基于CNKI的地下综合管廊研究文献计量分析

韦海民， 贺广学

(西安建筑科技大学 管理学院， 陕西 西安 710055)

地下综合管廊作为集中敷设市政管线的公共隧道，可以有效解决传统管线敷设带来的“拉链马路”、交通堵塞、环境污染等诸多“城市病”顽疾，是保障城市可持续发展的市政基础设施重点工程和“生命线”[1]。根据《全国城市市政基础设施建设“十三五”规划》的总体指导思想，我国应把市政基础设施建设作为深化供给侧结构性改革的重要举措之一。从综合管廊建设规模和发展经验来看，综合管廊已成为城市现代化的重要标志。此外，在智慧城市、海绵城市及城市土地集约化利用的背景下，建设综合管廊成为其重要的载体。英、法等欧洲国家及日本最早在综合管廊研究方面取得突出成果，相关研究更多集中在综合管廊后期的运维管理方面[2]。国内(大陆)综合管廊的发展起步较晚，目前虽取得一定的研究成果，但相关研究有待进一步深入，需要进行系统的工程和理论研究。

近年来，随着我国综合管廊爆发式的发展[3]，综合管廊研究成果不断涌现，纵观众多研究内容，关于综合管廊综述方面的研究主要是以某个特定的视角进行文献评述。以综合管廊为主题的综述研究主要包括综合管廊建设发展[3～7]，综合管廊防水设计[8]，综合管廊施工技术[9]，综合管廊运维管理[10,11]等方面，以上研究偏建设实践方面，主要以部分文献定性研究其特定方面的现状，缺乏基于文献视角的量化研究，为了全面认识综合管廊领域的研究现状、研究热点及前沿，有必要对综合管廊研究领域的文献进行可视化研究，从而全面直观地反映地下综合管廊的研究特征及研究热点前沿。

鉴于此，本研究以CNKI(2003—2018年)数据库中与综合管廊研究相关的核心论文为研究样本，基于文献计量学和科学知识图谱，运用可视化软件CiteSpace Ⅴ分析我国综合管廊领域的研究特征、研究热点及前沿，勾勒出国内地下综合管廊研究的全貌，以期为今后综合管廊领域的学术研究与实践应用提供参考及导引。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究方法

本研究以文献计量学理论为基础，对收录于CNKI数据库的关于综合管廊研究的文献特征、研究热点及前沿进行分析。文献特征分析中除了应用CiteSpace Ⅴ可视化工具之外，还涉及采用数理统计的方法。CiteSpace Ⅴ软件是Chen[12]教授采用Java语言开发，通过绘制知识图谱以可视化的方式来呈现某一学科领域的研究热点及前沿。

1.2 数据来源

本研究以CNKI数据库中的核心期刊论文为数据来源，文献检索时间为2018年7月26日。由于综合管廊作为新兴的城市基础设施发展时间较短，为全面囊括综合管廊研究的内容，检索方式采用主题检索，时间范围选取2003—2018年。在中国知网期刊板块的高级检索模式下，在检索条件处输入“综合管廊”或“共同沟”或“综合管沟”作为主题词进行检索，检索得到原始文献415篇，经过人工识别及筛选，剔除通知、征稿及无关文献等无效记录，经软件去重后，最终获得349篇相关文献作为分析数据。

2 地下综合管廊研究的文献特征分析

2.1 文献时序分析

对我国综合管廊研究的文献进行数量统计，探寻管廊研究在时间序列上的分布特征。国内综合管廊研究2003—2018年文献数量随时间变化情况如图1所示。2003年以前，国内综合管廊研究没有形成重要文献，研究基本处于空白状态，张红辉[13]于2003年首次对综合管廊工程设计进行研究。2003年之后，文献数量不断得到丰富，其中，2003—2008年处于起步阶段，2008年发文数量上升到9篇；2009—2014年处于发展阶段，2010年发文量高达19篇，这与当期对广州大学城共同沟、上海世博会园区综合管廊等相关研究紧密相关，此外，由于2011年国内部分城市频繁遭受内涝灾害，引发了人们对城市地下管网排洪不足的思考，促进了综合管廊在城市的进一步发展；2015—2018年处于爆发阶段，发表文献量呈指数型增长，2017年发文数量达到109篇，截止2018年7月发表论文数量已达到77篇，文献数量显著上升。国家相关政策的大力扶持，使2015年成为综合管廊研究文献数量突变及近几年发文数量剧增的直接原因。

图1 综合管廊研究文献时序分布

2.2 涉及期刊及领域分析

对我国综合管廊研究的文献进行期刊分布统计，挖掘管廊研究的高质量期刊，分析相关文献的期刊分布特征。以收录文献数量阈值为3进行期刊筛选，最终得到23种期刊，共计收录280篇论文，占总数据的80%。从图2中可见，收录综合管廊文献最多的四类期刊为《地下空间与工程学报》《中国给水排水》《给水排水》《施工技术》，分别为27，30，58，61篇，占总文献量的50.4%，是综合管廊研究发文的主要期刊。《地下空间与工程学报》《中国给水排水》《给水排水》收录综合管廊相关研究内容时间较早从2004年左右开始，侧重于地下空间、市政管线、规划设计、安全、法律法规、建设管理、投融资模式、运营管理等方面的内容，是综合管廊研究发文的权威期刊，具有很深的影响力；《施工技术》收录综合管廊相关研究内容时间较晚从2013开始，更倾向于施工技术方面，是综合管廊工程技术研究发文的主要阵地。其余收录文献较多的期刊为《建筑技术》《建筑经济》《隧道建设》《规划师》《测绘通报》等19类，文献数量均在3篇以上。这些期刊中大部分期刊收录综合管廊相关文献较晚，收录文献内容有限，论文篇数也较少。基于上述期刊分布情况可知，有关地下综合管廊研究主要集中在建筑科学、城乡规划领域，也涉及管理学、经济学、交通运输、工业经济学、地震学、安全科学等多个领域。

图2 综合管廊研究期刊分布

2.3 研究团队识别

文献产出水平在一定程度上反映研究者的学术能力和贡献，通过作者合作网络分析可以识别出某研究领域主要的研究团队，呈现不同研究者之间的合作关系。设置时间切片为1年，选取作者为节点类型，采用CiteSpace Ⅴ绘制综合管廊研究作者合作网络图谱，如图3所示。从整体合作团队来看，综合管廊研究作者合作较为显著的团队有：以中国建筑第二工程局陈博、李海龙为主的研究团队；以同济大学李杰、陈隽、薛伟辰、胡翔为主的研究团队；以东北大学王述红为主的研究团队；以深圳大学方自虎为主的研究团队；以北京市政工程设计研究院范翔为主的研究团队；以深圳市城市规划设计研究院刘应明为主的研究团队等，合作基本仅局限于某研究团体内部，跨团体合作关系不显著。从发文时间来看，早期研究成果较多的作者为李杰、陈隽、方自虎等，近期研究成果显著的作者为陈博、薛伟辰、刘应明、王恒栋、范翔、王述红等。从发文数量来看，发文最多的作者为薛伟辰，达到9篇，其次为李杰、胡翔、刘应明、陈隽、李海龙、石立国、王恒栋、油新华、范翔、王述红、方自虎、武迪、韦海民等，均在4篇以上。

图3 综合管廊研究作者合作网络图谱

2.4 研究机构及研究力量分析

机构网络关系可以呈现不同机构之间在学术研究领域的合作关系及文献贡献。基于作者合作分析设置，将节点类型选为机构，绘制机构合作网络图谱，如图4所示。从图中分析可得，综合管廊研究文献贡献量最多的单位为同济大学，达到26篇，其次发文量较多的单位依次为中国建筑第二工程局、上海市政工程设计研究院、西安建筑科技大学、北京市政工程设计研究院等，研究机构主要集中在高校、市政设计研究院及建筑施工企业。从整个机构合作网络来看，同济大学作为该领域机构合作最活跃的科研单位，学术影响力大，其余大部分研究机构仅局限于本单位或与个别机构合作，研究机构跨区域合作关系较弱，研究深度与广度受到局限。此外，可以发现上海市政工程设计研究院、同济大学、深圳大学早期研究成果较多；中国建筑第二工程局、西安建筑科技大学近期研究成果显著增加，成为研究的新生力量。

图4 综合管廊研究机构合作网络图谱

研究机构所处区域可以反映该领域研究力量分布状况。根据图4识别出综合管廊研究发文量在4篇及以上的研究机构，如表1所示。从研究机构所处区域分布来看，综合管廊研究力量区域分布不均衡，所占比例最高的为华东地区，高达50%，其次为华北、华南、西南、东北、西北地区，占比分别为25%，10%，5%，5%，5%，其中，华中地区并无显著研究机构，表明尚未形成重要研究成果。分析得出，综合管廊领域高产出研究机构大部分处于东部地区，这些地区经济发达，较早开展了综合管廊建设与运营探索，并积累了宝贵的发展经验。而我国中西部地区综合管廊建设起步较晚，研究力量薄弱，但这些地区综合管廊建设需求和市场潜力巨大，需加大研究投入力度，以便更好地助力于中西部地区综合管廊的发展。

表1 综合管廊领域高发文研究机构分布

2.5 地下综合管廊高被引文献分析

高被引的经典文献可以反映研究领域的知识基础及发展脉络。从图3的知识图谱中，根据中介中心性及被引频次指标，识别出综合管廊研究领域影响力较深的高被引经典文献，如表2所示。通过深入剖析该研究领域的基础知识，分析不同学者专家对综合管廊领域的研究贡献。研究得出：胡敏华等[14]基于系统工程理论提出层次化和模块化的综合管廊规划设计概念及方法，并分析了综合管廊规划的主要原则，指出规划作为有效运用综合管廊的关键所在。王璇等[15]在综合管廊规划设计上的相关研究，对我国综合管廊规划与设计的规范及标准形成具有重要意义。钱七虎等[6]在梳理国内外综合管廊发展现状的基础上，指出我国综合管廊发展中存在的问题并提出相关对策，为我国综合管廊建设及运营提供了重要的参考价值。史晓军等[16]通过振动台试验对综合管廊抗震性能进行研究，试验结果为抗震设计规范提供参考依据，弥补了我国在综合管廊抗震研究方面的不足。胡翔等[17]以上海世博会园区综合管廊为研究对象，通过模型试验对预制预应力综合管廊的受力性能进行研究，研究成果促进了预制预应力综合管廊的发展，为装配式管廊的研究奠定了基础。王江波等[18]对我国台湾地区综合管廊的法律制度体系进行深入研究，研究成果为大陆综合管廊建设提供了有益的借鉴，并推动了相关立法事宜的思考与步伐。桂小琴等[19]基于博弈视角对综合管廊建设费用的分摊进行研究，并设计了管廊建设资金分摊的激励机制，对有效解决综合管廊的融资难题具有很高的参考价值和现实意义。王曦等[20]运用博弈理论构建了综合管廊管理者和管线单位收费的博弈模型，在综合管廊收费定价机制以及收费影响因素的分析基础上，提出了科学合理的入廊收费对策。田强等[21]基于典型案例采用有无对比法较为深入地测算了综合管廊的经济效益，研究成果有助于凸显综合管廊建设的综合效益，使综合管廊建设的可行性得到进一步深化，对管线单位入廊具有促进作用。姜天凌等[22]将BIM(Building Information Modeling)技术运用于综合管廊设计和施工阶段，通过三维设计建模模拟施工过程，提高了设计、施工的效率和质量，为BIM等信息技术在综合管廊领域的应用奠定了基础。范翔[23]结合工程实例对综合管廊重要节点的设计进行深入总结分析，提出的设计原则对综合管廊关键节点设计具有重要的参考意义。谭忠盛等[24]基于国内外综合管廊建设管理模式的对比研究，提出将PPP(Public-Private Partnership)模式引入我国综合管廊建设领域并建立基于物业化管理的运营管理模式的观点。刘慧慧等[25]运用物有所值(Value For Money，VFM)方法评价PPP模式应用于综合管廊的可行性，构建了VFM评价模型，并进一步验证了该方法的适用性。

表2 综合管廊领域高被引经典文献

3 地下综合管廊研究热点与研究前沿

3.1 研究热点分析

关键词共现分析作为CiteSpace计量分析的重要功能，通过绘制关键词的知识图谱，以可视化的方式识别出综合管廊研究的热点和前沿[26]。参数设置如下：时间切片设置为1年，节点类型为“Keyword”，阈值采用g-index(K=10)，网络裁剪选择Pathfinder，网络中节点采用年轮树显示，绘制综合管廊研究关键词共现图谱，如图5所示。图谱中共形成227个节点，337条连线，网络密度为0.0133，不同的节点代表不同的关键词，关键词出现的频次用节点年轮树的厚度和相应名称的大小进行表示，关键词之间的共现用节点之间的连线表示，不同的颜色则代表关键词在相应年份里出现。根据频次和中心性的大小，得到排名前30的关键词，如表3所示。

图5 综合管廊研究关键词共现图谱

序号关键词频次中心性1综合管廊1930.742地下综合管廊520.373共同沟320.454城市综合管廊200.035地下空间190.246地下工程190.157施工技术170.038综合管沟160.149BIM160.110PPP160.0811PPP模式150.0912运营管理120.0513数值模拟100.2114预制拼装80.0215GIS70.0916设计60.1317规划60.0718市政管线50.0619规划布局50.0320有限元分析50.0821节点设计50.0322振动台试验40.0423城市地下管线40.1124节点40.0725基坑40.0626收费定价40.0327铝合金模板40.0228预制混凝土30.0229定价机制30.0130污水管道30.02

从图5和表3中可以看出，“综合管廊”作为文献检索主题词出现频次最高，达到193次；“地下综合管廊”“城市综合管廊”作为综合管廊的同类词，频次分别为52，20；“共同沟”“综合管沟”作为文献检索主题词，出现频次分别为32，16；其次，“地下工程”“地下空间”“施工技术”“BIM”“PPP”“PPP模式”“运营管理”“数值模拟”分别以19，19，17，16，16，15，12，10的频次位居其后。表3中所列出的关键词涉及的内容基本涵盖了综合管廊研究的主要方面。

基于综合管廊研究的关键词知识图谱及高频关键词分析得出，除综合管廊、地下综合管廊、共同沟、城市综合管廊、地下工程、地下空间、施工技术、BIM、PPP模式等关键词相对突出之外，其余方面显示出较低的关注度。在关键词共现分析的基础上，采用LLR算法进行聚类分析，从关键词中提取聚类名称，得到关键词聚类图谱，如图6所示。图谱中结果显示，网络模块度Q为0.7414，具有显著性；网络同质性S为0.6371，聚类匹配程度较好。聚类共形成30个模块，较为显著的有数值模拟(#0)、综合管廊(#1)、共同沟(#2)、施工技术(#3)、综合管沟(#4)、地下空间(#5)、BIM(#6)、PPP模式(#7)、PPP(#8)、预制混凝土(#9)，各聚类内部的S取值在0.826～0.973范围内，值接近1，聚类同质性很好。根据关键词共现和聚类分析，得出综合管廊研究的热点主要包括六个方面。

图6 综合管廊研究关键词聚类图谱

(1)地下空间。综合管廊作为城市地下空间的重要组成部分，两者相辅相成。研究主要有外部成本、法律法规、市政管道、安全问题、内部环境、防火分区、开发效益、防灾减灾等，应加强立法先行，地下空间及综合管廊的产权归属问题亟需加快研究[27]。此外，城市地下空间更加注重可持续的开发模式，综合集成化的开发模式成为一种趋势[28]。

(2)规划设计。规划和设计一直都是综合管廊研究的重点内容。规划方面有规划的规范及标准、方法、原则、布局选线、建设区位、收容管线等；设计方面有设计规范及标准、消防、通风、监控、地震反应、节点设计、结构设计、数值模拟等。近年来规划更加注重长远规划、系统规划(与海绵城市、地下工程、新区开发、老城改造等相结合)[10,24]，优化设计、一体化设计与施工[3,22,24]等成为关注焦点。

(3)建造施工。建造施工一直也是综合管廊研究的热点。研究集中在防水、基坑、支护、模板、安装、安全、新技术及方法等方面，随着绿色建造理念的不断深入[7]，施工技术逐渐向绿色、环保的方向转变。随着装配式结构体系的不断深入研究与应用，装配式管廊、盾构技术等成为未来的发展趋势[7,10,28,29]。

(4)投融资模式。政府全权出资、政府与管线单位股权出资、PPP模式作为综合管廊建设投融资的三种模式[10]，2015年之后，PPP模式逐渐成为综合管廊融资的主流模式。研究侧重PPP可行性研究、PPP模式选择、激励机制、风险管理、影响因素、特许经营期定价及调价等。

(5)运营管理。如何高效率地运维管理综合管廊成为当前亟需解决的难题，需加快运营管理标准的研究。现阶段积极探讨研究的主要有经济效益、入廊费收取标准、管理政策、管理模式、绩效评价、监控预警、安全治理、信息化管理等，更加注重将BIM、GIS(Geographic Information System)、物联网、大数据、云平台、移动通讯、可视化等信息技术运用于综合管廊运维管理中，数字化[30]、智能化[11,31]、智慧化[30]的运维管理模式作为未来的发展趋势。

(6)信息技术。基于综合管廊全寿命周期的信息集成管理显示出重要性，数据化工具的应用越来越广泛。BIM与GIS的集成与深度融合[32,33]，以及信息技术在综合管廊全寿命周期的研究与应用，不仅提高了综合管廊建设各阶段的质量和效率，而且为管廊运维管理的智能化、智慧化提供了技术保障[11]。

3.2 研究前沿识别

在学科研究过程中，研究内容中词汇频次的变化往往可以反映该研究的前沿动态[34]，在CiteSpace V的可视化图谱中，通过突发性检测产生频次变化率较高的突现词来识别学科研究的前沿，该方法具有动态性、全面性的特点。参数选择如下：节点类型设置为“Keyword”，术语提取采用“Noun Phrases”，阈值K取30，采用软件内置的算法进行突发性检测，得到突现词如表4所示。从表中可见，2003—2007年，出现了一些突现词，共同沟、综合管沟、地下空间、燃气、模型试验、广州大学城、湍流等较为突出，总体来说，当期研究内容较为单一，以日本共同沟研究为起点，在上海、广州、深圳等某些经济发达的城市探索性的建设了若干管廊，在管廊燃气泄漏方面研究较多，地下空间的相关研究活跃；此外，2006年未出现突现词，表明当年前沿主题不显著。2008—2014年出现突现词较少，振动台试验、非一致激励、政策法规等较为突出，综合管廊结构抗震作为该阶段的主要研究内容；此外，共同沟、广州大学城、地下空间等仍显示出研究热度。2015—2018年则出现了大量的突现词，这与从2015年开始综合管廊研究的热度紧密相关。根据突现词的强度和突现出现的时间段，识别出综合管廊研究的最新趋势集中在地下工程、施工技术、规划布局、运营管理、PPP模式、BIM技术、收费定价、风险评价、节点设计等方面。2015年在国家相关政策的激励下，综合管廊建设融资问题得到缓解，使管廊进入大规模建设时期，这一时期有关PPP模式的相关研究较多。其次，随着综合管廊工程技术方面研究的逐渐深入，规划方面更加注重长远规划，设计方面强调优化设计及一体化设计，施工技术方面越来越注重装配式管廊和盾构等新方法的应用。运营管理作为综合管廊最长久的关键环节，伴随着大批管廊的陆续建成，运维管理将成为政府、企业及科研者的关注焦点。

表4 综合管廊研究排名前26的突现词

4 结论及建议

本研究运用CiteSpace V等软件对CNKI数据库中与综合管廊研究相关的文献进行可视化分析，绘制的知识图谱较为全面地反映了国内综合管廊研究的现状。然而本研究在样本数量选取方面仍存在局限性，后续研究应考虑增加国际综合管廊研究的文献数据。本研究对综合管廊研究的文献特征、研究热点及前沿进行知识图谱量化研究，研究主要结论如下：

(1)从文献时间、期刊分布看，2014年以后，我国综合管廊研究取得突破性的进展，研究呈快速的发展趋势。刊发综合管廊研究的主要核心期刊有地下空间与工程学报、给水排水等9类，通过期刊及文献分析，建筑科学、城乡规划、管理学、经济学、交通运输、地震学、安全科学为综合管廊的主要研究领域。

(2)从研究团队及科研机构看，薛伟辰、李杰等学者研究成果较多，该领域已形成多个不同研究团队，但跨团体合作并不显著。同济大学研究成果最为丰硕，在该领域具有重要影响力。此外，根据主要研究机构的区域分布可知，现有研究机构主要分布在东部地区，研究力量分布不均衡。

(3)通过文献共被引分析、关键词共现与聚类分析得出，综合管廊研究的知识基础更多的是工程技术方面，治理方面较为薄弱。地下空间、规划设计、建造施工、投融资模式、运营管理、信息技术是综合管廊研究的核心主题，施工技术、规划布局、BIM技术、PPP模式、收费定价、风险分担及运维管理等作为综合管廊研究的最新趋势。

通过对我国综合管廊研究领域的文献进行计量分析，针对研究现状提出如下建议：

(1)加强跨区域研究团队合作，促进学术研究的交融与深化，关注研究力量的区域协调发展，注重该领域的人才培育。

(2)结合城市更新或旧城改造项目，加快老城区综合管廊建设步伐，积极探索绿色建造技术，深入研究绿色、环保的装配式管廊与盾构等新技术。

(3)加快完善综合管廊可持续发展的顶层法律法规制度，统筹好综合管廊与地下空间的协调发展。深入PPP模式的研究与应用，解决好综合管廊PPP项目的收费定价标准与调价机制问题，并探索适宜的风险分担机制。

(4)大批综合管廊投入运营在即，运维管理规范及标准是综合管廊成功运行的关键。此外，应着重多信息技术的系统集成研究，为智慧化的管廊运维管理模式提供技术保障。