献进行期刊分布统计，探寻我国在建筑工业化、产业化领域中的优质期刊，并且阐述相关期刊的分布特点。利用可视化软件，对收录文献的期刊进行筛选，共计得到19 本期刊，收录文献量382 篇，占总数的75%。如图2 所示，《建筑经济》《建筑结构》《施工技术》《建筑技术》《混凝土》《土木工程与管理学报》六类期刊收录装配式建筑研究领域的文献最多，数量分别为72、63、53、37、26、24 篇，占总文献量的53.8%，是装配式建筑研究发文的主要期刊。《建筑经济》《施工技术》《建筑技术》收录装配式建筑相关研究内容从1993 年开始，研究侧重于建筑业经济转变方式、新型工业化和产业化发展模式、装配式建筑成本评价、施工技术、信息技术等方面的内容。《混凝土》收录装配式建筑相关研究内容主要是研究利用新技术合理使用预制装配式混凝土。《建筑结构》《土木工程与管理学报》更倾向于建筑结构和工程造价、质量管理、信息模型等方面，反映工程结构和土木工程、工程管理学科的发展前沿和研究方向。通过对上述所涉及期刊的分析，装配式建筑研究视角主要体现在建筑技术、建筑管理、建筑经济、安全科学、信息技术、绿色环保等方面。

图2 装配式建筑研究的主要收录文献期刊

2.3 团队合作分析

研究团队的科研能力和团队协作水平主要体现在其研究领域内文献的产出量和水平上。使用可视化软件CiteSpace5.6.R4 绘制装配式建筑研究的作者合作图谱，其中，设置参数时间切片为1 年，节点类型为“author”，如图3。从团队合作的角度分析，在装配式建筑研究领域，作者团体内部合作明显的团队有:北方工业大学以纪颖波、赵丽坤、姚福义、段朝晖为核心的科研团队；大连理工大学以李忠富、关轲为核心的科研团队；东南大学以李德智、汤磊为核心的科研团队；东北财经大学以刘禹为核心的科研团队；北京建工集团以杨嗣信为核心的科研团队等，跨团体合作显著的团队有：以武汉理工大学陈伟和以武汉市建筑节能办邹松为主的研究团队；以武汉理工大学刘名强、李英攀和以中建三局二公司王芳为主的研究团队；以北京工业大学刘学春、徐路和以北京理工大学珠海学院张冬洁为主的研究团队等。刘禹和胡世德是早期在装配式建筑领域具有代表性研究成果的作者，而邹松、刘学春、刘名强、陈伟、刘晓君、李丽红等作者的近期科研成果更为突出。从发文数量来看，作者纪颖波、李忠富、杨嗣信、陈伟、刘禹、李德智、刘学春、张爱林、邹松、齐宝库等成果较多。

图3 装配式建筑研究的作者合作图谱

2.4 发文机构及科研力量分析

机构网络关系图能够反映不同机构在学术研究领域的联系和贡献。根据作者的合作分析绘制研究机构图谱，如图4 所示。其中，重庆大学和东南大学是对装配式建筑研究的文献贡献最多的机构，各有20 篇文献，其次是西安建筑科技大学、沈阳建筑大学、武汉理工大学、中国建筑设计研究院、同济大学、南京工业大学等，科研机构主要集中在高等院校、中国建筑工程局和中国建筑设计研究院。同时，通过对研究机构图谱的观察可以发现，同济大学、重庆大学和北京工业大学在这一领域是活跃的合作机构，3所大学之间存在直接或间接的合作关系，形成了合作网络，其他部分的研究机构也有明显的跨区域合作关系，出版的文献研究具有一定的深度和质量。在近年来，装配式建筑领域的科研成果主要在西安建筑科技大学、重庆大学、东南大学、南京工业大学、沈阳建筑大学等研究机构中有所增加。

图4 装配式建筑研究的机构合作图谱

专业领域中科研力量的分配情况主要体现在研究机构所处的地区。根据研究机构的区域分布，装配式建筑科研力量的区域分布是不平衡的，在华北、华东地区比例最高，在东北、华中、西南、华南和西北地区所占比例依次减少；在装配式建筑管理和技术发展方面，全国七个区域均有研究机构，但装配式建筑领域高产出研究机构主要分布在东部和中部经济、科技发达的区域，这些研究机构长期以来对装配式建筑的开发建设进行了探索，积累了丰富的理论知识和实践经验。但在我国的西部地区，建筑工业化、产业化的普及度不足，装配式建筑建造管理起步较晚，研究机构少，力量薄弱，随着“西部大开发”战略的进一步深化，西部地区在建设、发展和市场潜力方面都具有良好的前景，因此，需要政府在政策和科研队伍的进一步投入方面给予支持，以此来促进该地区装配式建筑管理和技术的发展。

2.5 装配式建筑高被引频次文献分析

装配式建筑领域的基本概况和最新进展可以反映在该领域被高频次引用的经典文献中，如表1 所示。通过对高被引文献的深入研究，探讨和理解不同作者对装配式建筑领域的贡献。主要研究有:严薇等［7］在分析我国施工现状的基础上，提出了一种新型的装配式结构体系，并对其结构性能、施工方法等方面探讨以解决施工中的问题。蒋勤俭［8］基于装配式混凝土建筑的特点和国内外发展现状，对预制混凝土结构体系进行了系统综述讨论。郭正兴等［9］结合我国采用的剪力墙结构，分析了几种装配式混凝土剪力墙结构及其建造工艺，构建了新的本土化施工技术。周文波等［10］以某一试验楼为例，分析了BIM 技术在装配式建筑中的运用过程和价值，并对未来装配式建筑与BIM 模型结合的方式进行了探讨。李丽红等［11］以某住宅小区施工图为研究对象，通过对装配式整体施工项目与现浇式施工项目造价差异的比较，评价装配式建筑工程造价偏高的原因及需要改进的方面。刘琼等［12］综述了国内外预制装配式混凝土结构的应用现状，系统阐述了预制框架结构、预制剪力墙结构、预制组合墙板及各种连接方式的应用。齐宝库等［13］基于装配式建筑在管理方面的问题，指出将BIM 技术引入到装配式建筑全生命周期中，为各阶段的工程资料提供共享平台。王俊等［1］分析了我国建筑工业化发展的现状及存在问题，并提出了目前我国建筑工业化发展的相关建议。齐宝库等［14］以具体工程实例为基础，研究了装配式建筑的效益分析方法。郝际平等［15］结合预制混凝土构件解决传统钢结构存在的问题，针对不同墙体的交叉应用开发了一种新型围护结构体系，该体系具有优良的抗震性能和可修复性能。曹江红等［16］通过对BIM 技术的装配式建筑质量管理方法的研究，表明BIM 技术能够满足建筑各利益相关者的质量要求和管理，为提高装配式建筑质量管理效率和施工质量提供了新思路。吴刚等［17］从试验研究、数值模拟和设计方法3 个方面综述了国内外装配式混凝土框架节点的研究进展，为今后我国装配式混凝土框架的研究和应用提供参考。

表1 装配式建筑领域高被引经典文献

3 装配式建筑研究热点及前沿

3.1 研究热点分析

关键词共现分析通过绘制知识图谱，可以直观地了解装配式建筑的研究热点及前沿。在CiteSpace可视化软件中，将时间切片设置为一年，节点类型选择“Keyword”，阈值采用g-index(K=20)，同时将网络中的节点以年轮树的方式显示，从而形成装配式建筑研究的关键词共现图谱，如图5 所示。

图5 装配式建筑研究的关键词共现图谱

装配式建筑的文献数据库经过软件的梳理和分析，图谱中共计形成了474 个节点，676 条连线，网络密度为0.006。视图中的节点表示不同的分析对象，出现频次越多，节点也就越大。节点之间的连线表示共现的关系，其粗细表示共现的强度，线段的颜色对应节点发生的年份，颜色越深，则表示发生时间距离现在越近。如表2 所示，前20 个高频关键词是基于关键词的频次和中心性的大小所获得的。

表2 装配式建筑研究的高频关键词

通过对表2 数据的分析，发现这些关键词基本上覆盖了装配式建筑研究的主要方面，其中“装配式建筑”是文献检索的主题词，出现频率最高（208次）；“装配式”“预制装配式”“装配式混凝土结构”是装配式建筑的衍生词，频次分别为29，8，5；其他文献检索主题词“建筑工业化”和“建筑产业化”出现频次分别为79 次和15 次；剩余高频次关键词“BIM”“预制构件”“建筑产业化”“建筑”“抗震性能”分别以31，19，15，13，12 的频次出现。根据关键词共现分析，得出装配式建筑研究的热点：

（1）预制构件设计与管理。研究主要有预制构件的生产效率、建造方式、施工安装、计价模式、生产过程、风险评估等。预制构件的设计、施工、生产和安装形成了一个完整的产业链，为大规模实施预制构件住宅提供了条件［18］。通过对预制构件体系进行BIM 技术的分析研究，指出各种预制构件在装配式建筑中的适用性将逐渐发展成为一种趋势［19］。

（2）装配式构件及混凝土结构性能研究。装配式混凝土结构符合绿色低碳的概念，通过对装配式构件及混凝土结构性能及体系等的发展现状、局限性和应用前景的研究，对提高装配式混凝土框架结构的设计水平和推广装配式混凝土结构的工程应用具有重要意义［17］。

（3）装配式建筑成本和质量均衡分析。成本和质量一直都是装配式建筑研究的重点内容。陈加奎基于模糊层次分析理论，将质量与成本有机地结合起来进行分析，确定在最佳质量水平条件下的最佳成本［20］。利用信息技术手段对施工全过程的质量进行管理，从而提高装配式建筑的质量管理效率和施工质量［16］。

（4）绿色建筑技术与效益。绿色智能建筑是以智能化技术为基础，通过建立科学合理的绿色智能建筑模式，可以提高绿色建筑的质量和经济效益，从而提高建筑企业绿色施工的竞争力，同时也符合循环经济和可持续发展的要求，是建筑发展方向［21］。

（5）BIM 等信息技术研究与应用。近年来，工程施工过程中数据化工具的应用越来越广泛。BIM技术和RFID 的集成，确保施工过程有序，减少组件损失、误用和误用情况［22］。把BIM 技术与装配式建筑全寿命周期管理问题相结合，提高了建筑施工过程中的质量和效率，推动了建筑业技术信息化、管理信息化［13］。

3.2 研究前沿识别

在CiteSpace 的可视化图谱中，突现词被用来识别科学研究的前沿，可以为装配式建筑的发展提供全面分析。在可视化软件中，将节点类型设置为“Keyword”，并将阈值K 调整为20，得到突现词如表3 所示。从表中可见，1992—2000 年，建筑工业、建筑业、住宅体系、住宅工业化、住宅产业化、标准化等较为突出，总体来讲，当期研究内容主要为住宅工业化、产业化等相关。在2001—2010 年，2006 年的预制混凝土的突现最为明显。正是由于预制混凝土的出现，加快了我国住宅产业化的速度，是我国建筑行业改革的重点之一；同时，住宅工业化、标准化、住宅产业化等仍显示出研究热度。2011—2015 年建筑工业化、绿色建筑成为该时期突现度最强的两个词，尤其自2014 年以来，国家大力推动建筑工业化、产业化的发展，装配式理念逐步在建筑业中得到应用。2016—2018 年，通过观察突现词的强度和突显时间段，可以确定装配式建筑研究的发展方向在建筑工业化预制装配式技术及钢结构装配体系、BIM 等信息技术等方面。这一时期，装配式建筑工程技术方面研究逐渐深入，施工阶段越来越注重信息技术与装配式建筑的结合，使得建设各阶段的质量和效率得到提高。

表3 装配式建筑研究主要突现词

4 结论及对策建议

文章在对CNKI 数据库中有关装配式建筑的文献进行统计分析的基础上，绘制了知识图谱，充分反映了我国装配式建筑研究的现状。主要研究结果有:

（1）从文献发表的时间和期刊领域的分布情况看，自2012 年以来，装配式建筑在管理和技术发展方面取得了突破，并在国家相关政策的支持下，不断迅速发展。《建筑经济》《建筑结构》《施工技术》《建筑技术》等是装配式建筑研究发文的主要期刊，通过对上述期刊的进一步分析，可知装配式建筑的研究领域主要集中在建筑经济、建筑管理、建筑技术、安全科学和信息技术等方面。

（2）从科研团队和研究机构的角度看，纪颖波、李忠富、杨嗣信、陈伟等人的科研成果颇丰，同时在这一领域形成了许多不同的研究团队，跨团队合作也很明显。相关研究机构主要分布在经济和科技发达的东部和中部地区，而西部地区研究机构少，研究力量较为薄弱。

（3）通过对文献的高被引分析和高频关键词分析，可以得出结论：预制构件设计与管理、混凝土结构性能、装配式建筑成本和质量均衡分析、绿色智能建筑技术与效益以及BIM 等信息技术应用等为5 个热点研究方向；预制装配式技术、钢结构装配体系、BIM 等信息技术等是装配式建筑研究的趋势。

根据本文的研究成果，针对目前的研究现状，提出以下3 点对策和建议:

（1）加强装配式建造技术体系研发，研究工程全生命周期的可持续建设模式，以提高建造过程中的质量和效率，为可持续建设的定量研究提供新思路。

（2）利用BIM 等信息技术将绘图、计算与数据管理有机地结合起来，实现信息技术在设计、生产和建造全生命周期管理中的应用，为装配式建筑一体化建造提供技术支持。

（3）加强区域科研力量协调发展，加大西部地区在装配式建筑领域的科研投入度，注重该领域跨区域合作人才培育，推动人才培养与区域产业行业发展相协同。