裝配式建筑發(fā)展背景下被動式建筑研究主體及學科演進可視化分析

胡海濤，張 雷

（甘肅建投科技研發(fā)有限公司，甘肅 蘭州 730050）

與裝配式建筑一樣，被動式建筑也是當今建筑業(yè)的發(fā)展熱門，兩者都是現(xiàn)代綠色建筑問題的兩個主要方面。被動式建筑指的是不依靠建筑本身以外的其他設(shè)備，而單純地通過其建筑物自身的構(gòu)造形式、結(jié)構(gòu)設(shè)計、圍護結(jié)構(gòu)以及建筑材料來實現(xiàn)建筑物整體保溫節(jié)能的效果。被動式建筑被視為迄今最先進的節(jié)能建筑之一，于1988年德國達姆施塔特房屋與環(huán)境研究所的沃爾夫?qū)し扑固夭┦亢腿鸬渎〉麓髮W的博阿達姆森教授首次提出。與一般的建筑物相比，被動式建筑自身可以達到所需要的溫度，而不需要與外界進行能量的交換，可以減少能源消耗百分之八十以上。主要通過保溫隔熱、氣密性能好的墻身和利用太陽能、地熱能等可再生能源來實現(xiàn)溫度的調(diào)控，以使建筑達到被動的采暖和制冷，最終實現(xiàn)低能耗。

裝配式主要是提高勞動生產(chǎn)率，被動式主要是提高建筑能源的利用效率，二者協(xié)同并進，將極大推動建筑業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。被動式建筑作為先進的節(jié)能型建筑，已成為國內(nèi)外建筑業(yè)科研學者所關(guān)注的對象。但是由于其發(fā)展時間較短，所涉及的研究內(nèi)容、研究方法、技術(shù)原理等比較廣泛，有必要對被動式建筑近年來的研究主體和學科演進情況進行充分的了解。本文對2009-2018年期間Web Of-Science的1099篇核心期刊分析研究，為被動式建筑研究提供借鑒。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

文中所用數(shù)據(jù)來自Web Of Science（WOS）核心合集數(shù)據(jù)庫，基本檢索的主題為Passive House，時間跨度從2009到2018，引文索引為Science Citation Index Expanded （SCI-EXPANDED）-1900年至今、Social Sciences Citation Index （SSCI）-1900年至今，共檢索出1331條記錄信息。為了保證數(shù)據(jù)的準確性，對Web Of Science的類別進行了篩選，只保留了CONSTRUCTION BUILDING TECHNOLOGY、ENERGY FUELS、ENGINEERING CIVIL等類別發(fā)文量大于10的研究領(lǐng)域，并去除掉會議論文、評論等幾個研究價值較小的文獻類型，最終確定1099篇質(zhì)量較高的核心文獻作為研究對象。

在Web Of Science數(shù)據(jù)庫中主題為Passive House期刊的發(fā)文量，整體呈增長趨勢，2013突破100篇，但發(fā)展趨勢及其不穩(wěn)定，大約每增長兩三年，就會就會出現(xiàn)一次負增長，2018年的發(fā)文量減少了8篇，可以預(yù)測在2019年關(guān)于被動式建筑的發(fā)文量將會增長，并且有望超過2017年的147篇。說明人們對被動式建筑的關(guān)注度逐漸增長，但仍然需要不斷地探索和深入的研究。

1.2 研究方法

Cite Space V是美國德雷塞爾大學信息科學與技術(shù)學院陳超美教授在2004年使用Java語言開發(fā)的，是在科學計量學、數(shù)據(jù)和信息可視化背景下發(fā)展起來的，最具特色和影響力的信息可視化分析軟件之一。知識圖譜是在龐大的數(shù)據(jù)下，通過將數(shù)據(jù)分析和標注，并利用可視化技術(shù)將數(shù)據(jù)之間的關(guān)系和所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)清晰地展現(xiàn)出來，直觀地得到研究主題的主體結(jié)構(gòu)、發(fā)展歷程、知識架構(gòu)、熱點前言以及相關(guān)的學科領(lǐng)域，在大數(shù)據(jù)時代，為學科研究提供切實的、有價值的參考。

2 研究主體分析

2.1 文獻共被引分析

將整理的數(shù)據(jù)源導入Cite Space軟件，時間跨度為2009-2018年，研究的時間間隔為1年，節(jié)點類型選擇“Reference”，其他參數(shù)為默認值，文獻共被引聚類分析如圖1所示。“Network”中N表示網(wǎng)絡(luò)連接節(jié)點的數(shù)量為727條，E表示連接數(shù)量2577。文獻的共被引頻次越高說明該文獻的影響力越大。在圖1的圖譜中，每一個節(jié)點代表一篇文獻，節(jié)點越大表示被引文獻的頻次就越高，在節(jié)點周圍標注的是文獻作者和文獻發(fā)表的時間，節(jié)點的顏色與時間分區(qū)內(nèi)的顏色相對應(yīng)，顏色越淺表示文獻年代越近，顏色越深表示年代越久遠。

圖1 文獻知識圖譜

表1列出了被引頻次大于10的文獻，可以看出文獻共被引頻次最高的依次是來自SARTORI I（2007）24 次、FEIST W （2005）18 次、SCHNIEDERS E（2006）18次，說明這幾篇文獻是研究被動式建筑最具有影響力的文獻，屬于基礎(chǔ)性文獻。這三篇被引頻次最高的文獻恰巧都集中在2005-2007年，可以看出這段時間是研究被動式建筑的一個熱潮。ZORLU O （2011）、BADESCU V （2010）、PORRITT SM（2012）、MARSZAL AJ（2011），共被引頻次位于4～7位，分別為14次和13次，這幾篇共被引高頻次文獻集中在2010-2012年，說明這幾年是被動式建筑研究的另一個熱潮，或者對于被動式建筑的研究有了突破性的進展。

表1 共被引頻次較高文獻統(tǒng)計

最高被引文獻 《Energy use in the life cycle of conventional and low-energy buildings:A review article》是挪威科技大學SARTORI I教授在2007年發(fā)表在 《ENERGY AND BUILDINGS》上的一篇文章。主要描寫了對9個國家共60例建筑全壽命周期的能耗進行文獻調(diào)查，根據(jù)不同設(shè)計標準建造的建筑物，并在所有其他條件相同的情況下進行的案例研究表明，被動式建筑比承諾使用“綠色”材料建造的同類建筑更節(jié)能。低能耗建筑物的設(shè)計既能在總生命周期能源需求方面帶來凈效益，又能增加所包含的能源。從圖2可以看出該文獻自研究年份2009年開始引用頻次逐年上升，到2013年達到峰值后又開始逐年下降，到2016年之后為零。圖3看出該文獻共被24篇文章引用過，主要在建筑節(jié)能、建筑環(huán)境、建筑施工技術(shù)、施工政策等方面發(fā)揮了作用。

圖2 引文歷史圖

3 施引文獻

德國被動式建筑研究機構(gòu)的Schnieders,E于2006年發(fā)表的《CEPHEUS results:measurements and occupants'satisfaction provide evidence for Passive Houses being an option for sustainable building》共被引18次，頻次位居第二。該文研究了德國卡塞爾世界上第一座多層被動住宅中低收入租戶的滿意度，描述了德國、奧地利和瑞士被動房屋標準的發(fā)展，分析了關(guān)于推動被動式房屋進入市場的政治可能性，以及刺激這種舒適和節(jié)能建筑類型的市場吸引力。

德國被動式建筑研究機構(gòu)的Feist,W，2005年發(fā) 表 的 《Re-inventing air heating:Convenient and comfortable within the frame of the Passive House concept》與Schnieders,E的文章并列第二位。該文獻介紹了被動式房屋標準，總結(jié)了歐盟“節(jié)能被動式房屋為歐洲標準”（CEPHEUS）項目在能源指標和舒適度方面的成果。詳細介紹了許多被動式房屋中實現(xiàn)的通風與供暖系統(tǒng)的特點，簡要討論了木材爐作為被動式房屋補充熱源的可能性和局限性。

通過這幾篇高頻被引文獻可以看出歐洲國家對被動式建筑的研究比較多，并且從表1中可以得到大部分高被引文獻來自 《ENERG BUILDINGS》，在我們研究年限范圍內(nèi)，期刊《ENERG BUILDINGS》為被動式建筑的研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。

2.2 研究被動式建筑國家分析

選擇節(jié)點類型為“Country”，對被動建筑進行研究的國家進行分析，得到如下知識圖譜。根據(jù)Cite Space作者陳超美博士的定義，中心性是測量節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中重要性的一個指標，通過它來發(fā)現(xiàn)和衡量文獻的重要性。根據(jù)節(jié)點的大小可以看出，美國是年輪面積中最大的，中心性也是最大的為0.34，出現(xiàn)頻次為219次。被動式建筑理念雖是在德國提出，但美國對被動式建筑的研究一直領(lǐng)先于其他國家，1976年P(guān).Van Dresser等通過實驗研究在位于新墨西哥州成功建造了一系列利用被動式太陽能采暖的辦公建筑。之后每年五月份，新墨西哥都會召開一次被動式太陽能建筑會議。為了使被動式建筑有統(tǒng)一的標準，美國建筑師編寫了相關(guān)的設(shè)計手冊及建筑圖集，丹尼爾·D·希拉提出被動式設(shè)計需要選擇合適的朝向、保溫性能較高的圍護結(jié)構(gòu)等。

其次是英國、中國、加拿大及德國，出現(xiàn)的頻次分別是83、79、78、70。德國是被動式建筑的興起的國家，據(jù)相關(guān)資料顯示，全球約有15000座“被動式房屋”，絕大多數(shù)建在德語區(qū)國家或斯堪的納維亞半島相關(guān)的標準體系比較完善，節(jié)能技術(shù)比較成熟，對于被動式房屋的研究和探索走在了前沿。目前我國已經(jīng)有多家企業(yè)引進德國先進技術(shù)開始生產(chǎn)被動式房屋國內(nèi)科研院所和相關(guān)企業(yè)在這方面的研究也有了很大成果，被動式房屋在我國很多地區(qū)的實驗點取得了良好的效果。住建部建筑節(jié)能與科技司委托中國建筑科學研究院編寫了《被動式超低能耗綠色建筑技術(shù)導則》。

在國家分析的知識圖譜中，節(jié)點之間的連線代表國家之間的聯(lián)系，連線越粗代表國家之間合作強度越大，從圖4中可以看出，各個國家之間聯(lián)系密切，但還是需要加大合作力度。

圖4 研究被動式建筑國家知識圖譜

2.3 對被動式建筑研究的相關(guān)作者合作分析

對核心作者的發(fā)文量進行定量分析，以便于重點關(guān)注這個領(lǐng)域的作者及其研究成果。節(jié)點類型選擇“Author”,其余默認，運行程序，得到下圖。節(jié)點大小表示作者發(fā)文量的多少，節(jié)點之間的連線表示作者之間的合作關(guān)系。圖5中可以看出少數(shù)作者之間相互聯(lián)系，小群體居多，總體來說比較分散，大部分研究作者還未呈現(xiàn)出緊密的合作關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，不同學者團隊在各自研究領(lǐng)域方面相對來說比較獨立，形成了百家爭鳴、百花齊放的局面。其中以JANA KLANOVA、FB GARRY、SARAH G STAEDKE、PER HEISELBERG為中心的合作網(wǎng)絡(luò)中JANA KLANOVA為中心的團隊最為緊密。不難發(fā)現(xiàn)，以上作者都是研究領(lǐng)域的代表性人員，對被動式建筑的發(fā)展做出了重要的貢獻，具有較高的影響力，得到了大家的廣泛認可，值得大家的廣泛關(guān)注。為了被動式建筑各方面的全面發(fā)展，建議相關(guān)作者之間加強合作，相互交流學習，以促進對被動式建筑的長期深入的研究。

圖5 作者共現(xiàn)圖譜

3 學科演進分析

Cite Space中的Dual-map Overlays可以展現(xiàn)研究的內(nèi)容在學科演進的變化。通過將引文和被引圖層進行疊加，Dual-Map揭示了研究主題隨時間在不同學科之間的發(fā)展。Dual-map包含Blondel和VOS兩種算法，本文采用Blondel算法形成被動式建筑Dual-Map圖譜如圖6所示，圖譜左側(cè)為引文圖譜，右側(cè)為被引圖譜，不同顏色代表不同的學科類別，每種顏色的標簽表示學科名稱，左側(cè)到右側(cè)的連線表示學科演進的痕跡。圖6展示的是被動式建筑文獻研究整體演進的圖譜。從圖譜左側(cè)的引文圖譜中可以發(fā)現(xiàn)，被動式建筑文獻主要分布在A、B兩個范圍區(qū)，A區(qū)域的論文主要在社會生態(tài)學、地球、海運業(yè)、動物學、社會學等領(lǐng)域，與之對應(yīng)到右側(cè)被引圖譜中屬于生態(tài)學、地質(zhì)學、地球物理學等相關(guān)的期刊。同時在A區(qū)域已經(jīng)出現(xiàn)了相關(guān)期刊的名字，說明對于被動式建筑的研究已經(jīng)跳出了學科層面，應(yīng)用于實踐。從放大圖中可以看出期刊的名字，如building and environment、building research and information等，這些期刊發(fā)表了大量有關(guān)被動式建筑的文章。期刊名稱字體比較小說明關(guān)注度不高。B區(qū)域文章主要是數(shù)學、系統(tǒng)、體制等領(lǐng)域，對應(yīng)到被引圖譜中分布在力學、計算機、環(huán)境、材料學、物理學等學科，這些都是研究別動式建筑的基礎(chǔ)學科，與A區(qū)域相比，并未出現(xiàn)較為明顯的期刊。

圖6 共被引文獻 Dual-Map 圖譜

引文圖譜到被引圖譜之間演變的軌跡線，可探討研究主題的領(lǐng)域是否發(fā)生改變。從共被引文獻Dual-Map圖譜可以看出，被動式建筑Dual-Map圖譜的軌跡線平滑無奇，引文圖譜和被引圖譜的引文軌跡都沒有發(fā)現(xiàn)跨區(qū)域的折線，說明研究主題的領(lǐng)域并沒有發(fā)生改變。

4 總結(jié)

裝配式建筑和被動式建筑是未來建筑的兩大發(fā)展方向，隨著裝配式建筑節(jié)能要求的不斷提高，最終裝配式和被動式將趨于統(tǒng)一。目前我國裝配式建筑與被動式建筑已從示范引導階段，逐步走向大規(guī)模推廣和普及階段，大量的與之相配套的新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備不斷涌現(xiàn)，不斷促進建筑行業(yè)的全面升級換代。本文運用Cite Space軟件對Web Of Science核心合集數(shù)據(jù)庫2009-2018年中關(guān)于被動式建筑的期刊進行了可視化分析，通過知識圖譜研究被動式建筑的研究主體及學科演進情況。通過被動式建筑國家知識圖譜發(fā)現(xiàn)，各個國家研究團隊對被動式建筑的發(fā)展都做出了巨大的貢獻，其中美國、英國、中國、加拿大及德國貢獻比較突出。其次，不同學者團隊在各自研究領(lǐng)域方面相對來說比較獨立，形成了百花齊放的局面，其中以JANA KLANOVA、FB GARRY、SARAH G STAEDKE、PER HEISELBERG為中心的合作網(wǎng)絡(luò)中JANA KLANOVA為中心的團隊貢獻最大。最后，被動式建筑文獻主要涉及社會生態(tài)學、地球、海運業(yè)、動物學、社會學等領(lǐng)域，并逐漸演進到生態(tài)學、地質(zhì)學、地球物理學，并且被動式建筑的研究已經(jīng)跳出了學科層面，應(yīng)用于實踐。