國內(nèi)地下綜合管廊文獻信息挖掘與分析*

陳剛 張培興 劉紫嬋 王澤本 張瑞萍

(1.河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院，河北 石家莊 050061； 2.中鐵十一局集團橋梁有限公司，江西 鷹潭 335003； 3.河北省經(jīng)濟社會發(fā)展地理信息大數(shù)據(jù)平臺，河北 石家莊 050061)

0 引言

地下綜合管廊能夠有效緩解城市發(fā)展中道路反復(fù)開挖、交通擁堵等問題，對于現(xiàn)代文明城市發(fā)展具有明顯的推動作用[1-3]。為此，國家選定25個試點城市開展綜合管廊項目，掀起了綜合管廊建設(shè)的熱潮。

伴隨綜合管廊建設(shè)的開展，針對性研究逐漸增多，研究成果井噴式涌現(xiàn)，但隨之而來的問題也逐漸凸顯，如研究整體性不強、文獻利用率低等。因此，綜合管廊研究的成果梳理及信息挖掘工作亟待開展。

綜上，以中國知網(wǎng)刊載的綜合管廊相關(guān)文獻為樣本數(shù)據(jù)，利用文獻計量相關(guān)方法，對綜合管廊相關(guān)文獻進行信息挖掘工作，以期為綜合管廊的系統(tǒng)化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供助力。

1 數(shù)據(jù)及方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

以中國知網(wǎng)作為數(shù)據(jù)庫進行文獻檢索，檢索模式為高級檢索，以“綜合管廊”為主題詞，文獻類別選擇期刊文獻，時間范圍選取2001—2020年，共得到4332條檢索結(jié)果，剔除報道、會議、無作者等無效文獻后，得到有效文獻3715篇。

1.2 方法與工具

1.2.1 研究方法

文獻計量學(xué)是綜合數(shù)學(xué)及統(tǒng)計學(xué)方法，對文獻特征及數(shù)量進行描述，繼而對文獻所在領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢進行評價及預(yù)測。此方法為本文的理論基礎(chǔ)。

戰(zhàn)略坐標(biāo)圖由Law等提出，通過聚類的密度與向心度作為坐標(biāo)計算基礎(chǔ)，將不同聚類在坐標(biāo)系中顯示，根據(jù)其所在象限的不同及其密度、向心度進行該類的發(fā)展程度分析[4]。此方法用于關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析之后的研究主題成熟度評價。

1.2.2 軟件工具

本研究具體通過文獻計量相關(guān)軟件實現(xiàn)，其中VOSviewer及CiteSpace為主要工具，Bicomb軟件、Pajek軟件為輔助工具，從研究熱點分析、關(guān)鍵詞聚類及戰(zhàn)略坐標(biāo)圖分析、演變趨勢分析三個方面開展研究工作。

2 結(jié)果與分析

2.1 研究熱點

關(guān)鍵詞是一篇文章核心內(nèi)容的縮影，能夠高度概括文章的研究方法、研究方向等。對關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次的統(tǒng)計和分析，能夠洞察某一領(lǐng)域的研究熱點及方向[5-6]。通過BICOMB軟件對3715篇綜合管廊相關(guān)文獻進行關(guān)鍵詞統(tǒng)計，合并同義詞/近義詞，去掉“問題”“應(yīng)用”等信息含量較低的關(guān)鍵詞，高頻(出現(xiàn)頻次超過50)關(guān)鍵詞見表1。

表1 高頻關(guān)鍵詞

從表1可以看出，出現(xiàn)頻次在200以上的關(guān)鍵詞共有5個，分別為“施工技術(shù)”“PPP”“BIM”“設(shè)計”“防水”，是該領(lǐng)域研究熱點；出現(xiàn)頻次為100～200的關(guān)鍵詞共有5個，分別為“城市”“數(shù)值模擬”“預(yù)制”“地下空間”“市政工程”，也是該領(lǐng)域相對熱度較高的研究話題；其余出現(xiàn)頻次較高的關(guān)鍵詞為“有限元分析”“海綿城市”“智慧管廊”“運維管理”“變形縫”“深基坑”，諸多研究人員在這些方面進行了大量的研究工作，也是該領(lǐng)域內(nèi)不能忽視的研究重點。

2.2 關(guān)鍵詞聚類

為明晰并細化綜合管廊研究領(lǐng)域的知識框架，利用VOSviewer軟件及Pajek軟件構(gòu)建關(guān)鍵詞聚類視圖，對綜合管廊的研究主題進行分析?！熬C合管廊”為檢索詞，在視圖中省略。將3715篇綜合管廊相關(guān)文獻導(dǎo)入VOSviewer軟件，選擇關(guān)鍵詞共現(xiàn)，閾值設(shè)置為≥10，得到綜合管廊的聚類視圖。為使視圖顯示更加直觀、美觀，將聚類結(jié)果導(dǎo)出為.net文件，通過Pajek軟件進行聚類優(yōu)化之后通過VOSviewer軟件進行展示，如圖1所示。

圖1 綜合管廊研究領(lǐng)域聚類視圖

從圖1可以看出，綜合管廊研究領(lǐng)域分為11個聚類，其中9個聚類包含關(guān)鍵詞較多，是當(dāng)前綜合管廊研究的主要構(gòu)成。

聚類1：宏觀層面發(fā)展策略研究。綜合管廊發(fā)展初期，國內(nèi)大眾對于綜合管廊知之甚少，綜合管廊是什么、具有哪些優(yōu)勢、如何發(fā)展、發(fā)展中面臨哪些問題等是該研究主題的主要內(nèi)容。

聚類2：城市規(guī)劃設(shè)計研究。不同城市區(qū)域的選型設(shè)計、如何切合城市建設(shè)發(fā)展進行綜合管廊設(shè)計是該領(lǐng)域主題的主要內(nèi)容。

聚類3：災(zāi)害、事故等數(shù)值模擬研究。綜合管廊中“電力艙”“燃氣艙”對于火災(zāi)、地震極為敏感，稍有不慎就可能引起連鎖型的重大安全事故，因此如何避免事故的發(fā)展以及事故發(fā)生之后如何第一時間進行處理是主要研究內(nèi)容。數(shù)值模擬是預(yù)防事故、及時處理事故不可缺少的研究內(nèi)容之一，通過建立數(shù)學(xué)模型或三維模型，對燃氣爆炸、火災(zāi)發(fā)生全過程、管道泄漏等進行仿真模擬實驗，揭示不同災(zāi)害源、災(zāi)害發(fā)生時的擴散規(guī)律、不同條件下對災(zāi)害的影響因素、綜合管廊在發(fā)生災(zāi)害時的響應(yīng)，從而為制定安全事故應(yīng)對策略提供有效參考。

聚類4：預(yù)制拼裝技術(shù)研究。在綜合管廊建造方法中，預(yù)制拼裝技術(shù)由于其綠色環(huán)保的優(yōu)勢逐漸得到認可，但預(yù)制拼裝技術(shù)在施工過程中需要著重控制的施工要點較多，主要包括變形縫、接頭設(shè)計及防水施工等。綜合管廊建在地下，受地下涌出的地下水、地上降雨雪形成的地表水、坑壁滲出的地表水與地下水的四面圍攻，防水問題是預(yù)制綜合管廊面臨的巨大考驗。因此，預(yù)制拼裝技術(shù)在綜合管廊中的應(yīng)用是綜合管廊研究領(lǐng)域的重要主題。

聚類5：結(jié)構(gòu)、節(jié)點等設(shè)計研究。綜合管廊位于地下，對于地震災(zāi)害十分敏感。為保證綜合管廊的抗震性，結(jié)構(gòu)設(shè)計是重中之重。入廊管線類型的不同是管廊選型的影響因素之一，且不同類型的管廊對于結(jié)構(gòu)的要求同樣不同。該研究主題的主要內(nèi)容是結(jié)構(gòu)選型和計算、抗震性設(shè)計及不同類型管廊的設(shè)計要求。同時，由于節(jié)點設(shè)計、接頭設(shè)計同樣會影響綜合管廊的整體性，因此也是該主題的研究內(nèi)容。

聚類6：施工技術(shù)研究。在建設(shè)工程領(lǐng)域BIM技術(shù)是被研究次數(shù)最多的技術(shù)，在綜合管廊領(lǐng)域BIM技術(shù)同樣受到重視。通過BIM技術(shù)模擬真實的施工現(xiàn)場、明晰施工過程中的控制要點、模擬不同施工技術(shù)得到的施工效果，從而優(yōu)化施工技術(shù)，是該主題的主要研究內(nèi)容。

聚類7：綜合管廊對于構(gòu)建海綿城市的效能研究。隨著“海綿城市”理念的提出，其內(nèi)涵和外沿逐漸豐富和發(fā)展，該理念的建立對于城市發(fā)展的重要作用也逐漸得到社會公眾的認可。綜合管廊作為構(gòu)建海綿城市的重要部分之一，如何與其他地下基礎(chǔ)設(shè)施有效結(jié)合、統(tǒng)籌發(fā)展，從而促進海綿城市的發(fā)展，是該主題的主要研究內(nèi)容。

聚類8：PPP模式研究。PPP模式為解決綜合管廊發(fā)展中“錢從哪來”這一問題而被提出，對于優(yōu)化綜合管廊的投資結(jié)構(gòu)具有重大作用。解決了項目前期“錢從哪來”之后，后續(xù)仍存在眾多問題，如社會資本方的風(fēng)險管理、PPP項目的盈利能力和經(jīng)濟效益、PPP項目的后評價等。因此，對于PPP的研究從單一的投融資模式研究逐漸向外延伸，貫穿綜合管廊項目的全生命周期。

聚類9：運維管理研究。目前眾多綜合管廊項目已經(jīng)完工并進入運維期，對于綜合管廊運維管理的研究逐漸增多。以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合GIS、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)構(gòu)建綜合管廊的集成化運維管理平臺開始成為運維管理的主要研究對象，如何提高運維效率、事故處理能力、有機整合各項信息技術(shù)等成為該主題的主要研究內(nèi)容。

2.3 關(guān)鍵詞聚類的戰(zhàn)略坐標(biāo)圖

為了解綜合管廊各研究主題的發(fā)展程度，利用戰(zhàn)略坐標(biāo)圖為該領(lǐng)域研究人員更好地把握研究方向及研究重點提供參考。在戰(zhàn)略坐標(biāo)圖中，X軸為向心度，代表該聚類與其他聚類之間的關(guān)聯(lián)強度；Y軸為密度，代表構(gòu)成聚類的關(guān)鍵詞之間的關(guān)聯(lián)強度；坐標(biāo)原點為所有聚類密度與向心度的平均值。按向心度和密度的不同將戰(zhàn)略坐標(biāo)圖分為4個象限，每個象限代表該聚類在演化發(fā)展中的不同趨勢(圖2)。不同聚類代表不同的研究主題，根據(jù)聚類所在象限的不同，分析其在綜合管廊研究領(lǐng)域所處的地位及未來發(fā)展趨勢。不同聚類與研究主題對應(yīng)及所在象限見表2。

圖2 國內(nèi)綜合管廊研究領(lǐng)域戰(zhàn)略坐標(biāo)圖

表2 不同聚類與研究主題對應(yīng)及所在象限

2.3.1 綜合管廊研究的核心領(lǐng)域(第一象限)

在戰(zhàn)略坐標(biāo)圖中，第一象限的向心度及密度最高。即該象限內(nèi)的聚類內(nèi)部及與其他聚類的關(guān)聯(lián)強度強，是綜合管廊研究領(lǐng)域的核心研究主題。聚類5及聚類9位于第一象限，為綜合管廊的核心研究主題。其中，聚類5向心度最較高，密度稍低，表明該聚類與其他聚類之間的關(guān)聯(lián)強度高，內(nèi)部較為松散；聚類9向心度為13.4，密度為12.4，表明該聚類在內(nèi)部與外部的關(guān)聯(lián)強度均較強，說明該研究主題產(chǎn)出了較多的研究成果，發(fā)展較為成熟。且由于大多數(shù)綜合管廊試點工程已經(jīng)陸續(xù)建成并進入運維階段，運維逐漸成為發(fā)展重心，該主題仍將在長時間內(nèi)保持研究熱度。

2.3.2 綜合管廊研究的成熟領(lǐng)域(第二象限)

在戰(zhàn)略坐標(biāo)圖中，第二象限的密度較高，向心度較低。即該象限的聚類內(nèi)部關(guān)聯(lián)強度強，但與其他聚類的關(guān)聯(lián)強度弱，因此該象限的聚類成熟度高但相對孤立、聚類1、聚類2及聚類8位于第二象限。其中，聚類1以綜合管廊的宏觀發(fā)展研究為主；聚類2以綜合管廊的規(guī)模布局研究為主；聚類8以綜合管廊的投融資模式及運營收費機制研究為主。這三個研究主題主要處在綜合管廊的發(fā)展早期，產(chǎn)出了大量的研究成果，成熟度較高，屬于專項研究，與其他聚類的關(guān)聯(lián)程度較低，處于研究階段的“飽和期”，只有出現(xiàn)新的理念或技術(shù)才會再次“繁榮”。

2.3.3 綜合管廊研究的邊緣區(qū)域(第三象限)

在戰(zhàn)略坐標(biāo)圖中，第三象限的密度、向心度均低。即該象限的聚類內(nèi)部、與其他聚類的關(guān)聯(lián)強度弱，因此該象限內(nèi)的聚類是新的研究主題或即將消失的研究主題，位于綜合管廊研究領(lǐng)域的邊緣區(qū)。聚類3、聚類4、聚類7位于第三象限。其中，聚類3以“數(shù)值模擬”為主要研究主題；聚類4以“預(yù)制拼裝”為主要研究主題；聚類7以“海綿城市”為主要研究主題。這三個研究主題的相關(guān)文獻相對較少，成果數(shù)量不多?！皵?shù)值模擬”對于綜合管廊的施工技術(shù)及運維期的災(zāi)害預(yù)防和處理均具有較高的參考意義，其文獻量呈增長趨勢；“預(yù)制拼裝”是目前國家著重發(fā)展的建造方式，因此“數(shù)值模擬”及“預(yù)制拼裝”屬于生命力較強的研究主題，應(yīng)獲得持續(xù)關(guān)注和研究。綜合管廊是構(gòu)建“海綿城市”的組成部分之一，僅作為實現(xiàn)“海綿城市”的實現(xiàn)載體之一，并非主要研究對象，且從2015年以來，相關(guān)文獻量呈下降趨勢，將逐漸淡出舞臺。

2.3.4 綜合管廊的未來領(lǐng)域(第四象限)

在戰(zhàn)略坐標(biāo)圖中，第四象限的向心度較高，但密度較低。即該象限的聚類內(nèi)部關(guān)聯(lián)強度弱，但與其他聚類聚類之間的關(guān)聯(lián)強度較強，該象限的聚類成熟度低但存在成為未來研究熱點的趨勢，位于綜合管廊的未來領(lǐng)域。聚類6位于第四象限，以“施工技術(shù)”為主要研究主題。國內(nèi)綜合管廊試點工程的建設(shè)和發(fā)展，帶動了綜合管廊的“施工熱潮”，施工過程中遇到的施工問題及需要著重注意的控制要點開始暴露和增多，關(guān)于“施工技術(shù)”的研究開始增多。由于施工技術(shù)“分支”較多，如深基坑工程、防水工程及安裝工程等均為施工技術(shù)的研究客體，各分部工程下的工序同樣如此，各“分支”之間尚未形成系統(tǒng)的整體，內(nèi)部關(guān)聯(lián)不強。但在外部聯(lián)系上，施工技術(shù)與“BIM”技術(shù)“預(yù)制拼裝”“設(shè)計”等均有較強的關(guān)聯(lián)，因此該研究主題雖然日益強大但仍需發(fā)展，是未來的研究重點。

2.4 綜合管廊研究演變趨勢

將3715篇綜合管廊相關(guān)文獻導(dǎo)入CiteSpace軟件，時間切片設(shè)置為1年。通過時區(qū)視圖功能，CiteSpace可以將所有的節(jié)點定位在二維坐標(biāo)中，該坐標(biāo)的橫軸為時間。為使圖譜根據(jù)代表性且顯示效果更加美觀，對頻次較低的節(jié)點進行刪減，出現(xiàn)頻次<10的節(jié)點不予顯示。經(jīng)過調(diào)整得到2001—2020年綜合管廊研究領(lǐng)域關(guān)鍵詞時區(qū)視圖(圖3)，節(jié)點所在位置為其第一次出現(xiàn)年份，節(jié)點大小為后續(xù)累加得出，不代表在該年的出現(xiàn)頻次。

從圖3可以看出，綜合管廊研究領(lǐng)域的演變發(fā)展可以分為三個階段：

圖3 綜合管廊研究領(lǐng)域關(guān)鍵詞時區(qū)視圖

(1)發(fā)展戰(zhàn)略研究階段(2001—2010年)。除“結(jié)構(gòu)設(shè)計”“數(shù)值模擬”兩個關(guān)鍵詞，該階段的關(guān)鍵詞還包括“綜合管廊”“共同溝”“管廊”“地下管線”“城市”“問題”“對策”。該階段的研究主要集中在綜合管廊的宏觀發(fā)展策略，研究成果使得相關(guān)公眾認識和了解綜合管廊，并認可綜合管廊在解決城市弊病中的巨大作用。

(2)精細化、智慧化研究階段(2011—2017年)。相較上一階段，該階段關(guān)鍵詞的數(shù)量明顯增長，綜合管廊項目實施過程中遇到的實際問題逐漸被關(guān)注，如“PPP”“設(shè)計”“預(yù)制拼裝”“基坑”“防水”等。這一階段的研究百花齊放，研究主題急速增多，大到設(shè)計、小到工序均有涉及，對于綜合管廊的研究轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄻踊?、精細化研究?/p>

(3)穩(wěn)步發(fā)展階段(2018年至今)。該階段新興的關(guān)鍵詞明顯變少，代表性關(guān)鍵詞為“運維管理”“施工工藝”“質(zhì)量控制”。在保有精細化研究特征的同時，對于運維階段的研究開始急速增多，隨著綜合管廊試點工程陸續(xù)完工并進入運維階段，“運維管理”成為該階段的主要特征。在綜合管廊運維管理研究中，建立即時高效的運維管理平臺、技術(shù)之間的相互結(jié)合、運維風(fēng)險識別和處理等成為主要研究內(nèi)容。這一階段的研究繼續(xù)保持上一階段的精細化特征，研究重心開始向運營期傾斜。

3 結(jié)語

本文以中國知網(wǎng)刊載的3715篇綜合管廊期刊文獻為數(shù)據(jù)來源，通過文獻計量相關(guān)方法及軟件工具對綜合管廊的研究熱點及演變趨勢進行分析，得出如下結(jié)論：施工技術(shù)、BIM、PPP等16個關(guān)鍵詞為該領(lǐng)域的研究熱點。該領(lǐng)域研究主要包括“宏觀發(fā)展”“規(guī)劃設(shè)計”等9個主題，其中以“設(shè)計”“運維管理”為主要內(nèi)容的研究主題為當(dāng)前的核心主題，“施工技術(shù)”是未來的研究重點。綜合管廊研究領(lǐng)域的發(fā)展過程為：宏觀發(fā)展戰(zhàn)略階段，明確了綜合管廊的建設(shè)意義及大體發(fā)展方向；精細化、智慧化研究階段，研究分支開始擴散，信息技術(shù)應(yīng)用研究增多；穩(wěn)步發(fā)展階段，研究重心轉(zhuǎn)向運營期。從綜合管廊整體的發(fā)展特征及趨勢來看，后續(xù)應(yīng)加大各項施工技術(shù)的成套化及信息化研究力度，運營期的相應(yīng)流程化建設(shè)需繼續(xù)深化，相關(guān)運維工作的標(biāo)準化、模式化研究需投入更多精力。