装配式建筑发展背景下被动式建筑研究主体及学科演进可视化分析

胡海涛，张 雷

（甘肃建投科技研发有限公司，甘肃 兰州 730050）

与装配式建筑一样，被动式建筑也是当今建筑业的发展热门，两者都是现代绿色建筑问题的两个主要方面。被动式建筑指的是不依靠建筑本身以外的其他设备，而单纯地通过其建筑物自身的构造形式、结构设计、围护结构以及建筑材料来实现建筑物整体保温节能的效果。被动式建筑被视为迄今最先进的节能建筑之一，于1988年德国达姆施塔特房屋与环境研究所的沃尔夫冈·菲斯特博士和瑞典隆德大学的博阿达姆森教授首次提出。与一般的建筑物相比，被动式建筑自身可以达到所需要的温度，而不需要与外界进行能量的交换，可以减少能源消耗百分之八十以上。主要通过保温隔热、气密性能好的墙身和利用太阳能、地热能等可再生能源来实现温度的调控，以使建筑达到被动的采暖和制冷，最终实现低能耗。

装配式主要是提高劳动生产率，被动式主要是提高建筑能源的利用效率，二者协同并进，将极大推动建筑业的高质量发展。被动式建筑作为先进的节能型建筑，已成为国内外建筑业科研学者所关注的对象。但是由于其发展时间较短，所涉及的研究内容、研究方法、技术原理等比较广泛，有必要对被动式建筑近年来的研究主体和学科演进情况进行充分的了解。本文对2009-2018年期间Web Of-Science的1099篇核心期刊分析研究，为被动式建筑研究提供借鉴。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

文中所用数据来自Web Of Science（WOS）核心合集数据库，基本检索的主题为Passive House，时间跨度从2009到2018，引文索引为Science Citation Index Expanded （SCI-EXPANDED）-1900年至今、Social Sciences Citation Index （SSCI）-1900年至今，共检索出1331条记录信息。为了保证数据的准确性，对Web Of Science的类别进行了筛选，只保留了CONSTRUCTION BUILDING TECHNOLOGY、ENERGY FUELS、ENGINEERING CIVIL等类别发文量大于10的研究领域，并去除掉会议论文、评论等几个研究价值较小的文献类型，最终确定1099篇质量较高的核心文献作为研究对象。

在Web Of Science数据库中主题为Passive House期刊的发文量，整体呈增长趋势，2013突破100篇，但发展趋势及其不稳定，大约每增长两三年，就会就会出现一次负增长，2018年的发文量减少了8篇，可以预测在2019年关于被动式建筑的发文量将会增长，并且有望超过2017年的147篇。说明人们对被动式建筑的关注度逐渐增长，但仍然需要不断地探索和深入的研究。

1.2 研究方法

Cite Space V是美国德雷塞尔大学信息科学与技术学院陈超美教授在2004年使用Java语言开发的，是在科学计量学、数据和信息可视化背景下发展起来的，最具特色和影响力的信息可视化分析软件之一。知识图谱是在庞大的数据下，通过将数据分析和标注，并利用可视化技术将数据之间的关系和所构成的网络清晰地展现出来，直观地得到研究主题的主体结构、发展历程、知识架构、热点前言以及相关的学科领域，在大数据时代，为学科研究提供切实的、有价值的参考。

2 研究主体分析

2.1 文献共被引分析

将整理的数据源导入Cite Space软件，时间跨度为2009-2018年，研究的时间间隔为1年，节点类型选择“Reference”，其他参数为默认值，文献共被引聚类分析如图1所示。“Network”中N表示网络连接节点的数量为727条，E表示连接数量2577。文献的共被引频次越高说明该文献的影响力越大。在图1的图谱中，每一个节点代表一篇文献，节点越大表示被引文献的频次就越高，在节点周围标注的是文献作者和文献发表的时间，节点的颜色与时间分区内的颜色相对应，颜色越浅表示文献年代越近，颜色越深表示年代越久远。

图1 文献知识图谱

表1列出了被引频次大于10的文献，可以看出文献共被引频次最高的依次是来自SARTORI I（2007）24 次、FEIST W （2005）18 次、SCHNIEDERS E（2006）18次，说明这几篇文献是研究被动式建筑最具有影响力的文献，属于基础性文献。这三篇被引频次最高的文献恰巧都集中在2005-2007年，可以看出这段时间是研究被动式建筑的一个热潮。ZORLU O （2011）、BADESCU V （2010）、PORRITT SM（2012）、MARSZAL AJ（2011），共被引频次位于4～7位，分别为14次和13次，这几篇共被引高频次文献集中在2010-2012年，说明这几年是被动式建筑研究的另一个热潮，或者对于被动式建筑的研究有了突破性的进展。

表1 共被引频次较高文献统计

最高被引文献 《Energy use in the life cycle of conventional and low-energy buildings:A review article》是挪威科技大学SARTORI I教授在2007年发表在 《ENERGY AND BUILDINGS》上的一篇文章。主要描写了对9个国家共60例建筑全寿命周期的能耗进行文献调查，根据不同设计标准建造的建筑物，并在所有其他条件相同的情况下进行的案例研究表明，被动式建筑比承诺使用“绿色”材料建造的同类建筑更节能。低能耗建筑物的设计既能在总生命周期能源需求方面带来净效益，又能增加所包含的能源。从图2可以看出该文献自研究年份2009年开始引用频次逐年上升，到2013年达到峰值后又开始逐年下降，到2016年之后为零。图3看出该文献共被24篇文章引用过，主要在建筑节能、建筑环境、建筑施工技术、施工政策等方面发挥了作用。

图2 引文历史图

3 施引文献

德国被动式建筑研究机构的Schnieders,E于2006年发表的《CEPHEUS results:measurements and occupants'satisfaction provide evidence for Passive Houses being an option for sustainable building》共被引18次，频次位居第二。该文研究了德国卡塞尔世界上第一座多层被动住宅中低收入租户的满意度，描述了德国、奥地利和瑞士被动房屋标准的发展，分析了关于推动被动式房屋进入市场的政治可能性，以及刺激这种舒适和节能建筑类型的市场吸引力。

德国被动式建筑研究机构的Feist,W，2005年发 表 的 《Re-inventing air heating:Convenient and comfortable within the frame of the Passive House concept》与Schnieders,E的文章并列第二位。该文献介绍了被动式房屋标准，总结了欧盟“节能被动式房屋为欧洲标准”（CEPHEUS）项目在能源指标和舒适度方面的成果。详细介绍了许多被动式房屋中实现的通风与供暖系统的特点，简要讨论了木材炉作为被动式房屋补充热源的可能性和局限性。

通过这几篇高频被引文献可以看出欧洲国家对被动式建筑的研究比较多，并且从表1中可以得到大部分高被引文献来自 《ENERG BUILDINGS》，在我们研究年限范围内，期刊《ENERG BUILDINGS》为被动式建筑的研究奠定了坚实的基础。

2.2 研究被动式建筑国家分析

选择节点类型为“Country”，对被动建筑进行研究的国家进行分析，得到如下知识图谱。根据Cite Space作者陈超美博士的定义，中心性是测量节点在网络中重要性的一个指标，通过它来发现和衡量文献的重要性。根据节点的大小可以看出，美国是年轮面积中最大的，中心性也是最大的为0.34，出现频次为219次。被动式建筑理念虽是在德国提出，但美国对被动式建筑的研究一直领先于其他国家，1976年P.Van Dresser等通过实验研究在位于新墨西哥州成功建造了一系列利用被动式太阳能采暖的办公建筑。之后每年五月份，新墨西哥都会召开一次被动式太阳能建筑会议。为了使被动式建筑有统一的标准，美国建筑师编写了相关的设计手册及建筑图集，丹尼尔·D·希拉提出被动式设计需要选择合适的朝向、保温性能较高的围护结构等。

其次是英国、中国、加拿大及德国，出现的频次分别是83、79、78、70。德国是被动式建筑的兴起的国家，据相关资料显示，全球约有15000座“被动式房屋”，绝大多数建在德语区国家或斯堪的纳维亚半岛相关的标准体系比较完善，节能技术比较成熟，对于被动式房屋的研究和探索走在了前沿。目前我国已经有多家企业引进德国先进技术开始生产被动式房屋国内科研院所和相关企业在这方面的研究也有了很大成果，被动式房屋在我国很多地区的实验点取得了良好的效果。住建部建筑节能与科技司委托中国建筑科学研究院编写了《被动式超低能耗绿色建筑技术导则》。

在国家分析的知识图谱中，节点之间的连线代表国家之间的联系，连线越粗代表国家之间合作强度越大，从图4中可以看出，各个国家之间联系密切，但还是需要加大合作力度。

图4 研究被动式建筑国家知识图谱

2.3 对被动式建筑研究的相关作者合作分析

对核心作者的发文量进行定量分析，以便于重点关注这个领域的作者及其研究成果。节点类型选择“Author”,其余默认，运行程序，得到下图。节点大小表示作者发文量的多少，节点之间的连线表示作者之间的合作关系。图5中可以看出少数作者之间相互联系，小群体居多，总体来说比较分散，大部分研究作者还未呈现出紧密的合作关系网络，不同学者团队在各自研究领域方面相对来说比较独立，形成了百家争鸣、百花齐放的局面。其中以JANA KLANOVA、FB GARRY、SARAH G STAEDKE、PER HEISELBERG为中心的合作网络中JANA KLANOVA为中心的团队最为紧密。不难发现，以上作者都是研究领域的代表性人员，对被动式建筑的发展做出了重要的贡献，具有较高的影响力，得到了大家的广泛认可，值得大家的广泛关注。为了被动式建筑各方面的全面发展，建议相关作者之间加强合作，相互交流学习，以促进对被动式建筑的长期深入的研究。

图5 作者共现图谱

3 学科演进分析

Cite Space中的Dual-map Overlays可以展现研究的内容在学科演进的变化。通过将引文和被引图层进行叠加，Dual-Map揭示了研究主题随时间在不同学科之间的发展。Dual-map包含Blondel和VOS两种算法，本文采用Blondel算法形成被动式建筑Dual-Map图谱如图6所示，图谱左侧为引文图谱，右侧为被引图谱，不同颜色代表不同的学科类别，每种颜色的标签表示学科名称，左侧到右侧的连线表示学科演进的痕迹。图6展示的是被动式建筑文献研究整体演进的图谱。从图谱左侧的引文图谱中可以发现，被动式建筑文献主要分布在A、B两个范围区，A区域的论文主要在社会生态学、地球、海运业、动物学、社会学等领域，与之对应到右侧被引图谱中属于生态学、地质学、地球物理学等相关的期刊。同时在A区域已经出现了相关期刊的名字，说明对于被动式建筑的研究已经跳出了学科层面，应用于实践。从放大图中可以看出期刊的名字，如building and environment、building research and information等，这些期刊发表了大量有关被动式建筑的文章。期刊名称字体比较小说明关注度不高。B区域文章主要是数学、系统、体制等领域，对应到被引图谱中分布在力学、计算机、环境、材料学、物理学等学科，这些都是研究别动式建筑的基础学科，与A区域相比，并未出现较为明显的期刊。

图6 共被引文献 Dual-Map 图谱

引文图谱到被引图谱之间演变的轨迹线，可探讨研究主题的领域是否发生改变。从共被引文献Dual-Map图谱可以看出，被动式建筑Dual-Map图谱的轨迹线平滑无奇，引文图谱和被引图谱的引文轨迹都没有发现跨区域的折线，说明研究主题的领域并没有发生改变。

4 总结

装配式建筑和被动式建筑是未来建筑的两大发展方向，随着装配式建筑节能要求的不断提高，最终装配式和被动式将趋于统一。目前我国装配式建筑与被动式建筑已从示范引导阶段，逐步走向大规模推广和普及阶段，大量的与之相配套的新技术、新工艺、新材料、新设备不断涌现，不断促进建筑行业的全面升级换代。本文运用Cite Space软件对Web Of Science核心合集数据库2009-2018年中关于被动式建筑的期刊进行了可视化分析，通过知识图谱研究被动式建筑的研究主体及学科演进情况。通过被动式建筑国家知识图谱发现，各个国家研究团队对被动式建筑的发展都做出了巨大的贡献，其中美国、英国、中国、加拿大及德国贡献比较突出。其次，不同学者团队在各自研究领域方面相对来说比较独立，形成了百花齐放的局面，其中以JANA KLANOVA、FB GARRY、SARAH G STAEDKE、PER HEISELBERG为中心的合作网络中JANA KLANOVA为中心的团队贡献最大。最后，被动式建筑文献主要涉及社会生态学、地球、海运业、动物学、社会学等领域，并逐渐演进到生态学、地质学、地球物理学，并且被动式建筑的研究已经跳出了学科层面，应用于实践。