國內地下綜合管廊文獻信息挖掘與分析*

陳剛 張培興 劉紫嬋 王澤本 張瑞萍

(1.河北經貿大學管理科學與工程學院，河北 石家莊 050061； 2.中鐵十一局集團橋梁有限公司，江西 鷹潭 335003； 3.河北省經濟社會發展地理信息大數據平臺，河北 石家莊 050061)

0 引言

地下綜合管廊能夠有效緩解城市發展中道路反復開挖、交通擁堵等問題，對于現代文明城市發展具有明顯的推動作用[1-3]。為此，國家選定25個試點城市開展綜合管廊項目，掀起了綜合管廊建設的熱潮。

伴隨綜合管廊建設的開展，針對性研究逐漸增多，研究成果井噴式涌現，但隨之而來的問題也逐漸凸顯，如研究整體性不強、文獻利用率低等。因此，綜合管廊研究的成果梳理及信息挖掘工作亟待開展。

綜上，以中國知網刊載的綜合管廊相關文獻為樣本數據，利用文獻計量相關方法，對綜合管廊相關文獻進行信息挖掘工作，以期為綜合管廊的系統化、產業化發展提供助力。

1 數據及方法

1.1 數據來源

以中國知網作為數據庫進行文獻檢索，檢索模式為高級檢索，以“綜合管廊”為主題詞，文獻類別選擇期刊文獻，時間范圍選取2001—2020年，共得到4332條檢索結果，剔除報道、會議、無作者等無效文獻后，得到有效文獻3715篇。

1.2 方法與工具

1.2.1 研究方法

文獻計量學是綜合數學及統計學方法，對文獻特征及數量進行描述，繼而對文獻所在領域的研究現狀及發展趨勢進行評價及預測。此方法為本文的理論基礎。

戰略坐標圖由Law等提出，通過聚類的密度與向心度作為坐標計算基礎，將不同聚類在坐標系中顯示，根據其所在象限的不同及其密度、向心度進行該類的發展程度分析[4]。此方法用于關鍵詞共現分析之后的研究主題成熟度評價。

1.2.2 軟件工具

本研究具體通過文獻計量相關軟件實現，其中VOSviewer及CiteSpace為主要工具，Bicomb軟件、Pajek軟件為輔助工具，從研究熱點分析、關鍵詞聚類及戰略坐標圖分析、演變趨勢分析三個方面開展研究工作。

2 結果與分析

2.1 研究熱點

關鍵詞是一篇文章核心內容的縮影，能夠高度概括文章的研究方法、研究方向等。對關鍵詞出現頻次的統計和分析，能夠洞察某一領域的研究熱點及方向[5-6]。通過BICOMB軟件對3715篇綜合管廊相關文獻進行關鍵詞統計，合并同義詞/近義詞，去掉“問題”“應用”等信息含量較低的關鍵詞，高頻(出現頻次超過50)關鍵詞見表1。

表1 高頻關鍵詞

從表1可以看出，出現頻次在200以上的關鍵詞共有5個，分別為“施工技術”“PPP”“BIM”“設計”“防水”，是該領域研究熱點；出現頻次為100～200的關鍵詞共有5個，分別為“城市”“數值模擬”“預制”“地下空間”“市政工程”，也是該領域相對熱度較高的研究話題；其余出現頻次較高的關鍵詞為“有限元分析”“海綿城市”“智慧管廊”“運維管理”“變形縫”“深基坑”，諸多研究人員在這些方面進行了大量的研究工作，也是該領域內不能忽視的研究重點。

2.2 關鍵詞聚類

為明晰并細化綜合管廊研究領域的知識框架，利用VOSviewer軟件及Pajek軟件構建關鍵詞聚類視圖，對綜合管廊的研究主題進行分析。“綜合管廊”為檢索詞，在視圖中省略。將3715篇綜合管廊相關文獻導入VOSviewer軟件，選擇關鍵詞共現，閾值設置為≥10，得到綜合管廊的聚類視圖。為使視圖顯示更加直觀、美觀，將聚類結果導出為.net文件，通過Pajek軟件進行聚類優化之后通過VOSviewer軟件進行展示，如圖1所示。

圖1 綜合管廊研究領域聚類視圖

從圖1可以看出，綜合管廊研究領域分為11個聚類，其中9個聚類包含關鍵詞較多，是當前綜合管廊研究的主要構成。

聚類1：宏觀層面發展策略研究。綜合管廊發展初期，國內大眾對于綜合管廊知之甚少，綜合管廊是什么、具有哪些優勢、如何發展、發展中面臨哪些問題等是該研究主題的主要內容。

聚類2：城市規劃設計研究。不同城市區域的選型設計、如何切合城市建設發展進行綜合管廊設計是該領域主題的主要內容。

聚類3：災害、事故等數值模擬研究。綜合管廊中“電力艙”“燃氣艙”對于火災、地震極為敏感，稍有不慎就可能引起連鎖型的重大安全事故，因此如何避免事故的發展以及事故發生之后如何第一時間進行處理是主要研究內容。數值模擬是預防事故、及時處理事故不可缺少的研究內容之一，通過建立數學模型或三維模型，對燃氣爆炸、火災發生全過程、管道泄漏等進行仿真模擬實驗，揭示不同災害源、災害發生時的擴散規律、不同條件下對災害的影響因素、綜合管廊在發生災害時的響應，從而為制定安全事故應對策略提供有效參考。

聚類4：預制拼裝技術研究。在綜合管廊建造方法中，預制拼裝技術由于其綠色環保的優勢逐漸得到認可，但預制拼裝技術在施工過程中需要著重控制的施工要點較多，主要包括變形縫、接頭設計及防水施工等。綜合管廊建在地下，受地下涌出的地下水、地上降雨雪形成的地表水、坑壁滲出的地表水與地下水的四面圍攻，防水問題是預制綜合管廊面臨的巨大考驗。因此，預制拼裝技術在綜合管廊中的應用是綜合管廊研究領域的重要主題。

聚類5：結構、節點等設計研究。綜合管廊位于地下，對于地震災害十分敏感。為保證綜合管廊的抗震性，結構設計是重中之重。入廊管線類型的不同是管廊選型的影響因素之一，且不同類型的管廊對于結構的要求同樣不同。該研究主題的主要內容是結構選型和計算、抗震性設計及不同類型管廊的設計要求。同時，由于節點設計、接頭設計同樣會影響綜合管廊的整體性，因此也是該主題的研究內容。

聚類6：施工技術研究。在建設工程領域BIM技術是被研究次數最多的技術，在綜合管廊領域BIM技術同樣受到重視。通過BIM技術模擬真實的施工現場、明晰施工過程中的控制要點、模擬不同施工技術得到的施工效果，從而優化施工技術，是該主題的主要研究內容。

聚類7：綜合管廊對于構建海綿城市的效能研究。隨著“海綿城市”理念的提出，其內涵和外沿逐漸豐富和發展，該理念的建立對于城市發展的重要作用也逐漸得到社會公眾的認可。綜合管廊作為構建海綿城市的重要部分之一，如何與其他地下基礎設施有效結合、統籌發展，從而促進海綿城市的發展，是該主題的主要研究內容。

聚類8：PPP模式研究。PPP模式為解決綜合管廊發展中“錢從哪來”這一問題而被提出，對于優化綜合管廊的投資結構具有重大作用。解決了項目前期“錢從哪來”之后，后續仍存在眾多問題，如社會資本方的風險管理、PPP項目的盈利能力和經濟效益、PPP項目的后評價等。因此，對于PPP的研究從單一的投融資模式研究逐漸向外延伸，貫穿綜合管廊項目的全生命周期。

聚類9：運維管理研究。目前眾多綜合管廊項目已經完工并進入運維期，對于綜合管廊運維管理的研究逐漸增多。以BIM技術為基礎，綜合GIS、物聯網等技術構建綜合管廊的集成化運維管理平臺開始成為運維管理的主要研究對象，如何提高運維效率、事故處理能力、有機整合各項信息技術等成為該主題的主要研究內容。

2.3 關鍵詞聚類的戰略坐標圖

為了解綜合管廊各研究主題的發展程度，利用戰略坐標圖為該領域研究人員更好地把握研究方向及研究重點提供參考。在戰略坐標圖中，X軸為向心度，代表該聚類與其他聚類之間的關聯強度；Y軸為密度，代表構成聚類的關鍵詞之間的關聯強度；坐標原點為所有聚類密度與向心度的平均值。按向心度和密度的不同將戰略坐標圖分為4個象限，每個象限代表該聚類在演化發展中的不同趨勢(圖2)。不同聚類代表不同的研究主題，根據聚類所在象限的不同，分析其在綜合管廊研究領域所處的地位及未來發展趨勢。不同聚類與研究主題對應及所在象限見表2。

圖2 國內綜合管廊研究領域戰略坐標圖

表2 不同聚類與研究主題對應及所在象限

2.3.1 綜合管廊研究的核心領域(第一象限)

在戰略坐標圖中，第一象限的向心度及密度最高。即該象限內的聚類內部及與其他聚類的關聯強度強，是綜合管廊研究領域的核心研究主題。聚類5及聚類9位于第一象限，為綜合管廊的核心研究主題。其中，聚類5向心度最較高，密度稍低，表明該聚類與其他聚類之間的關聯強度高，內部較為松散；聚類9向心度為13.4，密度為12.4，表明該聚類在內部與外部的關聯強度均較強，說明該研究主題產出了較多的研究成果，發展較為成熟。且由于大多數綜合管廊試點工程已經陸續建成并進入運維階段，運維逐漸成為發展重心，該主題仍將在長時間內保持研究熱度。

2.3.2 綜合管廊研究的成熟領域(第二象限)

在戰略坐標圖中，第二象限的密度較高，向心度較低。即該象限的聚類內部關聯強度強，但與其他聚類的關聯強度弱，因此該象限的聚類成熟度高但相對孤立、聚類1、聚類2及聚類8位于第二象限。其中，聚類1以綜合管廊的宏觀發展研究為主；聚類2以綜合管廊的規模布局研究為主；聚類8以綜合管廊的投融資模式及運營收費機制研究為主。這三個研究主題主要處在綜合管廊的發展早期，產出了大量的研究成果，成熟度較高，屬于專項研究，與其他聚類的關聯程度較低，處于研究階段的“飽和期”，只有出現新的理念或技術才會再次“繁榮”。

2.3.3 綜合管廊研究的邊緣區域(第三象限)

在戰略坐標圖中，第三象限的密度、向心度均低。即該象限的聚類內部、與其他聚類的關聯強度弱，因此該象限內的聚類是新的研究主題或即將消失的研究主題，位于綜合管廊研究領域的邊緣區。聚類3、聚類4、聚類7位于第三象限。其中，聚類3以“數值模擬”為主要研究主題；聚類4以“預制拼裝”為主要研究主題；聚類7以“海綿城市”為主要研究主題。這三個研究主題的相關文獻相對較少，成果數量不多。“數值模擬”對于綜合管廊的施工技術及運維期的災害預防和處理均具有較高的參考意義，其文獻量呈增長趨勢；“預制拼裝”是目前國家著重發展的建造方式，因此“數值模擬”及“預制拼裝”屬于生命力較強的研究主題，應獲得持續關注和研究。綜合管廊是構建“海綿城市”的組成部分之一，僅作為實現“海綿城市”的實現載體之一，并非主要研究對象，且從2015年以來，相關文獻量呈下降趨勢，將逐漸淡出舞臺。

2.3.4 綜合管廊的未來領域(第四象限)

在戰略坐標圖中，第四象限的向心度較高，但密度較低。即該象限的聚類內部關聯強度弱，但與其他聚類聚類之間的關聯強度較強，該象限的聚類成熟度低但存在成為未來研究熱點的趨勢，位于綜合管廊的未來領域。聚類6位于第四象限，以“施工技術”為主要研究主題。國內綜合管廊試點工程的建設和發展，帶動了綜合管廊的“施工熱潮”，施工過程中遇到的施工問題及需要著重注意的控制要點開始暴露和增多，關于“施工技術”的研究開始增多。由于施工技術“分支”較多，如深基坑工程、防水工程及安裝工程等均為施工技術的研究客體，各分部工程下的工序同樣如此，各“分支”之間尚未形成系統的整體，內部關聯不強。但在外部聯系上，施工技術與“BIM”技術“預制拼裝”“設計”等均有較強的關聯，因此該研究主題雖然日益強大但仍需發展，是未來的研究重點。

2.4 綜合管廊研究演變趨勢

將3715篇綜合管廊相關文獻導入CiteSpace軟件，時間切片設置為1年。通過時區視圖功能，CiteSpace可以將所有的節點定位在二維坐標中，該坐標的橫軸為時間。為使圖譜根據代表性且顯示效果更加美觀，對頻次較低的節點進行刪減，出現頻次<10的節點不予顯示。經過調整得到2001—2020年綜合管廊研究領域關鍵詞時區視圖(圖3)，節點所在位置為其第一次出現年份，節點大小為后續累加得出，不代表在該年的出現頻次。

從圖3可以看出，綜合管廊研究領域的演變發展可以分為三個階段：

圖3 綜合管廊研究領域關鍵詞時區視圖

(1)發展戰略研究階段(2001—2010年)。除“結構設計”“數值模擬”兩個關鍵詞，該階段的關鍵詞還包括“綜合管廊”“共同溝”“管廊”“地下管線”“城市”“問題”“對策”。該階段的研究主要集中在綜合管廊的宏觀發展策略，研究成果使得相關公眾認識和了解綜合管廊，并認可綜合管廊在解決城市弊病中的巨大作用。

(2)精細化、智慧化研究階段(2011—2017年)。相較上一階段，該階段關鍵詞的數量明顯增長，綜合管廊項目實施過程中遇到的實際問題逐漸被關注，如“PPP”“設計”“預制拼裝”“基坑”“防水”等。這一階段的研究百花齊放，研究主題急速增多，大到設計、小到工序均有涉及，對于綜合管廊的研究轉變為多樣化、精細化研究。

(3)穩步發展階段(2018年至今)。該階段新興的關鍵詞明顯變少，代表性關鍵詞為“運維管理”“施工工藝”“質量控制”。在保有精細化研究特征的同時，對于運維階段的研究開始急速增多，隨著綜合管廊試點工程陸續完工并進入運維階段，“運維管理”成為該階段的主要特征。在綜合管廊運維管理研究中，建立即時高效的運維管理平臺、技術之間的相互結合、運維風險識別和處理等成為主要研究內容。這一階段的研究繼續保持上一階段的精細化特征，研究重心開始向運營期傾斜。

3 結語

本文以中國知網刊載的3715篇綜合管廊期刊文獻為數據來源，通過文獻計量相關方法及軟件工具對綜合管廊的研究熱點及演變趨勢進行分析，得出如下結論：施工技術、BIM、PPP等16個關鍵詞為該領域的研究熱點。該領域研究主要包括“宏觀發展”“規劃設計”等9個主題，其中以“設計”“運維管理”為主要內容的研究主題為當前的核心主題，“施工技術”是未來的研究重點。綜合管廊研究領域的發展過程為：宏觀發展戰略階段，明確了綜合管廊的建設意義及大體發展方向；精細化、智慧化研究階段，研究分支開始擴散，信息技術應用研究增多；穩步發展階段，研究重心轉向運營期。從綜合管廊整體的發展特征及趨勢來看，后續應加大各項施工技術的成套化及信息化研究力度，運營期的相應流程化建設需繼續深化，相關運維工作的標準化、模式化研究需投入更多精力。