基于SciMAT的防护服装研究动态演进分析

陈晓鹏, 严晓燕, 孙洋, 王伶俐, 王洁

(中原工学院 服装学院,河南 郑州 451191)

随着人们自我保护意识的不断提高,功能性防护服装成为服装领域的发展热点,同时给相关产业带来新的机遇[1]。目前国内外对防护服装的综述性分析大多集中在特殊防护服装新型面料的开发、服装材料性能研究等小、特、精、专领域,如HARRIET M等[2]对服装面料功能特性和耐久性进行研究;黄关林等[3]开发出新型咖啡炭纤维多功能针织面料,然而缺少对防护服装研究成果的概括性、系统性研究。对防护服装研究的综述分析有助于系统、全面地梳理相关领域知识结构和发展脉络,为进一步的研究和应用带来启发。目前已有研究主要以CiteSpace为工具,梳理纺织服装、服装设计等方向的整体发展脉络和前沿热点,尚未有使用可视化工具探讨防护服装研究关键词的动态演化路径。文中以时间为轴,分析国际防护服装核心论文的研究情况,由此呈现该领域的知识演化状态,并据此对未来的研究热点和趋势进行预测。

文献的数字化和数据分析工具的发展为文献的定量分析提供了便利[4]。利用SciMAT对防护服装研究演化的数据进行处理,把复杂的进程以可视化形式清晰地展示出来, 从点、面、纵向联系等方面揭示主题的演进情况[5-6],以探明防护服装研究的发展与现状,总结其研究热点与趋势,为进一步研究防护服装提供参考。

1 研究方法与数据

为探索防护服装领域研究关键词的动态路径,文中采用共词分析法,从综合性学术信息资源Web of Science核心合集数据库中获取数据,对关键词进行清洗和分析,获得有关防护服装领域的数据流和战略图。关键词演化路径分析框架如图1所示。

图1 关键词演化路径分析框架Fig.1 Keyword evolutionary path analysis framework

1.1 研究方法

文中以SciMAT软件为工具,共词分析为方法[7],统计关键词在文献中出现的频次,构建共现矩阵,并计算词与词之间的距离,借助聚类算法,将距离较近的关键词聚集形成概念相对独立的类团[8],由此分析关键词随时间演化的趋势,并通过战略坐标法和数据流法展现。

1.2 研究数据

1.2.1数据获取 Web of Science收录了自1900年以来众多期刊发表的文献资源,包含SCI,SSCI,A&HCI等收录论文,其中的核心期刊文献更能反映防护服装研究发展的主要动态。文中基于此核心合集数据库进行文献检索,制定检索式为:TS=(“protective clothing”)。检索发现,自1984年在丹麦召开第一次国际防护学术讨论会后[9],有关防护服装的论文开始大量发表,因此选择时间跨度为1984—2021年,得到论文4 186篇。再对检索结果进行精炼,精炼依据为文献类型:Article,共得到论文3 418篇。

1.2.2关键词清洗 SciMAT具有较强的数据预处理功能,可通过系统自定方式和手工方式提高分析数据的质量[10]。文中使用其Find similar words by plurals功能进行数据的自动清洗,并结合手动清洗进行了兼并同义词、删除指向性弱的关键词等操作[11]。

1.2.3时间分段 为了获取防护服装研究的持续性演变情况,需要对研究时间进行分段。文中研究时间跨度大、早期研究的文献数量较少,故采用文献量和固定时间窗口相结合的方式[12],早期以10年为期,2004年开始以5年为期,将研究区间分为6个时间段。

1.2.4参数选择 在共词分析中,文中在SciMAT系统中选择了Association strength作为网络的标准方法,Simple centers algorithm作为聚类方法,Core mapper作为图谱类型,Salton'cosine作为进化图的标准化方法进行分析。为了确保图谱清晰、聚类类团个数合理,设置网络最大值为15,最小值为5。

2 结果与分析

2.1 年发文量分析

基于Web of Science收录论文统计,1984—2021年防护服装领域共发表的核心研究论文3 418篇,2021年的发表量最多,为301篇。防护服装领域的知识点呈明显增长趋势(见图2)。1991年之前,防护服装研究文献数量较少;1991—2007年,相关文献数量逐渐增加;2008年后发文量迅速增多,反映出防护服装领域研究热度逐步加强。

图2 1984—2021年防护服装研究文献情况Fig.2 Research literature of protective clothing from 1984 to 2021

2.2 关键词分析

关键词反映了论文的核心主题与研究重点[13]。在分析防护服装研究的关键词时,为了避免数据量过大导致信息杂乱,文中通过阈值设置突出主要信息[14],去除不重要信息,使得图谱更加清晰。

2.2.1关键词主题覆盖图 主题覆盖图以关键词数表征主题数,以数据流展示研究主题的新旧更替和稳定性情况[15]。SciMAT可视化图谱系统分析所得的防护服装研究关键词情况如图3所示。其中,斜向下的箭头表示新生词,斜向上的箭头表示消亡词,圈内的数字代表各时间段的关键词数量,水平箭头括号前数字表示从上一阶段保留到下一阶段的关键词[6],括号内数值表示两个时间段间关键词的稳定指数,指数越大越稳定。

图3 防护服装研究关键词演进覆盖图Fig.3 Research keyword evolution coverage map of protective clothing

1984—1993年的研究处于初期发展阶段,研究内容多为新生关键词。1994—2013年新生关键词大量涌现,研究文献迅速增加,关键词内容得到充分延展,是防护服装领域飞速发展的阶段。2014—2021年的演化路径趋于平稳,形成较为稳定的防护服装研究方向。各时间段的稳定性指数逐渐变大,说明研究不断深化,领域知识发展状态趋于平稳。图3表明,①关键词稳定增加,学科趋向成熟,研究的连续性强;②研究逐渐固化,有待注入新鲜内容,拓展新生研究主题。

2.2.2关键词的战略坐标图 战略坐标图展现了研究领域内部的联系情况和领域间的相互影响情况[16],防护服装关键词战略坐标图可以描述该关键词在各研究阶段所处的位置,呈现聚类关键词的内部联系和不同关键词之间的相互关联,同时结合关键词各阶段所处位置的变化判断其演变情况,揭示防护服装领域的演化方向、发展脉络,为研究者把握学术发展方向。图4为防护服装研究的关键词战略图。

图4 各时间段防护服装研究的关键词战略图Fig.4 Keyword strategy map for protective clothing research by time period

图4中,横轴向心度表示研究时间段内某主题与其他主题的关联强度,向心度越大,则该领域与其他领域的联系越强,该领域就越趋于中心地位[17]。纵轴密度表示某一领域内部关键词间的关联强度,密度越高表明内部聚类的关键词间联系越紧密,发展成熟度越高,主题演化路径中潜力越大[18]。图4中圆圈代表不同防护服装研究方向的关键词聚类, 圆圈大小代表文献发表的数量。战略图4个象限的聚类具有不同性质:第1象限说明关键词内部联系紧密,发展程度高;第2象限表示研究成熟度高但不具有重要的外部联系, 往往专业性较强;第3象限表示研究薄弱且处于边缘位置,一般为新生的类团或衰退的类团;第4象限表示主题处于核心地位但成熟度不高,发展潜力大,对研究领域有很大的影响力[19]。将得到的66个关键词聚类按不同战略区域进行划分,具体见表1。

表1 防护服装研究的关键词聚类象限

结合图4与表1,综合考虑聚类节点体积和数量可以发现,关键词“温度”从成熟度高、向心度高的位置演化到成熟度低、向心度低的位置,反映出关于热防护研究的影响程度和关注度都在降低。关键词“暴露”在5个时间段都有出现,并且该类团一直较大,体现出利用纺织服装技术为暴露在危险环境中的人体提供防护的研究是连续性热点。2004年前,论文及主题词的数量较少。2004年后,大量关键词是从上一时间段演进而来,并与物理、医学、电子等学科有交叉;“消防员”是此阶段新生的类团,消防服是防护服装研究的重要领域。2014年以前,影响大的主题在4个象限都有分布,2014年之后,影响大的关键词都位于第4象限,说明纺织材料研究开始趋于成熟与稳定,织物、纤维等性能研究取得较多成果。“职业接触”“暴露”以及“风险”成为重要的研究方向;“功能性材料”已经形成专业化的研究领域;“温度”“消防员”等属于新兴的研究方向;“复合材料”“织物”“纤维”等研究属于基础的研究内容。

结合图3与图4分析发现国际防护服装领域早期研究节奏较慢、热度低,相关论文及关键词的数量较少,但为后期研究奠定了基础;后期关键词数量不断增多,呈多样化发展,新的关键词不断涌现。防护服装研究在各阶段不断补充新生关键词,并且前一阶段关键词都向后覆盖,这在一定程度上反映了防护服装领域新旧研究不断交替;总重叠关键词所占的比例超过关键词数量的一半,说明:①防护服装研究具有良好继承性和稳定性,学科发展较为成熟;②该领域研究内容较为单一,需要纳入新思维和新视角。

对比同一时期的4大聚类区域可以发现,第2、第4象限的关键词聚类数量多于第1、第3象限,说明整体研究处于稳步前进的态势,新生关键词有待增加。防护服装作为一个多学科交叉的领域,新的关键词不断出现,但这些关键词受关注程度低,并未成为研究中心。位于可视化战略图谱不同象限的关键词一直在变化,没有固定的关键词一直处于高成熟度、高向心度的位置。除了关于专业性防护服装的研究,生活领域的防护服装研究在不断增加,针对不同人群、不同环境和用途的防护服装研究越来越细分化,专业化深入和日常化拓展成为齐头并进的两个方向。

2.2.3关键词的演化路径图 1984—2021年防护服装研究的关键词演化图如图5所示。图5以数据流的形式展示各时间段关键词的演化趋势,追踪关键词的动态演变[20]。演化图中的圆形类团表示热点关键词,类团大小与关键词相关文献量成正比。类团间的实线表示关键词演化或分裂,有共同的主要关键词;虚线表示关键词分化,类团间有共同的次要关键词。线的深浅、粗细与关键词相似度成正比,连线颜色深且粗,说明关键词的关联强度高,演化关系强;关键词孤立团表示相关研究较为成熟、稳定[21]。

纵向来看,各时间段的关键词数量、关键词类别和类团大小都有所不同,说明研究重点和关注内容在不断变化。横向来看,随着时间推移,防护服装研究关键词数量不断增多,各类团关键词通过演化、分裂、融合,形成多条演化路径,研究内容更加丰富,研究分支更加细化。结合图3发现,借助演化图分析各阶段国际防护服装研究关键词的发展变化及消亡,并从演化趋势中识别该领域的关键词演化路径。由图5可以直观地识别出所有时间段都出现过的关键词、已经消失的关键词和在最后阶段出现的关键词。总体而言,关键词演化图呈现出节点间的数据流更多、更复杂的趋势,反映了1984—2021年防护服装研究受到国际广泛关注,不断衍生新的研究主题。

图5 防护服装研究的关键词演化图Fig.5 Keyword evolution chart of protective clothing research

由图5可以看出,1984—1993年期间,研究关键词较少,关联程度低;1994—2008年期间,大量新生关键词出现,关键词间的连线增多,部分主要和次要研究方向得以演化发展;2009—2021年期间,关键词间演化更加复杂,研究主题不断细化和深入。总体而言,1984—2021年国际防护服装研究关键词可归纳为热防护、职业与医用和日常行为3个方向。

1)热防护方向。该方向是由温度-温度、受力应变-性能-织物、体系-体系、消防员-模拟构成。演化的关键词包括复合材料、功能设计等,主要位于第4象限,具有内部联系紧密、研究热度高的特点。从研究内容来看,热防护演化路径重点关注热防护材料、防护性能等内容,研究成果集中在服装材料的热湿传递性能、多功能化、复合化等方面[22-24],强调防护服的舒适性和扩展防护服的多功能性。由于消防员常暴露在强辐射、高温危险环境中,服装内微环境热量蓄积导致的皮肤烧伤以及热应力等专业性强的课题不断涌现[25-26]。

2)职业与医用方向。该方向在2004—2008年阶段不断发展融合,影响力增强,由3条子路径组成,即“人群-暴露-人群-态度-危险”“暴露-态度-危险-感染-纤维”和“人群-伤害、感染-危险-行为-员工”。3条子路径相互交叉融合,不断分化和转移,职业主题逐渐趋向日常行为主题,连线较粗,且均位于1,4象限,是发展潜力大的研究方向。以暴露为关键问题的研究内容一直较稳定,是持续的热点[27-29]。随着医用防护服研究热度逐年上升,在流行性病毒传播的影响下,有关防护服装面料性能的研究开始增多,其中,解决人体暴露问题的研究不断强化。

3)日常行为方向。该方向数据流相对较少且分散,相关文献量缓慢增长。在这一方向中识别出两条演化子路径,即:“危险-知觉-行为-成人”和“行为-复合材料-机械性能”。第1条子路径前期研究主要为特种防护方向,后期研究演化为人类行为方向;相关研究在3个时间段位于战略图的第1、第3象限,且类团增大,说明此类研究正在发展。第2条子路径中相关主题早期位于第3象限,是新兴研究主题,后期演化成以材料性能为主题,并转移到第1象限,研究发展逐渐成熟。防护服装研究延伸到日常生活领域[30-32],不再局限于特殊环境下的专业防护,相关研究和产业存在巨大的发展空间,防护性能和舒适性是当下获得较多关注的主题。

热防护方向研究的演化路径是国际防护服装领域的热点研究方向,近些年该主题与其他主题关联度降低,演化路径相对稳定且较为明晰;职业与医用主题是防护服装领域稳定的专业研究方向,研究热度高,且持续时间长,演化路径较为复杂,在演化路径中有较多的主题分裂和融合,关键词间数据流多且密,分裂与融合现象明显;日常行为方向研究是防护服装领域的新兴研究方向,此方向融合较多新主题,近些年相关文献量不断增加,在领域中的影响力也逐渐升高,是具有发展潜力的研究方向。

3 结语

利用SciMAT工具得到防护服装研究的关键词战略分布与关键词演化脉络,从多角度分析防护服装研究的动态演进过程,清晰地展现出研究的发展状态及知识结构的变化情况。

1)从关键词数量来看,国际防护服装领域整体研究数量呈上升趋势,其研究热度逐年上升,并伴有良好发展态势。

2)从关键词发展来看,随着防护服装领域技术的发展及防护服装适用领域的扩展,各阶段新生词的进入量均大于消亡词的退出量,说明该领域的研究引起了越来越多研究人员的关注与重视,且研究力量不断壮大, 涉及的研究范围也日益扩大。

3)从关键词聚类团来看,各研究时间段的关键词聚类不断增加,新热点和新内容不断出现,其中,纺织品技术与服装的结合以防护暴露在危险环境中的人体为研究热点。防护服装研究是一个交叉学科,需要重点关注新兴主题,在个人防护、纺织技术、功能设计等方面加大研究力度,尝试不同领域间的交叉融合,从而促进防护服装领域持续发展。

4)从关键词演进来看,防护服装的关键词动态演化比较清晰,呈现出3个方向6条主题演化路径,即热防护、职业与医用和日常行为。防护服装研究针对新出现的危害因素探索防护服装的解决方法,不断拓展新的应用领域。

通过分析国际防护服装研究的动态变化趋势,预测其未来可能的发展走向,认为:防护服装研究仍会在热防护、医用、纺织材料等领域不断深入,防护服装正在走进日常生活。2020年,受新型冠状病毒感染疫情的影响文献量激增,目前该领域的研究受到了全世界的极大关注;伴随着大众对防护需求的提高,健康安全的功能性服装将与日常化需求的设计相结合,使防护服装真正进入日常生活领域。例如研究抗菌抗病毒服装,开发抗菌面料、可重复使用的防护服装,使得防护服装具有高阻隔、高舒适、高强力的性能,让抗菌抗病毒服装能够日常应用。当前国际交流合作越发紧密,关于防护服装的研究已取得不少成果,对防护服装研究进行动态演进分析有利于反思当前区域服装研究的问题。