基于文献计量的中美建筑节能领域基础研究

赵蕴华，周肖贝，李媛

（中国科学技术信息研究所，北京 100038）

0 引言

建筑节能是指在建筑的规划、设计、建造、使用过程中，在保证和提高建筑舒适性的前提下合理并有效利用能源，并减少对环境的污染[1-2]。作为应对资源供应紧张和二氧化碳排放增长的低碳节能产业之一，建筑节能已经成为节能工作的重要方面[3-8]。

根据住建部发布的《建筑业发展“十三五”规划》[9]，2020年城镇绿色建筑面积占新建建筑面积的比例应达到50%以上。而在《住房城乡建设部建筑节能与科技司2018年工作要点》[10]中明确提出将以绿色城市建设为导向，深入推进建筑能效提升和绿色建筑发展。

美国是建筑节能领域研究的领头国家，自20世纪70年代年能源危机开始关注建筑节能，同时也是人均能源消耗量最多的国家[11-15]。我国1997年才首次在《中华人民共和国节约能源法》中提出能源节约的战略性并对建筑节能做出规定。而中国作为目前城市化发展速度最快的国家之一，其建筑能耗占总能耗的1/3[16]。随着我国生态文明建设，建筑节能从能源节约向环境友好过度[17]，并取得大力发展。

尽管建筑节能的发展对中美两国都有着非常重要的意义，然而目前我国关于建筑节能领域的文献计量数量相对较少。本文基于文献计量，对中美两国在建筑节能领域的基础研究进行深入对比，分析两国在建筑节能领域的发展异同。

1 数据来源

本文基于SCI收录的建筑节能领域的学术论文进行统计分析，主要从中美学术论文逐年趋势、研究机构、学科类别、高产作者、期刊分布和高被引论文情况等角度分析中美建筑节能领域的科研人员和科研机构的研发能力和研发水平。检索时间段为2008年～2018年，检索日期为2018年4月18日。

2 全球建筑节能领域基础研究情况

2008～2018年间，全球建筑节能领域共发表SCI学术论文12 682篇，呈逐年递增趋势（见表1）。通过对SCI收录的前10个国家建筑节能领域相关论文数据进行分析（见表2），可以看出：前5名分别为中国、美国、意大利、英国和韩国。中国和美国是建筑节能领域基础科学研究的领头者，我国在建筑节能领域共发表论文2608篇，占比21%，美国为2385篇，约占19%，远高于其他国家。中国和美国在建筑节能方面发表的论文数量基本持平，充分证明了中美两国在建筑节能领域基础科学研究中的领军地位。前10个国家论文数量占比67%，其中除中国和印度为发展中国家外，其余均为欧美和澳大利亚等西方发达国家。

表1 SCI收录全球建筑节能2008～2018年论文数量

表2 SCI收录全球建筑节能2008～2018年前10名国家论文数量

为了更深入探讨各国所发表论文的学术质量和学术影响力，通过论文的被引用情况进行分析，建筑节能领域的高被引论文在此设定为论文引用次数居所有论文前10%的论文，如果前10%之后有论文的被引次数与第10%篇论文相等，即被引用资料相同，则同样收录。全球建筑节能领域的前10%高引论文数量为1304篇，引用次数最少为33次，最高为1560次。

从表3所示的前10位高产国家的高被引论文数量可以发现，美国高被引论文的数量居首位，达到316篇，是排名第2位（中国）的1.26倍，远高于之后的意大利、英国、德国等国家。中国的建筑节能领域论文数量略高于美国，但高被引论文方面美国领先于中国，而中国又高于其他国家，表明美国的科学家在建筑节能领域的学术影响力大于中国，但两国共同引导着该领域的前沿研究。

表3 SCI收录建筑节能领域前10个高产国家的高被引论文数量

对建筑节能领域前5位高产国家高被引论文数量的年度变化进行统计（见图1），可以发现，美国建筑节能领域高被引论文数量高于其他国家，2008～2012年，美国、中国和意大利高被引论文数量呈上升趋势，中国较美国速度缓慢。由于一篇科技论文发表后被其他作者看到并引起大量关注和引用需要一定的时间积累，所以近几年发表的论文很难成为高被引论文，2013年以来中美的高被引论文数量均在不同程度的下降，而中国在数量上与美国较为接近，美国在全球建筑节能领域基础科学研究中处于领先地位，中国高被引论文数量在近几年正逐渐缩小与美国的差距，并领先于其他国家的科研水平。

图1 SCI收录建筑节能领域前5位高产国家高被引论文年度情况

3 中美两国建筑节能领域基础研究情况

3.1 中美两国论文发表情况

对SCI收录的2008～2018年中美两国建筑节能领域论文的发表变化（见表4）进行分析。

表4 SCI收录中美建筑节能领域2008～2018年论文

由表4可以看出：中美建筑节能领域的论文发表数量在近10年都处于上升阶段，2008～2014年，中国论文数量略低于美国，但论文增长趋势基本保持一致；从2015年开始，我国建筑节能论文年度发表数量开始超过美国，并且保持快速增长趋势，而美国增长趋势变缓。

自从我国1997年《中华人民共和国节约能源法》中首次用法律明确了“节能是国家发展经济的一项长远战略方针”，至2008年中国在建筑节能领域的发展已经走过了概念引入的阶段。近10年属于中国建筑节能领域在基础研究方面对美国的追赶超越阶段。

而自2012年提出生产文明建设以来，我国对建筑节能发展的重视程度进一步加强。随着政府政策的大力推动[18]，建筑节能领域已经奠定了坚实的基础，大量相关研究成果出现。2015年《中共中央国务院关于加快推进生态文明建设的意见》中将建筑节能作为加快推进生态文明建设的总体要求之一[19]。全面提升建筑全过程绿色化水平是2018年住房城乡建设部的工作要点之一。到2020年，为实现资源节约型和环境友好型社会建设取得重大进展的目标，建筑节能在我国仍然是研究的热点，相关的基础研究论文数量将持续上升。

3.2 中美两国论文作者所属机构情况

表5展示了SCI收录的中美建筑节能领域论文作者所属机构的前10位排名情况，以大学和科研院所为主，表明大学和科研院所而非企业为中美建筑节能领域科学基础研究的主要力量，相关产业界没有太多参与建筑节能研究中偏基础的研究内容。我国在该领域的论文发表数量最多的是中国科学院，为247篇，清华大学以214篇位居第二，说明我国在该领域的研究力量主要集中在了中国科学院，其多学科的集团优势明显。美国在该领域的研究机构前2名为美国能源部（US Department of Energy，DOE）下属研究机构和加州大学系统（University of California System），论文发表数量分别为308篇和268篇。单纯从数量上来说，我国研究机构与美国一流机构持平，仅前2名数量略低于美国，其余八个机构论文数量上均高于美国，我国论文发表数量大于100的机构有8家，而美国仅有4家，说明美国机构在基础研究的数量上呈现少数顶尖机构的金字塔式分布，而我国属于多个领先机构的梯形式分布。另外，我国建筑节能领域研究前10名出现香港理工大学和香港城市大学等2个香港地区高校。

表5 SCI收录的中美建筑节能领域论文前10名机构

3.3 中美两国基础研究学科类别分析

对SCI收录的中美建筑节能论文进行学科类别的统计结果见表6。

表6 中美建筑节能领域论文的前10位学科类别分布

由表6可以看出，中美在建筑节能领域发展方向基本相同，工程学、能源燃料和结构与建筑技术是中国和美国都很关注的学科类别，但同时各国也有所侧重，如中国还关注力学等偏基础研究，美国关注计算机科学，并且美国在生态环境科学较中国更为重视。生态环境科学在中美地位的差异可能是由于美国的建筑节能主要关注点除能源节约之外，绿色发展和环境友好也是追求的主要目的，这一理念领先中国大约6年时间[20]。尽管我国对绿色生态的重视程度已经加强，但目前在基础理论的学科表现上表现还不够明显。从各学科的论文数量上来看，排在中国前10位的学科论文数量总体都略高于美国的论文数量，说明中国已逐渐赶超美国。

3.4 中美两国基础研究成果期刊分布

表7列出了中美两国的主要期刊分布情况。其中《Energy and Buildings》和《Applied Energy》在中美学者期刊分布上均位列前列。《Energy and Buildings》由Elsevier出版，其范围涵盖了例如建筑科学界关于能源使用、室内环境质量和气候学等所有可以提高建筑环境能效的主题。《Applied Energy》由英国出版社Applied Science Publishers自1975年创刊，主要覆盖范围从环境能源、燃烧和电力释放过程到工业中的经济用电，以及建模和预测问题、能源保护政策问题和社会影响等。从前10位期刊的论文刊登数量上来看，我国在前10位期刊上发表文献的总数以及占全国发文数量的比例均大于美国，说明我国在论文发表期刊选择上倾向于某几个熟悉的业内期刊，更加有针对性。

注意到美国排名第9位的期刊《Science And Technology For The Built Environment》2016年的影响因子仅为0.88。主要因为该期刊是1995年创刊的《HVAC&R Research》于2015年更名而来，在影响因子计算时并未基于原期刊进行叠加。

表7 SCI收录的中美建筑节能领域论文的期刊分布情况

3.5 中美两国高被引论文分析

对中美两国建筑节能领域的高被引论文进行统计（见表8），进一步发现美国发表的建筑节能领域论文总量占到全球的18.81%，但其中产生的高影响力论文却占到全球的24.23%，其论文总量的13.25%都成为了全球的引用量最多的论文。而中国贡献了20.56%的建筑节能相关论文，其高被引论文占到全球的19.17%，中国所有论文中只有9.58%的论文成为高影响力的学术论文，引起全球学术界的高度关注，该比例低于美国。虽然美国相关论文总量较中国略低，但其在学术成果产生的影响力却是重大的，表明中国在建筑节能领域的论文数量虽然提高很快，但目前在高质量、高学术影响力的创新性研究成果方面较美国仍有待提高。

表8 SCI收录的建筑节能领域的高被引论文情况

3.6 中美两国基础研究顶尖机构分析

根据各机构高被引论文数量及其篇均被引次数（见表9），发表高被引论文的顶尖中美研究机构被划分4个区域（见图2）：高被引论文数量及其篇均被引次数均高者，尚无机构落入此区；仅发表的高被引论文数量多者为第二区，如加州伯克利大学分校、麻省理工学院、中国科学院、清华大学、香港理工大学、香港城市大学等，中国机构数量大于美国，结合表1发现，这些中美机构不仅在论文总量上居于前列，在论文影响力方面也是如此，研究实力强大，同时，中国科学院等已超越美国其他机构；仅篇均被引次数高者为第三区，如密西根大学、斯坦福大学、哈佛大学、宾夕法尼亚州立大学和香港大学等；高被引论文数量及其篇均被引次数相对不高者为第四区，如佐治亚理工学院、西北太平洋国家实验室、中国科学技术大学、湖南大学等。

表9 中美两国建筑节能领域基础研究的高被引论文机构情况

图2 中美两国建筑节能领域基础研究顶尖机构分析

从图2可见，美国机构主要分布在三区和四区，在二区的机构较中国的少；而中国机构主要在第四区，少数在第二区。中国的顶尖机构的高被引论文数量以中国科学院最多，其次为香港理工大学、清华大学、香港城市大学等。

从图2和表9总体看，目前建筑节能领域在基础研究论文数量和质量上均表现异常优秀的顶尖机构美国数量多于中国，高被引文献上中国的基础研究论文质量和数量较美国而言仍存在一定差距。

4 结论

基于科技论文分析发现，中美两国在建筑节能领域的基础研究中处于领军位置，中国在论文数量上目前基本与美国持平，且近2年已反超美国，但中国顶尖研究机构数量较美国少，并且在论文质量方面有待提高。

（1）从论文发表数量上来看，中美两国2008～2018年论文总量差异不大，2008～2013年两国论文总量增长速度趋同，但中国自2014年开始增长速度不断加快，2015年论文数量开始高于美国，而美国自2015年后论文数量增长速度放缓。

（2）从领域学科类别来看，中美建筑节能领域的重点学科基本上一致，重点关注工程学、能源燃料和结构与建筑技术等类别，另外，美国发展绿色建筑早于我国，对生态环境科学这一学科的关注度更高，并且注重计算机科学在建筑节能领域的应用研究；我国在力学方面较美国关注度更高。绿色建筑理念是目前建筑领域发展的最热方向，虽然我国已经提出了绿色建筑的发展理念，但目前在该学科上仍需加大力度，同时注意与智能化的结合。

（3）从论文影响力来看，中美两国论文总量和高被引论文总量在全球均遥遥领先，具有较高影响力，但美国要高于中国。我国建筑节能领域论文总量是美国的1.09倍，而美国高被引论文的数量却是中国的1.26倍。中国在建筑节能领域的论文数量虽然提高很快，但目前在高质量、高学术影响力的创新性研究成果方面较美国仍有待提高。

（4）从顶尖机构来看，大学和科研院所为中美建筑节能领域科学基础研究的主要力量，相关产业界没有太多参与建筑节能研究中偏基础的研究内容。美国机构在基础研究的数量上呈现少数顶尖机构的金字塔式分布，我国属于多个领先机构的梯形式分布。中美顶尖机构如加州伯克利大学分校、麻省理工学院、中国科学院、清华大学、香港理工大学、香港城市大学等在论文总量和论文影响力方面均居于前列。我国目前在相关政策支持下，已在建筑节能领域取得了很大的发展和进步，很多机构进行了大量的基础研究，但是需提高相关研究成果的影响力，在科研论文数量增长的同时，也要注重高质量技术的研发。