基于CiteSpace的火災(zāi)數(shù)值模擬文獻研究

摘要：為了了解火災(zāi)數(shù)值模擬研究領(lǐng)域的整體情況，利用CiteSpace軟件對中國知網(wǎng)（CNKI）和Web of Science數(shù)據(jù)庫進行檢索，分析了2013年-2023年這10年間的共1302篇文獻數(shù)據(jù)，進行作者、機構(gòu)、關(guān)鍵詞、國家共現(xiàn)，繪制知識圖譜。結(jié)果表明：火災(zāi)數(shù)值模擬發(fā)文量基本保持上升趨勢；高產(chǎn)作者是姜文鵬、Fan，Shenggang和Beji，Tarek；核心機構(gòu)是中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國家重點實驗室和重慶大學(xué)；高產(chǎn)國家是中國和美國；對關(guān)鍵詞的分析，得出未來研究熱點是火災(zāi)動力學(xué)科學(xué)與計算機模擬科學(xué)相結(jié)合。

關(guān)鍵詞：火災(zāi)；數(shù)值模擬；CiteSpace；可視化分析；文獻計量法

引言

火災(zāi)數(shù)值模擬是利用計算機技術(shù)、工程熱力學(xué)及燃燒學(xué)三者相結(jié)合的知識，通過建立火災(zāi)模型來描繪火災(zāi)現(xiàn)象的過程。科學(xué)知識圖譜被應(yīng)用到文獻綜述計量領(lǐng)域，通過繪制知識圖譜更好了解學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展[1]。姜學(xué)鵬、于麗、Fan，Shenggang、Liu，F(xiàn)ang等學(xué)者對火災(zāi)數(shù)值模擬方面做了大量研究，但由于火災(zāi)數(shù)值模擬的方法還處于發(fā)展階段，國內(nèi)對火災(zāi)數(shù)值模擬的綜述文章相對較少。因此，本文采用CiteSpace軟件對2013年至2023年國內(nèi)外火災(zāi)數(shù)值模擬的文獻作為樣本，對該領(lǐng)域的熱點和前沿進行分析。

一、研究方法與數(shù)據(jù)來源

本文使用文獻綜述法、計量分析法以及可視化分析等方法，并使用CiteSpace軟件統(tǒng)計數(shù)據(jù)、繪制科學(xué)圖譜等研究火災(zāi)疏散和火災(zāi)模擬的熱點、學(xué)術(shù)前沿及分布規(guī)律。美國德雷克塞爾大學(xué)陳超美博士研究開發(fā)一款CiteSpace可視化分析軟件，可用來分析某一研究領(lǐng)域論文成果的總體情況以及該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)前沿及熱點[2]。

本文數(shù)據(jù)來源于中國知網(wǎng)（CNKI）總庫中的核心期刊和Web of Science Core Collection，其中知網(wǎng)中主要包括SCI、EI、北大核心、CSSCI，Web of Science中主要包括Science Citation Index Expanded和Current Chemical Reactions。以“火災(zāi)數(shù)值模擬”和“Fire Numerical Simulation”為檢索主題，檢索時間段為“2013年至2023年”進行檢索，分別得到1544篇中文文獻、3939篇外文文獻。通過篩選，去除不相關(guān)文獻，選定593篇中文文獻、709篇外文文獻進行可視化分析，將得到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為txt文本格式分別導(dǎo)入CiteSpace軟件中進行建庫分析。

如圖1所示是2013年-2023年國內(nèi)、外在火災(zāi)數(shù)值模擬領(lǐng)域的發(fā)文情況。藍色柱狀圖為中文發(fā)文量，橙色柱狀圖為外文發(fā)文量，黃色折線圖為年總發(fā)文量。中文發(fā)文量在2014年-2021年基本在50篇-60篇左右，2022年、2023年發(fā)文量較少，與之相反的是2022年、2023年的外文發(fā)文量大幅度上漲，外文發(fā)文量除2014年、2017年以外都呈增長趨勢。從總發(fā)文量上看，近十年的發(fā)文量呈小幅度上漲趨勢，2014年-2015年、2020年-2021年漲幅最為明顯，2015年-2017年發(fā)文量較為平緩在100篇左右。表明火災(zāi)數(shù)值模擬領(lǐng)域的發(fā)展較平穩(wěn)。

二、基于CNKI的研究主題分析

（一）知網(wǎng)的作者分析

為了研究學(xué)者們在火災(zāi)數(shù)值模擬領(lǐng)域的合作關(guān)系和影響地位，在CiteSpace軟件中進行作者共現(xiàn)，得到了320位作者，166對合作關(guān)系的作者共現(xiàn)圖譜。由圖2可知，呈現(xiàn)以姜學(xué)鵬（13）、于麗（7）、徐志勝（6）、王明年（6）、劉松濤（5）為首的網(wǎng)絡(luò)圖譜，他們的發(fā)文量占總量的6.24%，是研究火災(zāi)疏散模擬的核心作者。姜學(xué)鵬、于麗和徐志勝的主要研究領(lǐng)域是隧道火災(zāi)和隧道火災(zāi)溫度的數(shù)值模擬[3-5]，觀察圖譜可知，以王明年、于麗、田源組成的西南交通大學(xué)交通隧道工程教育部重點實驗室團隊；以姜學(xué)鵬（武漢科技大學(xué)）、徐志勝（中南大學(xué)）組成的跨院校合作等。由此可知，作者的合作基本是跨機構(gòu)合作交流，抱團式合作。

（二）知網(wǎng)的機構(gòu)分析

利用CiteSpace軟件共現(xiàn)機構(gòu)圖譜，從而進一步研究機構(gòu)之間的聯(lián)系，得到節(jié)點數(shù)N=247，連線E=131的機構(gòu)知識圖譜，如圖3所示。高產(chǎn)的機構(gòu)有中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國家重點實驗室（25）、中國礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院（17）、武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院（15）等。從圖3中可以看出連線較多，說明機構(gòu)之間的合作較為緊密。對作者和機構(gòu)的分析得出以下結(jié)論：作者之間合作關(guān)系相對緊密，同時也體現(xiàn)出機構(gòu)之間合作緊密，這說明對火災(zāi)數(shù)值模擬研究的知識共享和知識交流。

三、基于WoS的研究主題分析

（一）WoS的作者分析

將Web of Science（WoS）的文獻數(shù)據(jù)導(dǎo)入CiteSpace軟件中進行作者共現(xiàn)，得到節(jié)點N=345，連線E=254。由圖4可知，高產(chǎn)作者有Fan，Shenggang（12）、Liu，F(xiàn)ang（10）、Beji，Tarek（10）等。Fan，Shenggang和Li，Guo-Qiang主要研究材料的耐火材料的數(shù)值模擬[6]，Liu，F(xiàn)ang和Beji，Tarek主要研究火災(zāi)數(shù)值模型[7]，由圖可知，圖譜呈現(xiàn)相對分散狀態(tài)，以Fan，Shenggang和Li，Guo-Qiang為中心的作者群之間有緊密的聯(lián)系，形成了穩(wěn)定的作者合作群。

（二）WoS的國家分析

在國家層面分析，進行知識圖譜共現(xiàn)得到了節(jié)點數(shù)N=61，連線E=134的國家合作圖譜。中國的頻次為344，中心性為0.33；美國的頻次為87，中心性0.33。中國與多個國家存在合作關(guān)系，如美國、英國、日本、比利時、意大利、加拿大等，其中與美國的合作最為緊密。美國也與多個國家存在合作關(guān)系，如英國、法國、西班牙、巴西、希臘等。在國家層面合作上，中國和美國已經(jīng)成為火災(zāi)數(shù)值模擬研究的主力軍。

四、基于知網(wǎng)和WoS熱點前沿分析

（一）關(guān)鍵詞分析

關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析表明了各個關(guān)鍵詞在同一篇文獻或者同一時間段內(nèi)被共同提及的頻率，揭示了該研究領(lǐng)域的研究熱點、研究趨勢。檢索中文文獻得到389個關(guān)鍵詞，754對連線關(guān)系，檢索外文文獻得到415個關(guān)鍵詞，2235對連線關(guān)系，如表1、表2所示。

從關(guān)鍵詞的頻次和中心性分析，國際上火災(zāi)風(fēng)險模擬的研究重點和熱點具有相似性和共通性，主要集中在“數(shù)值模擬、火災(zāi)、溫度分布、人員疏散、模型、隧道火災(zāi)”等，這些關(guān)鍵詞的高頻應(yīng)用意味著學(xué)者們更加關(guān)注火災(zāi)數(shù)值模擬，不同狀態(tài)下煙氣、溫度、人員疏散模擬，推動火災(zāi)數(shù)值模擬的研究的多元化發(fā)展。

在關(guān)鍵詞頻次統(tǒng)計的基礎(chǔ)上對關(guān)鍵詞進行更深一步的研究，如表3所示。把火災(zāi)數(shù)值模擬領(lǐng)域的研究分為以下四個部分：一是火災(zāi)數(shù)值模擬的基礎(chǔ)理論，主要是對影響火災(zāi)變化和發(fā)展的因素、研究人在不同場景下的逃生速度以及火災(zāi)疏散的方法進行研究；二是火災(zāi)數(shù)值模擬研究方法，主要是通過不同的模擬軟件進行建模構(gòu)建火災(zāi)場景，針對不同情形進行模擬；三是火災(zāi)數(shù)值模擬研究對象，主要是對不同的建筑物進行建模，根據(jù)該建筑物的結(jié)構(gòu)特點進行具體分析；四是火災(zāi)數(shù)值模擬的工程應(yīng)用，主要是針對不同應(yīng)用情況，利用火災(zāi)模擬對安全工程、火災(zāi)疏散、火災(zāi)救援、路徑規(guī)劃等問題進行研究。

（二）前沿分析

關(guān)鍵詞突現(xiàn)是某一時間段內(nèi)某個關(guān)鍵詞的使用頻率或被引用的頻次顯著增加的現(xiàn)象，可以用來反映該時間段內(nèi)某個研究領(lǐng)域的前沿和熱點[8]。將γ[0，1]設(shè)置為0.5，經(jīng)過突現(xiàn)分析，篩選出24個中文突現(xiàn)詞和45個英文突現(xiàn)詞，按照突現(xiàn)時間提取關(guān)鍵詞，如圖5和圖6所示。從圖中突現(xiàn)詞可以看出，火災(zāi)數(shù)值模擬研究經(jīng)歷了從理論研究、應(yīng)用實踐、再到理論和實踐相結(jié)合的發(fā)展階段。依據(jù)突現(xiàn)詞分布圖，可以預(yù)測：火災(zāi)數(shù)值模擬領(lǐng)域新的研究熱點將是火災(zāi)防控技術(shù)和計算機領(lǐng)域的元胞自動機等相結(jié)合算法。

結(jié)語

基于中國知網(wǎng)和Web of Science核心數(shù)據(jù)庫近10年有關(guān)火災(zāi)數(shù)值模擬的文獻數(shù)據(jù)，利用CiteSpace軟件進行關(guān)鍵詞、作者、機構(gòu)、國家的共現(xiàn)，繪制圖譜并進行深入分析，研究結(jié)論如下。從作者共現(xiàn)圖來看，高產(chǎn)作者有國內(nèi)的姜學(xué)鵬、于麗等和國外的Fan，Shenggang、Beji，Tarek等；從機構(gòu)來看，高產(chǎn)機構(gòu)有中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國家重點實驗室、重慶大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院、同濟大學(xué)等；從國家分布來看，高產(chǎn)國家是中國和美國，中國和美國與其他多個國家存在合作關(guān)系。通過對關(guān)鍵詞共現(xiàn)來看，主要集中在基礎(chǔ)知識、研究對象、研究方法、工程應(yīng)用這四個部分。其中，在工程應(yīng)用方面，數(shù)值模擬研究發(fā)揮著重要作用從發(fā)展趨勢來看，火災(zāi)數(shù)值模擬研究已經(jīng)初步構(gòu)建一個科學(xué)、系統(tǒng)的研究體系。隨著人工智能、機器學(xué)習(xí)、算法等科學(xué)技術(shù)的不斷進步與革新，火災(zāi)數(shù)值模擬領(lǐng)域的深度和廣度也將不斷得到拓展和提升，將有力推進防火科學(xué)的進步與發(fā)展。

參考文獻

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[8]李杰，陳超美.CiteSpace科技文本挖掘及可視化第2版[M].首都經(jīng)濟貿(mào)易大學(xué)出版社，2017.

作者簡介：

黃夢可（2001- ），女，漢族，湖北荊州人，碩士研究生，研究方向：工程管理。

通訊作者：

雷鳴（1974- ），男，漢族，湖北荊州人，博士研究生，教授，研究方向：工程管理。