我國近三十年建筑能耗研究熱點及前沿——基于CNKI 1992—2019年文獻的知識圖譜分析

田 瓊 蔡 強 周 基,

我國近三十年建筑能耗研究熱點及前沿——基于CNKI 1992—2019年文獻的知識圖譜分析

田 瓊1蔡 強2周 基1,2

（1.湖南科技學院 土木與環(huán)境工程學院，湖南 永州 425199；2.湘潭大學 土木工程與力學學院，湖南 湘潭 411105）

隨著人類居住環(huán)境的日益改善，對與人們生活密切相關(guān)的建筑能耗的研究得到了越來越多學者的關(guān)注。通過以中國知網(wǎng)（CNKI）期刊數(shù)據(jù)庫為基礎數(shù)據(jù)來源，使用知識圖譜分析工具CiteSpace，對數(shù)據(jù)庫中選取符合條件的1016篇中文核心及以上期刊文獻進行可視化計量分析，繪制出文獻數(shù)量、文獻關(guān)鍵期刊、主要研究機構(gòu)、研究熱點及研究領(lǐng)域等知識圖譜。結(jié)果表明，建筑能耗研究領(lǐng)域文獻的發(fā)文數(shù)量在近幾年持續(xù)增高，出現(xiàn)該研究領(lǐng)域發(fā)文相對較為集中的期刊，相關(guān)研究團隊、個人以及相互之間合作交流緊密，并初步形成團隊網(wǎng)絡體系，研究的廣度與深度有了新的進展。通過對我國近三十年建筑能耗進行可視化計量分析，為研究者了解該領(lǐng)域發(fā)展歷史、研究現(xiàn)狀以及未來趨勢提供科學參考。

建筑能耗；文獻分析；知識圖譜；CiteSpace；可視化

能源是人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎。據(jù)統(tǒng)計，我國建筑能耗占比超過了社會終端能耗20%的比例[1]。從上世紀80年代開始，我國開始啟動建筑節(jié)能工作，到目前為止，有關(guān)建筑能耗的研究、政策及標準制定與實施成為國家重要的戰(zhàn)略，具有重要的社會與現(xiàn)實意義[2]。為能更好把握建筑能耗研究領(lǐng)域中的重要研究成果、研究熱點和發(fā)展情況，本文將從基于可視化計量視角出發(fā)，對我國近三十年建筑能耗研究文獻發(fā)文時間、發(fā)文期刊、研究機構(gòu)、研究熱點、研究領(lǐng)域及進展情況等方面進行研究，以總結(jié)建筑能耗研究的現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢。

1　研究方法

根據(jù)研究目的以及文獻的知識圖譜分析特點，文章采用三個步驟對文獻綜述方案進行研究[3]。

首先是進行的文獻收集與篩選。以建筑、能耗這兩個關(guān)鍵詞進行限定，在中國知網(wǎng)（CNKI）按“主題為建筑能耗OR關(guān)鍵詞為建筑能耗OR篇名為建筑能耗、檢索年限設定為1992-2019”檢索方式檢索到核心及以上期刊文獻共計1115篇，對檢索到的所有文獻進行逐一手動篩選，排除與本文研究目的不相關(guān)聯(lián)或重復出現(xiàn)的文獻，最終選取核心及以上期刊文獻1016篇。

其次是使用Excel統(tǒng)計分析工具，將每年度發(fā)表文獻數(shù)量、發(fā)表機構(gòu)進行統(tǒng)計并制圖分析，得到年發(fā)文量趨勢圖與機構(gòu)發(fā)文量柱狀圖，通過分析比對初步得出大致的發(fā)展趨勢。

最后應用CiteSpace對選取的1016篇期刊文獻進行可視化分析，主要是對發(fā)文機構(gòu)情況、文獻發(fā)表的作者及主題中的關(guān)鍵詞進行可視化，同時采用共詞分析和聚類分析得到研究趨勢和研究熱點。

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 期刊計量分析

使用Excel統(tǒng)計分析工具，對建筑能耗研究領(lǐng)域檢索到的1016篇文獻進行統(tǒng)計分析，如圖1所示，與建筑能耗有關(guān)的研究文獻發(fā)文量一直處于持續(xù)增長趨勢，表明該研究領(lǐng)域得到了良好的發(fā)展。

圖1 建筑能耗研究領(lǐng)域核心及以上期刊文獻年發(fā)表數(shù)量統(tǒng)計圖

統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，2001年之前年發(fā)文量很少，均沒有能超過兩位數(shù)，甚至在1994年年發(fā)文量為零，出現(xiàn)這樣的原因可能是當時人們對建筑能耗研究領(lǐng)域的關(guān)注度不多。2003年及之后相關(guān)文獻發(fā)表數(shù)量呈現(xiàn)持續(xù)增長現(xiàn)象，建筑能耗的夏熱冬冷地區(qū)及氣候分區(qū)、能耗模擬、節(jié)能設計與改造、綠色建筑等研究領(lǐng)域處于快速發(fā)展階段[4]。2003年至2019年期間出現(xiàn)了三條特殊發(fā)展趨勢線，一是2004年至2007年和2014年至2015年的兩條快速增長線，其中2014年至2015年增長速率最快，年增幅達到46篇；二是2017年至2018年出現(xiàn)了一條迅速的降低線，年降幅為45篇，是降低速率最快、幅度最大的。在整個分析數(shù)據(jù)中，2017年發(fā)文量達到最高值110篇，是我國近三十年建筑能耗研究領(lǐng)域核心及以上期刊發(fā)文量的頂峰點。

期刊計量分析反映出，中國隨著國力不斷增強、社會的快速發(fā)展，能源消耗急劇增加。據(jù)統(tǒng)計，中國能源總消耗在2009年就已經(jīng)首次超過美國，成為世界第一大能源消耗國[5]。研究表明，從國家到各級地方行政部門與科研單位，社會各界人士更加關(guān)注建筑能耗，提倡綠色建筑，不斷強化低能耗建筑或零能耗建筑的研究，這促進了該領(lǐng)域研究文獻等成果不斷提升[6]。

2.2 關(guān)鍵期刊分析

圖2為建筑能耗研究領(lǐng)域核心及以上期刊發(fā)文量排名前五的關(guān)鍵期刊，圖中排名前兩位的《建筑科學》《暖通空調(diào)》期刊共發(fā)表文獻470篇，約占全部文獻的46.3%，是建筑能耗研究領(lǐng)域內(nèi)的主要出版物，也是探究該領(lǐng)域的重要窗口，更是未來需要研究該領(lǐng)域?qū)W者需要重點關(guān)注的期刊。

圖2 建筑能耗研究領(lǐng)域核心及以上期刊發(fā)文量排名前五的關(guān)鍵期刊

同時，通過手動統(tǒng)計中文期刊收錄情況進行分析，發(fā)表在CSCD期刊上的文獻有313篇，占總期刊的30.8 %，發(fā)表在CSSCI期刊上的文獻有58篇，占5.7 %，發(fā)表在EI期刊上的文獻有105篇，占10.3 %，統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，該領(lǐng)域研究具有良好深入研究發(fā)展趨勢，有望在理論研究上取得實質(zhì)性突破。

2.3 機構(gòu)可視化

使用CiteSpace將建筑能耗領(lǐng)域核心及以上期刊1016篇相關(guān)研究文獻發(fā)表的研究機構(gòu)進行可視化，界限為發(fā)文量≥2，得到如圖3所示的1992年至2019年間建筑能耗領(lǐng)域主要研究機構(gòu)。圖中上部的顏色條為時間條，一格顏色代表一個年份，隨著時間由白色逐漸變化成紅色，時間由設定的起點1992年到達設定的終點2019年。

圖3 建筑能耗領(lǐng)域主要研究機構(gòu)（1992－2019）

從圖3可知，統(tǒng)計的相關(guān)文獻發(fā)表機構(gòu)共有106個，字體越大說明發(fā)文數(shù)量越多，其中發(fā)文量最多的機構(gòu)是中國建筑科學研究院和西安建筑科技大學，各發(fā)表了34篇相關(guān)文獻。連線表明各機構(gòu)間的合作情況，連線的粗細代表合作的機密程度，連線越粗合作越緊密。機構(gòu)名稱節(jié)點外面圍繞的圓稱為年輪，年輪的顏色代表第一次研究的年份，機構(gòu)間連線的顏色代表首次合作的年份。例如同濟大學，圓圈由內(nèi)向外顏色從淺灰色-深灰色-紫色-淡藍色-綠色-黃色-橙色，這說明此機構(gòu)在很早以前就開始發(fā)表此領(lǐng)域相關(guān)文獻，并一直持續(xù)到近幾年；兩個機構(gòu)間連線顏色的深淺，代表開始合作關(guān)系年限的早晚。從圖中機構(gòu)年輪顏色來看，近幾年大量研究機構(gòu)加大了對建筑能耗領(lǐng)域研究的投入，表現(xiàn)出研究機構(gòu)種類豐富，諸如高等學校、研究院所、企業(yè)公司以及實驗室等，同時各機構(gòu)間聯(lián)系合作密切，且已出現(xiàn)機構(gòu)間的聯(lián)系網(wǎng)絡。機構(gòu)中有注重實踐為主的公司，也有注重理論為主的研究院所和高等學校，反映出在相互交流合作的過程中，實踐與理論不斷碰撞而使理論得到升華，理論更能指導實踐，很大程度促進研究者相互提升，有利于產(chǎn)生出新的研究方向，創(chuàng)造出更具價值的研究成果。

2.4 關(guān)鍵作者分析

使用CiteSpace對建筑能耗領(lǐng)域核心及以上期刊1016篇相關(guān)研究文獻的Author（作者）所發(fā)文的數(shù)量進行篩選與統(tǒng)計，統(tǒng)計界限是個人發(fā)文量≥2，時區(qū)設置為1992－2019年。為得到該研究領(lǐng)域發(fā)展過程中作者間每年的合作情況，將軟件中的#Years Per Slice設置為1，意思是在時區(qū)內(nèi)每1年進行一次計算；Criteria（條件）選擇TOP50，意思是選擇每一時間段中被引頻次或出現(xiàn)頻次最高的50個節(jié)點數(shù)據(jù)，為保證數(shù)據(jù)的完整性不選擇剪枝。因此得到相應具體的作者合作情況，形成如圖4所示的建筑能耗研究領(lǐng)域作者合作網(wǎng)絡圖。

圖4 建筑能耗領(lǐng)域核心作者合作網(wǎng)絡圖（1992－2019）

CiteSpace中節(jié)點的顏色和連線的顏色都具有各自的時間屬性。網(wǎng)絡圖中節(jié)點和標簽的大小代表作者發(fā)文量的多少，節(jié)點和標簽越大代表作者發(fā)文越多。節(jié)點與節(jié)點的連線代表作者間的合作情況，連線的顏色代表作者間首次合作的時間，連線粗細程度反映其合作狀態(tài)，線越粗說明合作越緊密，幾個作者之間的連線形成的不規(guī)則形狀可形成研究團隊。

研究表明，在作者合作模式中存在個人模式、團隊模式、個人與團隊合作模式、團隊與團隊合作模式等四種情況。發(fā)文量多的學者一般都與團隊密不可分，這種情況表明，學者們組織形成研究團隊、加強合作或聯(lián)合攻關(guān)研究，可以有效促進學術(shù)研究持續(xù)開展與深入進行，并不斷形成有影響力的學術(shù)成果。當個人與個人之間、個人與團隊之間或團隊與團隊之間的交流合作緊密到一定的程度，就會形成合作網(wǎng)絡，這種合作網(wǎng)絡大多都是以某研究者為中心而形成團隊之間的聯(lián)系，例如燕達與江億團隊、楊柳與劉加平還有李紅蓮組成的團隊等。還有一種情況比較特殊，就是呈現(xiàn)出條狀的合作網(wǎng)絡，例如武涌與郝斌團隊通過李百戰(zhàn)建立了一定的線性聯(lián)系。以上研究可以看出，合作網(wǎng)絡的出現(xiàn)不僅促進個人學術(shù)成果提升，且隨著新成員的不斷加入，而且更大可能增加該領(lǐng)域創(chuàng)新成果的出現(xiàn)。

3　研究內(nèi)容、前沿及發(fā)展趨勢

3.1 關(guān)鍵詞及研究內(nèi)容知識圖譜

為能掌握建筑能耗研究領(lǐng)域詳細的研究過程，獲得其發(fā)展情況，在CiteSpace軟件中選擇分析Keyword（關(guān)鍵詞），時區(qū)不變，Criteria（條件）為TOP50；將#Years Per Slice設置為1，采用無剪枝狀態(tài)，通過LLR法對關(guān)鍵詞進行聚類，然后修正與調(diào)整計算方法與聚類形態(tài)，得到如圖5所示的關(guān)鍵詞聚類可視化分析結(jié)果。在可視化分析中，聚類的顏色并不具有時間屬性，只表征其分類的結(jié)果。每個聚類以其排序最高的特征詞條來表示，詞條選擇可能出現(xiàn)在每個聚類的中心，也可能出現(xiàn)在相應的每條時間線的末端。而關(guān)鍵詞形成的十字架層次的顏色與關(guān)鍵詞之間連線的顏色含義是一樣的，不同的顏色與時間條一一對應，代表首次研究或首次合作年份。從圖5可知，關(guān)鍵詞聚類中共形成了四種顏色的聚類，8個對應中心標簽，聚類序號與聚類大小成反比關(guān)系。其中#0建筑節(jié)能與#3統(tǒng)計年鑒為淡藍色、#1建筑能耗與#7空調(diào)能耗為深藍色、#2節(jié)能改造與#5熱工性能為紫色、#4能耗模擬與#6建筑能耗模擬為淺綠色，這樣分類是以各個聚類關(guān)聯(lián)程度為主。圖中可以看出最大的聚類為#0建筑節(jié)能，這些聚類都是與建筑能耗有關(guān)，或是由建筑能耗發(fā)展延伸而來，關(guān)鍵詞依次有建筑節(jié)能、建筑能耗、節(jié)能改造、統(tǒng)計年鑒、能耗模擬、熱工性能、建筑能耗模擬、空調(diào)能耗。

圖5 建筑能耗領(lǐng)域內(nèi)的關(guān)鍵詞聚類

3.2 研究前沿及發(fā)展趨勢分析

根據(jù)聚類得到時間線視圖如圖6所示，其主要側(cè)重于表達聚類之間的關(guān)系以及某個聚類中文獻的歷史跨度。時間線圖中十字架代表一個關(guān)鍵詞，十字架的大小僅代表關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次高低，關(guān)鍵詞的連線代表關(guān)鍵詞之間的傳承與發(fā)展，十字架層次和關(guān)鍵詞連線的顏色對應上部時間條。標簽按編號#0、#1、#2、#3、#4、#5、#6、#7依次排列，分別對應建筑節(jié)能、建筑能耗、節(jié)能改造、統(tǒng)計年鑒、能耗模擬、熱工性能、建筑能耗模擬、空調(diào)能耗，表示聚類中核心關(guān)鍵詞數(shù)量由大到小。而與關(guān)鍵詞有關(guān)的研究會處在各個關(guān)鍵詞特定顏色的橫線上，橫線上點代表關(guān)鍵詞首次出現(xiàn)的時間，橫線位于上方時間區(qū)間內(nèi)，方便查看此聚類開始時間與結(jié)束時間。

圖6 時間線圖（1992-2019）

由圖6可知，按照聚類開始時間，建筑能耗領(lǐng)域研究的發(fā)展可以分為七個階段：第一階段，#1聚類建筑能耗，因熱橋引起的能耗問題從而進行建筑節(jié)能，最終得到建筑能耗這一定義。為盡量減少建筑能耗的損失，開發(fā)出一系列節(jié)能措施，最終目的在于使建筑能以低能耗進行運行使用；第二階段，#0聚類與#5聚類建筑節(jié)能與熱工性能，建筑能耗出現(xiàn)之后，通過提高維護結(jié)構(gòu)的節(jié)能率與空調(diào)負荷等熱工性能，逐步產(chǎn)生低能耗建筑；第三階段，#6聚類建筑能耗模擬，節(jié)能的概念開始融入到生活各方面，與之息息相關(guān)的住宅建筑的節(jié)能措施得到發(fā)展，建筑的能耗模擬隨之出現(xiàn)；第四階段，#2聚類節(jié)能改造，隨著建筑業(yè)的發(fā)展，多層建筑等大型公共建筑的能耗問題開始被重視，這樣的建筑拆除重建損失太大，因此在對大型建筑進行能耗分析之后，通過對建筑能耗損失嚴重部位進行改造，使之符合節(jié)能標準；第五階段，#4聚類能耗模擬，由節(jié)能技術(shù)發(fā)展而來的一種科技產(chǎn)物，使用專用軟對建筑能耗情況進行模擬分析；第六階段，#3聚類統(tǒng)計年鑒，主要是對公共建筑進行能耗調(diào)查與統(tǒng)計，為建筑的節(jié)能設計提供參考；第七階段，#7聚類空調(diào)能耗，隨著生活水平的提高，不論什么樣的建筑空調(diào)是必不可少的，這也決定了空調(diào)所損失的能源是巨大的，通過調(diào)研、軟件模擬等尋找解決空調(diào)能耗問題的方法。

在1992－2019年中，建筑能耗領(lǐng)域研究者主要針對這八個最主要的聚類關(guān)鍵詞而展開，抓住了最主要的問題所在。通過時間線圖可印證前述建筑能耗研究領(lǐng)域的發(fā)展情況。根據(jù)現(xiàn)有建筑能耗領(lǐng)域研究文獻知識圖譜分析，可以預測在未來的研究發(fā)展過程中，將會有更多的學者集中在以下方面進行深入研究：一是近零能耗建筑研究，科研工作者及行業(yè)科技人員聚焦“零能耗+智能+健康建筑技術(shù)”，不斷探索近零能耗建筑技術(shù)更好地服務于廣大人民；二是使用BIM等信息軟件進行節(jié)能分析，以期獲得更好的能耗狀態(tài)；三是隨著鄉(xiāng)村振興的逐步推進施，對鄉(xiāng)村住宅節(jié)能技術(shù)有了新的關(guān)注度，既有建筑的節(jié)能改造、新型綠色建筑設計等都成了研究的熱點；四是基于節(jié)能大數(shù)據(jù)挖掘及分析以及模型建立與評價成為深入研究的對象。

4 總結(jié)

本文基于中國知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫的1016篇核心及以上期刊文獻，運用知識圖譜分析工具CiteSpace及Excel統(tǒng)計分析工具，對建筑能耗研究領(lǐng)域的關(guān)鍵文獻進行了可視化分析，得到如下結(jié)論：

1）目前，建筑能耗研究領(lǐng)域文獻的發(fā)展經(jīng)歷了兩個階段：第一階段是2002年之前，該領(lǐng)域研究成果較缺少；第二階段2003年至今，該研究領(lǐng)域開始了快速發(fā)展階段，發(fā)文量一年比一年高，雖在2018年形成一次較大的波動，但高水平期刊發(fā)文量仍然在增加，建筑能耗研究文獻整體數(shù)量增加走勢明顯。

2）該研究領(lǐng)域發(fā)文相對較為集中的期刊為《建筑科學》《暖通工程》等，主要研究機構(gòu)也相對集中體現(xiàn)在中國建筑科學研究院、西安建筑科技大學建筑學院、清華大學、同濟大學等單位。

3）該領(lǐng)域研究者團隊內(nèi)部聯(lián)系較緊密，存在個人與團隊、團隊與團隊之間的交流合作，形成了相對集中的作者合作網(wǎng)絡體系，更好的促進了該研究領(lǐng)域的發(fā)展。

4）該領(lǐng)域研究的關(guān)鍵詞有建筑節(jié)能、建筑能耗、節(jié)能改造、統(tǒng)計年鑒、能耗模擬、熱工性能、建筑能耗模擬、空調(diào)能耗等，可從一定程度上反映出該領(lǐng)域的研究主題和熱點問題。通過對該領(lǐng)域研究文獻知識圖譜分析，較好的預測了該領(lǐng)域在未來的發(fā)展趨勢。

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TU111.19

A

1673-2219（2021）03-0044-04

2020-09-03

湖南省教育廳科研項目（項目編號19C0820），湖南省社會科學成果評審委員會課題（項目編號XSP21YBZ 023）。

田瓊（1981－），女，湖南汨羅人，碩士，副教授，研究方向為建筑環(huán)境及BIM建筑信息化。

（責任編校：文春生）