我国智慧建筑研究现状及趋势分析——基于CiteSpace的可视化研究

熊鑫博，张九红

（沈阳建筑大学）

1 引言

“十四五”是实现美丽中国的关键阶段，提出要更好推进以人为核心的城镇化，使城市更健康、更安全、更宜居，成为人民群众高质量、高品质的生活空间。智慧建筑作为“住”的新潮流，在数字化发展的时代背景下更是建筑领域目前的研究前沿与热点。智慧建筑是在智能建筑基础上从时间维度拓展到建筑全生命周期，应用边界涵盖使用者和管理者（人），计算方式结合了认知计算和智能计算。智慧建筑的内涵强调以人为本，集结构、系统、服务、管理及优化组合于一体，具有感知、传输、存储、学习、推理、预测和决策的综合智慧能力[1]。因此对于我国智慧建筑的设计、技术和发展方向等研究都需要重视和加强。

2 研究方法及数据来源

2.1 研究方法

采用CiteSpace对文献进行可视化定量分析。2004年，陈超美开发了Citespace软件系统，以绘制知识图谱的方式，对特定学科研究领域中的关键文献、热点研究和前沿方向可视化地展现出来[2]。CiteSpace是近年来在文献计量和信息分析中最具特色和影响力的可视化分析软件，并且具有易于操作、一目了然并具有可视化效果等优点[3]。

2.2 数据来源

文献的数据均来自CNKI数据库收录的中文期刊论文为研究对象，关键词设定为“智慧建筑”，学科为“建筑科学与工程”，文献类型为综述和研究论文，年限为1994—2020年，一共检索到文献867篇，在此基础上筛选并剔除出明显与研究主题不符的文章，共获得论文673篇。

图1 出版文献数量图

图2 关键词共现图谱

3 我国智慧建筑研究分析

3.1 现状分析

通过Excel统计，对智慧建筑领域867篇文献发表数量的年增长趋势进行分析，如图1所示。从图中可看出截至2020年，对于绿色建筑的研究文献呈增长趋势，可以分为三个发展阶段：1994年至2008为第一阶段，该阶段的相关文献发文量较少；2008年至2016年为第二阶段，该阶段相关研究的发文量逐年稳步增加；2016年至今为第三阶段，该阶段内发文量增长趋势较迅猛，根据国家新方针政策和社会的关注度来看，预计未来还会持续增长。

在主要主题分布方面，其中有191篇主要主题词为“智慧建筑”，也是数量最多的；其次是“智慧城市”，为100篇；“BIM”为58篇。其余主题词均围绕“智慧建筑”、“智慧城市”和“评价体系”等。

3.2 热点分析

对智慧建筑领域673篇文献的关键词进行共词分析，节点类型选择Keyword，节点阀值选择10，再进行聚类分析调整后，得到关键词共现图谱见图2，其中包含节点534个，连线1559条，网络密度为0.011。对于出现的25个热点关键词，其中“智慧建筑”最多，其次是“智慧城市”，而“智慧建筑”、“智慧城市”和“BIM”的中介中心性最大，分别为0.33、0.30和0.16。由此可见，以“智慧建筑”为主题方向的研究主要围绕智慧城市、技术和标准四个方面开展。

3.3 趋势与前沿分析

在图3的时区图中，可以看到绿色建筑领域研究热点随时间变化的演进过程，从左至右从下至上表示时间依次递增[4]，图3中右下角为近8年时区图谱局部放大图。从图3中可以看出研究前沿逐步转向政策鼓励、BIM模型、产业链、智慧建筑技术等方面。1994年至2006年相关研究较少，主要是以智能建筑的研究为主；2006年出现智慧建筑的相关研究；2006年至2013年之间，出现智慧城市的研究；2013至2016年该领域研究开始深入，出现的关键词共现网络密集且丰富；2018至今该领域研究成果丰硕，研究热点开始多方向、多角度。同时，该图谱也与发文量的增长趋势相符合。

图3 智慧建筑的时区图谱

3.4 结构化特征分析

上述的分析结果还需进行结构化特征分析，对典型文献进行深入阅读，将具有代表性的观点做出系统整合和趋势分析[5]。通过分析关键词共现图谱所显示的关键词出现的频率，国内有关智慧建筑的研究主要分为两大类：智慧建筑和智慧城市、智慧建筑和BIM。因此，通过这两个热点词进行典型文献的深入阅读、研究和分析。

3.4.1 演变过程

智慧建筑的演变过程大致可以分为4个阶段：

①传统智能建筑是基于“信息—建筑”二元空间的系统；

②将人融入其中，形成基于“人—信息—建筑”三元空间的系统的智慧建筑；

③智慧建筑1.0时代，在“信息”这一维度上，第一代智慧建筑更多的依赖于物联网、云计算、大数据技术；

④智慧建筑2.0，更多的依赖于人工智能技术，在三元空间系统图中，“人”与“信息”之间由于引入了Al，会更多的体现出“人—机”共融特征。智慧建筑是从智能建筑演变和发展过来的，在智能建筑中通过拓展时间、空间维度、扩大要素边界、更新计算方式和引入新的经济形式从而形成了智慧建筑。

3.4.2 研究重点

通过深入研究文献可以发现，不同的研究机构对智能建筑的解释和研究重点是不一样。国际上智能建筑的一般定义为通过将建筑物的结构、系统、服务和管理四项基本要求以及他们的内在关系进行优化，来提供一种投资合理具有高效舒适和便利环境的建筑物。欧洲对智能建筑的定义为创建了一个环境，可以最大限度地提高建筑居住者的使用效率，同时通过最低的硬件和设施寿命周期成本实现高效的资源管理。该定义将焦点放在通过技术满足居住者的需求上，同时通过最低的硬件和设施寿命周期成本实现高效的资源管理。亚洲对智能建筑的定义为指通过将建筑物的结构、系统、服务和管理根据用户的需求进行最优化组合，从而为用户提供一个高效、舒适、便利的人性化建筑环境。可以看出亚洲定义侧重于技术的自动化和建筑功能的控制作用，而欧洲定义则将焦点放在通过技术满足居住者的需求及绿色可持续发展。因此对于智慧建筑的研究和重点也是有所不同的。

3.4.3 聚类图谱线索性分析

根据关键词共现图谱和时区图谱，将国内有关智慧建筑的研究主要分为两大类：智慧建筑和智慧城市、智慧建筑和BIM。

1）智慧建筑与智慧城市

智慧建筑的不断发展，其规模化、网络化也促进智慧城市的发展[6]。智慧城市是把新一代信息技术通过充分运用在城市中各行各业，实现信息化、工业化与城镇化深度融合的可持续发展系统[7]。智慧建筑是智慧城市的组成与载体，智慧城市对智慧建筑的发展方向具有指导作用。而智慧城市的建设因“城”不同，这就导致了这座城市里的智慧建筑也具备了共性里的个性。

2）智慧建筑与BIM等技术

BIM是—种建筑全生命周期的智能技术[8]。BIM可以作为智慧建筑的设计和运营的搭载平台。信息化和智能化的建设是智慧建筑的基础，BIM技术具备全开放数据可视化、开放共享性恰为智慧建筑的吻合点，与此同时，BIM平台具备开放性的特点，允许相关软件数据导入的同时进行一系列可视化操作[7]。智慧建筑的相关技术还涉及物联网传感器、类脑计算云平台、弱人工智能和强人工智能等，而不同的技术手段所产生的异构数据还需要相同的技术标准、数据指标等，才能将他们融合，这也是目前智慧建筑发展急需解决的难题之一。

3）发展趋势

随着国家政策的扶持、核心技术的不断发展与突破，智慧建筑会逐步完善实时感知、高效传输、自主控制和学习、自寻优进化、自组织协同和智能决策等功能。通过对关键词共现图谱和时区图谱的可视化分析，智慧建筑与智慧城市、技术、评价体系、标准等的研究密不可分。目前对智慧建筑的标准还缺乏统一的界定，特别是数据的互通互联[8]，这很有可能导致在下一个阶段的发展存在潜在的问题。

4 总结与讨论

我国“十四五”规划提出，要更好推进以人为核心的城镇化，为城市的健康、安全、宜居发展提出了新的发展方向。智慧建筑智能建筑是集现代科学技术之大成的产物，其技术基础主要由现代建筑技术、现代电脑技术、现代通讯技术和现代控制技术所组成。本文通过CiteSpace软件将我国智慧建筑从1994年至2020年发文情况、关键词热点和研究前沿等进行可视化分析，发现我国目前智慧建筑的研究热点结合智慧城市、技术、标准、评价体系，智慧发展趋势随着国家对城市的宜居、环境的健康、人民的舒适不断重视也被重视起来，且学者对其研究也越来越深入。但还存在一些问题，比如标准还没有明确的统一、如何搭建一个信息化的评价平台等[9]，这都是下一阶段构建智慧建筑需要思考的方向。