基于CiteSpace软件的绿色建筑知识图谱分析

张琳，陈立文，曹江红，张友全

（1.山东建筑大学 管理工程学院，山东 济南250101；2.河北工业大学 经济管理学院，天津300401）

0 引言

在不断加速的城市化进程中，建筑业高投入、高消耗、高排放和低效率的粗放式发展方式给经济社会造成了巨大的隐患［1］。绿色建筑能促进人、自然与建筑之间的协调发展，引起了世界范围内学者的关注，形成了大量的研究成果。何清华以web of science数据库中SCI和SSCI引文索引的591篇文献为数据源，分析了国外数据库中绿色低碳建筑研究的知识图谱［2］，将知识图谱的研究方法引入了绿色建筑研究领域。但目前尚未发现以中文数据库收录的绿色建筑文献为样本，利用知识图谱理论的可视化技术，系统而全面地梳理我国绿色建筑既有研究成果的文章。对绿色建筑知识图谱的分析研究为把握绿色建筑领域的发展趋势和研究热点提供了数据依据，为绿色建筑的发展提供了理论参考。文章采用Citespace软件，分析了绿色建筑领域的热点、前沿和发展趋势，有利于构建绿色建筑研究知识库，为学者更快捷地了解绿色建筑研究现状及深入地开展绿色建筑前沿研究提供借鉴和参考。

文章以2000～2015年间CNKI数据库收录的中文核心期刊及行业影响较大的期刊《建筑经济》、《建筑节能》、《工程管理学报》中的978篇中文文献为数据源，采用Citespace软件技术，通过软件附带的文献计量方法、数据挖掘算法和信息可视化方法，呈现绿色建筑研究的知识图谱。

1 数据来源与Citespace软件概述

1.1 数据来源

文章数据来源于CNKI数据库中上述期刊中收录的文献，数据获取时间为2017年3月26日。关键词设定为“绿色建筑“或“低碳建筑”或“可持续建筑”或“生态建筑”，时间段设定为“2000～2015”，共检索到1666条。逐条对文献进行检验，人工剔除资讯类信息、会议类信息、访谈及重复文献等无效信息后，经筛选共得到有效文献978篇，作为绿色建筑知识图谱分析的主要数据。

1.2 Citespace软件概述

2004年，陈超美开发了Citespace软件系统，通过绘制科学技术领域发展的知识图谱的方法，可视化地展现科学知识领域的信息全景，识别特定学科研究领域中的关键文献、热点研究和前沿方向［3］。Citespace软件系统易于操作、一目了然并具有丰富美观的可视化效果等优点，已广泛应用于生命科学、生物医学、食品、管理学、教育学等领域。

2 基于CiteSpace的绿色建筑知识图谱分析

2.1 文献数量时间知识图谱分析

对有效文献进行初步的年度统计分析，形成对绿色建筑研究领域的初步认知，有助于掌握研究所处阶段和发展动态［4］。在观察期（2000～2015年）内，国内与绿色建筑研究相关的文献数量在2000～2008年呈波动式增长，从2000年每年不足20篇到2008年的近40篇，说明此阶段绿色建筑研究刚刚起步，已引起国内学术界的关注；随后2008～2012年间文献数量整体上呈递增的态势，2012年研究成果达140篇，更多的研究者进入绿色建筑研究领域，研究热度不断升高；2013～2014年间绿色建筑研究文献数量急剧下跌的现象，表明对绿色建筑的研究出现了短期的缩减，可能与2013年实施的房地产调控市场化改革有关，住宅投资增速下降，绿色建筑研究随之也进入瓶颈阶段；2015年绿色建筑研究文献发表数量又大幅度上升，标志着绿色建筑研究经过短期停滞后再次成为研究热点，如图1所示。

图1 出版文献数量图

2.2 绿色建筑载文期刊知识图谱分析

由于CiteSpace软件无法对CNKI数据源进行期刊共被引分析，研究直接利用CNKI原始数据对绿色建筑的载文期刊进行描述性分析。2000～2015年间载文量前10位的期刊名录见表1。其中，《建筑学报》、《建筑节能》、《施工技术》等期刊是载文最多的期刊；《建筑科学》、《工业建筑》、《城市发展研究》和《给水排水》等均为双核心期刊；《建筑经济》虽为普通期刊，但其复合影响因子值达到了1.143。期刊文献反映出绿色建筑的研究重点，从单一的绿色建筑设计、绿色建筑施工技术到绿色建筑经济与管理等方面，表现出了多元化发展的特点。

表1 前10位载文期刊源表

2.3 主要机构和作者知识图谱分析

通过统计主要机构和对作者分布的分析，有助于找出绿色建筑研究领域更具有研究力量的机构和作者。在CiteSpace软件主界面上，Node Types设置为Institution，绘制主要机构网络聚类图谱，如图2所示。图谱节点处机构名字字体越大表示机构发文量越多。结果显示，国内绿色建筑的研究机构以高校和研究院为主，发文前3名的机构分别为中国建筑科学研究院（共21篇）、清华大学（共19篇）和天津大学（共18篇），说明国家重点高校和综合实力较强的研究院为绿色建筑发文主阵地。图2中主要聚类包括清华大学、重庆大学、中国建筑科学研究院和天津大学，以及规模相对较小的群组。

图2 主要机构网络聚类图谱图

在CiteSpace软件主界面上，Node Types设置为Author，绘制主要作者网络聚类图谱，图谱节点处作者名字字体越大表示作者发文量越多，如图3所示。发文量排前几位的作者基本来自高等院校或研究院，刘加平院士是我国绿色建筑学科的主要学术带头人之一，在西部低能耗与绿色建筑模式、地域性民居建筑再生与发展等方面取得了突出研究成果，建立的黄土高原绿色住区示范基地，实现了绿色建筑与自然环境的“天人合一”；柴宏祥在绿色建筑节水项目技术措施和经济性评价方面发表一系列高水平研究成果［5-7］；秦旋在绿色全寿命周期内绿色建筑风险测量及评价方面进行实证研究，弥补了绿色建筑项目管理实证研究的不足［8-9］；孙大明针对我国绿色建筑增量成本的调查分析的文献也获得了较高的引用量［10-11］。

图3 作者网络聚类图谱图

2.4 关键词和研究热点知识图谱分析

使用CiteSpace软件对研究对象的关键词进行分析，关键词图谱能在一定程度上展示绿色建筑研究的热点领域，频次较高的关键词常为研究热点问题［12］。为了提高共现词聚类准确度，将绿色建筑评价标准（评价体系、评估体系、绿色建筑评价、评价指标体系、绿色建筑评价标准、绿色建筑评价体系）、绿色建筑激励机制（经济激励、激励政策、政策激励）、演化博弈（进化博弈、非对称博弈、博弈分析、博弈论、博弈模型）等同类关键词进行合并，Node Type选择为keyword，阈值设置为15后，运行软件得到关键词知识图谱，出现频次越高的关键词在图谱中节点越大，如图4所示。其中，“绿色建筑”出现频次最高，其次为“评价标准”、“可持续发展”、“建筑节能”和“绿色施工”等。

图4 绿色建筑研究关键词图谱图

按照关键词频次前10位排序统计，分布状况见表2。结合关键词知识谱图可见，我国绿色建筑研究成果主要围绕国内外绿色建筑评价、建筑节能、绿色施工、可再生能源、生态城市和绿色建筑激励机制等方面，而结合信息化和产业化背景、绿色建筑BIM技术应用、绿色建筑与住宅产业化和装配式建筑的研究成果较少。

表2 关键词频次排序表

2.5 突发主题知识图谱分析

利用CiteSpace软件提取研究文献中的突发词，相比于传统的高频关键词分析，突发主题更适合探测学科发展的新兴趋势和突然变化［13］。在CiteSpace软件界面中，f（x）值设为 3，Minimum Duration设为1，得到10个突发性共现词，见表3。其中，年份为这个共现词首次出现的年份；强度代表突发强度；开始时间结束时间代表突发的时间段，表明共现词在突发时间段内成为研究热点。

2000～2001年间可持续发展、绿色建材、生态环境等主题的出现时间较早，符合绿色建筑早期侧重于绿色建筑技术、设计和建材的研究情况，并形成了较多且成熟的研究成果；2010～2011年全寿命周期、低碳城市和激励机制等研究主题的出现符合绿色建筑发展从单体建筑到绿色生态城区的转化时期的特点，以及从政府的角度制定经济激励措施引导绿色建筑规模化推广的现实；2012年绿色建筑技术研究再次成为研究热点，成熟的绿色技术是绿色建筑的基本保证。而2012～2014年可再生能源、评价指标和增量成本成为近3年的热点研究主题。

2.6 关键词共现网络聚类知识图谱分析

在关键词共现图谱的基础上，通过 Loglikelihood ratio的 p-leve算法［14］，对关键词聚类进行自动标识，CiteSpace软件将关键词聚类成25类，选取其中较大的7个聚类为研究对象，如图5所示。Modularity是网络模块化的评价指标，数值越大，表示网络聚类越显著，当Modularity＞0.3就说明网络社团显著，由图5可知 Modularity网络图值 Q为0.7339，符合要求。Silhouette用来衡量网络同质性的指标，越接近1，同质性越高。当 Silhouette＞0.7时，表示具有高信度；Silhouette＞0.5时，即可认为聚类是合理的。由图5可知网络图值Silhouette为0.687，满足软件的要求。关键词共现网络聚类详细信息，见表4。聚类0到6包含152个至28个节点，S值在0.853～0.996之间，说明所有的聚类规模理想，主题比较明确。选择其中前3位的关键词共现聚类进行详细分析。

表3 关键词频次排序表

图5 绿色建筑关键词共现网络聚类图谱图

表4 共现词网络聚类表

（1）既有建造绿色改造

目前国内既有建筑的总建筑面积已超过500亿m2，但其中绿色建筑的面积仅为1.627亿m2［15］。绝大多数既有建筑是存量的非绿色建筑，存在能源消耗量大、工作生活舒适性差和社区使用功能有待提升等问题。有关文献研究了既有建筑改造中技术、市场机制、综合效益和激励机制等方面的问题，包括对国内既有建筑改造结构与功能材料的应用及发展的分析［16］、对国内既有建筑改造市场研究及运行机制设计的分析［17］、对节能改造项目综合效益评价研究动态的分析［18］和对既有建筑节能改造市场发展协同激励模型及实施路径分析［19］。李百战针对既有建筑绿色化改造所涉及的问题提出从政策层面、环境层面、社会层面和技术层面等方面制定改造技术策略［15］；郭汉丁团队是国内既有建筑改造研究的高产团队，在既有建筑市场发展激励路径、既有建筑节能改造项目风险管理、风险共担机理、节能改造政策有效性评价、综合效益评价、政策法规体系构建和合同能源管理贡献大量的研究成果［18-19］。2016年，中央城市工作会议提出“城市修补”，城市老旧小区绿色化改造是增加我国有效投资的新途径［20］，既有建筑绿色改造预期将成为绿色建筑下一个阶段的研究热点问题。

（2）绿色建筑评价

绿色建筑评价一直备受国内外关注，文献数量位居首位。自2006年我国第一部绿色建筑评价标准GB／T 50378—2006《绿色建筑评价标准》出台，国内学者研究了不同的绿色建筑评价方法，包括采用综合评价方法、评价指标体系、层次分析法与专家分析咨询法等，提出了适合我国国情的绿色建筑评价体系研究［21］；通过比较分析英国的 BREEAM（Building Research Establishment Environmental Assessment Method）、美国的 LEED（Leadership in Energy Environment Design）、加拿大的 GBC（Green Building Challenge）、澳大利亚的 NABERS（National Australian Building Environmental Rating System）、日本的CASBEE（Comprehensive Assessment System for Building Environmental Efficiency）等发达国家较为成熟的绿色建筑评价体系优点和局限性，为我国绿色建筑标准的改进提供了参考［22］。2015年1月1日 起，实 施 GB／T 50378—2014《绿 色 建 筑 评价标准》，之后出现新一轮绿色建筑评价的研究热潮，包括新版《绿色建筑评价标准》纵横比较研究［23］，应用群层次分析法和证据推理法绿色建筑评价［24］，基于博弈论与神经网络的绿色建筑评价［25］，基于综合评判法［26］。总体上看，采用复杂的评价工具和方法开展绿色建筑评价，使得评价过程更加准确。

（3）绿色生态设计与教学理念

国内自大力推行绿色建筑以来，学术领域取得了丰硕的研究成果。同样，绿色建筑生态设计与教学也成为诸多高等院校和科研机构教学和研究的重点，成立了分别由西安建筑科技大学、山东建筑大学和天津城建大学主导的陕西省西部、山东省和天津市绿色建筑协同创新中心，集聚高等院校、科研机构、设计院和企业的优势力量，成为绿色技术研发、示范推广的产业基地。高等院校需要与时俱进地完善可操作性强的绿色建筑设计理论与方法，培养符合时代要求的绿色建筑领域专业人才。研究成果包括基于BIM信息化技术合理制定绿色建筑技术的教学目标，将“绿色”措施融入到专业课程中［27］；探讨绿色建筑设计教学模式，提出以整体设计、专业融合为核心的“并行式”的绿色建筑设计教学实践，培养绿色建筑设计人才［28］；湖北工业大学成立绿色建筑虚拟仿真实验教学中心，研究团队构建绿色建筑虚拟仿真实验框架，从教学内容、平台、共享机制和管理机制4个方面发挥虚拟仿真中心实验教学和科研的作用［29］。

（4）住宅产业化，成本效益预测

绿色建筑的建造涵盖建筑设计、绿色建材、绿色技术等方面，在工厂中建造绿色建筑部件后现场安装可减少现场作业，降低二氧化碳的排放量。因此住宅产业化是发展绿色建筑的重要途径之一，但是住宅产业化刚刚起步，存在核心技术尚不成熟，住宅产业化部品生产与住宅建设脱节，产品的使用与工程技术脱节，住宅工程质量难以保证的问题［30］。结合住宅产业化技术的成本效益分析，绿色建筑技术集成住宅产业化的发展将有广阔的发展空间。

（5）绿色施工和节能减排

绿色建筑与绿色施工的范围以及绿色施工各种评价方法相关，大型施工企业在《施工技术》发表了大量绿色施工的论文，多偏向于工程项目实践研究。

在经济发展新常态和供给侧改革不断深化的背景下，政府承担节能减排和温室气体释放降低的社会责任。如何引导开发商供应绿色住宅，抑制高污染、高能耗和高排放的低端建筑产品供应，推动我国建筑行业可持续健康发展，将成为房地产绿色转型的一个重要方向。

（6）绩效综合评价

在绿色建筑全寿命周期内，应重视运营阶段的经济效益、环境效益和社会效益，培训并组建专业化的绿色建筑物业管理团队，去除消费者对绿色建筑产品效益后验性的顾虑，引导消费者理性购买绿色建筑，逐步形成成熟的绿色建筑市场。

3 结论

文章采用CiteSpace软件的可视化技术，绘制了2000～2015年国内绿色建筑研究的知识图谱，研究结果表明：

（1）通过对绿色建筑载文期刊的知识图谱分析得知，绿色建筑的研究重点呈现出从单一的绿色建筑技术、绿色建筑施工技术研究演变为多维度多视角交叉融合的研究趋势；

（2）通过关键词和研究热点、突发主题分析及关键词共现网络聚类知识图谱分析得知，我国现阶段绿色建筑研究包含既有建筑绿色改造、绿色建筑评价、绿色建筑设计与教学模式、住宅产业化、绿色施工、温室气体排放和绿色建筑综合绩效评价7大研究热点问题。

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