海綿城市理念演變的知識圖譜可視化分析

翟慧敏，程啟先，李書覃，張 遷，夏圓向，張 華

(1.信陽師范學院地理科學學院,河南 信陽 464000;2.信陽師范學院河南省水土環(huán)境污染協(xié)同防治重點實驗室，河南 信陽 464000)

海綿城市在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，可提升城市生態(tài)系統(tǒng)功能，減少城市洪澇災(zāi)害的發(fā)生[1-2]。2015年4月，中華人民共和國財政部、中華人民共和國住建部、中華人民共和國水利部聯(lián)合公布第一批16個海綿城市建設(shè)試點城市，目前這些試點城市建設(shè)已基本完成，在汛期試點區(qū)內(nèi)均無明顯內(nèi)澇，取得初步成果[3]。

基于Citespace軟件的科學知識圖譜是一種將知識領(lǐng)域進行單元化處理，并對其數(shù)量、聯(lián)系、聚集、突變等現(xiàn)象進行可視化分析的研究方法，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于情報學[4]、醫(yī)學[5]、生態(tài)學[6]、教育學[7]等多個學科領(lǐng)域。目前，國內(nèi)對海綿城市科學知識圖譜梳理的相關(guān)研究不多：李志明等[8]利用Citespace和VOSviewer軟件對英文文獻中海綿城市科學知識圖譜進行了梳理；姚輝彬等[9]利用Citespace和Ucnet等軟件對中文文獻中海綿城市科學知識圖譜進行了梳理；韓浩等[10]利用SATI軟件對中文文獻中城市內(nèi)澇科學知識圖譜進行了梳理，并指出海綿城市、低影響開發(fā)將是新的研究熱點。以上研究處于海綿城市建設(shè)驗收工作完成之前，未能客觀完整地反映我國海綿城市建設(shè)活動。本研究以各國海綿城市主要開發(fā)模式的梳理工作為基礎(chǔ)，并利用Citespace和CNKI(中國知網(wǎng))進行我國海綿城市科學知識圖譜構(gòu)建的相關(guān)研究。

1 海綿城市理念演變

海綿城市理念演變較為復雜，結(jié)合參考文獻[11-18]整理得到海綿城市相關(guān)理念演變(表1)。我國海綿城市建設(shè)的核心指導思想是：綜合水資源可持續(xù)利用、良性水循環(huán)、內(nèi)澇防治、水污染防治、生態(tài)友好等多目標，統(tǒng)籌源頭減排、過程控制、系統(tǒng)治理等多部分，協(xié)調(diào)城市公園系統(tǒng)、城市濕地系統(tǒng)等多內(nèi)容，構(gòu)建一系列有關(guān)城市雨水的管理系統(tǒng)[19]。近幾年，低影響開發(fā)系統(tǒng)(LID)和綠色基礎(chǔ)設(shè)施(GI)等措施逐漸被廣泛應(yīng)用于全球城市雨水管理建設(shè)中。

表1 海綿城市相關(guān)理念演變Table 1 Evolution of sponge city related concepts

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

CNKI是我國期刊文獻最多、學科類別最全的中文數(shù)據(jù)庫。選擇CNKI中的北大核心、CSSCI、CSCD、EI這4類核心期刊作為數(shù)據(jù)來源，選取“主題=*低影響開發(fā)*or*海綿城市*or*城市雨水*”進行檢索，時間、作者、單位、基金等其他內(nèi)容選擇為不限，獲得初始文獻1 476篇，經(jīng)過簡單的去重、篩選、梳理與整合，獲得最終相關(guān)文獻1 385篇作為此次研究的數(shù)據(jù)來源。

2.2 研究方法

針對CNKI導出相關(guān)文獻的Refworks格式，利用Citespace軟件進行數(shù)量、聯(lián)系、聚集、突變等現(xiàn)象的可視化分析并構(gòu)建海綿城市的知識圖譜，其中數(shù)據(jù)處理采用5.4R1版本的CNKI數(shù)據(jù)分析板塊。

研究遵循便捷、客觀、準確原則，利用普賴斯理論來篩選核心作者、關(guān)鍵詞等待篩選內(nèi)容：

(1)

式中：M為該內(nèi)容達到核心標準最低要求；0.749為系數(shù)；mmax為該內(nèi)容中的最大數(shù)量[20]。

3 文獻數(shù)量、作者與研究機構(gòu)

3.1 文獻數(shù)量

文獻數(shù)量是該研究近況的重要指標，是研究領(lǐng)域發(fā)展情況的“晴雨表”。根據(jù)不同年度進行海綿城市領(lǐng)域文獻數(shù)量的統(tǒng)計，并繪制發(fā)文數(shù)量統(tǒng)計圖(圖1)。我國海綿城市領(lǐng)域的核心期刊發(fā)表文獻數(shù)量，經(jīng)過了“緩慢增長-快速增長-穩(wěn)定波動”3個主要階段：①在2008年之前，我國海綿城市相關(guān)研究較少，呈現(xiàn)出緩慢增長的態(tài)勢，城市雨水利用、城市雨水管理等城市水環(huán)境工作逐步開展，逐漸孕育了海綿城市、低影響開發(fā)等理念；②2008—2016年，我國海綿城市相關(guān)研究較多，呈現(xiàn)出快速增長的態(tài)勢，伴隨著大規(guī)模的城市化建設(shè)，城市內(nèi)澇作為突出的城市問題受到廣泛關(guān)注，海綿城市理念產(chǎn)生并快速發(fā)展，成為我國城市建設(shè)工作的組成部分，也是我國緩解“城市病”的重要舉措；③2016年后，海綿城市建設(shè)已經(jīng)成為我國城市建設(shè)中的日常工作，呈現(xiàn)出穩(wěn)定波動的態(tài)勢，相關(guān)科研機構(gòu)的廣大專家學者仍會進行海綿城市建設(shè)的相關(guān)研究，但發(fā)文數(shù)量維持在較為合理的平臺穩(wěn)定區(qū)間內(nèi)。

圖1 海綿城市領(lǐng)域發(fā)文數(shù)量統(tǒng)計Fig.1 Statistics of documents issued in field of sponge city

3.2 作者

作者是研究領(lǐng)域的主力軍，側(cè)面反映出領(lǐng)域內(nèi)相互交流與合作現(xiàn)狀。運用Citespace軟件對海綿城市領(lǐng)域的相關(guān)文獻進行作者研究，并生成研究作者知識圖譜(圖2)，圖中共有349個節(jié)點，572條連線，網(wǎng)絡(luò)密度為0.009 4。圖譜主要展示了發(fā)文量在10以上的核心作者，其中李俊奇、車伍、王建龍、王文亮是最主要的核心作者。

圖2 海綿城市領(lǐng)域作者知識圖譜Fig.2 Knowledge map of authors in field of sponge city

為更全面反映核心作者的數(shù)量、位次等情況，依據(jù)式(1)篩選核心作者，得到核心作者共計17位：李俊奇、車伍、王建龍、王文亮、任心欣、宮永偉、張書函、趙楊、王浩、王思思、張偉、李海燕、李家科、馬洪濤、陳建剛、劉俊、孟光輝，他們的發(fā)文數(shù)量分別為84、82、26、22、18、18、17、16、13、13、12、11、11、11、10、8、8篇。最高發(fā)文量為李俊奇84篇，最低發(fā)文量為8篇，核心作者的平均發(fā)文量約為22篇。

根據(jù)核心作者在CNKI所發(fā)表的文獻來確定不同核心作者的專業(yè)，其中每個作者選取3個主要專業(yè)進行統(tǒng)計。得到核心作者與10個專業(yè)有關(guān)：建筑科學與工程、水利水電工程、環(huán)境科學與資源利用、公路與水路運輸、農(nóng)業(yè)工程、地球物理學、氣象學、化學、高等教育、宏觀經(jīng)濟管理與可持續(xù)發(fā)展，發(fā)文數(shù)量分別為17、14、12、2、1、1、1、1、1、1。其中建筑科學與工程、水利水電工程和環(huán)境科學與資源利用3個專業(yè)占據(jù)了總體數(shù)量的84.31%，呈現(xiàn)出高度集中的趨勢。

從核心作者的數(shù)量、位次、聯(lián)系以及專業(yè)來看，海綿城市領(lǐng)域的作者呈現(xiàn)出“局部聚集、整體擴散、專業(yè)性強”的趨勢，且該現(xiàn)象隨著作者等級提升更加明顯。①局部聚集的趨勢。核心作者群凸顯，“一超多強”的現(xiàn)象顯著：以李俊奇、車伍、王建龍、王文亮等為代表的單個超級作者群，以任心欣、張書函、李家科、馬洪濤等為代表的多個強勁作者群。②整體擴散的趨勢。核心作者發(fā)文數(shù)量占比不大：核心作者占據(jù)了作者數(shù)量的4.87%，保守估計(即以每個核心作者作為第一作者的身份發(fā)表5篇文獻的數(shù)量來計算)發(fā)表了文獻數(shù)量的6.14%，即集中程度屬于一般情況，說明從事海綿城市的專家學者較多，且大多有一定數(shù)量的學術(shù)論文成果。③專業(yè)性強的趨勢。核心作者的專業(yè)背景大都相同或相近，其中100%、82.35%和70.59%的核心作者分別有建筑科學與工程、水利水電工程和環(huán)境科學與資源利用的工學專業(yè)背景，擁有諸如公路與水路運輸、農(nóng)業(yè)工程等其他專業(yè)背景(尤其是人文社會科學等專業(yè)背景)的核心作者不多，且其他專業(yè)的分布與數(shù)量均較為零散。

3.3 研究機構(gòu)

研究機構(gòu)是研究作者所在的從事科學研究的機構(gòu)、院所、實驗室等單位，從側(cè)面反映出領(lǐng)域內(nèi)相互交流與合作現(xiàn)狀。運用Citespace軟件對海綿城市領(lǐng)域的相關(guān)文獻進行機構(gòu)研究，并生成研究機構(gòu)知識圖譜(圖3)。圖譜主要展示了發(fā)文量在10及以上的核心機構(gòu)，圖中共有個190節(jié)點，151條連線，網(wǎng)絡(luò)密度為0.008 4。

由圖3可以看出，北京建筑大學城市雨水系統(tǒng)與水環(huán)境省部共建教育部重點實驗室是最主要的核心機構(gòu)，其次有中國城市規(guī)劃設(shè)計研究院、河海大學水文水資源學院、深圳市城市規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司等核心機構(gòu)。從機構(gòu)性質(zhì)的視角來看，海綿城市的研究機構(gòu)呈現(xiàn)出高等院校、設(shè)計研究院“兩開花”的態(tài)勢：北京建筑大學前身為北京建筑工程學院，是傳統(tǒng)的建筑類強校，其建筑學、風景園林學均在學科評估中位于前十，也是北京地區(qū)唯一一所建筑類高等學校[21]；河海大學是我國水利工程專業(yè)的翹楚，其水利工程、環(huán)境科學與工程專業(yè)是位列我國“雙一流”計劃的世界一流學科建設(shè)學科[22]；中國城市規(guī)劃設(shè)計研究院、深圳市城市規(guī)劃設(shè)計研究院、上海市政工程規(guī)劃設(shè)計研究總院等設(shè)計院均屬于我國規(guī)模較大、等級較高的設(shè)計研究院。從機構(gòu)專業(yè)的視角來看，海綿城市的研究機構(gòu)則呈現(xiàn)出“眾星捧月”的趨勢：以北京建筑大學水環(huán)境實驗室、河海大學水文學院、北京雨人公司等為代表的水資源與水環(huán)境相關(guān)機構(gòu)占據(jù)中心位置；中國城市規(guī)劃設(shè)計研究院、深圳市城市規(guī)劃設(shè)計研究院、上海市政工程規(guī)劃設(shè)計研究總院等則代表了其他城市規(guī)劃、市政工程等與海綿城市息息相關(guān)的多個專業(yè)。需要引起注意的是，與高等院校所進行海綿城市的基礎(chǔ)理論研究不同，設(shè)計研究院主要從事海綿城市的應(yīng)用技術(shù)研究。

圖3 海綿城市領(lǐng)域研究機構(gòu)知識圖譜Fig.3 Knowledge map of research institutions in the field of sponge city

4 關(guān)鍵詞、研究熱點與新方向

4.1 關(guān)鍵詞

關(guān)鍵詞是論文研究主題的總結(jié)與概括，有利于對該研究領(lǐng)域的突出點、核心點進行有效拓展。運用Citespace軟件對海綿城市領(lǐng)域的相關(guān)文獻進行關(guān)鍵詞研究，并生成關(guān)鍵詞知識圖譜(圖4)，圖譜中共有305個節(jié)點，853條連線，網(wǎng)絡(luò)密度0.018 4。圖譜中主要展示了詞頻在16以上的核心關(guān)鍵詞。

由圖4可見，海綿城市、低影響開發(fā)、雨水利用是最主要的核心關(guān)鍵詞，核心關(guān)鍵詞間有較強的邏輯性。從合情推理的角度來看，核心關(guān)鍵詞具有較強的向性、序性：作為城市內(nèi)澇、年徑流總量控制、風景園林的交叉領(lǐng)域，海綿城市從雨水利用出發(fā)，貫徹低影響開發(fā)理念，結(jié)合我國現(xiàn)實情況，獲得了新的發(fā)展，最終演變并拓展為“海綿城市”理念，指導我國的海綿城市建設(shè)[23]。從演繹推理的角度來看，核心關(guān)鍵詞具有較強的存性、網(wǎng)性：我國地處典型的東亞季風區(qū)、旱澇災(zāi)害頻發(fā)[24]，且近年來我國城市建設(shè)速度過快、基礎(chǔ)設(shè)施難以滿足城市發(fā)展需要[25]，城市內(nèi)澇現(xiàn)象成為必然結(jié)果，以低影響開發(fā)為代表的、囊括雨水利用與徑流控制等在內(nèi)的海綿城市建設(shè)也成為值得關(guān)注的課題。

圖4 海綿城市領(lǐng)域關(guān)鍵詞知識圖譜Fig.4 Knowledge map of key words in field of sponge city

4.2 研究熱點

研究熱點是研究領(lǐng)域內(nèi)關(guān)鍵詞中最核心的內(nèi)容，且隨時間的變化此消彼長，充分反映研究領(lǐng)域的著重點與著眼點?；谏鲜鲫P(guān)鍵詞分析，利用Citespace軟件中的突變關(guān)鍵詞識別模塊，得到突變關(guān)鍵詞示意圖(圖5)。

圖5 海綿城市領(lǐng)域突變關(guān)鍵詞示意圖Fig.5 Schematic diagram of key words in the field of sponge city

由圖5可見，與海綿城市文獻數(shù)量變化大體上相一致，我國海綿城市研究熱點經(jīng)過了“集中擴散”2個主要階段：2008年以前，在研究初期的熱點較為集中，主要為雨水管網(wǎng)、城市雨水利用等基礎(chǔ)性研究，體現(xiàn)海綿城市理念孕育階段的適宜評價、區(qū)域探討等基礎(chǔ)理論研究；2008年及以后，海綿城市理念產(chǎn)生并快速發(fā)展，出現(xiàn)了眾多的研究新方向，主要為低影響開發(fā)、雨水系統(tǒng)等拓展性研究，體現(xiàn)海綿城市理念拓展階段的特定優(yōu)化、綜合管理等應(yīng)用技術(shù)研究。

4.3 新方向

研究新方向代表了研究領(lǐng)域內(nèi)未來發(fā)展的新趨勢、新動態(tài)，將在未來幾年內(nèi)獲得較好的深入拓展與充分延伸。根據(jù)式(1)篩選2008年及以后的核心關(guān)鍵詞作為研究新方向：海綿城市(2015年)、低影響開發(fā)(2009年)、風景園林(2008年)、城市內(nèi)澇(2010年)、SWMM(2014年)、年徑流總量控制率(2015年)、雨洪管理(2011年)、雨水花園(2011年)、雨水管理(2011年)、雨水系統(tǒng)(2008年)、LID(2014年)、城市化(2009年)、綠色基礎(chǔ)設(shè)施(2009年)，其數(shù)量分別為：479、201、53、46、40、38、37、35、19、17、16、16、16次。

從海綿城市的研究新方向來看，本研究認為具有較為突出的3個顯著特征：①海綿城市建設(shè)與城市建設(shè)常態(tài)化管理緊密銜接，海綿城市、城市化、雨洪管理、雨水系統(tǒng)這4個新方向，印證了海綿城市建設(shè)已成為城市化建設(shè)中的排水防澇等相關(guān)規(guī)劃設(shè)計中緊密的一環(huán)；②海綿城市建設(shè)中學科交叉凸顯[26]，風景園林、SWMM、雨水管理、年徑流總量控制率這4個新方向，表示了海綿城市建設(shè)不僅僅是建筑科學與工程學科的內(nèi)容，更逐漸與風景園林、工程管理等學科有了較好的交流與融合；③海綿城市與綠色基礎(chǔ)設(shè)施的統(tǒng)籌發(fā)展，將會是其未來發(fā)展的大方向之一[27]。雖然綠色基礎(chǔ)設(shè)施是新提出的理念，但是在研究新方向中已有較好位置，即在未來海綿城市逐步常態(tài)化的研究與建設(shè)中會得到較好拓展。

5 結(jié)論與建議

a. 對海綿城市理論演變進行梳理，發(fā)現(xiàn)海綿城市理念由美國、德國、澳大利亞、新西蘭等國不斷發(fā)展而來，主要模式有最佳管理措施(BMPs)、可持續(xù)排水系統(tǒng)(SuDS)、低影響開發(fā)系統(tǒng)(LID)等；低影響開發(fā)系統(tǒng)(LID)和綠色基礎(chǔ)設(shè)施(GI)在全球雨水管理中得到了廣泛應(yīng)用；建設(shè)具有我國特色的海綿城市值得探討。

b. 作為發(fā)展較為迅速的新興研究領(lǐng)域，近年來海綿城市已處于相對穩(wěn)定的階段；海綿城市的作者呈現(xiàn)出“局部聚集、整體擴散、專業(yè)性強”的特點，有利于海綿城市研究的持續(xù)性發(fā)展；海綿城市作者的機構(gòu)從不同視角呈現(xiàn)出“兩開花”與“眾星捧月”的趨勢，現(xiàn)狀較為良好，但其基礎(chǔ)理論與應(yīng)用技術(shù)研究仍然相對獨立。

c. 海綿城市建設(shè)的關(guān)鍵詞聯(lián)系密切、邏輯性強，研究熱點與研究新方向凸顯；海綿城市相關(guān)研究以2008年為界限，具有明顯的階段性；在將來的海綿城市相關(guān)研究中，呈現(xiàn)出常態(tài)管理、學科交叉的大方向，且與綠色基礎(chǔ)設(shè)施等的結(jié)合研究，將會是重要的新興領(lǐng)域。

習近平總書記指出“順應(yīng)自然、保護生態(tài)的綠色發(fā)展，昭示著未來”[28]，海綿城市的建設(shè)正是這種綠色發(fā)展模式的典范，基于以上結(jié)論提出如下建議：

a. 加快促進海綿城市的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究、設(shè)計與規(guī)劃管理的“雙結(jié)合”。明確海綿城市專項規(guī)劃與現(xiàn)有的城市專項規(guī)劃(如城市給水排水規(guī)劃、綠地景觀規(guī)劃等)相互關(guān)聯(lián)[29]，并將海綿城市的基礎(chǔ)理論與應(yīng)用技術(shù)研究進行有機組合，穩(wěn)步引導海綿城市建設(shè)工作制度化、常態(tài)化發(fā)展。

b. 加快促進海綿城市的學科交叉研究，尤其是自然工程科學與人文社會科學的交流。海綿城市的相關(guān)研究不能只集中于若干專業(yè)領(lǐng)域，綜合運用學科交叉視角進行有關(guān)理論的有機擴充，如，從宏觀經(jīng)濟管理與可持續(xù)發(fā)展進行海綿城市PPP建設(shè)研究[30]、從課程與教學論進行海綿城市工作推廣宣傳[31]、從計算機科學與技術(shù)進行海綿城市優(yōu)化模型研究[32]等，都是值得引起關(guān)注和思考的研究方向。

c. 我國海綿城市建設(shè)起步晚、周期長，應(yīng)當格外注意以綠色基礎(chǔ)設(shè)施為代表的新興領(lǐng)域的發(fā)展。通過推動海綿城市中綠色基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和發(fā)展，并與生態(tài)城市[33]、園林城市[34]、“城市雙修”[35]等理念充分銜接，使我國海綿城市建設(shè)理論更加豐富、完善，最終實現(xiàn)城市永續(xù)發(fā)展這一不懈追求的目標。