基于文本挖掘的现场工业化建造特征网络分析*

李忠富，任江麾，蔡 晋，张胜昔

(大连理工大学建设管理系，辽宁 大连 116024)

0 引言

近年来，建筑业劳动力短缺，人力成本上升，“碳中和”“碳达峰”理念等多种因素迫使建筑业向工业化和信息化的方向发展。新的建筑碳排放计算规范也对工业化建造或可持续提出了要求，建筑业必须由原来的“粗放型”向“集约型”转变。在实施建筑工业化过程中，有学者提出通过预制装配实现工业化，研究装配式构部件设计、生产、运输、储存、安装等，也有学者提出在施工现场实现工业化，采用铝模板、爬架等施工机具实现现浇工业化。国内部分企业也研发出预制装配、现浇工业化、创新型管理方式三者相结合的新型建造体系。例如，万科的“5+2+X”体系、中建八局的“六化”、中建三局的“空中造楼机”。

现场工业化建造体系在国外得到了广泛关注。日本复合化构工法适用于既有预制混凝土构件又有现场浇筑混凝土的工程，不仅能满足建筑结构性能，还能提高施工效率[1]。英国MMC法是非现场技术和创新现场技术等施工方法的通用标签，具有减少浪费、加快进度、节约成本、降低安全风险和环境影响等优点[2]。我国学者也立足企业实践，对现场工业化建造进行探讨。孙军等提出“SSGF体系”工业化施工方法在提升生产效率、减少手工作业、提高建造质量等方面效益显著[3]。徐国伟等提出轻型施工集成平台是轻量化设计后的“空中造楼机”，其在提升施工效率、降低安全风险、改善作业环境等方面优势较大[4]。李忠富指出，现场工业化建造是指将施工现场看作建筑生产的“工厂”，面向的是混凝土现浇施工过程，采用施工机具(如起重机、爬架、铝模板等)、信息化技术与先进管理组织方式进行生产[5]。也有学者指出，现场工业化建造除了面向混凝土现浇部分，还包括采用自动化与机器人施工的方式进行预制构件安装[6]。

目前，对于现场工业化建造的理论研究仍然较少，且大多针对某一施工技术或管理技术，故需对现场工业化建造特征进行更系统的分析与研究，从而形成统一认识。本文采用文本挖掘的方式对中英文文献进行研究，运用社会网络分析方法对现场工业化建造特征项进行分析，同时对比文献研究与实践项目对各特征关注度的差异性，以期完善现场工业化建造的理论基础，进而促进建筑工业化在施工现场更好、更快地发展。

1 研究方法

本文采用的方法有文本挖掘、社会网络分析、实例分析等，文本挖掘主要包括文献筛选、词频分析、构建网络模型等，社会网络分析主要包括网络密度、中心性、核心边缘结构等，实例分析主要是对文献与案例的特征表现进行分析，研究框架如图1所示。

图1 研究框架

1.1 文本挖掘

文本挖掘一般指从非结构化或半结构化数据集(如电子邮件、全文文档、HTML文档)中提取有趣、非琐碎信息和知识的过程[7]。在文本挖掘前，需对已获取的文本资料进行筛选、合并等，得到用于文本挖掘的文本语料后，需选择合适的文本挖掘工具。本文选用武汉大学研发的ROST软件，通过分词、词频统计、网络分析等方式获取现场工业化建造的特征词及特征词之间的语义网络。

1.2 社会网络分析

社会网络分析是一种用于研究行动者(个体、团体或组织)间有向关系或无向关系的方法[8]，本文讨论的是一种无向关系网络。这种方法关注单个特征节点在网络中的重要地位，能很容易地找到关键特征节点，同时也关注各特征节点间的关系，可深入分析网络结构整体特征。

1)网络密度 网络密度表示特征节点间关系的紧密程度，为网络中实际存在的关系数量与理论关系数量最大值之比。取值为0～1，越趋近于1，表明网络密度越大，特征节点间的语义关系越密切。对于无向关系网络，假设存在n个节点，则理论关系数量的最大值为n(n-1)/2。如果实际存在的关系数量为m，则网络密度为：

(1)

式中：D为网络密度；m为网络中实际存在的关系数量；n为网络中的节点数量。

2)中心性 中心性分析主要为中心度与中心势分析，中心度表示节点中心性，中心势表示网络图的中心性。中心度主要用绝对度数中心度、中间中心度和接近中心度来度量。绝对度数中心度表示1个节点与其他节点间的连线个数，值越大，越趋于网络中心；中间中心度用来测量1个节点位于其他点对之间的程度，值越大，表示该节点的“中介”作用越强，越趋于网络中心；接近中心度表示1个节点到其他节点间的捷径距离之和(每条线段长度记作1)，值越小，越趋于网络中心。中心势主要用度数中心势、中间中心势和接近中心势来度量，3种中心势计算公式如下[9]：

(2)

(3)

(4)

式中：CD为网络图绝对度数中心势；CDi为节点Fi度数中心度；CB为网络图中间中心势；CBi为节点Fi中间中心度；CC为网络图接近中心势；CCi为节点Fi接近中心度；n为节点总数。

3)核心边缘结构 核心边缘结构主要依据经验及需求来设定边界，根据核心度确定各节点所属位置，核心度越大，表明节点越趋于网络核心，核心度越小，表明节点越趋于网络边缘。

1.3 实例分析

实例分析主要是对搜集到的案例进行特征量化，符合某特征项的，记作1，否则记作0，并对特征项符合率进行统计，与文献中获取的结果进行对比分析。这样既能更全面地分析各特征，又能了解文献研究与实际项目间的差异。

2 特征网络分析

2.1 文本语料获取与预处理

为更全面地获取现场工业化建造特征，通过中国知网与Scopus数据库获取中英文文献，通过数据库检索与人工筛选相配合的方式获取文本语料。

中国知网检索式为：

SU=(‘建筑工业化’+‘新型建筑工业化’+‘工业化建筑’+‘工业化建造’+‘装配式建筑’+‘装配式建造’+‘工业化住宅’+‘预制装配’) AND FT=(‘现场工业化’+‘现浇工业化’+‘适度预制’+‘部分预制’)。

Scopus检索式为：

TITLE-ABS-KEY (“Construction automation” OR “On-site construction”) OR (TITLE-ABS-KEY (“Modern method of construction” OR “Modular construction” OR “Industrialized building” OR “Industrialized construction” OR “Innovative construction” OR “Offsite assembly” OR “Off-site construction” OR “Offsite construction” OR “Off-site manufacturing” OR “Prefabricated construction” OR “Prefabrication construction” OR “Panelized construction” OR “Precast construction” OR “System building”) AND ALL (“On-site construction” OR “Site operation” OR “On-site industrialization” OR “In-situ concrete”))。

文献时间选择2000年以后，检索时间为2022年3月23日。数据库检索共获取中文文献531篇，英文文献1 053篇。首先阅读文献篇名与摘要，剔除与建造技术体系、建造过程、创新管理、效率产出、能耗环保等不相关的文献。然后对剩余文献进行全文阅读，筛选具有现场工业化建造特征表现的文本语料。经过人工筛选获取中文文本语料72条，英文文本语料54条。将英文文本语料翻译为中文，并与中文文本语料合并为同一文本文档集，以便进行后续文本挖掘工作。

2.2 特征项获取

文本挖掘前，在合并词表中将语义相同但表述不同的词汇合并为同一特征词。例如，“建筑自动化平台”在英文文献中通常归为“机器人”一起讨论，本文将“智能爬架”归为“机器人”一并讨论[10]。将文本文档集导入ROST软件进行处理，共获得22个具有研究意义的特征项，按词频大小依次命名为F1～F22。从研究主题、项目效益、技术与管理支撑手段、具体表现特征等维度对特征项进行归纳描述，如表1所示。

表1 现场工业化建造特征项

2.3 网络模型构建

将文本文档集导入ROST软件进行社会网络与语义网络分析，获得共现矩阵和可用于Netdraw可视化的网络模型。如图2所示，用不同形状将网络分为4个区域：正方形节点表示研究主题，菱形节点表示效益目标，正三角形节点表示技术与管理支撑手段，倒三角形节点表示具体表现特征。网络中的节点越大，表明此节点与其他节点间连线的数量越多，节点间连线越粗，表明线两端节点的语义关系越强。

图2 现场工业化建造特征网络模型

2.4 网络模型分析

1)网络密度 本文构建的网络模型为无向关系网络，其中共有22个特征节点，特征节点间的连线数量之和为101，其理论数量最大值为231，因此，整体网络密度为0.437，表明网络间的语义关系较密切，但存在部分特征节点与其他节点的联系依赖于“中介”节点。

2)节点中心度 将ROST软件导出的共现矩阵导入用于网络分析的Ucinet软件进行“二值化”处理，并计算特征节点绝对度数中心度、中间中心度、接近中心度、核心度，如表2所示。

由表2可知，建筑F1、施工F2、工业化F3、现场F4特征节点绝对度数中心度与中间中心度较大，接近中心度较小，说明这4个特征节点处于网络最核心位置。机器人F5、智能化F9、自动化F11特征

表2 现场工业化建造特征网络节点中心性分析

节点绝对度数中心度较小，中间中心度为0，接近中心度较大，处于网络边缘位置，但词频数大于中位数，表明该特征为研究热点，但与其他特征节点的关系较少，表明现有理论研究对这3个特征节点的研究并不透彻，需进一步研究。提高生产效率F15的词频小于中位数，绝对度数中心度与中间中心度较大，接近中心度较小，表明关于该特征节点与其他特征节点的关系密切，处于网络中心位置。

3)网络图中心势 根据表2中的3种中心度计算中心势，得到绝对度数中心势为61.90%，中间中心势为20.48%，接近中心势为83.67%。网络图绝对度数中心势与接近中心势较高，说明存在某些关键特征节点，节点间关系传播需通过这些关键特征节点来完成，但中间中心势明显低于前两者，说明节点间关系传播的中介性较强，表明网络中存在核心边缘结构[11]。

4)核心边缘结构 现场工业化建造的特征词可根据核心度分为研究主题、关键特征项和一般特征项，采用“核心-半核心-边缘”模型来描述。表2中已通过Ucinet软件计算出每个特征节点核心度，平均值为0.194，结合网络模型特点与核心度的取值，将核心度>0.3的特征项划分为核心层；核心度为0.2～0.3的特征项划分为半核心层；核心度<0.2的特征项划分为边缘层[12]。“核心-半核心-边缘”结构如图3所示。

图3 “核心—半核心—边缘”结构

此结构中，最内层为核心层，包含与研究主题相关的节点为F1，F2，F3，F4；次外层为半核心层，包含与关键特征相关的节点为F6，F7，F8，F10，F15；其他节点在最外层，属于边缘层，包含与一般特征相关的节点。半核心层节点与核心层的每个节点之间都存在关系。半核心层节点与部分边缘层节点之间存在关系。以提高建造质量F8为例，与其存在关系的边缘层节点为机器人F5、自动化F11、信息化管理F12、降低建造成本F14、加快建设进度F16、节能F19、标准化F20，即在文献研究中这些特征项经常与提高建造质量F8一同出现。边缘层中的现浇F13、装配式F17、新型模板F18、机械化F21、精益+并行F22等节点只与核心层节点之间存在关系，而边缘层其他节点不仅与核心层节点之间存在关系，与半核心层节点之间也存在关系。

3 实例分析

为进一步研究实践工程项目与理论研究对现场工业化建造的各特征项重视程度的差异性，以课题组前期通过实地调研、建筑工业化相关书籍、微信公众号等多途径获取的项目资料为基础，筛选项目符合研究要求且信息完整率>90%的项目。共得到案例41例，其中华南区域13例，华东区域12例，华北区域6例，东北区域4例，华中区域3例，香港2例，西南区域1例。

对各项目是否符合特征项F5～F22进行打分，并统计符合率。同时对特征项F5～F22核心度进行归一化处理，即各特征项核心度与最大核心度(0.294)之比，结果如图4所示。

图4 文献与实例中各特征项关注度

由图4可知，F12，F13，F17，F18，F20，F21，F22在实际案例中的关注度远高于文献研究。不难发现，其中F12，F13，F17，F18，F22属于技术与管理支撑手段，说明实际项目比文献研究中对注重技术与管理的重视度更高。而F20，F21属于现场工业化建造的具体表现特征，这2个特征于20世纪50年代就已经提出，且成熟应用于实际项目，因此，2000年以后的文献对其关注度相对较低。

F10，F14属于现场工业化建造的效益目标，在实际案例中的关注度远低于文献研究。在现有技术与管理体系下，采用现场工业化建造的方式在成本方面相较传统建造方式并未展现出明显优势，但随着建筑工人薪酬的逐步增加，工业化建造成本优势将逐步凸显。而环保这一效益目标目前主要依靠装配式构件来实现，现场工业化建造的贡献度很低，仍需不断改进。

4 结论与建议

4.1 研究结论

1)通过社会网络分析法对特征网络进行分析后得到5个关键特征项：管理、降低劳动强度、提高建造质量、环保、提高生产效率。

2)自动化、智能化、机器人(自动化与智能化的具体实践)在文献中出现频率较高，却处于网络边缘层，说明其与其他特征项间的关系值得进一步研究。

3)在文献研究与实际项目案例的对比中发现，信息化管理、新型模板、精益+并行建造在实际项目中的关注度更高，说明这些技术与管理支撑手段为目前现场工业化建造最前沿的实践。

4)环保、降低建造成本在实际案例中的实现难度较大，原因在于目前人工费仍较低，而环保目前主要依靠装配式构件来实现，未来随着建筑工人的减少及建造技术与管理手段的提升，环保与降低建造成本这两个效益目标终将实现。

4.2 发展建议

1)加快现场建造技术研发，增强建筑业对劳动者的吸引力。目前很多优秀企业已具备了标准化与机械化实现的能力，未来应将研究重心放在自动化、智能化、机器人等领域，减少对于工人施工的依赖。同时，只有做到降低现场工人劳动强度，改善现场作业环境，增强现场施工安全性，才能更好地吸引年轻劳动力。

2)进行现场组织管理模式创新。BIM、智慧工地等信息化管理模式，有助于对建筑项目进度、质量、施工人员安全、环保问题等加以控制管理。精益建造与并行建造作为先进的组织管理模式，有助于对建筑项目成本、进度、质量、生产效率等加以控制管理。

3)政府应加大对现场工业化建造的扶持力度。政府部门发布的建筑工业化政策文件大多数关于装配式建筑，虽然有助于建筑业从传统粗放模式向工业化模式的转变，但可能会导致建筑工业化的发展向装配式建筑过度倾斜。政府应将符合现场工业化建造的部分纳入工业化建筑评价体系，给予创新型项目一定额度的补贴。