基于計量統計的裝配式建筑管理與技術發展特征研究

張永成，何家輝，羅麗姿

(1.淮陰工學院管理工程學院；2.淮陰工學院江蘇省智能工廠工程研究中心，江蘇淮安 223003；3.武漢大學經濟與管理學院，湖北武漢 430074)

裝配式建筑是指將大量的現場工作從傳統建造方式轉移到工廠進行，在工廠制作好建筑構件和配件，運輸到建筑施工現場，通過可靠的連接方式在現場組裝而成的一種建筑體系［1］。近年來，伴隨著我國現代工業技術的發展，裝配式建筑領域研究成果不斷涌現，如：現階段我國建筑工業化的發展現狀［2］，BIM 等信息技術在裝配式建筑領域的運用［3-4］，裝配式建筑的智慧化管理等［5］，相關的研究主要以單項建筑實踐與研究為主，很少有學者從文獻計量學的角度出發，對裝配式建筑領域的文獻進行分析。為了充分反映這一領域的研究特點和行業發展趨勢，因此，需要通過繪制科學知識圖譜方式對裝配式建筑管理與技術發展領域的文獻進行可視化研究。

本文以文獻計量學和科學知識圖譜為基礎，利用可視化軟件CiteSpace5.6.R4 對CNKI 數據庫1992—2020 年期間與裝配式建筑研究相關的核心期刊進行專題研究和文獻特征分析，梳理了近年來管理和技術在裝配式建筑領域的發展方向，為該領域今后的研究方向與發展實踐提供了指導和依據。

1 研究方法和數據采集

1.1 分析工具及研究方法

本研究以文獻計量學為基礎，對收錄于中國知網數據庫中關于裝配式建筑研究的文獻特征、研究熱點及前沿進行分析。文獻特征分析中應用CiteSpace 可視化工具以及其他數理統計方法。CiteSpace 軟件是基于Java 語言所開發，在科學計量學、數據可視化支持下的一款引文可視化分析軟件。

1.2 數據采集及處理

本研究數據來自中國知網數據庫中的核心期刊、CSSCI 和CSCD 中的文獻，檢索日期截止至2020 年3 月28 日。檢索方式采用主題檢索，時間范圍設置不限，以此來全面包含裝配式建筑研究的文獻內容。具體方法是：選擇中國知網期刊板塊的高級檢索模式，在檢索條件中輸入“裝配式建筑”或“建筑工業化”或“建筑產業化”進行精確檢索，最終得到時間范圍在1992—2020 年，原始文獻數量675 篇，經過人工剔除公告、會議報告及無關文獻等無效文獻，選取511 篇相關文獻作為此次研究的分析數據。

2 裝配式建筑研究的文獻分析

2.1 文獻時序分析

如圖1 所示，列出了1992—2020 年裝配式建筑研究的文獻時序分部。從圖中分析可得，在1992 年之前，國內還沒有關于裝配式建筑研究的文獻，研究還未起步。黃際洸［6］于1992 年首次對裝配式大板建筑的正貫通問題進行研究。1992—2011 年我國工業化進程始終處于試探起步階段，年均發文為4篇。2012—2015 年我國建筑科學持續進步，推進建筑工業化成為實現環境、社會與經濟效益下建筑業可持續發展的重要途徑。2014 與2015 年發文達23和28 篇，這與自2014 年以來中央和地方各級政府均明確表示將大力推動建筑工業化和產業化的發展政策密切相關；隨后，2016—2020 年期間發表的文獻數量逐年遞增，增加的類型呈指數型函數，2018年論文數123 篇，2019 年121 篇文獻；在2020 年3月底發表文獻數量為17 篇。國家相關政策的出臺，讓2016 年成為全面推廣裝配式建筑的關鍵一年，與此同時，2016 年也為裝配式建筑研究文獻數量突變及近幾年發文數量劇增時間點。

圖1 裝配式建筑研究文獻時序分部

2.2 涉及期刊及領域分析

對我國裝配式建筑研究領域的文獻進行期刊分布統計，探尋我國在建筑工業化、產業化領域中的優質期刊，并且闡述相關期刊的分布特點。利用可視化軟件，對收錄文獻的期刊進行篩選，共計得到19 本期刊，收錄文獻量382 篇，占總數的75%。如圖2 所示，《建筑經濟》《建筑結構》《施工技術》《建筑技術》《混凝土》《土木工程與管理學報》六類期刊收錄裝配式建筑研究領域的文獻最多，數量分別為72、63、53、37、26、24 篇，占總文獻量的53.8%，是裝配式建筑研究發文的主要期刊。《建筑經濟》《施工技術》《建筑技術》收錄裝配式建筑相關研究內容從1993 年開始，研究側重于建筑業經濟轉變方式、新型工業化和產業化發展模式、裝配式建筑成本評價、施工技術、信息技術等方面的內容。《混凝土》收錄裝配式建筑相關研究內容主要是研究利用新技術合理使用預制裝配式混凝土。《建筑結構》《土木工程與管理學報》更傾向于建筑結構和工程造價、質量管理、信息模型等方面，反映工程結構和土木工程、工程管理學科的發展前沿和研究方向。通過對上述所涉及期刊的分析，裝配式建筑研究視角主要體現在建筑技術、建筑管理、建筑經濟、安全科學、信息技術、綠色環保等方面。

圖2 裝配式建筑研究的主要收錄文獻期刊

2.3 團隊合作分析

研究團隊的科研能力和團隊協作水平主要體現在其研究領域內文獻的產出量和水平上。使用可視化軟件CiteSpace5.6.R4 繪制裝配式建筑研究的作者合作圖譜，其中，設置參數時間切片為1 年，節點類型為“author”，如圖3。從團隊合作的角度分析，在裝配式建筑研究領域，作者團體內部合作明顯的團隊有:北方工業大學以紀穎波、趙麗坤、姚福義、段朝暉為核心的科研團隊；大連理工大學以李忠富、關軻為核心的科研團隊；東南大學以李德智、湯磊為核心的科研團隊；東北財經大學以劉禹為核心的科研團隊；北京建工集團以楊嗣信為核心的科研團隊等，跨團體合作顯著的團隊有：以武漢理工大學陳偉和以武漢市建筑節能辦鄒松為主的研究團隊；以武漢理工大學劉名強、李英攀和以中建三局二公司王芳為主的研究團隊；以北京工業大學劉學春、徐路和以北京理工大學珠海學院張冬潔為主的研究團隊等。劉禹和胡世德是早期在裝配式建筑領域具有代表性研究成果的作者，而鄒松、劉學春、劉名強、陳偉、劉曉君、李麗紅等作者的近期科研成果更為突出。從發文數量來看，作者紀穎波、李忠富、楊嗣信、陳偉、劉禹、李德智、劉學春、張愛林、鄒松、齊寶庫等成果較多。

圖3 裝配式建筑研究的作者合作圖譜

2.4 發文機構及科研力量分析

機構網絡關系圖能夠反映不同機構在學術研究領域的聯系和貢獻。根據作者的合作分析繪制研究機構圖譜，如圖4 所示。其中，重慶大學和東南大學是對裝配式建筑研究的文獻貢獻最多的機構，各有20 篇文獻，其次是西安建筑科技大學、沈陽建筑大學、武漢理工大學、中國建筑設計研究院、同濟大學、南京工業大學等，科研機構主要集中在高等院校、中國建筑工程局和中國建筑設計研究院。同時，通過對研究機構圖譜的觀察可以發現，同濟大學、重慶大學和北京工業大學在這一領域是活躍的合作機構，3所大學之間存在直接或間接的合作關系，形成了合作網絡，其他部分的研究機構也有明顯的跨區域合作關系，出版的文獻研究具有一定的深度和質量。在近年來，裝配式建筑領域的科研成果主要在西安建筑科技大學、重慶大學、東南大學、南京工業大學、沈陽建筑大學等研究機構中有所增加。

圖4 裝配式建筑研究的機構合作圖譜

專業領域中科研力量的分配情況主要體現在研究機構所處的地區。根據研究機構的區域分布，裝配式建筑科研力量的區域分布是不平衡的，在華北、華東地區比例最高，在東北、華中、西南、華南和西北地區所占比例依次減少；在裝配式建筑管理和技術發展方面，全國七個區域均有研究機構，但裝配式建筑領域高產出研究機構主要分布在東部和中部經濟、科技發達的區域，這些研究機構長期以來對裝配式建筑的開發建設進行了探索，積累了豐富的理論知識和實踐經驗。但在我國的西部地區，建筑工業化、產業化的普及度不足，裝配式建筑建造管理起步較晚，研究機構少，力量薄弱，隨著“西部大開發”戰略的進一步深化，西部地區在建設、發展和市場潛力方面都具有良好的前景，因此，需要政府在政策和科研隊伍的進一步投入方面給予支持，以此來促進該地區裝配式建筑管理和技術的發展。

2.5 裝配式建筑高被引頻次文獻分析

裝配式建筑領域的基本概況和最新進展可以反映在該領域被高頻次引用的經典文獻中，如表1 所示。通過對高被引文獻的深入研究，探討和理解不同作者對裝配式建筑領域的貢獻。主要研究有:嚴薇等［7］在分析我國施工現狀的基礎上，提出了一種新型的裝配式結構體系，并對其結構性能、施工方法等方面探討以解決施工中的問題。蔣勤儉［8］基于裝配式混凝土建筑的特點和國內外發展現狀，對預制混凝土結構體系進行了系統綜述討論。郭正興等［9］結合我國采用的剪力墻結構，分析了幾種裝配式混凝土剪力墻結構及其建造工藝，構建了新的本土化施工技術。周文波等［10］以某一試驗樓為例，分析了BIM 技術在裝配式建筑中的運用過程和價值，并對未來裝配式建筑與BIM 模型結合的方式進行了探討。李麗紅等［11］以某住宅小區施工圖為研究對象，通過對裝配式整體施工項目與現澆式施工項目造價差異的比較，評價裝配式建筑工程造價偏高的原因及需要改進的方面。劉瓊等［12］綜述了國內外預制裝配式混凝土結構的應用現狀，系統闡述了預制框架結構、預制剪力墻結構、預制組合墻板及各種連接方式的應用。齊寶庫等［13］基于裝配式建筑在管理方面的問題，指出將BIM 技術引入到裝配式建筑全生命周期中，為各階段的工程資料提供共享平臺。王俊等［1］分析了我國建筑工業化發展的現狀及存在問題，并提出了目前我國建筑工業化發展的相關建議。齊寶庫等［14］以具體工程實例為基礎，研究了裝配式建筑的效益分析方法。郝際平等［15］結合預制混凝土構件解決傳統鋼結構存在的問題，針對不同墻體的交叉應用開發了一種新型圍護結構體系，該體系具有優良的抗震性能和可修復性能。曹江紅等［16］通過對BIM 技術的裝配式建筑質量管理方法的研究，表明BIM 技術能夠滿足建筑各利益相關者的質量要求和管理，為提高裝配式建筑質量管理效率和施工質量提供了新思路。吳剛等［17］從試驗研究、數值模擬和設計方法3 個方面綜述了國內外裝配式混凝土框架節點的研究進展，為今后我國裝配式混凝土框架的研究和應用提供參考。

表1 裝配式建筑領域高被引經典文獻

3 裝配式建筑研究熱點及前沿

3.1 研究熱點分析

關鍵詞共現分析通過繪制知識圖譜，可以直觀地了解裝配式建筑的研究熱點及前沿。在CiteSpace可視化軟件中，將時間切片設置為一年，節點類型選擇“Keyword”，閾值采用g-index(K=20)，同時將網絡中的節點以年輪樹的方式顯示，從而形成裝配式建筑研究的關鍵詞共現圖譜，如圖5 所示。

圖5 裝配式建筑研究的關鍵詞共現圖譜

裝配式建筑的文獻數據庫經過軟件的梳理和分析，圖譜中共計形成了474 個節點，676 條連線，網絡密度為0.006。視圖中的節點表示不同的分析對象，出現頻次越多，節點也就越大。節點之間的連線表示共現的關系，其粗細表示共現的強度，線段的顏色對應節點發生的年份，顏色越深，則表示發生時間距離現在越近。如表2 所示，前20 個高頻關鍵詞是基于關鍵詞的頻次和中心性的大小所獲得的。

表2 裝配式建筑研究的高頻關鍵詞

通過對表2 數據的分析，發現這些關鍵詞基本上覆蓋了裝配式建筑研究的主要方面，其中“裝配式建筑”是文獻檢索的主題詞，出現頻率最高（208次）；“裝配式”“預制裝配式”“裝配式混凝土結構”是裝配式建筑的衍生詞，頻次分別為29，8，5；其他文獻檢索主題詞“建筑工業化”和“建筑產業化”出現頻次分別為79 次和15 次；剩余高頻次關鍵詞“BIM”“預制構件”“建筑產業化”“建筑”“抗震性能”分別以31，19，15，13，12 的頻次出現。根據關鍵詞共現分析，得出裝配式建筑研究的熱點：

（1）預制構件設計與管理。研究主要有預制構件的生產效率、建造方式、施工安裝、計價模式、生產過程、風險評估等。預制構件的設計、施工、生產和安裝形成了一個完整的產業鏈，為大規模實施預制構件住宅提供了條件［18］。通過對預制構件體系進行BIM 技術的分析研究，指出各種預制構件在裝配式建筑中的適用性將逐漸發展成為一種趨勢［19］。

（2）裝配式構件及混凝土結構性能研究。裝配式混凝土結構符合綠色低碳的概念，通過對裝配式構件及混凝土結構性能及體系等的發展現狀、局限性和應用前景的研究，對提高裝配式混凝土框架結構的設計水平和推廣裝配式混凝土結構的工程應用具有重要意義［17］。

（3）裝配式建筑成本和質量均衡分析。成本和質量一直都是裝配式建筑研究的重點內容。陳加奎基于模糊層次分析理論，將質量與成本有機地結合起來進行分析，確定在最佳質量水平條件下的最佳成本［20］。利用信息技術手段對施工全過程的質量進行管理，從而提高裝配式建筑的質量管理效率和施工質量［16］。

（4）綠色建筑技術與效益。綠色智能建筑是以智能化技術為基礎，通過建立科學合理的綠色智能建筑模式，可以提高綠色建筑的質量和經濟效益，從而提高建筑企業綠色施工的競爭力，同時也符合循環經濟和可持續發展的要求，是建筑發展方向［21］。

（5）BIM 等信息技術研究與應用。近年來，工程施工過程中數據化工具的應用越來越廣泛。BIM技術和RFID 的集成，確保施工過程有序，減少組件損失、誤用和誤用情況［22］。把BIM 技術與裝配式建筑全壽命周期管理問題相結合，提高了建筑施工過程中的質量和效率，推動了建筑業技術信息化、管理信息化［13］。

3.2 研究前沿識別

在CiteSpace 的可視化圖譜中，突現詞被用來識別科學研究的前沿，可以為裝配式建筑的發展提供全面分析。在可視化軟件中，將節點類型設置為“Keyword”，并將閾值K 調整為20，得到突現詞如表3 所示。從表中可見，1992—2000 年，建筑工業、建筑業、住宅體系、住宅工業化、住宅產業化、標準化等較為突出，總體來講，當期研究內容主要為住宅工業化、產業化等相關。在2001—2010 年，2006 年的預制混凝土的突現最為明顯。正是由于預制混凝土的出現，加快了我國住宅產業化的速度，是我國建筑行業改革的重點之一；同時，住宅工業化、標準化、住宅產業化等仍顯示出研究熱度。2011—2015 年建筑工業化、綠色建筑成為該時期突現度最強的兩個詞，尤其自2014 年以來，國家大力推動建筑工業化、產業化的發展，裝配式理念逐步在建筑業中得到應用。2016—2018 年，通過觀察突現詞的強度和突顯時間段，可以確定裝配式建筑研究的發展方向在建筑工業化預制裝配式技術及鋼結構裝配體系、BIM 等信息技術等方面。這一時期，裝配式建筑工程技術方面研究逐漸深入，施工階段越來越注重信息技術與裝配式建筑的結合，使得建設各階段的質量和效率得到提高。

表3 裝配式建筑研究主要突現詞

4 結論及對策建議

文章在對CNKI 數據庫中有關裝配式建筑的文獻進行統計分析的基礎上，繪制了知識圖譜，充分反映了我國裝配式建筑研究的現狀。主要研究結果有:

（1）從文獻發表的時間和期刊領域的分布情況看，自2012 年以來，裝配式建筑在管理和技術發展方面取得了突破，并在國家相關政策的支持下，不斷迅速發展。《建筑經濟》《建筑結構》《施工技術》《建筑技術》等是裝配式建筑研究發文的主要期刊，通過對上述期刊的進一步分析，可知裝配式建筑的研究領域主要集中在建筑經濟、建筑管理、建筑技術、安全科學和信息技術等方面。

（2）從科研團隊和研究機構的角度看，紀穎波、李忠富、楊嗣信、陳偉等人的科研成果頗豐，同時在這一領域形成了許多不同的研究團隊，跨團隊合作也很明顯。相關研究機構主要分布在經濟和科技發達的東部和中部地區，而西部地區研究機構少，研究力量較為薄弱。

（3）通過對文獻的高被引分析和高頻關鍵詞分析，可以得出結論：預制構件設計與管理、混凝土結構性能、裝配式建筑成本和質量均衡分析、綠色智能建筑技術與效益以及BIM 等信息技術應用等為5 個熱點研究方向；預制裝配式技術、鋼結構裝配體系、BIM 等信息技術等是裝配式建筑研究的趨勢。

根據本文的研究成果，針對目前的研究現狀，提出以下3 點對策和建議:

（1）加強裝配式建造技術體系研發，研究工程全生命周期的可持續建設模式，以提高建造過程中的質量和效率，為可持續建設的定量研究提供新思路。

（2）利用BIM 等信息技術將繪圖、計算與數據管理有機地結合起來，實現信息技術在設計、生產和建造全生命周期管理中的應用，為裝配式建筑一體化建造提供技術支持。

（3）加強區域科研力量協調發展，加大西部地區在裝配式建筑領域的科研投入度，注重該領域跨區域合作人才培育，推動人才培養與區域產業行業發展相協同。