基于文本挖掘的現(xiàn)場工業(yè)化建造特征網(wǎng)絡(luò)分析*

李忠富，任江麾，蔡 晉，張勝昔

(大連理工大學(xué)建設(shè)管理系，遼寧 大連 116024)

0 引言

近年來，建筑業(yè)勞動力短缺，人力成本上升，“碳中和”“碳達(dá)峰”理念等多種因素迫使建筑業(yè)向工業(yè)化和信息化的方向發(fā)展。新的建筑碳排放計算規(guī)范也對工業(yè)化建造或可持續(xù)提出了要求，建筑業(yè)必須由原來的“粗放型”向“集約型”轉(zhuǎn)變。在實(shí)施建筑工業(yè)化過程中，有學(xué)者提出通過預(yù)制裝配實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，研究裝配式構(gòu)部件設(shè)計、生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲存、安裝等，也有學(xué)者提出在施工現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，采用鋁模板、爬架等施工機(jī)具實(shí)現(xiàn)現(xiàn)澆工業(yè)化。國內(nèi)部分企業(yè)也研發(fā)出預(yù)制裝配、現(xiàn)澆工業(yè)化、創(chuàng)新型管理方式三者相結(jié)合的新型建造體系。例如，萬科的“5+2+X”體系、中建八局的“六化”、中建三局的“空中造樓機(jī)”。

現(xiàn)場工業(yè)化建造體系在國外得到了廣泛關(guān)注。日本復(fù)合化構(gòu)工法適用于既有預(yù)制混凝土構(gòu)件又有現(xiàn)場澆筑混凝土的工程，不僅能滿足建筑結(jié)構(gòu)性能，還能提高施工效率[1]。英國MMC法是非現(xiàn)場技術(shù)和創(chuàng)新現(xiàn)場技術(shù)等施工方法的通用標(biāo)簽，具有減少浪費(fèi)、加快進(jìn)度、節(jié)約成本、降低安全風(fēng)險和環(huán)境影響等優(yōu)點(diǎn)[2]。我國學(xué)者也立足企業(yè)實(shí)踐，對現(xiàn)場工業(yè)化建造進(jìn)行探討。孫軍等提出“SSGF體系”工業(yè)化施工方法在提升生產(chǎn)效率、減少手工作業(yè)、提高建造質(zhì)量等方面效益顯著[3]。徐國偉等提出輕型施工集成平臺是輕量化設(shè)計后的“空中造樓機(jī)”，其在提升施工效率、降低安全風(fēng)險、改善作業(yè)環(huán)境等方面優(yōu)勢較大[4]。李忠富指出，現(xiàn)場工業(yè)化建造是指將施工現(xiàn)場看作建筑生產(chǎn)的“工廠”，面向的是混凝土現(xiàn)澆施工過程，采用施工機(jī)具(如起重機(jī)、爬架、鋁模板等)、信息化技術(shù)與先進(jìn)管理組織方式進(jìn)行生產(chǎn)[5]。也有學(xué)者指出，現(xiàn)場工業(yè)化建造除了面向混凝土現(xiàn)澆部分，還包括采用自動化與機(jī)器人施工的方式進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件安裝[6]。

目前，對于現(xiàn)場工業(yè)化建造的理論研究仍然較少，且大多針對某一施工技術(shù)或管理技術(shù)，故需對現(xiàn)場工業(yè)化建造特征進(jìn)行更系統(tǒng)的分析與研究，從而形成統(tǒng)一認(rèn)識。本文采用文本挖掘的方式對中英文文獻(xiàn)進(jìn)行研究，運(yùn)用社會網(wǎng)絡(luò)分析方法對現(xiàn)場工業(yè)化建造特征項進(jìn)行分析，同時對比文獻(xiàn)研究與實(shí)踐項目對各特征關(guān)注度的差異性，以期完善現(xiàn)場工業(yè)化建造的理論基礎(chǔ)，進(jìn)而促進(jìn)建筑工業(yè)化在施工現(xiàn)場更好、更快地發(fā)展。

1 研究方法

本文采用的方法有文本挖掘、社會網(wǎng)絡(luò)分析、實(shí)例分析等，文本挖掘主要包括文獻(xiàn)篩選、詞頻分析、構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型等，社會網(wǎng)絡(luò)分析主要包括網(wǎng)絡(luò)密度、中心性、核心邊緣結(jié)構(gòu)等，實(shí)例分析主要是對文獻(xiàn)與案例的特征表現(xiàn)進(jìn)行分析，研究框架如圖1所示。

圖1 研究框架

1.1 文本挖掘

文本挖掘一般指從非結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)集(如電子郵件、全文文檔、HTML文檔)中提取有趣、非瑣碎信息和知識的過程[7]。在文本挖掘前，需對已獲取的文本資料進(jìn)行篩選、合并等，得到用于文本挖掘的文本語料后，需選擇合適的文本挖掘工具。本文選用武漢大學(xué)研發(fā)的ROST軟件，通過分詞、詞頻統(tǒng)計、網(wǎng)絡(luò)分析等方式獲取現(xiàn)場工業(yè)化建造的特征詞及特征詞之間的語義網(wǎng)絡(luò)。

1.2 社會網(wǎng)絡(luò)分析

社會網(wǎng)絡(luò)分析是一種用于研究行動者(個體、團(tuán)體或組織)間有向關(guān)系或無向關(guān)系的方法[8]，本文討論的是一種無向關(guān)系網(wǎng)絡(luò)。這種方法關(guān)注單個特征節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的重要地位，能很容易地找到關(guān)鍵特征節(jié)點(diǎn)，同時也關(guān)注各特征節(jié)點(diǎn)間的關(guān)系，可深入分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)整體特征。

1)網(wǎng)絡(luò)密度 網(wǎng)絡(luò)密度表示特征節(jié)點(diǎn)間關(guān)系的緊密程度，為網(wǎng)絡(luò)中實(shí)際存在的關(guān)系數(shù)量與理論關(guān)系數(shù)量最大值之比。取值為0～1，越趨近于1，表明網(wǎng)絡(luò)密度越大，特征節(jié)點(diǎn)間的語義關(guān)系越密切。對于無向關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)存在n個節(jié)點(diǎn)，則理論關(guān)系數(shù)量的最大值為n(n-1)/2。如果實(shí)際存在的關(guān)系數(shù)量為m，則網(wǎng)絡(luò)密度為：

(1)

式中：D為網(wǎng)絡(luò)密度；m為網(wǎng)絡(luò)中實(shí)際存在的關(guān)系數(shù)量；n為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量。

2)中心性 中心性分析主要為中心度與中心勢分析，中心度表示節(jié)點(diǎn)中心性，中心勢表示網(wǎng)絡(luò)圖的中心性。中心度主要用絕對度數(shù)中心度、中間中心度和接近中心度來度量。絕對度數(shù)中心度表示1個節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)間的連線個數(shù)，值越大，越趨于網(wǎng)絡(luò)中心；中間中心度用來測量1個節(jié)點(diǎn)位于其他點(diǎn)對之間的程度，值越大，表示該節(jié)點(diǎn)的“中介”作用越強(qiáng)，越趨于網(wǎng)絡(luò)中心；接近中心度表示1個節(jié)點(diǎn)到其他節(jié)點(diǎn)間的捷徑距離之和(每條線段長度記作1)，值越小，越趨于網(wǎng)絡(luò)中心。中心勢主要用度數(shù)中心勢、中間中心勢和接近中心勢來度量，3種中心勢計算公式如下[9]：

(2)

(3)

(4)

式中：CD為網(wǎng)絡(luò)圖絕對度數(shù)中心勢；CDi為節(jié)點(diǎn)Fi度數(shù)中心度；CB為網(wǎng)絡(luò)圖中間中心勢；CBi為節(jié)點(diǎn)Fi中間中心度；CC為網(wǎng)絡(luò)圖接近中心勢；CCi為節(jié)點(diǎn)Fi接近中心度；n為節(jié)點(diǎn)總數(shù)。

3)核心邊緣結(jié)構(gòu) 核心邊緣結(jié)構(gòu)主要依據(jù)經(jīng)驗及需求來設(shè)定邊界，根據(jù)核心度確定各節(jié)點(diǎn)所屬位置，核心度越大，表明節(jié)點(diǎn)越趨于網(wǎng)絡(luò)核心，核心度越小，表明節(jié)點(diǎn)越趨于網(wǎng)絡(luò)邊緣。

1.3 實(shí)例分析

實(shí)例分析主要是對搜集到的案例進(jìn)行特征量化，符合某特征項的，記作1，否則記作0，并對特征項符合率進(jìn)行統(tǒng)計，與文獻(xiàn)中獲取的結(jié)果進(jìn)行對比分析。這樣既能更全面地分析各特征，又能了解文獻(xiàn)研究與實(shí)際項目間的差異。

2 特征網(wǎng)絡(luò)分析

2.1 文本語料獲取與預(yù)處理

為更全面地獲取現(xiàn)場工業(yè)化建造特征，通過中國知網(wǎng)與Scopus數(shù)據(jù)庫獲取中英文文獻(xiàn)，通過數(shù)據(jù)庫檢索與人工篩選相配合的方式獲取文本語料。

中國知網(wǎng)檢索式為：

SU=(‘建筑工業(yè)化’+‘新型建筑工業(yè)化’+‘工業(yè)化建筑’+‘工業(yè)化建造’+‘裝配式建筑’+‘裝配式建造’+‘工業(yè)化住宅’+‘預(yù)制裝配’) AND FT=(‘現(xiàn)場工業(yè)化’+‘現(xiàn)澆工業(yè)化’+‘適度預(yù)制’+‘部分預(yù)制’)。

Scopus檢索式為：

TITLE-ABS-KEY (“Construction automation” OR “On-site construction”) OR (TITLE-ABS-KEY (“Modern method of construction” OR “Modular construction” OR “Industrialized building” OR “Industrialized construction” OR “Innovative construction” OR “Offsite assembly” OR “Off-site construction” OR “Offsite construction” OR “Off-site manufacturing” OR “Prefabricated construction” OR “Prefabrication construction” OR “Panelized construction” OR “Precast construction” OR “System building”) AND ALL (“On-site construction” OR “Site operation” OR “On-site industrialization” OR “In-situ concrete”))。

文獻(xiàn)時間選擇2000年以后，檢索時間為2022年3月23日。數(shù)據(jù)庫檢索共獲取中文文獻(xiàn)531篇，英文文獻(xiàn)1 053篇。首先閱讀文獻(xiàn)篇名與摘要，剔除與建造技術(shù)體系、建造過程、創(chuàng)新管理、效率產(chǎn)出、能耗環(huán)保等不相關(guān)的文獻(xiàn)。然后對剩余文獻(xiàn)進(jìn)行全文閱讀，篩選具有現(xiàn)場工業(yè)化建造特征表現(xiàn)的文本語料。經(jīng)過人工篩選獲取中文文本語料72條，英文文本語料54條。將英文文本語料翻譯為中文，并與中文文本語料合并為同一文本文檔集，以便進(jìn)行后續(xù)文本挖掘工作。

2.2 特征項獲取

文本挖掘前，在合并詞表中將語義相同但表述不同的詞匯合并為同一特征詞。例如，“建筑自動化平臺”在英文文獻(xiàn)中通常歸為“機(jī)器人”一起討論，本文將“智能爬架”歸為“機(jī)器人”一并討論[10]。將文本文檔集導(dǎo)入ROST軟件進(jìn)行處理，共獲得22個具有研究意義的特征項，按詞頻大小依次命名為F1～F22。從研究主題、項目效益、技術(shù)與管理支撐手段、具體表現(xiàn)特征等維度對特征項進(jìn)行歸納描述，如表1所示。

表1 現(xiàn)場工業(yè)化建造特征項

2.3 網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建

將文本文檔集導(dǎo)入ROST軟件進(jìn)行社會網(wǎng)絡(luò)與語義網(wǎng)絡(luò)分析，獲得共現(xiàn)矩陣和可用于Netdraw可視化的網(wǎng)絡(luò)模型。如圖2所示，用不同形狀將網(wǎng)絡(luò)分為4個區(qū)域：正方形節(jié)點(diǎn)表示研究主題，菱形節(jié)點(diǎn)表示效益目標(biāo)，正三角形節(jié)點(diǎn)表示技術(shù)與管理支撐手段，倒三角形節(jié)點(diǎn)表示具體表現(xiàn)特征。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)越大，表明此節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)間連線的數(shù)量越多，節(jié)點(diǎn)間連線越粗，表明線兩端節(jié)點(diǎn)的語義關(guān)系越強(qiáng)。

圖2 現(xiàn)場工業(yè)化建造特征網(wǎng)絡(luò)模型

2.4 網(wǎng)絡(luò)模型分析

1)網(wǎng)絡(luò)密度 本文構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)模型為無向關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，其中共有22個特征節(jié)點(diǎn)，特征節(jié)點(diǎn)間的連線數(shù)量之和為101，其理論數(shù)量最大值為231，因此，整體網(wǎng)絡(luò)密度為0.437，表明網(wǎng)絡(luò)間的語義關(guān)系較密切，但存在部分特征節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)的聯(lián)系依賴于“中介”節(jié)點(diǎn)。

2)節(jié)點(diǎn)中心度 將ROST軟件導(dǎo)出的共現(xiàn)矩陣導(dǎo)入用于網(wǎng)絡(luò)分析的Ucinet軟件進(jìn)行“二值化”處理，并計算特征節(jié)點(diǎn)絕對度數(shù)中心度、中間中心度、接近中心度、核心度，如表2所示。

由表2可知，建筑F1、施工F2、工業(yè)化F3、現(xiàn)場F4特征節(jié)點(diǎn)絕對度數(shù)中心度與中間中心度較大，接近中心度較小，說明這4個特征節(jié)點(diǎn)處于網(wǎng)絡(luò)最核心位置。機(jī)器人F5、智能化F9、自動化F11特征

表2 現(xiàn)場工業(yè)化建造特征網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中心性分析

節(jié)點(diǎn)絕對度數(shù)中心度較小，中間中心度為0，接近中心度較大，處于網(wǎng)絡(luò)邊緣位置，但詞頻數(shù)大于中位數(shù)，表明該特征為研究熱點(diǎn)，但與其他特征節(jié)點(diǎn)的關(guān)系較少，表明現(xiàn)有理論研究對這3個特征節(jié)點(diǎn)的研究并不透徹，需進(jìn)一步研究。提高生產(chǎn)效率F15的詞頻小于中位數(shù)，絕對度數(shù)中心度與中間中心度較大，接近中心度較小，表明關(guān)于該特征節(jié)點(diǎn)與其他特征節(jié)點(diǎn)的關(guān)系密切，處于網(wǎng)絡(luò)中心位置。

3)網(wǎng)絡(luò)圖中心勢 根據(jù)表2中的3種中心度計算中心勢，得到絕對度數(shù)中心勢為61.90%，中間中心勢為20.48%，接近中心勢為83.67%。網(wǎng)絡(luò)圖絕對度數(shù)中心勢與接近中心勢較高，說明存在某些關(guān)鍵特征節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)間關(guān)系傳播需通過這些關(guān)鍵特征節(jié)點(diǎn)來完成，但中間中心勢明顯低于前兩者，說明節(jié)點(diǎn)間關(guān)系傳播的中介性較強(qiáng)，表明網(wǎng)絡(luò)中存在核心邊緣結(jié)構(gòu)[11]。

4)核心邊緣結(jié)構(gòu) 現(xiàn)場工業(yè)化建造的特征詞可根據(jù)核心度分為研究主題、關(guān)鍵特征項和一般特征項，采用“核心-半核心-邊緣”模型來描述。表2中已通過Ucinet軟件計算出每個特征節(jié)點(diǎn)核心度，平均值為0.194，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)模型特點(diǎn)與核心度的取值，將核心度>0.3的特征項劃分為核心層；核心度為0.2～0.3的特征項劃分為半核心層；核心度<0.2的特征項劃分為邊緣層[12]?！昂诵?半核心-邊緣”結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 “核心—半核心—邊緣”結(jié)構(gòu)

此結(jié)構(gòu)中，最內(nèi)層為核心層，包含與研究主題相關(guān)的節(jié)點(diǎn)為F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4；次外層為半核心層，包含與關(guān)鍵特征相關(guān)的節(jié)點(diǎn)為F6，F(xiàn)7，F(xiàn)8，F(xiàn)10，F(xiàn)15；其他節(jié)點(diǎn)在最外層，屬于邊緣層，包含與一般特征相關(guān)的節(jié)點(diǎn)。半核心層節(jié)點(diǎn)與核心層的每個節(jié)點(diǎn)之間都存在關(guān)系。半核心層節(jié)點(diǎn)與部分邊緣層節(jié)點(diǎn)之間存在關(guān)系。以提高建造質(zhì)量F8為例，與其存在關(guān)系的邊緣層節(jié)點(diǎn)為機(jī)器人F5、自動化F11、信息化管理F12、降低建造成本F14、加快建設(shè)進(jìn)度F16、節(jié)能F19、標(biāo)準(zhǔn)化F20，即在文獻(xiàn)研究中這些特征項經(jīng)常與提高建造質(zhì)量F8一同出現(xiàn)。邊緣層中的現(xiàn)澆F13、裝配式F17、新型模板F18、機(jī)械化F21、精益+并行F22等節(jié)點(diǎn)只與核心層節(jié)點(diǎn)之間存在關(guān)系，而邊緣層其他節(jié)點(diǎn)不僅與核心層節(jié)點(diǎn)之間存在關(guān)系，與半核心層節(jié)點(diǎn)之間也存在關(guān)系。

3 實(shí)例分析

為進(jìn)一步研究實(shí)踐工程項目與理論研究對現(xiàn)場工業(yè)化建造的各特征項重視程度的差異性，以課題組前期通過實(shí)地調(diào)研、建筑工業(yè)化相關(guān)書籍、微信公眾號等多途徑獲取的項目資料為基礎(chǔ)，篩選項目符合研究要求且信息完整率>90%的項目。共得到案例41例，其中華南區(qū)域13例，華東區(qū)域12例，華北區(qū)域6例，東北區(qū)域4例，華中區(qū)域3例，香港2例，西南區(qū)域1例。

對各項目是否符合特征項F5～F22進(jìn)行打分，并統(tǒng)計符合率。同時對特征項F5～F22核心度進(jìn)行歸一化處理，即各特征項核心度與最大核心度(0.294)之比，結(jié)果如圖4所示。

圖4 文獻(xiàn)與實(shí)例中各特征項關(guān)注度

由圖4可知，F(xiàn)12，F(xiàn)13，F(xiàn)17，F(xiàn)18，F(xiàn)20，F(xiàn)21，F(xiàn)22在實(shí)際案例中的關(guān)注度遠(yuǎn)高于文獻(xiàn)研究。不難發(fā)現(xiàn)，其中F12，F(xiàn)13，F(xiàn)17，F(xiàn)18，F(xiàn)22屬于技術(shù)與管理支撐手段，說明實(shí)際項目比文獻(xiàn)研究中對注重技術(shù)與管理的重視度更高。而F20，F(xiàn)21屬于現(xiàn)場工業(yè)化建造的具體表現(xiàn)特征，這2個特征于20世紀(jì)50年代就已經(jīng)提出，且成熟應(yīng)用于實(shí)際項目，因此，2000年以后的文獻(xiàn)對其關(guān)注度相對較低。

F10，F(xiàn)14屬于現(xiàn)場工業(yè)化建造的效益目標(biāo)，在實(shí)際案例中的關(guān)注度遠(yuǎn)低于文獻(xiàn)研究。在現(xiàn)有技術(shù)與管理體系下，采用現(xiàn)場工業(yè)化建造的方式在成本方面相較傳統(tǒng)建造方式并未展現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，但隨著建筑工人薪酬的逐步增加，工業(yè)化建造成本優(yōu)勢將逐步凸顯。而環(huán)保這一效益目標(biāo)目前主要依靠裝配式構(gòu)件來實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)場工業(yè)化建造的貢獻(xiàn)度很低，仍需不斷改進(jìn)。

4 結(jié)論與建議

4.1 研究結(jié)論

1)通過社會網(wǎng)絡(luò)分析法對特征網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析后得到5個關(guān)鍵特征項：管理、降低勞動強(qiáng)度、提高建造質(zhì)量、環(huán)保、提高生產(chǎn)效率。

2)自動化、智能化、機(jī)器人(自動化與智能化的具體實(shí)踐)在文獻(xiàn)中出現(xiàn)頻率較高，卻處于網(wǎng)絡(luò)邊緣層，說明其與其他特征項間的關(guān)系值得進(jìn)一步研究。

3)在文獻(xiàn)研究與實(shí)際項目案例的對比中發(fā)現(xiàn)，信息化管理、新型模板、精益+并行建造在實(shí)際項目中的關(guān)注度更高，說明這些技術(shù)與管理支撐手段為目前現(xiàn)場工業(yè)化建造最前沿的實(shí)踐。

4)環(huán)保、降低建造成本在實(shí)際案例中的實(shí)現(xiàn)難度較大，原因在于目前人工費(fèi)仍較低，而環(huán)保目前主要依靠裝配式構(gòu)件來實(shí)現(xiàn)，未來隨著建筑工人的減少及建造技術(shù)與管理手段的提升，環(huán)保與降低建造成本這兩個效益目標(biāo)終將實(shí)現(xiàn)。

4.2 發(fā)展建議

1)加快現(xiàn)場建造技術(shù)研發(fā)，增強(qiáng)建筑業(yè)對勞動者的吸引力。目前很多優(yōu)秀企業(yè)已具備了標(biāo)準(zhǔn)化與機(jī)械化實(shí)現(xiàn)的能力，未來應(yīng)將研究重心放在自動化、智能化、機(jī)器人等領(lǐng)域，減少對于工人施工的依賴。同時，只有做到降低現(xiàn)場工人勞動強(qiáng)度，改善現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境，增強(qiáng)現(xiàn)場施工安全性，才能更好地吸引年輕勞動力。

2)進(jìn)行現(xiàn)場組織管理模式創(chuàng)新。BIM、智慧工地等信息化管理模式，有助于對建筑項目進(jìn)度、質(zhì)量、施工人員安全、環(huán)保問題等加以控制管理。精益建造與并行建造作為先進(jìn)的組織管理模式，有助于對建筑項目成本、進(jìn)度、質(zhì)量、生產(chǎn)效率等加以控制管理。

3)政府應(yīng)加大對現(xiàn)場工業(yè)化建造的扶持力度。政府部門發(fā)布的建筑工業(yè)化政策文件大多數(shù)關(guān)于裝配式建筑，雖然有助于建筑業(yè)從傳統(tǒng)粗放模式向工業(yè)化模式的轉(zhuǎn)變，但可能會導(dǎo)致建筑工業(yè)化的發(fā)展向裝配式建筑過度傾斜。政府應(yīng)將符合現(xiàn)場工業(yè)化建造的部分納入工業(yè)化建筑評價體系，給予創(chuàng)新型項目一定額度的補(bǔ)貼。