工程管理技术创新动态演化与范式转变

王璐琪， 叶启智， 薛小龙

(1.广东工业大学 土木与交通工程学院, 广东 广州 510006；2.广州大学 管理学院, 广东 广州 510006)

改革开放以来，中国经济迅速发展，已成为世界第二大经济体，目前已进入发展模式的转型期，创新技术及理念的应用正在改变产学研各界的管理模式。以“物联网、云计算、人工智能、大数据、区块链”为代表的新一代信息技术正在全球掀起一场“智能化”革命。产学研各界对新一代信息化技术发展和应用的关注达到前所未有的高度，工程管理领域将信息化技术作为产业转型、技术范式转变和管理模式升级的重要发展战略之一。为适应科技发展的时代变化，满足工程管理行业技术范式的变革，国家住房与城乡建设部出台《2016—2020年建筑业信息化发展纲要的通知》，强调全面提高建筑业信息化水平，着力增强建筑信息技术的集成应用能力。新一代信息技术具有创新活跃、颠覆性强和驱动作用大等特点，使得工程管理领域面临全新的技术环境，应对环境的转变不仅仅体现在技术应用上，也必然伴随着技术范式和管理模式的转变。因此，明确工程管理领域创新技术种类、动态演化过程和技术范式变革，对完善工程管理理论体系、指导工程实践具有重要作用。

新一代信息技术主要应用在工程项目建设阶段和运营阶段。在工程项目建设阶段，信息技术主要应用在终端设备、通讯技术和应用服务三个部分，例如，手持计算机(PAD)，无线传感网络(WSN)、AR技术和云计算等[1]，这些技术被用于项目数据采集和传输，提高了工程管理过程的信息交流和数据共享效率。在工程项目运营阶段，通常会产生更多元的数据，包括能源数据、设备数据和建设环境数据等[2]。尽管，数据分析在工程管理领域的应用并非新鲜，但大数据技术的应用仍然处于初级阶段并滞后于其他领域[3]。此外，从工程项目全寿命周期角度，建筑信息模型(BIM)以多种信息技术为基础，集成工程项目相关信息、过程、资源和数据，实现工程项目全寿命周期包括设计、建设、运行和维护阶段的数字化、智能化，构建可视化系统平台[4,5]。但是，众多信息技术的应用对工程领域技术范式和理论发展的具体驱动作用亟需系统化的识别和总结。

技术范式(Technological Paradigm)是基于自然科学原理，界定技术经济问题并制定解决方案的集合，包括原理、原则、方法、知识、标准、工具和习惯等要素[6]。技术范式的内涵已远超出技术方法和工具的使用规则，而是涉及到解决研究问题的众多管理要素，因此，技术范式可以被认为是技术创新驱动管理模式的转变。在工程管理领域，工程技术、方法和知识的累积正在驱动工程管理理论发展，但并没有完善的工程管理技术范式以指导工程实践[7]。探讨工程管理技术创新的动态演化，是识别技术创新种类和应用现状的有效方式，基于演化分析工程管理技术创新范式转变驱动力和过程，是掌握工程管理技术创新应用适应度和发展趋势的重要途径。

本文基于工程管理领域研究成果，在新一代信息技术时代背景下，应用定量文献计量法和定性技术范式理论分析法，识别工程管理领域技术的应用，分析技术创新动态演化过程，梳理技术创新范式演进阶段，进而预测技术创新范式演进趋势。本文的创新点为集成文献分析法与技术范式理论，拓展文献计量分析的理论深度，科学地识别工程管理技术创新范式，构建了以可持续发展为目标、以集成管理为保障和以智能化技术为路径的工程管理技术创新新范式。本文的理论贡献在于：丰富了技术范式理论的实践支撑，通过数量化的标准和指标构建定量与定性分析结合的桥梁。同时，从实践角度，本文提供的工程管理技术范式转变阶段和新范式发展趋势，为产学研各界的技术创新应用和发展决策提供重要参考。从具体研究内容来看，本文第一部分介绍了全文研究框架；第二部分定量分析科技文献，包括权威数据ff来源、准确检索和可视化分析；第三部分根据文献计量结果，基于技术范式理论，识别工程管理技术创新范式动力因素、转变阶段和发展趋势，并最终预测新范式发展模式。

1 研究框架

本文从定量文献分析和定性技术范式理论两条主线分析工程管理领域技术创新范式的发展阶段和变革，增强了单一文献计量分析的理论深度，并且为技术范式的构建提供了定量化数据支撑。具体来看，本文聚焦新一代信息技术在工程管理领域应用问题，在技术范式发展理论框架下，识别工程管理领域热点研究议题，分析工程管理技术创新范式转变，预测新范式内涵和发展趋势，为指导新技术在工程管理领域应用提供参考。研究思路如图1所示。

图1 研究框架

(1)根据高影响因子和学科影响力，在权威数据库中检索科技文献，为保证数据选择的准确性，本文通过两个步骤选择检索关键词，第一步根据2个主题关键词全面检索科技文献，第二步分析第一步检索结果，选择12个高频作者关键词作为最终检索关键词，既保证了查全率又保证了查准率。

(2)对检索数据进行关键词共现分析和共被引分析，通过网络视图、时区视图和时间视图多角度分析热点研究问题和趋势，具体的定量分析指标包括节点频数、网络密度、中介中心性、聚类系数和聚类轮廓值。

(3)依据技术范式理论，结合文献计量结果，从实践论、方法论和认识论维度确定工程管理技术创新范式转变的动力因素，分析工程管理技术创新范式经历了几个阶段的变革，最终确定现今工程管理创新范式发展阶段，并预测技术范式发展的目标、保障和路径。

2 工程管理技术创新动态演化

在信息技术发展的推动下，多种创新技术应用到工程管理过程，在提高了技术水平的同时，也对工程管理全新范式的构建带来挑战。工程技术创新相关权威科技文献的分析，是挖掘工程管理技术创新出现、发展、变革和衰退的重要途径，作为实践型驱动的研究领域，工程管理科技文献是产学研各界的重要基础。同时，科学计量学是挖掘文献数据背后隐形知识的重要工具之一[8]。因此，本部分从数据来源、数据选择和热点研究动态变化分析三个层面，遵循科学的文献计量分析步骤，分析了工程管理技术创新动态演化过程。

2.1 动态演化数据来源

工程管理理论体系完善的过程中，大量工程实践、研究机构和工程管理期刊的出现，为学者提供了丰富的研究依据，同时导致工程管理研究边界逐渐模糊。应用科学计量分析方法可以有效明确研究热点及其发展趋势，确定研究边界，此方法对研究数据的准确性和权威性要求较高[9]。本文数据选取于Web of Science(WOS)核心集数据库，其运用科学引文数据分析和同行评估相结合的方法，综合评估期刊的科学和学术价值，已逐渐成为国际公认的反映学科研究水准的代表性工具[10]。此外，本研究选择了工程管理领域13本国际权威期刊(EM13)，这些期刊受到领域内学者们广泛认可[11]，如表1所示。

表1 国际权威工程管理期刊(EM13)

WOS核心集数据库检索起始年为1900年，在1978年以前，EM13中并未收录来自中国的科技研究成果。1978—2020年，EM13共收录17264篇科技研究成果，除14486篇科技论文外，包括文献综述、编辑说明、会议论文和书评等，其中，7255篇来自美国，1844篇来自中国。中国学者在EM13的第一篇学术成果发表于1988年，Jin和Porter[12]分析了影响组织内部和外部创新能力的多重要素，寻找增强中国经济技术创新能力的方法和路径。汇总发现，中国总发文比例及各期刊发表比例约为10%，根据WOS领域分类标准，工程管理领域学者们关注的研究方向主要包括建筑工程技术、土木工程、工业工程、计算机技术跨学科应用、管理、商业和人工智能等。

2.2 动态演化关键词选择

关键词是构成知识概念的基本要素，并且已被广泛用于揭示研究领域的知识结构[13]。工程管理领域学者们已基于关键词选择，对具体研究对象进行文献计量分析，识别领域热点研究及发展趋势，例如，He等[14]基于检索关键词“建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)”分析该技术应用现状和合作网络关系。新一代信息技术、大数据分析方法和人工智能理念的引入，对工程管理实践及理论均产生重要影响，但只选择较为宏观的检索关键词不能准确地定位科学研究成果范围。因此，本文遵循“模糊主题-准确关键词”的检索原则，分两步骤确定初始检索关键词，如图2所示。第一步骤，选择2个模糊主题关键词(题目、摘要、作者关键词和扩展主题词)“大数据”和“人工智能”，检索科技成果；第二步骤，在检索的科技成果中选择高频率相关关键词并过滤，共识别出12个高频关键词作为初始检索关键词。

图2 关键词选择

2.3 动态演化过程分析

2.3.1 关键词共现网络分析

根据上文确定的检索关键词，在EM13中，共检索2495篇相关科技成果，这些成果主要发表于1990～2020年间，其中，中国学者发表624篇(包括中国台湾学者)。本研究应用Citespace软件绘制可视化视图，识别领域内前沿、热点及发展趋势，从静态和动态角度分析工程管理领域技术创新演化过程[15]。共现关系是指两个关键词同时出现在一篇科技成果中，不同关键词之间的共现关系构成了共现网络。图3绘制了所有成果中所有关键词的共现网络，从共现网络和时区视图两个视角展示整体及不同时间段内的热点研究关键词及其关系，其中词频排名前十的关键词包括模型(432)、系统(421)、遗传算法(309)、管理(252)、施工(238)、优化(234)、设计(230)、建筑信息模型(201)、神经网络(181)和信息技术(170)。从关键词共现网络角度，词频最大的关键词，如模型、系统及管理等与其他关键词间连线最多，代表共现关系越强，说明这些关键词在研究中起到基础作用。从时区视图角度，可以发现研究趋势大致可分为三个阶段：基础研究阶段(1990—2000年)，信息技术、系统、设计和管理作为最重要的研究要素，为以后的各阶段创新研究提供基础；集成阶段(2000—2010年)，多种信息技术及分析手段的出现，如人工智能、支持向量机、网络和仿真等，促进了集成化系统或平台的发展，如建筑信息系统(BIM)和决策支持系统等；信息技术多样化阶段(2010—2020年)，该阶段引入了多种跨学科技术手段，同时注重可持续及信息安全方向的研究。

图3 研究热点演化比较

改革开放后，中国大力加强基础产业和基础设施投资及建设，在大幅度提高经济发展的同时，对工程管理领域实践和理论发展产生巨大促进作用。通过比较全球及中国工程管理领域研究热点演化过程，主要发现两个特点：(1)中国工程管理领域各阶段研究内容与全球趋势相同，发展初期(阶段Ⅰ)关注系统、设计和绩效等基础研究，并开始关注人工智能技术，发展中期(阶段Ⅱ)重点关注集成系统的构建并出现更多信息技术，在近期阶段(阶段Ⅲ)，新一代信息技术层出不穷；(2)发展初期(阶段Ⅰ)及中期阶段(阶段Ⅱ)，中国研究滞后于全球研究，初期阶段大约滞后10年，中期阶段大约滞后5年，但是滞后趋势逐渐减弱，至近期阶段(阶段Ⅲ)，滞后趋势已消失，中国工程管理领域热点研究与全球研究并行。尽管词频关键词分析是确定研究热点和趋势的重要手段，但无法识别出促进研究阶段变化的驱动因素，关键词共被引网络从研究成果引文的角度分析研究基础。

2.3.2 文献共被引网络分析

共被引分析是文献计量学的重要角度，某一领域的文献共被引网络分析是识别研究基础的主要方式，普遍认为被引频次较高的科研成果在主题、研究方法和思路上具有相似性[16]。共被引网络是一个无向加权网络，网络中的节点代表检索成果的参考文献，连线代表两篇文献具有共被引关系，连线粗细代表共被引强度，即两篇文献共被引频次权重。另外，聚类是Citespace工具最主要的功能，应用LIS，LLR和MI三种算法，根据引文的施引文献标题、关键词和摘要中的主题词确定[17]。本文检索的2459篇科研成果共有71335篇参考文献，超过100个聚类，根据LLR聚类标签命名准则，图4展示出20个规模最大聚类的共被引网络，图中每一聚类中分布了众多同类关键词，展示在同一横线。该网络的聚类系数为0.869，意味着网络的共被引聚类可以清楚界定研究子领域，平均轮廓值为0.318，由于小聚类的存在，该值相对较低，但不影响对大聚类的分析。在20个聚类中，规模最大的三个聚类为建筑信息模型、云计算和信息技术，均出现于2010年以后，紧接着为土木工程与施工管理两个传统研究主题，文献平均年限较早，出现于2000—2010年间的聚类在所有类别中占据着中坚力量，即基础性作用，包括组织管理、技术管理、信息系统、决策管理和供应链等。

注：括号内年限为聚类平均年，标签颜色代表出现时间先后(绿色—黄色—红色)

3 工程管理技术创新范式转变

“范式”(Paradigm)由美国学者托马斯·库恩在《科学革命的结构》一书中提出，指共同体所依赖或遵循的理论基础、实践规范、技术工具、行为方式及世界观等。在此基础上，Dosi[6]提出技术范式概念，认为技术范式是解决技术经济问题的模式，是识别创新动力机制中的驱动因素和发展规律的重要方式。随着经济、技术、市场和政策要素的不断变化，科学领域的技术范式也会在驱动要素作用下发展到不同的阶段，适应变化的同时不断向新的方向演进。作为管理实践到工程实践的应用，工程管理领域技术创新的引入和发展，驱动技术范式向智能化、系统化和可持续等方向演进。

3.1 技术范式转变动力因素

创新是范式演进中最主要的驱动因素，表现于技术、管理和政策等方面，受到技术发展、市场拉动及系统化发展的推动，创新的种类包括渐进式创新、破坏式创新、微创新和颠覆式创新等[18]。建筑业正逐渐从劳动密集型向技术密集型转化，为适应工程“系统复杂性”发展，众多自动化、信息化及数据分析等技术创新被采用，驱动了工程管理技术范式的转变[19, 20]。在适应市场需求和遵守政策规范的前提下，技术范式的形成需要经过不断的累积和发展，到达一定程度后经过系统化管理方式，逐渐形成具有指导意义的范式。推动工程管理技术范式演进的动力因素内容将在下文以三个层面具体论述。

3.1.1 实践论层面：知识及技术累积发展

在基础理论和概念逐渐形成后，研究领域的发展需要经过大量知识和技术的累积，才能形成具有指导意义的理论、准则、行为标准和技术范式。作为知识和技术密集型实践领域，工程管理涉及到众多技术、信息、管理过程、利益相关者和资源，具有高度的复杂性和不确定性[21]。通过不断累积，选择并改进满足市场需求，适应工程发展和具有可延展性的技术、方法和工具，驱动单一和碎片化的技术集合转变为具有逻辑性的技术体系或技术范式。

3.1.2 方法论层面：系统化及集成化管理

不断累积的知识、技术和理论会随着实践变化呈现“爆炸”状态，遵循简单性原理，科学理论或范式的形成，需要经过系统化和集成化过程，形成综合性管理系统[22]。尽管技术创新的产生和发展是驱动技术范式转变的主要因素，特别是颠覆性技术的出现，但是系统化和集成化管理理念是技术创新可持续发展的主要保障，是提高管理效率和技术效率的主要手段[23]。可见，系统化及集成化管理理念不仅会推动技术发展，还能驱动技术范式的产生和演进。

3.1.3 认识论层面：政策发展

遵循全球和国家政策发展目标，是每个科研领域发展的基本原则，我国科技创新发展、大数据产业发展规划和可持续发展目标等宏观政策的制定，为各行业提供了发展方向和准则。例如，可持续发展目标影响到工程管理的多个环节：技术创新模式、利益相关者管理、经济竞争优势、环境保护和资源节约等，从宏观角度影响了工程管理技术范式[24]。可见，政策发展目标的提出从宏观维度指导技术范式转变的基本准则和方向。

技术范式转变的驱动力集中体现在思维和意识的认识论层面、行为决策的方法论层面及技术颠覆的实践论层面。对于工程管理技术创新范式，政策发展目标设定(如可持续发展理念)作为意识的集中体现，大数据、物联网、云计算等作为技术颠覆式创新的产物，系统化和集成化管理作为方法论的决策手段，对技术范式产生了巨大的影响与变革。如图5工程管理技术创新范式转变驱动因素所示，技术、管理和政策作为基本要素驱动了技术范式的演进，结合EM13中工程管理热点研究发现，在研究领域发展的不同阶段，呈现出多种具体驱动要素。

图5 工程管理技术创新范式转变驱动因素

3.2 技术范式转变阶段

根据范式阶段发展理论，一个研究领域技术范式的形成和发展需要经过概念形成阶段，随着大量知识、技术、方法和工具的出现，管理能力和效率不断提高，进入成熟阶段，成熟的方法和理论应用到本研究领域或其他领域后，最终会受到新范式出现的冲击，进入衰减阶段[25]。根据Kuhn的科学范式社会历史发展观，范式转变的冲击指常规技术的累积(量变)和技术革命(质变)相互交替，导致新旧范式的更替和发展，接受新的范式和理论是提高科学领域创造性和活性的必然选择[26]。图6技术范式发展阶段及变革总结了科学技术范式的发展阶段和新旧范式的转变过程，3个阶段间的起点和终点(A出现—B累积—C成熟—D衰退)代表了科学范式发展的阶段性驱动力，同时，技术的累积和颠覆性技术的出现促进新旧技术范式的转变。因此，除了发现范式转变驱动因素，明确技术范式不同发展阶段的内容和特点是梳理工程管理技术创新范式的重要步骤。

图6 技术范式发展阶段及变革

根据关键词共现网络和文献共被引网络分析结果，发现工程管理技术创新的研究大致可分为三个时间阶段，通过对各阶段的技术范式发展进行详细研究，发现工程管理技术创新范式经历了三次范式变革，且在不同范式内经历不同的发展阶段，如图7所示。图中展示了3个范式不同阶段规模最大的聚类，且聚类结果与全时间阶段(1990—2018年)共被引网络聚类结果一致(图4)。具体来看，范式Ⅰ(1990—2000年)：传统技术范式，工程管理技术创新主要应用在施工管理、组织管理和运营管理等传统工程管理内容；范式Ⅱ(2000—2010年)：集成技术范式，工程管理技术创新关注整个项目管理过程和全寿命周期管理过程，随着技术创新的积累，多种系统管理平台逐渐出现；范式Ⅲ(2010—2020年)：系统化信息技术范式，随着大数据、人工智能、云计算和物联网等新一代信息技术的应用，对工程管理技术创新范式产生巨大冲击，尽管技术范式并不成熟，但是建筑信息模型(BIM)的发展为逐渐累积的信息技术、数据和工具提供了系统化平台，是工程管理技术范式发展的重要方向。

图7 工程管理技术创新范式转变阶段

3.3 技术范式发展趋势

在技术范式转变过程中，新技术对研究领域发展带来的通常是非预测性、突变性和非连续性的结构化变革[7]。变革不仅体现在技术应用效率的提高，还体现在管理模式、方法体系和政策宏观目标的转变。近年来，受到新一代信息技术爆炸式增长的冲击，工程管理技术创新管理适应新技术的同时，迫切需要适应性、系统性和集成性技术范式的指导。根据文献计量分析结果，2010年后，大数据、人工智能和物联网等技术的出现，进一步驱动了工程管理自动化、信息化和智能化水平，随之具有可视化、协调性、模拟性和优化性的集成管理系统建筑信息模型(BIM)被广泛关注和研究。根据文献计量分析结果和技术范式理论分析，2010年后工程管理技术创新范式转变到系统化信息技术范式，为进一步确定新范式的特点并预测范式发展趋势，本文提取2010—2020年文献，总结系统化信息技术范式发展阶段和转变趋势，如图8所示。

图8 系统化信息技术范式的发展阶段

系统化信息技术范式(2010—2020年)主要经历了两个阶段：阶段Ⅰ，基本概念逐渐形成和完善，例如建筑信息模型(BIM)、信息技术和人工智能方法等概念成为主要研究热点，同时，旧范式中的基本理论和方法，如系统、模型、优化和决策支持系统等，作为理论基础为大数据、人工智能和物联网等信息技术的应用提供支撑；阶段Ⅱ，大量新一代信息知识、技术、方法和工具出现，大量优化方法被用于提高技术应用效率和管理能力。此外，节能、环保、安全和可持续发展目标等议题也是新技术应用过程重要研究对象。

总的来看，技术的累积发展、管理要素的集成和政策目标的指导从实践论、方法论、本体论和认识论等多个层面驱动了工程管理技术创新范式的转变。现阶段，并没有被广泛认可的工程管理技术创新范式，新一代信息技术仍然处于逐渐累积的阶段。因此，明确工程管理技术创新范式发展趋势，对科学技术范式的构建具有理论意义，对提高技术水平、优化管理过程和指导工程实践具有重要实践意义。根据文献计量热点研究演化分析结果，本研究从发展目标、发展路径和发展保障三个维度，识别出工程管理新一代信息技术范式的发展趋势(图9)：(1)以可持续为发展目标，节能、绿色、安全和可持续是工程管理领域近年来重要研究议题并集聚为一个聚类，可持续发展的研究范围从技术扩展到管理，其效益包括社会、经济和环境等维度；(2)以集成化管理为发展保障，技术创新范式的发展和完善不能脱离成熟的管理模式，工程管理涉及多种知识、技术、工具和管理理论，而这些信息的有效集成是形成科学技术范式的重要保障；(3)以智能化技术为发展路径，大数据、人工智能和物联网等信息技术的出现和广泛应用提高了工程管理技术水平，随之出现了众多集成化系统或工具，例如建筑信息模型(BIM)，这是工程管理领域适应时代发展的必然选择。

图9 工程管理技术创新范式转变趋势

4 结论与展望

本文旨在分析工程管理技术创新范式发展和转变过程，拓展文献计量学范式研究的理论内涵，识别工程管理技术创新范式的发展趋势，构建以可持续为目标、以集成化管理为保障和以智能化技术为路径的理论框架。在工程管理技术创新动态演化分析中，基于权威数据，通过先主题关键词检索和后作者关键词检索两步骤确定最终检索词，保证了文献计量的查全率和查准率。通过聚类视图、时区视图和时间线视图分析关键词共现网络和文献共被引网络，本文得出如下结论和发现：第一，工程管理领域技术创新热点关键词包括模型、系统、遗传算法、管理、施工、优化、设计、建筑信息模型、神经网络和信息技术等；第二，研究趋势可大致分为以信息技术、系统、设计和管理作为主要研究的基础研究阶段，集成化系统和平台逐渐发展的集成阶段，以及信息技术多样化阶段，且在1990—2020年间我国工程管理领域技术创新应用逐渐追赶世界水平；第三，在技术范式理论支撑下，拓展了技术范式转变动力因素、阶段和发展趋势识别的理论内涵和定量化支撑，最终确定工程管理创新领域技术范式经历3个阶段转变，从1990—2000年的传统技术范式，到2000—2010年的集成技术范式，转变到2010年以后的系统化信息技术范式，新范式现在处于技术快速累积阶段，并形成以可持续为目标、集成化管理为保障和智能化技术为路径的发展趋势。

本研究的理论贡献在于，深化了文献计量结果的理论内涵。在通过文献分析获得研究时间段的热点研究问题和趋势后，基于技术范式理论，识别了在不同阶段内的范式转变要素、阶段和发展，同时也丰富了技术范式理论的计量结果支撑，通过数量化的标准和指标构建了定量与定向分析相结合的桥梁。同时，本研究的实践贡献在于，为产学研各界技术应用和发展决策提供参考。目前，工程管理领域技术创新正处在快速增长阶段，明确其技术范式和现如今的发展程度，对技术创新应用、升级和淘汰等决策具有重要实践指导意义。本研究严格遵守了文献计量学分析的方法论，同时引入科学范式理论作为理论支撑，充分考虑了定量与定性分析结合的适用性。但是本研究仍然存在局限性，计量分析的数据来源仅限于科技文献研究成果，研究报告、案例分析和媒体数据也是进一步扩充和验证技术范式的重要途径。因此，本文构建的技术范式发展框架有待通过代表性实践案例进行验证，以证实工程管理技术创新范式具有指导性和一般性意义。