基于CiteSpace的国内外装配式建筑施工安全研究现状与趋势对比

杨 彦，祝连波，石振群，许小进，黄一雷

(1.苏州科技大学 土木工程学院，江苏 苏州 215000；2.美国南达科他州立大学，南达科他州 SSO 202B)

2020年8月，住房和城乡建设部等九大部门联合印发了《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》，强调要以新型建筑工业化带动建筑业全面转型升级，提出加强系统化集成设计、优化构件和部品部件生产、推广精益化施工等要求[1]。这是自2016年公布的《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》后又一重要政策[2]。该文件的发布意味着装配式建筑将由高速发展阶段进入高质量发展阶段。但是，根据中国住房和城乡建设部对中国房屋市政工程安全生产事故情况的统计显示(图1)，2015—2019年这5年间，发生安全事故总计3275起，死亡人数3 840人，事故数量和死亡人数呈现逐年增长的趋势。

图1 2015—2019年房屋市政工程事故数和死亡人数统计

装配式建筑领域进行安全施工属于房屋市政工程的一部分，如何在装配式建筑领域进行安全施工，降低安全事故率显得尤为重要。国内外学者对于建筑施工安全的研究已取得一定成果，Maryam等[3]对美国近些年装配式建筑安全事故的数据进行了统计分析，指出装配式构件连接点的失稳问题导致高空坠落事故是影响安全施工的主要因素。Muhanmmad等[4]对美国装配式建筑施工问题及死亡人数进行了统计，认为改善安全行为是建筑领域的首要任务。丛为一、张守健等[5]以不安全行为的监测和预防为主题，以Web of Science数据库为基础，通过整理分析了建筑工程不安全行为的研究趋势和热点。蒋元苗[6]采取系统动力学的方法，对中国大中城市85个项目施工现场危险源管理现状进行分析，总结了装配式建筑施工安全生产事故数据，概括了以危险源辨识与控制为基础的新型建筑施工工艺与传统施工工艺危险源各自的特点。但上述研究缺乏对装配式建筑施工安全研究成果的总结分析，尤其缺乏对该领域国内外学者研究成果的对比分析。因此。本文使用信息可视化软件CiteSpace，基于Web of Science 和CNKI(中国知网)数据库的相关文献，通过绘制关键词聚类图谱、核心作者与被引文献聚类图谱、时区视图等，以知识图谱的方式对国内外装配式建筑施工安全的研究热点和研究趋势进行分析，以期揭示国内外对该领域的研究差异，并为中国装配式建筑施工安全的研究和进一步发展提供建议。

1 基础数据来源及研究方法

1.1 数据来源

本文应用CiteSpace软件对Web of Science和CNKI(中国知网)中的核心期刊进行检索(表1)。Web of Science中，在建筑安全领域的背景下以Prefabricated Construction、Modular Construction为关键词进行搜索，并对文献进行筛选，最终得到145篇装配式建筑施工安全研究的国外研究文献，其中最早研究文献出现在2012年，最终选取时间区间为2012—2020年。中国知网(CNKI)中，在装配式建筑领域的背景下以施工安全为关键词进行检索，并对文献进行筛选，最终得到200篇装配式建筑施工安全研究的国内文献，其中最早研究文献出现在2015年，所以最终选取时间区间为2015—2020年。

表1 数据来源

1.2 研究方法

采用计量可视化与定量分析的方法，使用CitesSpace 软件对装配式建筑施工安全的前沿热点进行探索。基于关键词词频、关键词聚类、中心度分析[7]的方法对关键词之间的相关性进行分析，探索关键词之间的亲疏关系，以发现该领域内的研究热点[8]。基于研究作者和研究机构聚类对该领域的主要研究内容和作者的合作关系进行分析，以发现该领域内的研究关联性。基于时间线视图和时区视图对装配式建筑施工安全不同时期研究热点进行分析，以发现该领域的研究前沿和未来发展趋势。

2 装配式建筑施工安全的国内外研究热点分析

2.1 国外装配式建筑施工安全的研究热点分析

在Web of Science中以“Prefabricated Construction or Modular Construction+ Construction Safety”为关键词进行高级搜索，去除news item、proceeding paper以及与研究主题不相关的文献后，最终得到145篇有效的相关文献，如图2所示。关于装配式建筑施工安全的研究始于2012年，且相关的研究文献呈稳步上升的趋势。

图2 2012—2020年国外装配式建筑施工安全的研究文献数量变化

采用Citespace软件对上述145篇的文献进行全面、深入地分析。将Web of Science中的数据库中的文献导入软件，以Keywords作为节点类型，2012—2020作为时间切片范围，并对近义词和同义词进行合并，最终得到国外装配式建筑施工安全文献研究的关键词共现图谱(图3)与关键词聚类及词频表(表2)。国外装配式建筑施工安全领域研究关键词共现图谱中显示的节点数量N=309个，其中节点大小表示关键词出现频率的高低，关键词之间的连线数E=559，网络密度为0.011 7，Q值为0.744 4(>0.3)，mean silhouette值为0.569 9(>0.4)表明聚类的结构合理且同质性较好。

结合图3的关键词聚类图谱和表2的词频统计，并将涉及必要关键词(Prefabricated Construc-tion or Modular Construction)的聚类图谱和关键词词频去除后可知，国外对于装配式建筑的研究和应用较早，已经形成较为完善的行业标准和体系，研究热点包括“场外施工”“供应链协同”“复合材料结构”“物联网技术”等新型工业化建筑技术，Li等[9]通过演化博弈的方法对供应链中的设计方、施工方和建筑商的知识共享稳定策略进行研究；Wang等[10]设计了供应商和零售商的双方博弈模型，通过该模型提出了供应链碳减排的最优策略；Annan等[11-12]对现浇建筑与钢模块建筑的结构性能进行了对比，指出提升建筑抗震的性能的关键是各模块间竖向连接情况；Goulding等[13]认为将VR技术与施工现场结合，通过虚拟现实的方式改变传统施工过程中安全交底时施工人员只听不做的状况，实现非施工现场建设(offsite construction)。Ray等[14]指出装配式建筑施工过程中，吊运过程极易引发安全事故，通过引入物联网技术，实时获取人员、设备等的位置，以减少安全危险。

图3 国外装配式建筑施工安全研究文献关键词聚类图谱

表2 国外装配式建筑施工安全研究的典型聚类及关键词词频统计

2.2 国内装配式建筑施工安全的研究热点分析

在中国知网(CNKI)中以“装配式建筑+施工安全”为关键词进行高级检索，以SCI、CSSCI、CSSCD、EI以及核心期刊为检索条件，除去会议论文、报道以及与研究主题不相关的文献后，最终得到200篇有效的相关文献，如图4所示。关于装配式建筑施工安全的研究始于2015年，且相关的研究文献数量处于稳步上升的趋势。

图4 2015—2020年国内装配式建筑施工安全研究文献关键词聚类图谱

采用CiteSpace软件对上述200篇文献进行全面、深入地分析。将CNKI数据库中的文献导入软件，以Keywords作为节点类型，2015—2020年作为时间切片范围，并对近义词和同义词进行合并，最终得到国内装配式建筑施工安全文献研究的关键词共现图谱(图5)与关键词聚类及词频表(表3)。国内装配式建筑施工安全领域研究关键词共现图谱中显示的节点数量N=179个，其中节点大小表示关键词出现频率的高低，关键词之间的连线数E=283，网络密度为0.018，Q值为0.750 4(>0.3)，mean silhouette值为0.702 4(>0.4)表明聚类的结构合理且同质性较好。

表3 国内装配式建筑施工安全研究的典型聚类及关键词词频统计

结合图5的关键词聚类图谱和表2的词频统计，并将涉及必要关键词(装配式、装配式建筑)的聚类图谱和关键词词频去除后可知，由于国内对于装配式建筑的研究还处于上升期，行业标准和体系还未完全形成，研究热点包括“层次分析法”“模糊综合评价”“熵权法”等研究方法及“安全评价”“安全管理”等研究内容。杨爽[15]使用属性数学的方法，对装配式建筑施工阶段的风险因素进行了分析，对单指标属性测度和多指标综合属性测度进行了分析，建立了安全属性综合评价系统；杨斯玲等[16]从人、物、环境、管理、技术的角度构建了施工安全评价指标，结合Baye近似法修正理论对装配式建筑施工安全进行多层次递阶评价；冯亚娟等[17]使用了用熵权法确定指标权重，使用集对分析对装配式建筑施工安全状况进行预测，构建EW-SPA的施工安全模型；陈伟等[18]基于系统动力学的方法构建了装配式建筑施工安全事故应对的因果关系图，并使用多目标规划的方法对事故的安全资源投入进行了分析与评价，研究结果表明提升装配式建筑的构件吊装技术水平是施工安全管理的重点。

图5 国内装配式建筑施工安全研究文献关键词聚类图谱

2.3 国内外装配式建筑施工安全领域的研究共同性分析

通过上述聚类及词频分析可以看出，国内外装配式建筑施工安全的研究都涉及“安全管理”“风险评价”“BIM技术”等关键词。

“风险”是项目系统中的不确定因素[19]也是安全事故产生的直接原因，装配式建筑的施工可以划分为4个阶段，即预制构件的工厂生产阶段、物流运输阶段、堆放阶段、装配阶段[20]。多维作业空间的并行施工和复杂的新型施工工艺极易叠加安全风险，因此，为了保证装配式建筑施工安全，必须对施工风险的规律性进行研究和量化分析，找出安全事故危害所在，对每个危害的风险做出评估[21]。

“BIM技术”即建筑信息模型化(building information modeling)是在过去CAD软件的基础上拓展的建筑多维信息模型，它通过数字信息模拟仿真建筑所包含的基础、柱、梁、板等全部构件[22]，实现了以三维的方式展示整个建筑。在装配式建筑施工过程中，项目的参与者众多，导致了项目施工过程的信息量巨大、类型复杂、来源广泛，而BIM具有协作性的特点，它将建筑工程所有基本对象的信息都放在同一的数据库中，参与者在此平台上提取和更改信息，将相关意见反馈给施工单位，及时、准确地优化施工方案，进一步完善施工安全计划。依托于BIM的“碰撞检查”“施工模拟”功能，可以将施工进度计划和建筑模型导入BIM软件中，实现4D甚至5D的动态施工模拟，通过仿真模拟，检测施工过程中存在的坠落、碰撞等安全隐患，提升项目的整体安全性[23]。

2.4 国内外装配式建筑施工安全领域的研究热点对比

为实现建筑业由粗放式到精细化发展的产业转型升级，建筑工业化的发展势在必行[24]，而装配式建筑则是实现建筑工业化的重要举措。随着装配式建筑的发展，建设过程中的许多问题也暴露出来，其中施工安全问题首当其冲，如何减少甚至避免安全事故，成为当今社会日益关注的问题。

装配式建筑施工安全的国外研究方面，图3的#1聚类“Offsite construction”包括“PPVC”“Prefinished Volumetric Construction”“Construction industrialization”等关键词。预制预装修厢式建筑是预先把整个房间在与预制工厂进行加工，完成结构与装修(包含墙面、栏杆、吊顶灯)部分，形成独立模块，将这些模块运输至吊装现场，进行现场吊装[25]。模块化建筑是在装配式建筑的基础上进行再深化，将预制率达到最大。由于与内装工作皆是在工厂内采取流水线作业的方式完成，相比传统施工方式，大大减少了所需工人数量，且由于工程的施工环境可控性，能够有效地减少材料浪费，并且模块单元的制造受季节和天气的制约影响较小，大大减少了工期延误发生的可能性，缩短了建设时间。

装配式建筑施工安全的国内研究方面，图5的#4聚类“层次分析法”包括“AHP”“The Analytic Hierarchy Process”等关键词，层次分析法是一种定性和定量相结合的、系统的、层次化的分析方法[26]。该方法可以根据拟解决问题的性质，将问题分成不同的组成因素，并按照因素的相关性及隶属关系将各因素按不同的层次进行聚合，形成多层次的分析结构模型，从而使问题归结为由最低层(供决策的方案、措施等)相对于最高层(拟解决问题目标)的权重值的确定或相对次序的确定。

图5的#2聚类“安全管理”包括“安全管理体系”“安全管控”“危险源控制”等关键词，装配式建筑在施工过程中运用了大量的新工艺和新技术，这会导致装配式建筑施工过程中不确定因素增加，进而诱发施工事故的发生[27]。虽然中国已经建立了较为完善的传统现浇式建筑施工的安全生产管理体系，但装配式建筑施工安全管理体系还处于初步开发阶段，如何使装配式建筑由高速发展阶段转向高质量发展阶段，确保安全施工，已成为社会关注的焦点。

2.5 装配式建筑施工安全研究的核心作者及被引文献分析

图6 国外核心作者与共被引文献聚类图谱

图7 国内核心作者与共被引文献聚类图谱

表4 国内外研究共被引文献频次排序

根据核心作者及共被引文献聚类图谱可知国外关于装配式建筑施工安全的研究起步较早，关键文献发表日期起步于2013年，且核心作者之间合作交流密切，如Mohanmed Nahangi与Jeffrey West，Carl Hass、Ahmed Bouferguene与Zhen Lei等。而国内装配式建筑施工安全研究的关键文献集中在2017—2018年，起步较晚，且核心作者之间虽存在一些合作与抱团，如付杰与杨劼、常春光与吴溪，刘娇、吴小竣与李颖，李峰等，但并未形成紧密合作的网络，随着装配式建筑施工安全的研究深入，应当加强学术团队的交流与合作，深化不同成员间的沟通交流。

3 装配式建筑施工安全的国内外研究趋势对比

使用CiteSpace软件绘制装配式建筑施工安全的时区视图以研究该领域国内外的研究发展趋势。时区视图是以装配式建筑施工安全研究的发展脉络为主线，横坐标代表时间区间，各节点表示研究主题，自下而上的展示该领域的研究趋势与发展脉络。在CiteSpace软件中对于国内外文献分别设置时间跨度为2012—2020和2015—2020，时间切片均为1年，Node Types设置为“Keywords”，Prening选择“Pathfinder”。完成的国外与国内装配式建筑施工安全研究的时区视图如图8、图9所示。

图8 国外装配式建筑施工安全研究时区图

图9 国内装配式建筑施工安全研究时区图

根据图8、图9的装配式建筑施工安全研究时区图可以看出，国内外关于装配式建筑施工安全的研究趋势变化及研究阶段的差异性较大。

装配式建筑施工安全的国外研究方面可以划分为4个阶段。第一阶段为2012—2013年，主要是针对“modular building/construction”“design”“framework”等装配式建筑的结构、框架、设计进行定义和分析，处于基础研究阶段。第二阶段为2014—2016年，研究内容上针对“simulation”“behavior”“performance”进行了扩展，开始使用了“AHP”“3ds max”等研究方法。第三阶段为2017—2018年，装配式建筑施工安全的研究内容进一步扩大，涉及“energy”“model”等方面，且研究范围进一步扩大，新增了“Hong Kong”“China”，说明以中国装配式建筑为核心的相关研究成为国外热点，且上升趋势明显。第四阶段为2019—2020年，“off-site construction”逐渐成为这一时期的研究主题，研究内容方面也更多地针对“criteria”“strategy”等宏观政策方面。

装配式建筑施工安全的国内研究方面，由于起步较晚，可以划分为两个阶段。第一阶段为2015—2017年，这一阶段装配式建筑施工安全研究较为局限，研究内容多是在传统现浇建筑施工安全研究的基础上发展而来的，主要包括“风险管理”“安全与质量控制”“安全测评”，研究方法上集中在“模糊综合评价”“层次分析法”“因子分析法”“粗糙集理论”等建筑领域常用的研究理论，针对装配式建筑施工特点进行的相关研究还较少。第二阶段为2018—2020年，这一阶段国内装配式建筑研究内容主要包括“培训模式”“吊装施工”“安全生产”等具有装配式建筑施工特点的研究，研究方法部分包括“交互技术”“SEM结构方程”“topsis算法”等，针对装配式建筑的施工特点逐渐展开研究，为后续发展奠定了基础。

4 结论

使用知识图谱分析软件CiteSpace基于Web of Science和CNKI数据库对国内外装配式建筑施工安全研究的345篇文献，进行了文献计量与可视化分析，绘制了关键词聚类图谱、核心作者及被引文献聚类图谱、研究热点时区图。对装配式建筑施工安全领域的研究热点、核心作者、关键文献、研究趋势进行了综合分析，研究结果表明，国内外装配式建筑施工安全研究存在较大差异。

1)研究热点部分，根据关键词聚类图谱及词频统计分析，国内外对于装配式建筑施工领域的“安全风险”的识别、分析和预防均非常重视，且在研究方法上BIM技术的应用频次达29和34次，成为国内外研究装配式建筑施工安全的重要手段。差异部分，根据关键词聚类图谱分析，国外更加关注如何通过发展“场外施工”“物联网技术”“复合材料结构”等高新技术的应用来确保装配式建筑施工安全，而国内更倾向于通过使用“层次分析法”“熵权法”等研究方法理论建立装配式建筑施工安全管理体系。

2)研究作者及引文情况部分，根据核心作者及被引文献图谱分析，国外关于装配式建筑施工安全的研究学者之间已经形成了一定程度上的合作网络，学术研究关系较为紧密。而国内虽存在一些小范围内的学术合作，但并未形成规模，合作网络整体上仍是处于松散状态。

3)研究趋势部分，根据时区图分析，国外在装配式建筑施工安全领域的相关研究起步较早，已有一定程度的积累，且研究内容、研究对象和研究方法三者结合较为紧密，研究范围方面也将中国装配式建筑施工安全纳入研究重点。国内关于装配式建筑施工安全的研究起步较晚，整体上仍是以研究方法和研究理论作为重点，针对装配式建筑施工的特点进行相关研究的文献较少。