周基,蔡強(qiáng),田瓊
(1.湖南科技學(xué)院 土木與環(huán)境工程學(xué)院,湖南 永州 425199;2.湘潭大學(xué) 土木工程與力學(xué)學(xué)院)
新中國成立之初,由于戰(zhàn)爭(zhēng)破壞等各種原因,中國公路里程屈指可數(shù),可通車?yán)锍滩蛔?0萬km,20世紀(jì)50—70年代中期,中國道路建設(shè)速度發(fā)展緩慢,直至1978年改革開放全面開始,國家開始規(guī)劃中國公路網(wǎng),隨著國家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,“要想富,先修路”逐漸被各級(jí)政府所認(rèn)識(shí),20世紀(jì)90年代開始,公路出現(xiàn)大規(guī)模建設(shè)高潮,截至2019年,中國高速公路及公路總里程分別超過14.26萬km與486.65萬km,均為世界第一。伴隨公路建設(shè)規(guī)模增加,公路病害也逐漸產(chǎn)生,工程技術(shù)人員開始關(guān)注并研究公路病害。近70年來,中國公路病害的發(fā)展?fàn)顩r如何以及發(fā)展趨勢(shì)怎樣?該文通過Citespace軟件,借助CNKI期刊數(shù)據(jù)庫,對(duì)中國公路路基路面病害進(jìn)行知識(shí)圖譜分析與討論,從而為公路病害研究提供參考。
考慮數(shù)據(jù)資源獲取途徑及研究方法、工具的實(shí)際情況,研究采取兩個(gè)階段、兩種工具對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行知識(shí)圖譜分析。
數(shù)據(jù)獲取與整理即文獻(xiàn)收集與篩選,是研究的第1階段主要工作。以公路、路基、路面、病害4個(gè)中心詞進(jìn)行限定,基于CNKI期刊數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索,檢索方式設(shè)置為主題(精確),檢索式按照道路or公路or路基or路面、不含鐵路or橋梁or隧道and病害or損壞and變形or其他缺陷,發(fā)表時(shí)間設(shè)定為1949—2019年進(jìn)行初步檢索。檢索到的核心及以上級(jí)別期刊中文文獻(xiàn)共計(jì)504篇,對(duì)檢索結(jié)果進(jìn)行分析判斷,進(jìn)一步剔除無關(guān)的中文文獻(xiàn),篩選后得到核心及以上級(jí)別期刊中文文獻(xiàn)共計(jì)114篇。
為保證研究樣本數(shù)據(jù)的完整性與相對(duì)精準(zhǔn)性,再次對(duì)數(shù)據(jù)庫相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行細(xì)致的研讀與分析,以中心詞為基礎(chǔ)對(duì)整個(gè)公路路基路面病害研究領(lǐng)域逐一進(jìn)行手動(dòng)檢索,得到核心及以上級(jí)別期刊中文文獻(xiàn)3 754篇。最后對(duì)兩次檢索到的核心及以上級(jí)別期刊中文文獻(xiàn)進(jìn)行手動(dòng)篩選,排除無關(guān)文獻(xiàn)與重復(fù)文獻(xiàn),最終選取核心及以上級(jí)別期刊中文文獻(xiàn)1 528篇作為該次研究樣本。
Excel與CiteSpace軟件是主要研究工具,針對(duì)第1階段CNKI期刊數(shù)據(jù)庫的檢索文獻(xiàn)進(jìn)行計(jì)量可視化分析,是該研究的第2階段主要工作。首先統(tǒng)計(jì)研究年限范圍內(nèi)的文獻(xiàn),包括每年度發(fā)表的數(shù)量、機(jī)構(gòu)的分布等信息,進(jìn)而獲取公路路基路面病害研究的基本信息,然后應(yīng)用CiteSpace軟件,對(duì)研究年限范圍內(nèi)的文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析,包括對(duì)文獻(xiàn)發(fā)表作者、主題中關(guān)鍵詞進(jìn)行統(tǒng)計(jì),對(duì)整個(gè)領(lǐng)域的研究狀況進(jìn)行闡述。最后采用同樣的方法對(duì)1 528篇核心及以上級(jí)別期刊研究文獻(xiàn)進(jìn)行定量與定性分析,以發(fā)現(xiàn)公路路基路面病害研究的熱點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)。
分析過程中,從CNKI期刊數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)出檢索到的相關(guān)文獻(xiàn),其導(dǎo)出格式為Refworks,同時(shí)保存到input文件夾中,而保存格式為download_X.txt。此時(shí),采用CiteSpace軟件對(duì)input文件夾中文獻(xiàn)信息進(jìn)行可視化分析,完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和知識(shí)圖譜繪制。
利用Excel表對(duì)最終選取的1 528篇中文文獻(xiàn)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,得到有關(guān)公路路基路面病害的核心及以上期刊中文文獻(xiàn)年發(fā)表數(shù)量隨時(shí)間的分布情況,如圖1所示。
從圖1可知:① 與“公路路基路面病害”有關(guān)的研究文獻(xiàn)在1991年以前年發(fā)表量很少,在1979—1991年,共發(fā)表了69篇。年發(fā)表量呈波浪變化,其中發(fā)文量最多的是1990年,發(fā)表數(shù)量剛好為10篇。這個(gè)階段的中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展逐步復(fù)蘇、公路建設(shè)開始逐步提質(zhì)提速,高等級(jí)公路里程數(shù)量增加不明顯,建設(shè)質(zhì)量開始引起關(guān)注,其中公路研究的專業(yè)技術(shù)人才缺乏以及還沒有足夠高等級(jí)公路研究對(duì)象,從而造成對(duì)公路路基路面病害的關(guān)注與研究不夠;② 1992—2001年間,中國公路建設(shè)發(fā)展迅速,尤其是高等級(jí)公路建設(shè)具有一定規(guī)模,有關(guān)研究文獻(xiàn)數(shù)量逐步上升,每年發(fā)文數(shù)量為15篇左右,2000年發(fā)文量達(dá)到32篇;③ 2002年后,大規(guī)模公路建設(shè)持續(xù)發(fā)展,已建公路隨著車輛荷載等外界因素以及公路本身使用功能下降的影響,逐步產(chǎn)生不同程度損壞,此階段每年研究文獻(xiàn)數(shù)量呈現(xiàn)出直線上升的趨勢(shì),在2006年年發(fā)文量達(dá)到87篇;④ 2007—2015年出現(xiàn)了鋸齒形小幅度波動(dòng),發(fā)文量最少為2012年的67篇,最高值為2015年的94篇,在這個(gè)階段盡管存在波動(dòng),但年均發(fā)文數(shù)量達(dá)到78篇的體量,從側(cè)面反映出相關(guān)部門及單位加大了對(duì)公路路基路面病害研究的投入,更多學(xué)者及工程技術(shù)人員投入到了相關(guān)研究中來,研究的廣度與深度得到穩(wěn)步提升;⑤ 2016年后年發(fā)文量出現(xiàn)了一定幅度下降,發(fā)文數(shù)量從2017年的83篇下降到2018年的68篇,通過計(jì)量可視化分析近幾年的變化頻率,推測(cè)2019年發(fā)文量可能有持續(xù)下降趨勢(shì)。
借助Excel表格對(duì)公路路基路面病害研究的1 528篇核心及以上級(jí)別主要期刊文獻(xiàn)進(jìn)行梳理,排名前10的核心及以上級(jí)別主要期刊共發(fā)表809篇,占全部期刊文獻(xiàn)數(shù)量的52.9%。排名前3的期刊發(fā)文量均超過100篇,其統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果如圖2所示。
圖2 發(fā)表公路路基路面病害相關(guān)研究文獻(xiàn)數(shù)量排名前10的期刊
從圖2可知:發(fā)文數(shù)量最多的是《公路》,為271篇,其次是《公路交通科技》與《中外公路》,數(shù)量分別為127與115篇。同時(shí)可以從一定程度上說明《公路》、《公路交通科技》、《中外公路》等期刊是公路路基路面病害領(lǐng)域中文文獻(xiàn)的主要出版刊物,是進(jìn)行公路路基路面病害領(lǐng)域研究的主要陣地。
采用CiteSpace將公路路基路面病害領(lǐng)域1 528篇相關(guān)研究文獻(xiàn)作者所在研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行可視化分析,其結(jié)果如圖3所示,公路路基路面病害領(lǐng)域相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)表排名前9的主要機(jī)構(gòu)及各自的發(fā)文數(shù)量如表1所示。
由表1可以看出:這些機(jī)構(gòu)在該領(lǐng)域具有一定學(xué)科前沿引領(lǐng)能力與雄厚的科研實(shí)力。從圖3可以看到,線條與年輪的顏色對(duì)應(yīng)上部時(shí)間線,由淺至深;名稱與年輪的大小對(duì)應(yīng)各機(jī)構(gòu)發(fā)文的數(shù)量多少。圖中存在許多不同種類的機(jī)構(gòu),既有研究院所、也有高等院校、還有公司企業(yè)等,從圖中可以反映出各機(jī)構(gòu)間的合作聯(lián)系緊密程度,如東南大學(xué)交通學(xué)院、長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院、中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司等通過相互之間的聯(lián)系形成一個(gè)合作網(wǎng)絡(luò),不同性質(zhì)研究機(jī)構(gòu)的相互緊密聯(lián)系與合作,促進(jìn)了理論與實(shí)踐深度融合,為該領(lǐng)域更深層次研究創(chuàng)造了條件,為創(chuàng)新型研究成果的產(chǎn)生鋪平了道路。
圖3 公路路基路面病害主要研究機(jī)構(gòu)圖
表1 主要機(jī)構(gòu)發(fā)文量統(tǒng)計(jì)
采用CiteSpace軟件對(duì)1 528篇論文的作者進(jìn)行分析,得到各作者的發(fā)文統(tǒng)計(jì)結(jié)果,如表2所示。
同時(shí),從公路路基路面病害領(lǐng)域研究文獻(xiàn)發(fā)文作者的合作網(wǎng)絡(luò)來看,選擇Author(作者)進(jìn)行分析,進(jìn)入統(tǒng)計(jì)的界限(Threshold)是個(gè)人發(fā)文量≥3篇,核心及以上期刊發(fā)表時(shí)區(qū)為1949—2019年,為得到整個(gè)時(shí)區(qū)內(nèi)各作者的合作情況,將軟件中#Years Per Slice設(shè)置為默認(rèn),Criteria選擇Top50,得到公路病害研究領(lǐng)域作者合作網(wǎng)絡(luò)圖,如圖4所示。
圖4 公路路基路面病害領(lǐng)域核心作者合作網(wǎng)絡(luò)圖(1949—2019年)
在圖4中,存在許多個(gè)人研究學(xué)者形成的研究團(tuán)隊(duì),隨著團(tuán)隊(duì)合作人員數(shù)量的增加,團(tuán)隊(duì)中的部分成員的發(fā)文量也隨之上升,例如孫立軍、蔣陽升、孫朝云等;圖中最顯眼的是位于中間的條狀合作網(wǎng)絡(luò)圖,發(fā)文量前10的作者大多為網(wǎng)絡(luò)圖的一部分,例如汪雙杰、陳建兵、黃曉明等,且網(wǎng)絡(luò)圖內(nèi)部相互之間存在非常緊密的聯(lián)系。這反映了除少數(shù)個(gè)人研究能力強(qiáng)的作者外,普遍情況下團(tuán)隊(duì)的發(fā)文量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于個(gè)人,從側(cè)面印證了團(tuán)隊(duì)合作的重要性,對(duì)該領(lǐng)域研究深度與廣度影響也是很大的。通過觀察圖中節(jié)點(diǎn)與線條的顏色,發(fā)現(xiàn)在該領(lǐng)域中通過學(xué)者們相互合作交流形成團(tuán)隊(duì),再通過個(gè)人與團(tuán)隊(duì)或團(tuán)隊(duì)與團(tuán)隊(duì)間的合作交流從而形成合作網(wǎng)絡(luò)圖,在經(jīng)歷一定時(shí)間的積累之后,該領(lǐng)域的發(fā)文數(shù)量與質(zhì)量得到明顯提升,較好地解釋了2002年后年發(fā)文量出現(xiàn)持續(xù)性增長(zhǎng)的現(xiàn)象。
同時(shí),表明了有效地組建研究團(tuán)隊(duì),能增加作者間的合作交流,促進(jìn)學(xué)術(shù)研究的深入發(fā)展,提升學(xué)術(shù)文章的發(fā)文數(shù)量與質(zhì)量。團(tuán)隊(duì)建設(shè)的重要性,也告訴了廣大科學(xué)研究人員應(yīng)加強(qiáng)交流合作,減少“閉門造車”,多嘗試抱團(tuán)研究,增加團(tuán)員之間、團(tuán)隊(duì)之間的相互聯(lián)系,最大程度地提高研究效率、強(qiáng)化研究深度,共同促進(jìn)學(xué)術(shù)研究的快速發(fā)展。
共詞是指兩個(gè)或多個(gè)關(guān)鍵詞同時(shí)出現(xiàn)在一篇文章,關(guān)鍵詞在相應(yīng)研究領(lǐng)域出現(xiàn)的次數(shù)能夠反映該領(lǐng)域的研究主題和熱點(diǎn),而聚類分析能找出不同時(shí)期的研究主題及發(fā)展趨勢(shì)。
在CiteSpace軟件中選擇分析Keyword(關(guān)鍵詞),剪切方式(Pruning)設(shè)置為MST(Minimum Spanning Tree),對(duì)其結(jié)果進(jìn)行可視化分析,通過LLR法對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類,然后修正與調(diào)整計(jì)算方法與聚類形態(tài),形成主要關(guān)鍵詞聚類標(biāo)簽,得出如圖5所示的公路路基路面病害領(lǐng)域研究的關(guān)鍵詞聚類圖譜,圖中由關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)聚成了一個(gè)個(gè)不規(guī)則區(qū)域,每一個(gè)區(qū)域都對(duì)應(yīng)著一個(gè)標(biāo)簽,圖中共形成了10個(gè)關(guān)鍵詞聚類標(biāo)簽,順序是從0到9,數(shù)字越小,聚類中包含的關(guān)鍵詞越多,每個(gè)聚類是多個(gè)緊密相關(guān)的詞組成的。從圖5中可得:最大的聚類為關(guān)鍵詞多年凍土所代表的聚類,其他幾個(gè)聚類都是與公路有關(guān),或是由公路實(shí)際情況延伸而來,關(guān)鍵詞依次有多年凍土、裂縫檢測(cè)、平整度、連續(xù)配筋混凝土路面、車轍、有限元、鹽漬土、防治措施、病害、坑槽修補(bǔ)等。
圖5 公路路基路面病害領(lǐng)域研究的關(guān)鍵詞聚類圖譜
使用Cluster中的Cluster Explorer導(dǎo)出聚類信息,形成1949—2019年公路路基路面病害領(lǐng)域聚類標(biāo)識(shí)表,如表3所示,表中Size代表關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次,中心度大小體現(xiàn)出此關(guān)鍵詞的相對(duì)研究熱度和影響力度。
表3 1949-2019年公路路基路面病害聚類標(biāo)識(shí)表
為使公路路基路面病害研究更為細(xì)化,以便深入挖掘推測(cè)出更為具體的前沿內(nèi)容,對(duì)CiteSpace軟件計(jì)算形成的聚類圖譜中9個(gè)主要關(guān)鍵詞,進(jìn)一步檢索并進(jìn)行可視化,得到如圖6所示的近幾年關(guān)鍵詞可視化圖。同時(shí)依據(jù)這些關(guān)鍵詞,根據(jù)聚類得到如圖7所示的時(shí)間魚眼圖,時(shí)間線圖中每個(gè)十字架代表一個(gè)關(guān)鍵詞節(jié)點(diǎn),十字架的大小代表關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次高低,節(jié)點(diǎn)間的連線代表關(guān)鍵詞之間的聯(lián)系。標(biāo)簽按編號(hào)#0、#1、#2、#3、#4、#5、#6、#7、#8、#9依次排列,表示聚類中核心關(guān)鍵詞數(shù)量由大到小,即多年凍土、裂縫檢測(cè)、平整度、連續(xù)配筋混凝土路面、車轍、有限元、鹽漬土、防治措施、病害、坑槽修補(bǔ)等。線圖頂部的時(shí)間為真實(shí)時(shí)間,與關(guān)鍵詞有關(guān)的研究處在關(guān)鍵詞的時(shí)間橫線上,研究時(shí)間與頂部時(shí)間相對(duì)應(yīng)。
圖7 時(shí)間線魚眼圖
由圖6、7可知:公路路基路面病害領(lǐng)域研究的發(fā)展歷程可以分為8個(gè)階段:第1階段:#3聚類——連續(xù)配筋混凝土路面是公路路基路面病害領(lǐng)域相對(duì)早期出現(xiàn)的研究對(duì)象,處于這個(gè)時(shí)期的科研工作者期望通過連續(xù)續(xù)配筋混凝土路面理論的發(fā)展與工程的實(shí)踐應(yīng)用達(dá)到減少公路病害的目的,延長(zhǎng)公路的使用壽命;第2階段,#1聚類——多年凍土,這個(gè)時(shí)期中國交通領(lǐng)域正處于對(duì)特殊區(qū)域的公路進(jìn)行積極有效的建設(shè)階段,如隨著青藏公路等這些凍土區(qū)域重點(diǎn)工程的逐步推進(jìn),對(duì)凍土路基的理論、設(shè)計(jì)、施工及其全過程病害處治有了集中的科研攻關(guān);第3階段,#2聚類——平整度。路面平整度是評(píng)定路面質(zhì)量的主要技術(shù)指標(biāo)之一,公路的各類病害也直接影響了平整度狀況,平整度是隨著科技發(fā)展與社會(huì)進(jìn)步,廣大使用者對(duì)良好的行駛環(huán)境的迫切追求而提出,因此科研工作者關(guān)注并投入精力研究這一關(guān)鍵指標(biāo),具有重要意義;第4階段,#6聚類——鹽漬土,中國有著20多萬km2鹽漬土面積,隨著公路建設(shè)的快速發(fā)展,對(duì)這些鹽漬土區(qū)域公路性質(zhì)特征及病害研究有了新的發(fā)展;第5階段,#5聚類——有限元,有限元數(shù)值計(jì)算與模擬是一種有效的科研手段,有力地促進(jìn)了公路預(yù)估模型建立及病害機(jī)理演變研究的深入開展;第6階段,#4聚類——車轍,車轍是路面病害中最關(guān)鍵的一個(gè)控制指標(biāo),主要針對(duì)瀝青路面材料使用性能如高溫穩(wěn)定性、永久變形等展開一系列深入研究;第7階段,#1聚類——裂縫檢測(cè),裂縫是路面病害中最常見、最易發(fā)生、也是早期發(fā)生的病害,會(huì)在整個(gè)公路壽命周期內(nèi)逐步發(fā)展,裂縫的識(shí)別方法、檢測(cè)手段及其處治措施是重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容;第8階段,#9聚類——坑槽修補(bǔ),涉及到路面坑槽、路面修補(bǔ)、修復(fù)材料、破損機(jī)理等方面的研究?jī)?nèi)容。
圖6 關(guān)鍵詞可視化圖
通過魚眼圖可印證前述公路路基路面病害研究領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì),1991年之前發(fā)文量很少,關(guān)鍵詞共現(xiàn)數(shù)量稀少;1992—2001年研究得到了一定的發(fā)展,高水平期刊的收錄情況較為穩(wěn)定,因此關(guān)鍵詞較多且共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖比較集中;2002—2015年研究一直處于上升趨勢(shì),關(guān)鍵詞多、共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖均勻集中;2016年至今發(fā)文量出現(xiàn)下降,關(guān)鍵詞稀疏、共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖少。
近幾年來,公路路基路面病害領(lǐng)域研究發(fā)展趨勢(shì)主要是針對(duì)瀝青路面及特殊路基進(jìn)行相應(yīng)病害機(jī)理分析、規(guī)律揭示以及處治措施研究,同時(shí)路基路面病害監(jiān)測(cè)技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)也是該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。根據(jù)現(xiàn)有公路路基路面病害領(lǐng)域研究文獻(xiàn)知識(shí)圖譜分析,可以預(yù)測(cè)在未來的研究發(fā)展過程中,將會(huì)有更多的學(xué)者集中在以下方面進(jìn)行深入研究:① 公路路基路面病害機(jī)理的深入研究及病害變化規(guī)律進(jìn)一步解釋,包括對(duì)公路路基路面使用性能進(jìn)行評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)研究、對(duì)具體的高等級(jí)公路使用狀況評(píng)估及處治等;② 針對(duì)公路路基路面病害領(lǐng)域的新技術(shù)、新設(shè)備、新材料、新的管理方法進(jìn)行研究與工程實(shí)踐,諸如新材料在路面裂縫控制中的研究與應(yīng)用、病害管理信息系統(tǒng)等將會(huì)得到快速發(fā)展;③ 針對(duì)特殊區(qū)域、極端天氣、復(fù)雜狀況耦合條件下路基路面病害的綜合研究,如高寒地區(qū)、多年凍土區(qū)域、地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)區(qū)段、極端氣候、特種交通荷載下路基路面損壞、破壞等的研究,將是高水平文章的重要來源。
該文基于中國知網(wǎng)(CNKI)數(shù)據(jù)庫的1 528篇核心及以上期刊中文文獻(xiàn),運(yùn)用知識(shí)圖譜分析工具CiteSpace及Excel表格等方法、工具進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,對(duì)公路路基路面病害研究領(lǐng)域的主要文獻(xiàn)進(jìn)行了可視化與聚類分析,得到如下結(jié)論:
(1)至目前為止,公路路基路面病害研究領(lǐng)域文獻(xiàn)的發(fā)展經(jīng)歷了4個(gè)階段:第1階段為1991年之前,該領(lǐng)域研究成果較缺少;第2階段為1992—2001年,這個(gè)階段是研究領(lǐng)域緩慢發(fā)展的階段,發(fā)文量在漸漸增加,高水平期刊收錄數(shù)量緩慢增長(zhǎng);第3階段為2002—2015年,期刊發(fā)文數(shù)量持續(xù)上升且數(shù)量多,雖有波動(dòng)狀況,但高水平期刊發(fā)文量仍然在增加;第4階段為2016年至今,發(fā)文量出現(xiàn)下降,但相對(duì)高水平期刊發(fā)文量穩(wěn)步增加,反映出了該領(lǐng)域研究的內(nèi)容在不斷深化。
(2)公路路基路面病害研究領(lǐng)域發(fā)文的期刊機(jī)構(gòu)相對(duì)集中,《公路》、《公路交通科技》、《中外公路》等期刊是公路路基路面病害領(lǐng)域中文文獻(xiàn)的主要出版刊物。
(3)公路路基路面病害研究領(lǐng)域研究團(tuán)隊(duì)內(nèi)部聯(lián)系緊密,但團(tuán)隊(duì)與團(tuán)隊(duì)之間或個(gè)人與團(tuán)隊(duì)之間聯(lián)系比較少,沒有形成大的團(tuán)隊(duì)網(wǎng)絡(luò)體系。
(4)公路路基路面病害研究領(lǐng)域研究的關(guān)鍵詞有多年凍土、裂縫檢測(cè)、平整度、連續(xù)配筋混凝土路面、車轍、有限元、鹽漬土、防治措施、病害、坑槽修補(bǔ),從一定程度上反映出該領(lǐng)域的研究主題和熱點(diǎn)問題。