基于文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)的建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)分析

摘 要：【目的】揭示國(guó)內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的研究進(jìn)展和應(yīng)用情況，驗(yàn)證建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)在整個(gè)土木工程建設(shè)周期中的核心作用?！痉椒ā窟\(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法，利用CiteSpace工具對(duì)2004—2024年CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)1 240篇文獻(xiàn)進(jìn)行文獻(xiàn)檢索與分析、關(guān)鍵詞分析、關(guān)鍵詞共現(xiàn)時(shí)間線分析和聚類圖譜的分析?！窘Y(jié)果】建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)文獻(xiàn)量上升，預(yù)示該領(lǐng)域蓬勃發(fā)展。“健康監(jiān)測(cè)”高頻出現(xiàn)，引領(lǐng)研究方向。時(shí)間線聚類顯示其從理論到實(shí)踐的演進(jìn)，關(guān)鍵詞聚類強(qiáng)化其核心地位，形成緊密協(xié)作的研究網(wǎng)絡(luò)?！窘Y(jié)論】利用建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)，經(jīng)文獻(xiàn)梳理、關(guān)鍵詞分析、時(shí)間線圖譜及聚類分析，展現(xiàn)了發(fā)展歷程，并成為研究熱點(diǎn)，引領(lǐng)了土木工程跨學(xué)科融合新趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)；文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)；CiteSpace

中圖分類號(hào)：TU398+.9" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " "文章編號(hào)：1003-5168（2025）02-0072-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.02.014

Abstract： [Purposes] This paper aims to reveal the research progress and application status of domestic building structural health monitoring， and to verify the core role of structural health monitoring technology in the entire civil engineering construction cycle.[Methods] Literature search and analysis， keyword analysis， keyword co-occurrence time line analysis and clustering graph analysis of 1 240 literature in CNKI database from 2004 to 2024 were conducted by using bibliometrics method and CiteSpace tool.[Findings] The amount of literature on building structure health monitoring technology increases， which indicates the vigorous development of this field. \"Health monitoring\" appears frequently， leading the direction of research. Time line clustering shows its evolution from theory to practice， and keyword clustering strengthens its core position and forms a close collaborative research network. [Conclusions] Using the building structure health monitoring technology， through literature review， keyword analysis， time line map and cluster analysis， the development history is shown， which has become a research hotspot， leading the new trend of interdisciplinary integration of civil engineering.

Keywords： building structural health monitoring; bibliometrics; CiteSpace

0 引言

隨著基礎(chǔ)設(shè)施的不斷建設(shè)和完善，工業(yè)和民用建筑行業(yè)已經(jīng)步入成熟和保養(yǎng)階段。在長(zhǎng)期的承載壓力、自然環(huán)境侵蝕、材料老化及疲勞損傷等多重因素作用下，建筑結(jié)構(gòu)普遍開(kāi)始出現(xiàn)損傷。此外，偶爾發(fā)生的自然災(zāi)害，如猛烈的臺(tái)風(fēng)、海嘯及具有破壞性的地震，也可能進(jìn)一步加劇建筑結(jié)構(gòu)的破壞，甚至導(dǎo)致其坍塌［1］。因此，為了確保工程結(jié)構(gòu)的安全性與持久性，降低維護(hù)成本，并延長(zhǎng)服務(wù)年限，建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生［2］。

文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)作為圖書(shū)館學(xué)和情報(bào)學(xué)研究的一個(gè)分支，融合了數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)和文獻(xiàn)學(xué)的知識(shí)。其通過(guò)定量的方法來(lái)描述、評(píng)估和預(yù)測(cè)學(xué)術(shù)領(lǐng)域的當(dāng)前狀況及其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，展現(xiàn)出了明顯的客觀性、數(shù)量化和模型化的特征［3］。本研究聚焦于建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)這一特定領(lǐng)域，運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法對(duì)1 240篇文獻(xiàn)進(jìn)行了可視化分析。

最終的分析揭示，高頻關(guān)鍵詞深化了對(duì)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)功能的理解，強(qiáng)化了其重要性認(rèn)知，并提升了建筑安全與可靠性保障能力；時(shí)間序列圖和聚類分析圖展示了建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)研究的跨學(xué)科特性和持續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，尤其是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅猛發(fā)展的大背景下，建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)逐漸演變?yōu)橐环N新興的技術(shù)手段。研究成果不僅能為相關(guān)領(lǐng)域的研究人員提供參考，而且為推動(dòng)建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)技術(shù)的創(chuàng)新與優(yōu)化貢獻(xiàn)力量，促進(jìn)對(duì)該領(lǐng)域的研究向更加精準(zhǔn)、智能、高效的方向邁進(jìn)。

1 文獻(xiàn)檢索與分析

CiteSpace是一款基于Java編程語(yǔ)言的信息分析與數(shù)據(jù)可視化軟件，其專門用于對(duì)科學(xué)文獻(xiàn)的分布情況及其發(fā)展變化進(jìn)行量化分析和視覺(jué)呈現(xiàn)［4］。CiteSpace作為一款研究工具，廣泛應(yīng)用于追蹤和剖析當(dāng)前的研究動(dòng)態(tài)和熱門議題［5］。本研究借助CiteSpace工具，并以CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)作為文獻(xiàn)檢索的來(lái)源，圍繞“建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)”這一主題進(jìn)行了文獻(xiàn)檢索，涵蓋了從2004年1月至2024年8月的時(shí)間段。在篩選掉不相關(guān)的文獻(xiàn)之后，最終選取了1 240篇論文進(jìn)行深入分析。文獻(xiàn)發(fā)布時(shí)間分布如圖1所示，其清晰地揭示了自2004年以來(lái)，建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的文獻(xiàn)數(shù)量雖有波動(dòng)，但總體上呈上升趨勢(shì)。這一現(xiàn)象反映出，隨著經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展和國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的日益完善，建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)作為一個(gè)新興的研究領(lǐng)域正在持續(xù)進(jìn)步，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)此領(lǐng)域的研究興趣也在不斷提升。

2 關(guān)鍵詞分析

本研究利用CiteSpace 軟件進(jìn)行了關(guān)鍵詞分析，對(duì)出現(xiàn)頻率至少為10次的關(guān)鍵詞實(shí)施了共現(xiàn)聚類分析，形成了大約6個(gè)主要的聚類，每個(gè)聚類以不同的顏色來(lái)標(biāo)識(shí)一個(gè)研究焦點(diǎn)。分析的理論基礎(chǔ)在于，關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻率越高，其重要性越大，相應(yīng)地，其在圖中的圓圈也越大；不同的顏色則代表不同的研究主題。關(guān)鍵詞的頻率和中介中心性排名詳見(jiàn)表1。建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的關(guān)鍵詞聚類結(jié)果如圖2所示。

3 基于關(guān)鍵詞共現(xiàn)時(shí)間線分析

研究熱點(diǎn)指的是學(xué)術(shù)界在某一研究領(lǐng)域的探索過(guò)程中所聚焦的重點(diǎn)，它們通常也是討論和交流的集中議題［6］。文章的核心內(nèi)容主要圍繞關(guān)鍵詞展開(kāi)，并通過(guò)這些關(guān)鍵詞來(lái)探究特定領(lǐng)域的熱門議題。利用CiteSpace軟件進(jìn)行關(guān)鍵詞共現(xiàn)時(shí)間線分析結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，基于CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)的建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域隨時(shí)間推移的擴(kuò)展情況，相關(guān)研究主要?jiǎng)澐譃?4個(gè)聚類。圖中圓圈的大小與關(guān)鍵詞的權(quán)重成正比，同時(shí)也與研究的時(shí)間跨度成正比，即圓圈越大，表示其研究時(shí)間跨度越長(zhǎng)。對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，從早期的健康監(jiān)測(cè)、損傷識(shí)別、損傷診斷、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等主題，發(fā)展到當(dāng)前的可視化、模態(tài)分析、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。圖3進(jìn)一步揭示，健康監(jiān)測(cè)占據(jù)了研究的主導(dǎo)地位，這從側(cè)面反映出健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的研究已經(jīng)從早期的監(jiān)測(cè)技術(shù)擴(kuò)展到了更智能的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)模式。未來(lái)，該領(lǐng)域的研究方向預(yù)計(jì)將逐漸轉(zhuǎn)向更加智能化的建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)。

4 基于聚類圖譜的分析

聚類分析通過(guò)從文獻(xiàn)的摘要、標(biāo)題或關(guān)鍵詞中提取名詞術(shù)語(yǔ)，將收集到的文獻(xiàn)計(jì)量數(shù)據(jù)劃分為不同的類別。

在聚類圖中，不同的顏色通常用來(lái)標(biāo)識(shí)不同的組別。聚類是一種無(wú)監(jiān)督的學(xué)習(xí)方法，它通過(guò)將數(shù)據(jù)集中的元素進(jìn)行分組，使得同一組內(nèi)的元素在彼此之間相較于其他組的元素具有更高的相似性。建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的關(guān)鍵詞聚類圖譜如圖4所示，可以觀察到共有16個(gè)聚類：#0 健康監(jiān)測(cè)，這是圖中最大的聚類，凸顯了建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)研究的核心議題，覆蓋了結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)研究領(lǐng)域；其他的聚類均與健康監(jiān)測(cè)有著密切的聯(lián)系，其中收集到的文獻(xiàn)信息主要集中在傳感器、壓電陶瓷、小波分析、損傷識(shí)別等方面。因此，圖4揭示了建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域不僅包括基礎(chǔ)理論研究，也涵蓋應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)，這表明該領(lǐng)域具有跨學(xué)科的交叉特性和持續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)。

5 結(jié)論

本研究依托CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量分析工具CiteSpace，對(duì)2004—2024年建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的文獻(xiàn)進(jìn)行了深入研究，得出以下結(jié)論：①通過(guò)對(duì)比分析建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的文獻(xiàn)發(fā)表量趨勢(shì)，可以發(fā)現(xiàn)該研究領(lǐng)域逐漸受到國(guó)內(nèi)學(xué)者的廣泛關(guān)注，整體趨勢(shì)向上；②對(duì)高頻關(guān)鍵詞的探究對(duì)于推動(dòng)建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用和進(jìn)步具有重要意義；③時(shí)間線圖譜和聚類圖揭示了建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域展現(xiàn)出跨學(xué)科融合的特點(diǎn)和持續(xù)發(fā)展的態(tài)勢(shì)，尤其是在基礎(chǔ)設(shè)施日益完善的大環(huán)境下，建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)逐漸發(fā)展成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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