国内装配式建筑研究热点与演进趋势
——基于CiteSpace的可视化分析

王 会， 方金强， 张 兵,2

(1.连云港职业技术学院 建筑工程学院， 江苏 连云港 222000； 2. 上海大学 机电工程与自动化学院， 上海 200444)

装配式建筑相对传统建筑，在施工效率、施工品质、节能环保以及可持续发展等方面具有较大优势，近年来受到建筑行业高度重视。2016—2018年，国务院办公厅陆续发布了一系列关于大力发展装配式建筑的指导意见。在国家政策的导引下，装配式建筑已成为当前建筑产业转型升级、提质增效的方向标，在学术界也成了众多学者关注的焦点，相关的应用研究成果不断涌现。在装配式设计研究方面，马立等[1]、吴睿骁等[2]、滕岩等[3]以某工程为背景，提出了装配式建筑“少规格，多组合”的设计原则，强调构件的标准化、模数化设计的重要性，归纳总结了装配式结构目前存在拆分设计深度不够、设计不合理等若干问题，为装配式结构的合理设计提供了思路和借鉴。在装配式建筑成本研究方面，李丽红等[4]以沈阳某装配式项目为例，通过分析影响装配式与现浇式项目成本差异的因素，提出通过管理和技术措施解决成本问题。贾宏俊等[5]运用AHP法分析装配式项目的成本影响因素和成本管理问题，提出基于关键影响因素从企业角度控制成本的对策建议。在装配式建筑BIM应用研究方面，张红霞[6]、董苏然等[7]、徐照等[8]结合具体工程案例，探讨了BIM技术在装配式建筑深化设计、工业化施工以及全生命周期信息化集成管理应用，通过应用BIM使装配式项目的设计方案得到合理优化，大大降低了施工成本，提高施工质量和施工效率。

综观现有的研究成果，有关装配式建筑的研究内容分布广泛，工程应用也创造了较高的效益，形成了较为完善的装配式理论体系并开发了诸多应用，但相关结合定性和定量的从知识图谱视角研究装配式建筑发展脉络和发展趋势的文献较少。基于此，以中国知网(CNKI)数据库为基础，检索2010—2020年关于装配式建筑研究的期刊文献，运用CiteSpace软件对文献从发文数量分布、文献作者、发文机构、期刊分布以及研究热点等方面进行可视化图谱分析，梳理了装配式建筑研究的主要内容和演进趋势，以期为国内装配式建筑的研究和发展提供建议。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究方法

采用文献计量学和社交网络分析方法进行研究。文献计量学是以文献为研究对象，采用统计学、文献学的方法，研究和探讨某一学术领域发展脉络、研究热点以及未来的研究趋势[9]。社交网络知识图谱分析是描述知识资源，绘制、挖掘和分析科学知识之间相互联系的一种可视化研究方法，其有利于促进学科间深入开展合作，推动多学科融合发展[10]，有助于新知识的产生[11]。

借助陈超美开发的CiteSpace可视化分析软件[12]，以CNKI期刊文献为基础数据，通过对装配式建筑相关文献的作者、机构、关键词等进行合作网络和共现分析，绘制一系列相关知识图谱，分析研究内容之间的联系和相互影响，可视化地直观展示装配式建筑的演进路径，探测可视化研究热点与发展趋势。

1.2 数据来源

为保证数据研究的时效性、准确性以及代表性，采用国内最大的中文期刊数据库CNKI作为文献检索来源，在高级检索框中输入主题词为“装配式建筑”的关键词，设置检索的时间范围为2010—2020年，文献的来源选择SCI、EI、CSSCI、CSCD以及北大核心期刊，检索日期截止至2021年10月6日。共检索得到548篇相关文献，通过进一步筛选、数据清洗除重，除去会议论文、征稿通知、广告以及与装配式研究不相关的文献，最终得到有效文献474篇，见表1。

表1 数据收集及处理结果

2 基础数据时空分布

2.1 发文时间分布

运用文献计量学方法对2010—2020年中国知网收录的装配式建筑研究核心文献发表情况进行统计分析，结果如图1所示。

图1 装配式建筑研究发文量时间分布

根据图1可知，装配式建筑应用研究成果主要分为两个阶段：缓慢发展阶段和快速发展阶段。2010—2015年，装配式建筑研究处于缓慢发展阶段，此时间段内每年发表文献数量均少于10篇，其中2014年发表最多，为7篇，2010年仅发表1篇；2016—2020年，装配式建筑研究处于快速发展阶段，从2016年开始每年装配式建筑的核心文献发表数量呈井喷式增长，年度发文量依次为2016(31篇)、2017(52篇)、2018(96篇)和2019(121篇)，其中2020年为研究年限内发表文献最多的年份，发表数量为151篇，该时期内装配式研究成果发表较多的主要原因是2016—2018年国家针对装配式建筑的发展出台了相应法律法规和行业指导标准，如2016年9月国务院办公厅印发《关于大力发展装配式建筑的指导意见》，2017年3月发布的《“十三五”装配式建筑行动方案》，以及2018年6月1日起实施的《装配式住宅建筑设计标准》等一系列政策文件，旨在推动装配式技术在工程设计、施工和运行维护阶段的健康稳定发展。

总体而言，由于国家政策的引导，学术界和工程界仍将开展大量的装配式应用研究，相关的文献发表数量将持续增高，直至研究相对成熟，随后进入稳定发展期。目前国内装配式建筑研究正处于发展迅猛期，研究前景广阔，还有较大发展潜力，是未来建筑行业持续关注的研究热点。

2.2 空间分布

2.2.1 发文核心作者分布

发文作者是学科领域研究的主体，其核心作者是推动学科研究发展与创新的关键力量。通过对作者及其合作网络图谱分析，可以有效识别某研究的核心作者群，并深入挖掘其合作关系，从而深层次探讨该领域研究程度、研究现状与发展脉络。国内装配式建筑研究领域作者合作网络知识图谱如图2所示，共现网络节点N=484，边数E=722，网络密度Density=0.006，说明在节点和节点连线数量较多的情况下，发文作者合作网络知识图谱密度不高。

图2 装配式建筑研究作者合作网络图谱

根据普赖斯定律确定装配式研究的核心作者，并对核心作者的发文量进行统计分析[13]。普赖斯公式为

(1)

式中：nmax为作者中发表最多的论文数；m为核心作者最低发文数。

通过发文作者的文献统计数据可知，发表装配式建筑文献最多的作者为陈伟，发文数量为11篇，计算m=2.484，即发表文献数3篇及以上的作者为该研究领域的核心作者。经过文献计量学统计可知：核心作者共计31位，共发表115篇，而普赖斯定律认为，研究领域50%以上的论文应由“核心作者群体”完成，研究总文献量为474篇，核心作者群体发文量约占总体发文数量的24.3%，远没有达到普赖斯定律的认证标准，因此，核心作者群体还应在装配式领域继续深入拓展研究。

表2为共现频次前10名的作者，通过作者发文量和共现频次可知装配式建筑的核心研究作者发文量为陈伟(11篇)、李丽红(7篇)、马辉(6篇)、纪颖波(6篇)、齐宝库(5篇)，其次是樊俊江、潘海泽、於林锋、汪杰和王芳等，共现频次均在3篇以上。从文献发表年代来看，陈伟、李丽红、齐宝库等是国内较早从事该领域研究的核心学者，其中齐宝库的研究成果主要集中在2014—2017年，后续未有装配式成果发表。李丽红和陈伟分别从2013年和2016年开始致力于装配式建筑的研究，一直持续至今，两位学者的成果主要集中在2018—2020年，发表文献分别为5篇和9篇，是近年来装配式研究的主要贡献者。根据作者合作网络图谱(图2)来看，部分文献作者形成了6个相对较大的紧密合作研究团队，其中以武汉理工大学陈伟和孙翔君为核心的团队是最大的研究团队，其次是沈阳建筑大学的李丽红和齐宝库团队，北方工业大学的纪颖波、姚福义和张祺团队，天津城建大学经济与管理学院的马辉、李锦华和李雪强团队，西南石油大学的潘海泽和重庆大学管理科学与房地产学院罗思雨团队，企业单位代表为上海市建筑科学研究院的樊俊江和於林锋团队。尽管团队内成员开展了大量合作，取得了较为丰富的成果，但由于团队之间研究的方向不同，使得相互之间的交流合作较少，缺少一些创新性研究成果。为促进装配式研究的创新以及多学科融合发展，需要各团队和各方向研究人员深入交流、广泛开展合作。

表2 装配式建筑研究核心作者发文量统计与排名(Top10)

2.2.2 发文核心机构分布分析

装配式建筑研究机构合作网络图谱如图3所示，共现节点数量N=218，连线边数E=127，网络密度Density=0.005 4，网络节点数量较多，但节点连线的数量和密度都较小，说明装配式建筑研究的发文机构尽管较多，但相互联系不足，合作相对较高的核心研究机构主要以沈阳建筑大学、中国建筑科学研究院、西安建筑科技大学和武汉理工大学等机构开展的合作，其他高校和科研机构的合作均较为薄弱。表3是发文超过8篇及以上的主要机构发文情况。

图3 装配式建筑研究机构合作网络图谱

表3 主要机构发文情况(Top11)

通过图3和表3分析可知，发文机构主要集中在国内的高等院校及其二级组织，成果较多的高校主要为沈阳建筑大学(27篇)、西安建筑科技大学(21篇)、武汉理工大学(18篇)，其中南京工业大学和沈阳建筑大学是国内较早开始装配式研究的高校代表，分别于2011年和2012年开始该领域研究，且研究一直持续至今；而企业、研究院所发文机构方面，只有中国建筑科学研究院发文8篇，位列11位。个别大型企业和研究所虽有参与，但参与的企业数量较少，研究应用不多。在校企合作方面，武汉理工大学和武汉市建筑节能办公室、中建三局，以及西安建筑科技大学和中国建筑科学研究院开展了较为紧密的交流合作。同时部分高校之间也进行了合作交流，如沈阳建筑大学与南京工业大学，重庆大学与天津城建大学开展大量的合作研究，但大部分高校和企业未能高效实现“产学研”合作。然而，如要推动装配式建筑的深入应用、创新性应用，需要高校和企业紧密开展合作，联合攻关。高校需要通过企业了解市场实际需求，企业则通过高校掌握更多的科技手段，相互激发研究灵感，在装配式领域形成新的研究方向。因此，在未来装配式建筑领域研究中，各主要研究高校、企业、科研单位应加强交流与合作，创造出更有实践意义的成果[14]。

2.2.3 发文期刊分布分析

对国内装配式建筑研究文献的期刊来源进行分布统计，挖掘该研究领域的高质量期刊，分析和掌握期刊的结构化特征及研究领域[15]。以发表超过3篇文献数量筛选期刊，最终选出24种期刊，共计收录406篇文献，占发文总量的85.6%。从图4可知，近10年收录装配式建筑文献最多的前5类期刊分别为《建筑结构》《建筑经济》《混凝土》《施工技术》和《土木工程与管理学报》，收录文献分别为 91、76、74、45、38篇，共计收录285篇论文，占总文献量的60.1%，是装配式建筑研究发文的主要核心期刊。

图4 装配式建筑研究主要期刊发文情况

《建筑结构》是发表装配式建筑研究相关文献最多的核心期刊，极大地推动了装配式的应用和研究，是专家和学者重要的交流平台。究其原因主要是2010—2020年国内关于装配式建筑的研究重点为装配式的结构设计以及拆分深化设计方面，恰好符合《建筑结构》期刊的办刊定位。从目前国内每年大量的工程项目建设来看，未来装配式建筑文献还将出现大幅增长趋势。其次，作者热衷发表的期刊有《建筑经济》和《土木工程与管理学报》。这两本期刊办刊栏目主要包括工程管理、工程造价等方面内容，说明装配式建筑在施工管理和成本控制方面应用研究也是学者关注的热点，符合装配式建筑应用的初衷，节约成本，提高精细化管理水平，提高建设效益[16]。《混凝土》《施工技术》和《建筑技术》也是作者发表相关文献较多的期刊。这3本期刊更倾向于施工技术方面，新型混凝土建筑材料应用研究等领域的高质量学术论文和最新研究成果，反映了装配式建筑最新发展水平和发展方向，从不同的角度丰富了装配式研究，促进了装配式技术的发展。基于上述期刊分布分析可知，装配式的研究内容主要集中在结构深化设计、施工管理、成本控制、装配式施工技术以及新型建筑材料研究等多个领域。

3 装配式建筑研究热点分析与前沿追踪

3.1 装配式建筑研究热点可视化分析

通过CiteSpace绘制关键词的共现知识图谱，可以识别出研究领域的主要研究问题和核心观点，挖掘出研究热点，掌握研究的前沿趋势和相关知识结构。装配式建筑文献关键词知识图谱如图5所示，其中节点数量708个，连线926条，网络密度为0.004，图谱中每个节点表示不同的关键词，即研究热点，节点和标签的大小表示研究热点出现的频次，关键词的共现关系用节点连线表示，连线的粗细表示共现强弱关系，不同的颜色则代表关键词出现的年份。根据共现频率和中介中心性数值的高低，筛选出前30名的热点关键词，见表4。

从图5和表4可知，“装配式建筑”作为主题检索的关键词出现频次最高，达到305次，中心性为0.69；“装配式”“预制构件”作为装配式建筑的同类词，频次分别为43、30，中心性分别为0.20和0.44，其中预制构件的中心性0.44位居第2，说明预制构件在装配式建筑研究中占有非常重要的地位；其次，“BIM”“建筑工业化”“建筑信息模型”“BIM技术”分别以 27、20、14、14的频次位居其后，表明BIM在装配式建筑研究中显示出较高的关注度，是近年来研究的热点。高层建筑、抗震性能、深化设计、EPC模式等关键词词频和中心性也相对较高，说明装配式高层建筑的深化设计、抗震性能以及工程总承包EPC模式也是主要的研究内容，其余的关键词显示出较低的关注度。表 4中所列出的关键词涉及的内容基本涵盖了装配式建筑研究的主要方面。

图5 装配式建筑关键词共献网络图

表4 装配式建筑研究高频关键词(Top30)

在关键词共现分析的基础上，采用LLR算法对关键词图谱进行聚类分析，得到聚类图谱，如图 6 所示。图谱中聚类的关键参数ModularityQ值为0.744 6>0.3，表明聚类具有显著性，Mean Silhouette值为0.919 4>0.5，网络同质性较好，聚类匹配程度较好，即整个聚类的组成结构较为显著且聚类高效合理。

图6 装配式建筑研究关键词聚类图谱

关键词图谱聚类共形成较为显著的13个模块，有装配式建筑(#0)、BIM(#1)、设计(#2)、预制构件(#3)、建筑工业化(#4)、装配式混凝土结构(#5)、装配式(#6)、建筑信息模型(#7)、综合评价(#8)、生产调度(#9)、问卷调查(#10)、施工绿色度(#11)、支持向量机(#12)，各聚类内部的平均轮廓值S在0.826～0.973，值接近1，表明聚类效果较好。根据关键词共现和聚类标签所研究的内容归纳分析，装配式建筑研究的热点主要包括以下4个方面的内容。

1)信息化技术应用。由于装配式建筑的设计、加工生产以及施工安装精细化程度要求较高，使得全过程的信息管理显示出较高的重要性，信息化技术在装配式领域的应用关注度越来越高。张健等[17]归纳了信息化技术在装配式建筑中的应用情况和应用价值，构建了基于信息化平台的装配式结构集成体系，分层推进信息化大数据、BIM技术在装配式建筑中的应用。大数据、BIM技术、物联网等信息化技术的应用，使得装配式建筑的结构设计更加高效合理，施工精细化更高，从而提高了各参建方的信息交互效率，实现装配式建筑项目的智能化管理和智慧建造。

2)深化设计和预制构件。在装配式项目中，深化设计至关重要，其整合了设计和生产施工信息，具有承上启下的作用。传统的设计图纸信息未能充分表达装配式项目精细化生产和施工需求。为此，近年来有关装配式项目的深化设计研究日趋重视，也是专家学者研究的热点。靳鸣等[18]提出深化设计具有精细化、协同性等特点，以成都某装配式项目为案例引入BIM技术，分析BIM在深化设计中的应用难点，通过标准制定、软件平台开发解决应用难题，创造了较大的应用价值。李伟等[19]以沈阳某住宅项目为例，提出了BIM技术在构件的预留预埋、钢筋排布、节点连接和安装模拟等深化设计中的应用，从而提高了装配式项目的设计精度、施工质量和施工效率。就这一类研究内容分析，研究热点主要集中在预制构件的深化设计、优化设计、设计施工一体化以及和BIM信息化技术深度融合应用方面。

3)建筑工业化和EPC模式。现阶段国家大力推动建筑工业化，通过现代化的制造、运输、安装和科学管理的生产方式，实现建筑行业转型升级，提高建造效率。装配式项目在实施过程中，具有全过程信息化集成度较高的特征，较契合工程总承包模式(EPC)，因此推行EPC模式，有利于全面发挥装配式建筑的建造优势。杨阿慧等[20]认为装配式构件的工业化生产是装配式建筑建造的关键环节，通过对预制构件的生产工艺、加工参数、作业流程的系统分析，有助于完善生产系统，合理设计生产流水线，极大地提高了装配式建筑的建造效率。纪颖波等[21]从企业角度出发，应用ROI考核体系构建了装配式建筑EPC模式的经济效益计算模型，为装配式建筑实施EPC管理模式产生的经济效益提供依据。

4)项目管理和综合评价。由于装配式建筑建造的一体化程度要求较高，对项目的管理提出了更高的要求，国内不少学者在施工管理和装配项目的综合评价方面也开展了相关研究。冯晓科[22]分析了BIM在装配式项目施工管理方面的作用，通过BIM技术优化施工工序、进度计划和场地布置，借助RFID技术对装配预制构件进行信息化跟踪管理，极大地实现BIM技术在施工管理的应用价值。陈伟等[23]为减少装配式施工安全事故，基于安全事故的成因，分析影响安全施工的关键因素，通过采用层次分析和灰色聚类法，构建了施工安全评价指标和模型，从而验证了该评价指标和模型有利于控制施工安全事故的发生。王秋红等[24]以长春某装配式建筑为对象，构建了一个综合评价指标体系，采用了模糊聚类评价方式对装配式项目的7个指标进行评价打分，取得了较好的评价应用效果。通过文献分析，装配式建筑的研究较多从施工阶段入手，缺乏从全过程、全阶段以及全寿命周期管理的研究，这将成为未来学者关注研究的重点内容。

3.2 装配式建筑研究前沿和趋势分析

在学科探索、研究及追踪的过程中，研究内容中词汇突然涌现和频次的变化往往可以反映该研究的前沿和研究趋势动态，借助CiteSpace软件中的Burst突发性检测功能，识别研究前沿[25-26]。具体参数设置如下：在术语词类型中设置“Noun Phrases”，节点类型中选择“Keyword”，阈值K取25，采用软件内置的算法进行突发性检测[27-28]，探测得到22个突现词和关键词聚类的时间线图谱，如图7和图8所示。

图7 装配式建筑研究突现词

从图7和图8的研究突现词和关键词的时间线图谱可知，装配式建筑研究的前沿和演进趋势主要从如下时间线进行分析[29]：2010年装配式的研究关注度不高，在2011—2014年，建筑工业化、高层建筑、预制装配式、建筑信息模型、施工等主题词较为突出，突现强度分别为4.95、3.36、2.8、2.63，说明高层建筑的装配式施工技术，预制构件工业化的生产模式、装配式和建筑信息模型的融合应用受到了学者的主要关注，其相关的研究内容是这一阶段的研究热点和前沿。此外，2015年未出现突现词，表明当年前沿主题不显著。在2016—2018年，则出现了大量的突现词，尤其是2016年突现词多达6个，突现词分别为装配式、深化设计、装配式混凝土结构、钢结构、住宅建筑和设计等主题词，受到了较高的关注度，比较契合在该时期国家提出相关政策文件推动BIM和装配式建筑的大力发展有关，这一时期装配式建筑发展主要以钢结构装配施工为起点，主要探索研究在装配式住宅建筑混凝土结构深化设计，预制构件拆分设计等方面的研究。2019—2020年，BIM技术、构件产业化、综合评价因素和EPC模式是近年来关注的热点和前沿趋势，通过BIM可视化技术预制拆分构件，达到构件精细化加工生产，减少由于粗糙设计和不可控影响因素对装配式建筑的影响，在预制加工厂和施工现场应用BIM技术模拟施工吊装预演施工过程，提前发现施工中可能出现问题，为后续装配施工吊装提高了效率。

图8 关键词共词聚类的时间轴线视图

4 研究结论及建议

以中国知网数据库为基础，运用CiteSpace对所收集的装配式建筑文献进行可视化分析，绘制的社交网络知识图谱较为全面地反映了国内装配式建筑研究的现状。然而在数据选取方面仅针对国内装配式研究，存在一定局限性，后续将进一步开展国际和国内装配式建筑文献对比研究。研究主要从国内装配式建筑的时空分布、研究热点、研究前沿以及趋势进行可视化量化分析，主要研究结论如下：

1)从文献时间、期刊分布看，国内装配式建筑研究主要分为两个阶段，缓慢发展阶段和快速发展阶段。在2010—2015年装配式建筑研究发展缓慢，2016年后相关研究成果较为丰硕，研究呈现快速发展态势。刊发装配式研究文献较多的核心期刊主要有《建筑结构》《建筑经济》《混凝土》《施工技术》以及《土木工程与管理学报》等，通过期刊及文献分析，深化设计、施工技术、施工管理、成本控制、结构抗震和建筑材料为装配式建筑的主要研究领域。

2)从研究团队及科研机构看，陈伟、李丽红、马辉、纪颖波和齐宝库等学者研究成果较多，已形成了6个较大的紧密合作研究团队，但跨团队之间的合作并不显著。其中高校中武汉理工大学的陈伟和孙翔君为核心研究团队是最大的团队，企业中有代表性是上海市建筑科学研究院的樊俊江和於林锋团队，但团队之间缺乏广泛交流和深入开展合作。主要研究机构中，以中国建筑科学研究院、沈阳建筑大学、西安建筑科技大学和武汉理工大学等机构开展的合作相对较高，其他机构合作程度均较浅，研究力量分布不均衡。

3)通过关键词共现图谱与词频统计分析得出，研究热点除了“装配式建筑”装配式“预制构件”等紧密相关的关键词外，高频词还包括“BIM技术”“建筑工业化”“建筑信息模型”等，现阶段研究热点主要集中在深化设计、抗震性能以及工程总承包EPC模式等研究内容。根据聚类分析共形成较为显著13个模块，分析归纳整理得出装配式建筑研究主要包括信息化技术、深化设计与预制构件、建筑工业化与EPC模式、施工管理与综合评价等四大方面的内容。

4)通过突现词和时间线图谱分析可知，近10年装配式建筑研究演进方向分为13个领域，主要发展历程为发展缓慢阶段(2010—2015年)、快速发展阶段(2016—2020年)。根据突现词分析，了解了装配式建筑的研究历程中的突现主题及其转换，也探测到近期的研究前沿问题是BIM技术、产业化、预制构件、模块化以及综合评价。

综合上述研究可知，国内装配式建筑研究正处于快速发展阶段，未来将有较大的创新发展研究空间，后续的装配式研究建议从以下3个方面进行关注：一是对预制构件的混凝土材料性能改良及其规律研究；二是关于装配式建筑抗震性能、绿色节能与可持续耐久性等实证性研究；三是从装配式建筑的全过程、全阶段以及全寿命周期视角进行协同性研究。