中国装配式混凝土结构研究态势的知识图谱分析——基于1992—2019年文献计量数据

孙国帅， 刘占坤， 冯 娇 ， 柳春光

(1.辽宁工业大学管理学院， 锦州 121001； 2.中大建设股份有限公司博士后科研工作站， 广州 510280； 3.大连海事大学航运经济与管理学院， 大连 116026； 4.大连理工大学建设工程学部， 大连 116024)

装配式混凝土(precast concrete structure，PC)结构，随着建筑产业的转型升级而受到研究人员和工程技术人员的关注。《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》(国办发[2016]71号)指出，发展装配式建筑是建造方式的重大变革，是绿色、循环与低碳发展的必然要求，是推进供给侧结构性改革和新型城镇化发展的重要举措。但是，相对于2025年达到装配式新建建筑占比30%的目标，目前中国装配式建筑的规模化程度和发展速度仍然较低，加快这种建造模式的高质量发展仍是亟待解决的重要课题。

作为一种先进的建造方式，发达国家经历了半个世纪来发展装配式技术[1]。装配式混凝土结构的技术理论、技术实践和管理经验的发展需要一个逐步积累的过程，目前中外已经进行了大量的理论分析和实践应用研究，涌现出一些具有重要影响的研究成果，如生产工艺分析[2]、节点连接与构件分析[3]、连续倒塌性能分析[4]、抗震性能分析[5]、力学分析、成本效益分析[6]以及标准体系构建[7]等。近年来，中国装配式混凝土结构研究大部分集中在力学性能[7]和使用机理[8-10]的理论和试验研究方面，而外国装配式混凝土结构的研究已经趋向于精益建造和可持续发展方面。Kim等[11-12]为了满足装配式混凝土构件在制造和装配阶段质量要求较高的要求，提出了一种基于激光扫描和信息模型的PC构件质量检测技术；Ghayeb等[13-14]针对装配式混凝土结构延性不足的问题，研发了一种装配式节点，改善了装配式混凝土结构的挠度、塑性铰、破坏形态等性能，并针对装配式混凝土结构的碳排放导致的环境问题设计了一种新型的可持续装配式混凝土结构体系；Kurosawa等[15]研究了一种适用于现有钢筋混凝土框架抗震改造的装配式混凝土框架系统，分析了滞回特性和损伤特性；Lim等[16]通过实验研究评估PC部件就地生产的CO2减排效果，这项研究有助于改变对PC组件就地生产的负面看法，并有助于开发科学分析PC组件就地生产的二氧化碳减排效果的算法；Palikhe等[17]为了提高倾斜施工方法的生产效率，研制了混合组合预制混凝土柱并进行了现场试验，验证其有效性；Santos等[18]为预制工业提供一种处理和回收自行产生的废物的替代方法，评价细粒和粗粒再生骨料的掺入对自密实混凝土耐久性的影响。

综上，虽然中国从事装配式混凝土结构理论和实践研究的机构众多，但存在研究方向重叠且相互间合作较少等问题，在装配式混凝土结构的精益建造和可持续性发展研究方面尚落后于发达国家。因此，有必要系统地梳理中国装配式混凝土结构研究领域的态势，为进一步地规划清晰的研究方向以及促进机构间的合作奠定基础。为了进一步促进中国装配式建筑的推广和应用，将利用科学的计量分析手段，定量与定性相结合地来梳理中国装配式建筑的研究和应用现状，得到的结论将为进一步的研究及装配式建筑产业的高质量发展路径提供参考和借鉴。

1 研究方法及数据来源

1.1 研究方法

在文献分析过程中采用了定性与定量相结合的研究手段，即在利用计量分析可视化工具CiteSpace进行词频、高被引及共现网络进行分析的同时，分析中国装配式混凝土建筑领域的研究热点、知识基础及演进趋势，得到进一步推进其高质量发展的意义和发展方向。

CiteSpace软件由陈美超博士开发并面向科研人员开放应用，对文献具有检索过滤和数据挖掘功能，近年来在中外一些重要研究领域得到应用[19]。CiteSpace软件作为一种科学的计量分析工具，可以避免由于研究人员的主观因素而造成文献检索、统计和分析过程中的遗漏和偏见。

1.2 数据来源

构建合理的文献库是保证计量分析结果有效性的基础。构建文献库的思路为：首先初步选择文献库将搜索范围缩小，然后初步筛选出适合研究主题的文献并删除相关性较低的文献，再补充文献库未收录但与研究主题密切相关的重要文献，最后形成研究所需的文献库。

截至2019年年底，中国知网(CNKI)现有“装配式混凝土”主题相关期刊中文文献6 117篇。考虑文献质量和研究的经济性，选择1992—2019年间中文核心期刊来源数据文献，搜索“装配式+混凝土”相关主题得到文献973篇，经过进一步筛选，排除研究价值较低文献的干扰并增加重要的非核心文献后，保留885篇构建为研究所需的文献库。图1为1992—2019年期间的年度发文数量和发文增量，可以看出2009年以前研究成果有限，但2010年后研究成果激增，整体上保持着稳定的增长速度。

图1 文献库数据统计Fig.1 Data statistics in depository

2 研究热点分析

由于关键词可以呈现文章的核心内容，展示研究主题。因此，中外许多重要文献将对关键词的分析作为研究热点分析的一条通用思路，并得到了预期的效果。

2.1 高频关键词分析

利用CiteSpace软件对所建立的文献库中的研究样本进行处理后，得到的高频关键词共现知识图谱如图2所示。其中，图谱中节点大小代表关键词的词频高低，节点间连线的粗细代表关键词之间共现频率的高低。

资料来源：根据中国知网(CNKI)数据库引文分析结果整理， 由CiteSpace软件生成，图2中文字大小体现了关键词词频图2 关键词共现知识图谱Fig.2 Co-occurrence knowledge map of keywords

可以发现，抗震性能、装配式和拟静力试验是词频较高的关键词。对共现图谱中的关键词按照词频和中心度的高低，合并词义相近或与研究主题关联度较低的数据后，得到排名前20的关键词，如表1所示。作为装配式混凝土领域的核心关键词，从高频关键词的构成可以初步地判定出装配式混凝土领域的主要研究热点。

表1 高频关键词

2.2 聚类分析

聚类分析也是归纳研究热点的重要参考依据。利用CiteSpace软件对文献库内的研究样本涉及的关键词进行聚类分析，共得出25类具体研究方向，分析结果如图3所示。

2.3 研究热点

对25类聚类分析结果中相近的方向进行了合并，结合高频关键词的分析结果，得到中国装配式混凝土结构研究的研究热点，具体如下。

(1)装配式混凝土结构性能的理论与试验研究。通过公式推导、数值模拟及试验验证等手段分析装配式混凝土结构的静力与动力特性、连续倒塌等破坏模式、耗能与敏感性等性能，该热点研究内容将为装配式混凝土结构的实践应用提供理论基础，现已得到大量成果[17-18]。

资料来源：根据中国知网(CNKI)数据库引文 分析结果整理，由CiteSpace软件生成图3 关键词聚类Fig.3 Cluster of keywords

(2)装配式混凝土结构构件的设计研究。通过进行装配式混凝土结构中的剪力墙、组合楼板、梁、柱、节点及特殊的钢管混凝土、预应力构件等结构构件的设计研究，推动装配式混凝土建筑产业的快速发展，该热点研究内容侧重于将理论与实践的需求相结合[19-20]。

(3)施工组织与技术研究。包括深化设计以及施工现场的构件吊装、拆分、连接和质量管控等管理和技术方面的工作内容的研究，该热点研究内容主要针对装配式建筑的建造技术的角度进行的，研究成果服务于实际的工程项目[21-23]。

(4)新技术应用及建筑经济研究。作为建筑工业化的主要内容之一，装配式混凝土建筑的经济性长期以来受到了各界的关注，如成本分析、节能环保分析；进而促进了BIM(building information modeling)技术、模块化、标准化设计、再生混凝土的应用等新技术和新材料的应用和发展[24-25]。

(5)其他装配式混凝土结构应用技术研究。装配式混凝土结构已广泛应用于住宅产业化领域，但部分研究学者和工程技术人员在其他工程建设领域也进行了理论和实践研究，如装配式桥梁、装配式基础、地铁工程、地下粮仓、装配式管型通道等[26-30]。

3 知识基础分析

3.1 学术共同体

优秀的学者和研究机构形成了某一领域的学术共同体，其是推动专业理论发展的重要因素。装配式混凝土结构研究领域的学术共同体网络如图4所示。

资料来源：根据中国知网(CNKI)数据库引文分析结果整理， 由CiteSpace软件生成，图4中文字大小体现了关键词词频图4 学术共同体网络Fig.4 Network of academic community

中国目前有关装配式建筑的研究机构和应用情况主要存在高校和企业两个群体，由图4(a)可知：在研究机构方面，东南大学、沈阳建筑大学、南京工业大学、合肥工业大学和西安建筑科技大学等研究机构的科研团队在装配式混凝土结构研究领域做出了突出贡献。由图4(b)可知：在高频作者方面，东南大学郭正兴团队在各类装配式混凝土构件的抗震试验方面进行了大量工作，提出了改进建议[31]；合肥工业大学柳炳康团队的研究聚焦在预应力PC框架的力学性能分析方面，进行了试验与仿真研究[32]；广州大学吴从晓团队研究了装配式混凝土结构消能减震装置的设计，分析了各个参数的影响[33]；重庆交通大学周志祥团队的研究方向为装配式钢-混凝土组合梁的性能研究，在剪力钉的力学研究方面取得了成绩[34]；沈阳建筑大学刘海成团队研究了装配式混凝土结构中叠合板的受力性能，为叠合板的配筋设计提供了参考[35]。但是研究机构关联网络图谱的网络密度为0.010 3，而研究团队关联网络图谱的网络密度更为稀疏，说明研究团队之间的合作相对较少。

3.2 高共被引文献

被引文献在很大程度上反映了某一领域的发展状况和研究基础，表2为排在前20位的高频被引用文献。筛除综述类文献，根据对装配式混凝土结构的共被引文献的计量分析结果，关于发展装配式结构对建筑工业化的影响的研究被引用率最高，该文献提出了装配式结构体系的科研方向[36]；其次是竖向钢筋采用不同连接方法的装配式剪力墙的动力性能的研究，该文献通过拟静力试验验证了装配式剪力墙构件的破坏模式、连接件的应力传递效果及耗能能力[37]；排在第3位和第4位的装配式剪力墙结构节点和框架结构节点的抗震性能的研究成果也得到了较多的引用，两篇文献通过系列的模型试验和数值模拟分析，为后期的装配式剪力墙结构和框架结构的推广提供了试验和理论基础[38-42]；此外，BIM技术的应用、施工质量评估、预应力构件的性能等方面相关文献也得到了较多的引用。

表2 高频被引文献

4 演化路径和发展对策分析

4.1 演化路径分析

装配式混凝土结构研究的演化路径可以通过高频关键词在CiteSpace软件中的时区视图(time zone)和突现探测(burst detection)的方式来进行分析。根据本文所建立的文献库，基于CiteSpace软件生成的时区视图和突现探测视图，经筛选整理后，得到时区分析与突现探测分析结果，如表3所示。结合图1和时区分析与突现探测分析的结果，可以发现装配式混凝土结构研究根据实际需求从理论不断向应用转化，总体上可以分为以下4个阶段。

(1)1992—2004年，属于理论研究的起步阶段。自20世纪50年代，PC构件以预制构件的形式广泛应用于工业建筑和混合结构住宅，但未能解决抗震、漏水及透寒等问题，在90年代初期，虽然《装配式大板居住建筑设计和施工规程》(JGJ1-91)开始发布，但随着大量农民工进入建筑业，现浇结构在成本和性能方面的优势凸显，PC构件的应用基本处于停滞阶段。但研究人员并没有放弃对PC构件的探索，该阶段的突现高频关键词为“装配式”“预制”“大板”等，体现了中国装配式建筑的发展开始进入新的阶段，但研究成果较少，发展相对缓慢。

(2)2005—2012年，属于初步应用的试点阶段。《关于推进住宅产业现代化提高住宅质量的若干意见》促使装配式建筑的发展进入新阶段，部分省、市开展住宅产业化试点，以住宅产业化为突破口，推动建筑工业化的发展。该阶段通过参考外国PC产业的成熟技术，对中国的装配式混凝土建筑进行改进，不断积累经验。该阶段的突现高频关键词及高强度突现词为“模型修正”“预制装配式节点”“耗能能力”“住宅产业化”等，体现了中国正在推进装配式混凝土结构的理论和实践发展，研究成果逐年增多，发展趋势较好。

(3)2013—2016年，属于快速发展的提升阶段。《绿色建筑行动方案》《国家新型城镇化发展规划》等一系列重要文件的发布，进一步明确了建筑产业的发展方向，“四节一环保”的可持续发展理念得到重视。该阶段针对装配式混凝土建筑陆续施行了一系列的行业技术标准和规程，主要技术日趋成熟，一大批科研机构和企业积极主动地开展研发和工程实践。该阶段的突现高频关键词及高强度突现词为“剪力墙”“推出试验”“应用”“建筑工业化”等，体现了中国PC结构的研究转向实践应用，研究成果呈现井喷式增长，发展迅速。

(4)2017至今，属于PC结构的高质量发展阶段。《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》《国务院办公厅关于促进建筑业持续健康发展的意见》《“十三五”装配式建筑行动方案》发布，全面推进装配式建筑发展，促进建筑产业的转型升级。新形势下，对PC结构的质量和效益的重视程度不断提升，绿色建造模式不断完善。该阶段的突现高频关键词及高强度突现词为“数值模拟”“梁柱节点”“再生混凝土”等，体现了装配式混凝土结构的发展已进入高质量发展阶段，研究成果的针对性增强，发展潜力巨大。

4.2 发展对策分析

通过对中国装配式混凝土结构研究的热点归纳及演化路径分析，促进其高质量发展应在以下方面展开进一步的研究。

(1)进一步完善装配式混凝土结构产业的顶层制度设计和标准规范。国家和行业陆续推出了鼓励装配式产业发展的政策、标准及指导文件，在此基础上应进一步明确发展目标、强制性条文及监管机制。

(2)筛选一批装配式混凝土结构优秀样板工程。针对边摸索、边应用的现状，通过在中国各地选择一些优秀的装配式混凝土结构建设项目进行观摩、推广，不断探索以形成一套成熟、有效的技术体系。

(3)重视装配式建筑产业全产业链的发展。装配式建筑市场存在专业技术人员欠缺、生产过程脱节、建造与运维管理脱节以及相关的配套能力不足等问题。因此，进行全产业链协调发展的研究应得到研究人员的重视。

(4)装配式混凝土结构产业的可持续发展研究。中国从事装配式混凝土结构研究的人员应该秉持可持续发展的理念，在下一阶段的研究中关注产业的综合效益，节能减排，降低资源消耗，践行绿色建造，提升经济效益和社会效益。

5 结论

以1992—2019年中国知网(CNKI)数据库中关于装配式混凝土结构研究相关的核心期刊来源文献及其他重要文献为研究样本，构建文献库；利用CiteSpace软件对研究样本进行科学的计量分析，包括研究热点分析、知识基础分析和演化路径分析，得到以下研究结论和建议。

(1)从发文数量来看，2009年之前的装配式混凝土结构的相关研究成果较少，逐年增长缓慢；但2010年之后，受宏观环境和建筑产业相关政策的影响，研究成果激增，总体上保持着稳定的快速增长趋势。

(2)从研究热点来看，中国装配式混凝土结构的研究虽然各有侧重，但总体上可分为结构性能的理论与试验研究、构件的设计研究、施工组织与技术研究、新技术应用与建筑经济以及其他领域的应用研究，研究热点之间交叉较多，联系较为紧密。

(3)从知识基础来看，现有研究成果偏重于理论和试验研究，基础理论研究较多，实践研究成果相对较少；研究机构的发文量中以高校为主，企业较少；研究机构的各科研团队之间合作相对较少，研究方向存在交叉重叠现象。

(4)从演化路径来看，针对装配式混凝土结构理论和实践的研究历程与中国的经济发展情况及施行的行业政策之间联系紧密。经历了停滞、试点、提升，到高质量发展，总体上可分为4个阶段，研究成果从最初的传统试验研究过渡到现在的数值模拟分析和融合信息模型技术，实现了跨越式的发展。

(5)从研究趋势来看，中国装配式混凝土结构领域的研究在相关产业政策的推动下，不断完善及创新，已拓宽了传统的集中在机理和性能角度的研究层面，逐渐开展顶层制度、推广应用、标准化管理、全产业链协作及可持续发展层面研究。

积极推进装配式建筑的理论研究和实践应用，是实现中国建筑产业高质量发展的重要内容之一。针对所得到的结论，为了进一步促进中国PC结构研究的发展提出以下建议：一方面，研究人员和工程技术人员加强团队之间的合作，进一步增强理论和实践之间的联系，促进PC结构产业的健康、有序发展；另一方面，在基于绿色建造理念的基础上，重视多学科的交叉融合，进一步发展人工智能及BIM等信息模型技术在PC结构领域的应用，逐步实现智慧建设。