建筑室內熱環(huán)境CiteSpace知識圖譜構建與分析

　　摘要:以1991—2020年WOS和CNKI共計4328篇文獻為數(shù)據(jù)基礎，利用信息可視化軟件CiteSpace分析了建筑室內熱環(huán)境的研究現(xiàn)狀、前沿熱點、研究主題及發(fā)展趨勢，并繪制了該領域知識架構。研究發(fā)現(xiàn):室內熱環(huán)境研究文獻數(shù)量持續(xù)增長，研究網絡較為清晰，出現(xiàn)了一批學術代表;熱舒適相關理論與模型、室內熱環(huán)境營造與影響因素、建筑適應性設計與方法是其主要研究領域;在國內外新形勢下，既往知識領域的研究視角擴展至節(jié)能減排，相關理論、技術及方法創(chuàng)新是后續(xù)研究需重點關注的方面。

　　關鍵詞:室內熱環(huán)境;CiteSpace;知識圖譜

　　0引言

　　人的日�；顒佑�80%～90%發(fā)生在建筑室內，室內環(huán)境質量直接影響著使用者的健康舒適以及工作效率[1]。其中，建筑熱環(huán)境超越聲、光及空氣質量，占室內環(huán)境舒適度評價權重的30.2%[2]。隨著科技進步和人民生活水平的提高，為營造舒適的室內熱環(huán)境，暖通空調能耗約占我國建筑總能耗的2/3，且總量逐年增加[3]。

　　建筑論文范例： 淺析建筑工程施工進度控制與管理

　　隨著能源、環(huán)境問題的日益突出，研究者們開始探究什么是可持續(xù)發(fā)展背景下滿足使用者需求的建筑室內熱環(huán)境。因此，對室內熱環(huán)境研究成果開展階段性歸納和總結，有助于從整體上把握研究態(tài)勢，為后續(xù)創(chuàng)新性研究奠定基礎。雖然有學者從不同視角對建筑熱環(huán)境進行了回顧和展望，但大都是建立在對大量文獻定性梳理的基礎上，在文獻選擇與分類標準、熱點跟蹤與方向把控等方面存在主觀性。

　　鑒于此，本文應用知識圖譜繪制工具對國內外室內熱環(huán)境研究文獻進行量化分析，梳理該領域的研究現(xiàn)狀、前沿熱點、研究主題及發(fā)展趨勢，為后續(xù)研究提供科學依據(jù)。1研究方法及數(shù)據(jù)來源目前，國際上知識圖譜繪制工具主要有Bibexcel、CiteSpace、ColPalRed、IN-SPIRE和VOSviewer等，其中CiteSpace的可視化功能較強、應用較為廣泛[4]。本文以1991—2020年為時間區(qū)間，以“建筑熱環(huán)境”、“室內熱環(huán)境”為主題詞，利用CiteSpace.5.6.R2對國內外相關文獻進行分析。樣本文獻數(shù)據(jù)來源為WOS核心期刊合集數(shù)據(jù)庫和CNKI中國知網數(shù)據(jù)庫，經過人工數(shù)據(jù)剪枝，排除掉天文學、考古學、毒理學等非相關領域文獻，最終篩選出英文有效文獻3476篇、中文有效文獻852篇。

　　2文獻計量分析

　　2.1研究歷程

　　建筑室內熱環(huán)境研究大致分為3個階段。20世紀初至2000年為起步階段，雖然文獻總量較 少，但國外學者圍繞該領域核心概念、熱感覺影響 因子及熱平衡、熱舒適、熱適應模型等基礎理論問題，逐步建立起較為系統(tǒng)的理論框架。2000—2005年為逐步提升階段，年均發(fā)文量達56篇。

　　此階段國內外研究學者從物理學、生理學、心理學多個角度出發(fā)，對人體熱感覺機理展開了廣泛研究。2006年至今文獻數(shù)量快速攀升，年平均增長率為23.8%，2019年國內外發(fā)文量高達659篇，出現(xiàn)了研究熱潮。借助實驗室、現(xiàn)場調查和數(shù)字化模擬等研究手段，將傳統(tǒng)研究范疇拓展到環(huán)境科學、生態(tài)學、行為學、經濟學、醫(yī)學等領域，在能源、環(huán)境與健康危機的背景下，室內熱環(huán)境與人體熱舒適的本質與內涵被不斷探索與揭示。

　　2.2代表學者及合作網絡

　　本文樣本文獻共涉及14461位作者，最高產作者發(fā)文量75篇，僅發(fā)表1篇論文的作者占作者總數(shù)的86.21%。低產作者比率低于洛特卡定律常數(shù)0.6079的標準，說明該領域研究者眾多且較為分散，需進一步對核心作者及其研究團隊進行聚類圖譜分析。以“作者”為節(jié)點類型分別對WOS的3476篇英文文獻及其70725篇參考文獻，以及CNKI的852篇中文文獻進行共被引分析，構建作者共引聚類知識圖譜。圖譜中節(jié)點大小說明出現(xiàn)頻次，顏色代表文獻發(fā)表時間;連線數(shù)量與粗細反映了作者合作關系及強度，顏色表示首次共現(xiàn)時間。

　　其中，F(xiàn)anger教授于1970年首次提出的PMVPPD指標得到了美國采暖空調學會(ASHRAE55)和國際標準化組織(ISO7730)的認可，是目前室內熱環(huán)境舒適度預測與評價的通用指標[5]。此后，Humphreys和Nicol等基于現(xiàn)場與氣候室研究差異發(fā)展了適應性理論[6-7]。

　　1998年，deDear 等在ASHRAERP-884數(shù)據(jù)庫基礎上提出了適應性模型，認為人體的適應性包括行為、生理和心理調節(jié)三部分[8-10]。至此，國外建筑室內熱環(huán)境研究的主體脈絡初步確立。相較于英文文獻，沒有形成密切的合作網絡。這是由于CNKI樣本數(shù)據(jù)中不包含引文數(shù)據(jù)，CiteSpace只能對施引文獻進行合作者分析，不能同時對被引文獻進行耦合分析。從共現(xiàn)頻次和合作網絡看，室內熱舒適研究形成了以劉加平、楊柳為核心的西安建筑科技大學團隊，以朱穎心、林波榮為核心的清華大學團隊，以李百戰(zhàn)、姚潤明為核心的重慶大學團隊。三大核心團隊發(fā)文量占樣本總數(shù)的42.95%，這表明在室內熱舒適研究領域，作者集中度較高，核心團隊貢獻較大。然而，各團隊內部以“學緣”關系為主，節(jié)點之間總體連線較少，未顯示出跨區(qū)域、跨學科的協(xié)同研究平臺。

　　2.3研究熱點

　　高頻關鍵詞代表著研究熱點，關鍵詞兩兩以上共同出現(xiàn)稱為關鍵詞共現(xiàn)。對關鍵詞共現(xiàn)的節(jié)點中介中心性進行分析，可以厘清高頻關鍵詞的內在聯(lián)系，進一步判斷研究熱點。對中英文樣本文獻以1年為時間切片，提取每個時間切片內前10個高頻關鍵詞，繪制室內熱環(huán)境關鍵詞共現(xiàn)知識圖譜。圖中節(jié)點大小表示關鍵詞共現(xiàn)頻度，連線顏色表征首次共現(xiàn)時間。兩張圖譜均呈現(xiàn)出分散度高、分支多、詞間關聯(lián)度強等共性特征。提取中心性大于0.1的高頻關鍵詞，大致分為以下4類:

　　1)以熱舒適、熱環(huán)境為代表的研究主題類。作為該領域的核心關鍵詞，其涵蓋內容廣泛，既是研究重點，也可觸發(fā)和銜接其他關鍵詞，詞頻高達1323次。2)以居住建筑為代表的研究對象類。探究不同建筑類型特定的熱舒適標準，是該領域持續(xù)的研究熱點。3)以溫度、通風設計為代表的研究內容類。這類關鍵詞代表了室內熱舒適的主要研究方向，節(jié)點中心性很高，與其他高頻關鍵詞共現(xiàn)強度高，是推動該領域研究發(fā)展的重要脈絡節(jié)點。4)以數(shù)值模擬、計算流體力學為代表的研究方法類。作為數(shù)字化輔助技術，軟件模擬已成為該領域除氣候室、現(xiàn)場研究之外的重要研究方法。

　　2.4研究主題

　　參考文獻組成了知識基礎，2篇參考文獻被同一文獻引用稱為文獻共被引。區(qū)別于研究熱點的關鍵詞共現(xiàn)分析，對引文進行聚類，可以在更大知識范圍內揭示某個領域的研究軌跡及知識結構，識別潛在語義。由于CNKI數(shù)據(jù)庫不包含文獻共被引數(shù)據(jù)，因此中文樣本文獻僅能對關鍵詞進行聚類，其本質是在關鍵詞共現(xiàn)基礎上的 再次聚類，圖譜結果與關鍵詞共現(xiàn)相似度高，但又不如關鍵詞共現(xiàn)簡潔明了，因此本文僅對英文 樣本文獻進行文獻共被引聚類分析。WOS樣本文獻的共被引聚類知識圖譜共生成16個聚類，模塊值Q=0.8439>0.3，平均輪廓值S=0.7254>0.7，聚類結構顯著高效且令人信服[11]。

　　圖譜中聚類大小代表其容納的文獻總數(shù)，節(jié)點大小代表文獻被引頻次，連線代表共引關系及強度[12]。CiteSpace聚類分析包括TF*IDF、LLR、MI3種統(tǒng)計算法，TF*IDF強調研究主流，LLR和MI強調研究特點，三者結合提取的共同信息是對聚類最佳的詮釋和界定[13]。詳細審查聚類標簽及其內部重疊文獻，室內熱環(huán)境研究可聚焦于以下3個值得關注的知識領域。

　　2.4.1熱舒適相關理論與模型

　　國外建筑熱舒適相關研究起步較早，1919年美國采暖通風工程師學會匹茲堡室內氣候實驗室的建立，標志著熱舒適開始了科學化研究。目前，該領域在研究手段、機理模型、調控策略、評價方法與標準等方面的研究已卓有成效，具有一定的工作框架和可實施性。該主題內部主要聚類標簽包括非均勻熱環(huán)境、熱適應、熱經歷等。1)“非均勻熱環(huán)境”研究者認為熱舒適不存在于穩(wěn)態(tài)熱環(huán)境下，而是處于一些動態(tài)過程中[14]。對受試者局部進行加熱或冷卻，可有效提高受試者的熱感覺滿意度[15]。因此，近年來室內熱環(huán)境與人體舒適研究逐漸從穩(wěn)態(tài)均勻熱環(huán)境轉向滿足個性化需求的非均勻熱環(huán)境領域，提高使用者滿意度的同時降低非必要建筑能耗。

　　該領域研究視角大致可分為4類:①溫度、風速、非對稱熱輻射等局部環(huán)境參數(shù)對人體熱舒適的影響[16-22];②局部熱感覺對整體熱感覺的影響[23-24];③基于皮膚溫度、核心溫度等生理參數(shù)的熱舒適客觀評價指標[25-27];④以EQT、EHT為代表的非均勻熱環(huán)境熱舒適評價模型[28-29]。此外，該聚類MI算法標簽“daylightglarecomfort”提示室內熱舒適評價的多因素綜合影響[30-31]，如Marije等認為視覺舒適度與室內熱舒適呈正相關，且對室內熱舒適具有補償作用[32]。

　　2.4.2建筑適應性設計與方法

　　“建筑適應性設計與方法”主題內部的主要聚類標簽包括表皮設計、雙層表皮、醫(yī)院工作人員、雨季、暖體假人、CFD、數(shù)值模擬等。其內部文獻圍繞地域氣候、人群和建筑類型對室內熱環(huán)境的需求與影響，著重討論不同氣候和季節(jié)、不同建筑類型及人群熱舒適需求下的建筑適應性設計。

　　2.5研究趨勢

　　利用CiteSpace對關鍵詞進行突現(xiàn)分析，以探究該領域發(fā)展趨勢及前沿動態(tài)。所謂突現(xiàn)詞是指出現(xiàn)頻次在短時間內突然增加或者使用頻次明顯增多的關鍵性術語。從英文文獻的關鍵詞突現(xiàn)圖譜可以看出，國外室內熱環(huán)境早期研究側重空氣質量、人體熱感覺及其影響機制，熱度持續(xù)時間較長，突現(xiàn)詞如空氣質量、濕度、CFD、PMV、病態(tài)建筑綜合癥[112-117]等。2005年之后，隨著社會對氣候變化的愈發(fā)關注，室內熱環(huán)境評價逐漸轉向節(jié)能視角，置換通風、自然通風等節(jié)能高效的熱環(huán)境調節(jié)方法成為重要研究內容。

　　相較之下，中文文獻的關鍵詞突現(xiàn)圖譜顯示，室內熱環(huán)境、熱舒適概念內涵的基礎研究出現(xiàn)時間較晚且熱度持續(xù)時間短，2000年之后，能源問題帶來的地域性研究、自然通風、供熱及太陽能利用等研究熱點相繼更替，表現(xiàn)出我國學界對于氣候變化與建筑節(jié)能問題的重視與持續(xù)關注。

　　3結論與展望

　　運用CiteSpace信息可視化軟件，以WOS數(shù)據(jù)庫3476篇和CNKI數(shù)據(jù)庫852篇有效文獻為樣本數(shù)據(jù)，對國內外現(xiàn)階段建筑室內熱環(huán)境領域的知識圖譜進行了量化分析，辨析了前沿熱點及3大研究主題。經過數(shù)十年的發(fā)展，特別是2006年之后，室內熱環(huán)境領域研究成果豐碩，相關研究方法不斷創(chuàng)新、研究范圍不斷拓展、研究內容不斷深化，然而該領域仍存在以下亟待完善及拓展的方面:

　　1)合作網絡:高水平、多層次的學科合作有利于推動研究領域的發(fā)展，科研合作水平也與論文影響力呈正相關。然而，作者共引聚類圖譜顯示，我國室內熱環(huán)境領域研究團隊呈現(xiàn)出大集中、小分散的圖譜特征，作者間以學緣關系為主，不利于學科之間的交叉融合。

　　2)研究內容:熱舒適相關理論與模型、室內熱環(huán)境營造與影響因素、建筑適應性設計與方法為3大研究主線，未來研究和實踐應注重學科交叉，如改進熱舒適預測和熱感覺評價模型、制訂個性化室內熱環(huán)境設計標準、設計節(jié)能減排的氣候響應式室內熱環(huán)境、開發(fā)更加精細便捷的數(shù)字模擬輔助工具等。

　　3)研究趨勢:由于全球環(huán)境及政策變化，近年來國內外相關文獻高頻關鍵詞圍繞“建筑節(jié)能”呈多元化發(fā)展趨勢，學者們應在滿足使用者熱舒適前提下從“熱舒適評價”基礎理論、“個性化通風”研究對象、“數(shù)值模擬”研究方法等多元視角挖掘建筑節(jié)能潛力，拓展建筑氣候適應性設計創(chuàng)新研究。

　　參考文獻：

　　[1]曹彬，朱穎心，歐陽沁，等.公共建筑室內環(huán)境質量與人體舒適性的關系研究[J].建筑科學，2010，26(10):126-130.

　　[2]彥啟森，石文星.空調器的發(fā)展歷程與展望[J].制冷與空調，1997(3):10-16.

　　[3]清華大學建筑節(jié)能研究中心.中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報告[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2019.

　　[4]楊思洛，韓瑞珍.國外知識圖譜繪制的方法與工具分析[J].圖書情報知識，2012(6):101-109.

　　[5]FANGERPO.Thermalcomfort[M].Copenhagen:DanishTechnicalPress，1970.

　　作者：高源1，2，池婧祎1，母芳初1，袁景玉1，2

轉載請注明來自發(fā)表學術論文網：http:///nylw/28206.html