建筑业技术研究热点和发展趋势分析

吴文伶， 刘 星， 罗 兰， 黄 乾， 晋玉洁， 石敬斌， 肖绪文

(中国建筑股份有限公司技术中心，北京 101300)

经过40余年发展，我国已成为建筑大国，正向建筑强国迈进[1,2]。在这40余年的发展中，建筑业取得了显著成绩。作为支柱产业，建筑业为国民经济发展做出了重要贡献。2020年，全国建筑业总产值26.4万亿元，占国内生产总值的25.88%。建筑业吸纳了大量的人口就业，从业人数5427.37万人，占全社会就业人员总数的7.01%。40年来，我国建筑市场空前繁荣，国内外超级工程不断建成。在2020年的疫情中，10天建造一座医院的创纪录速度让世人惊叹。从业者大胆创新设计、施工技术，建筑业技术发展取得巨大成绩。深基坑支护、超高层结构、综合爆破、大型结构和设备整体吊装、预应力混凝土和大体积混凝土、装配式建造技术、空中造楼机等项技术均达到国际先进水平。然而，在取得重大成绩的同时，目前建筑业也存在一些瓶颈问题：建筑工人紧缺、老龄化；建筑业管理粗放，属劳动密集型，信息化自动化水平低，效益差；扬尘，噪声污染，深基坑浪费大量水资源；消耗大量水泥、钢筋资源等等。那么，目前建筑领域的研究热点是什么，未来建筑业的发展方向在哪里，是值得我们深思和探讨的问题。

科学知识图谱是用来发现和分析各类知识的方法和工具，它可以将大量的文献信息以图谱形式形象的展现出来，从而揭示前沿问题、热点问题及其发展趋势等，因此科学知识谱图是分析各科学研究领域发展的有效工具[3～5]。问卷调查也是科学研究的传统方法。本文将采用科学知识图谱这一工具，以及问卷调查的方法，对建筑领域的研究热点进行可视化分析探讨，以期对建筑业发展方向窥见一斑，也期望对建筑业同仁有所裨益。

1 建筑技术文献计量分析

研究基于CNKI数据库进行文献整理与分析，检索自1978年至今发表文章的研究主题为“建筑+技术”的文章，结果如图1所示，共检索到文献46.9万篇。关于建筑技术的研究，从上世纪80年代初开始，年发表文献量在1000篇上下，是建筑技术研究的起步和初步发展阶段；2000年前后，文献数量开始快速增长，从2000年的2000余篇快速增长到2014年的3万余篇，为建筑技术研究的快速发展与精进阶段；2015年之后，发表文献数量保持稳定，为建筑技术研究的稳定深度发展阶段。

图1 “建筑+技术”研究文献分布

建筑技术文献发表数量变化及其反应的建筑技术研究发展历程，与我国建筑业发展历程基本吻合。包括：(1)1978—2001年为恢复和发展阶段，十一届三中全会以后，建筑业得到恢复和发展；(2)2002—2014年为高速发展阶段，加入WTO后，我国经济持续稳定增长，促成了建筑业的快速发展；(3)2015年至今为建筑业的高质量发展阶段，建筑技术研究与建筑业发展历程基本吻合，也从侧面反应了建筑技术从研发到成果应用转化顺畅高效，建筑技术研发与建筑业发展能够很好的协同促进。

2 建筑技术研究热点分析

2.1 建筑技术研究热点分析

对检索到的46.9万篇文献进行筛选，剔除无关文章，合并重复性的关键词，利用Gephi进行网络分析，如图2所示，图中不同节点代表了不同的关键词，节点和标注大小代表相对连接次数的大小(度)，节点之间的连线代表两个关键词相互作用，连线的粗细代表关键词之间的关联程度强弱。同时，本研究通过计算不同节点的特征向量中心度(Eigenvector Centrality，EC)，对不同研究内容的相对重要性进行了量化，特征向量中心度是指一个节点的中心性，是相邻节点中心性的函数，也就是说，节点越重要，与该节点连接的节点就越重要，基于相关节点之间的关系更准确地描述了关键词之间的重要性及相互作用。

图2 建筑技术文献主题分布状况剖析

排名前30的特征向量中心度见表1。结果表明，绿色建造技术和基于BIM技术的智慧建造，是建筑技术研究的热点(图2)。

表1 建筑技术研究热点内容分析

对100余名专家进行问卷调研，调研结果(图3)表明，智能化和绿色化是当前研究的两个热点方向。

图3 问卷调查统计结果/%

绿色建造是绿色建筑的生产活动，建筑的绿色化，从浅绿走向深绿，是建筑业的发展方向[6～8]。绿色建造技术研发和应用，是建筑业碳减排的关键，是实现“碳达峰”和“碳中和”的必然选择。

建筑信息模型(Building Information Mode-ling，BIM)作为设计工具，通过数字化技术，建立三维建筑模型，反映建筑生命周期各个阶段所需的信息[9,10]。建筑工程设计从实物阶段发展到现在的计算机辅助设计，是颠覆性技术进步，而当前BIM技术已日趋成熟，不久的未来BIM智慧建造技术将有可能取代现有的计算机辅助设计，对建筑设计的工作方式形成颠覆性改变(图4)。

图4 建筑设计技术发展路径

2.2 绿色建造技术研究热点分析

基于CNKI文献检索，共收集到建筑绿色化方向的文章共1.8万篇，对关键词进行分析，建立建筑绿色化的总体研究网络模型，见图5和表2。结果表明，除“绿色化”“绿色建筑”通用性研究内容外，“绿色化改造”“绿色建材”“既有建筑”“绿色施工”“可持续发展”“建筑工业化”“绿色建造”等均为较重要的研究内容，其他研究内容则占比较低。这说明绿色建造涉及面相当广泛，绿色建材、绿色施工、建筑工业化等对绿色建造产生重要影响，也是产出绿色建筑产品的基础。

图5 建筑绿色化热点研究网络模型

表2 建筑绿色化研究热点内容分析

2.3 基于BIM的智慧建造技术研究热点分析

基于CNKI文献检索，共收集到BIM技术的文献共2.2万篇，对关键词进行分析，建立BIM技术总体研究网络模型，见图6和表3。结果表明，除“BIM”“建筑信息模型”“BIM技术”通用性研究内容外，“建筑设计”“全生命周期”“项目管理”“智能模型”等均为较重要的研究内容。可见，BIM技术不仅对于建筑设计会产生深远影响，对于建筑全生命周期，包括施工、项目管理、运维，都有重要意义。

图6 BIM技术研究网络模型

表3 BIM技术研究热点内容分析

3 建筑业技术发展趋势分析

3.1 绿色化

我国建筑业每年消耗世界上40%的钢材和水泥，施工扬尘占城市扬尘的15%～25%以上，建筑垃圾占城市垃圾总量的1/3以上，造成垃圾围城以及泥石流滑坡等次生问题。2013年，在建工程建筑面积约88亿m2，2020年，全国建筑业企业房屋施工面积149.5亿m2，年抽水量达380～1200亿m3，不仅白白浪费了大量的水资源，而且造成地面下沉等灾害问题。

基于建筑业高污染、高消耗现状，绿色化是建筑业未来发展趋势。前文所述网络热点分析，也充分显示绿色化是当前建筑业研究热点，也是建筑业未来发展趋势。

3.2 智慧化

工业革命发展经历了以下3个阶段：(1)第1次工业革命阶段的机械建造代替人工建造；(2)第2次工业革命阶段的自动化流水线代替单台机械的建造；(3)现已处于第3次工业革命阶段并正向数字化自动控制下的建造发展。但是对比我国建筑业，情况则要相对落后。钢筋混凝土建筑仍以现浇结构为主，在少量机械的辅助下由人工建造，处于第1次工业革命阶段的早期。

建筑业是劳动密集型行业，其自动化、信息化程度远落后于制造业。例如钢筋绑扎，完全需要农民工人工进行，不仅效率低下，而且农民工需要忍耐严寒酷暑的环境，劳动强度大。在农民工规模不断萎缩、老龄化等诸多现实问题依然没有得到根本解决的大背景下，导致建筑工人紧缺。智能化的建造装备，包括施工机器人，是有效替代人工，进行安全、高效、精确的建筑部品部件生产和施工作业的关键。

网络分析结果表明，基于BIM的智慧设计技术是当前研究热点，将替代现有CAD等设计工具，使得建筑设计更智能，对建筑设计进行颠覆式变革。

总之，无论是建筑施工，还是建筑设计，智慧化都是未来建筑业技术发展趋势。

4 结 论

本文基于CNKI数据库对建筑技术文献进行检索分析，并通过网络分析，探讨了建筑领域研究热点，以及热点技术的主要研究内容，结论如下：

(1)建筑技术文献的发表数量反应了建筑技术的研究历程，分为起步阶段、快速精进阶段和稳定深化阶段，与改革开放40多年建筑业的发展历程(恢复发展阶段、高速发展阶段和高质量发展阶段)基本吻合，反应建筑技术从研发到应用转化顺畅高效，也反应了建筑领域研发和成果应用协同促进效果良好。

(2)绿色建造和基于BIM的智慧建造，是建筑领域两大研究热点。为了实现“碳达峰”和“碳中和”的目标，实现国家和社会的可持续发展，绿色建造是建筑业的必然选择。基于BIM的智慧建造是建筑业的发展趋势，有可能在不久的将来对建筑设计方式发生颠覆式改变。

(3)绿色建材、绿色施工、绿色建造是实现建筑绿色化不可或缺的重要组成内容，是绿色建筑的研究热点。

(4)BIM技术不仅对于建筑设计会产生深远影响，对于建筑全生命周期，包括施工、项目管理、运维，均有重要意义。

(5)绿色化、智慧化是未来建筑业发展两大趋势。