建筑室內(nèi)熱環(huán)境CiteSpace知識(shí)圖譜構(gòu)建與分析

　　摘要:以1991—2020年WOS和CNKI共計(jì)4328篇文獻(xiàn)為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，利用信息可視化軟件CiteSpace分析了建筑室內(nèi)熱環(huán)境的研究現(xiàn)狀、前沿?zé)狳c(diǎn)、研究主題及發(fā)展趨勢，并繪制了該領(lǐng)域知識(shí)架構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn):室內(nèi)熱環(huán)境研究文獻(xiàn)數(shù)量持續(xù)增長，研究網(wǎng)絡(luò)較為清晰，出現(xiàn)了一批學(xué)術(shù)代表;熱舒適相關(guān)理論與模型、室內(nèi)熱環(huán)境營造與影響因素、建筑適應(yīng)性設(shè)計(jì)與方法是其主要研究領(lǐng)域;在國內(nèi)外新形勢下，既往知識(shí)領(lǐng)域的研究視角擴(kuò)展至節(jié)能減排，相關(guān)理論、技術(shù)及方法創(chuàng)新是后續(xù)研究需重點(diǎn)關(guān)注的方面。

　　關(guān)鍵詞:室內(nèi)熱環(huán)境;CiteSpace;知識(shí)圖譜

　　0引言

　　人的日�；顒�(dòng)有80%～90%發(fā)生在建筑室內(nèi)，室內(nèi)環(huán)境質(zhì)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(zhì)量，占室內(nèi)環(huán)境舒適度評(píng)價(jià)權(quán)重的30.2%[2]。隨著科技進(jìn)步和人民生活水平的提高，為營造舒適的室內(nèi)熱環(huán)境，暖通空調(diào)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(jìn)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(nèi)熱環(huán)境。因此，對室內(nèi)熱環(huán)境研究成果開展階段性歸納和總結(jié)，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(chǔ)。雖然有學(xué)者從不同視角對建筑熱環(huán)境進(jìn)行了回顧和展望，但大都是建立在對大量文獻(xiàn)定性梳理的基礎(chǔ)上，在文獻(xiàn)選擇與分類標(biāo)準(zhǔn)、熱點(diǎn)跟蹤與方向把控等方面存在主觀性。

　　鑒于此，本文應(yīng)用知識(shí)圖譜繪制工具對國內(nèi)外室內(nèi)熱環(huán)境研究文獻(xiàn)進(jìn)行量化分析，梳理該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、前沿?zé)狳c(diǎn)、研究主題及發(fā)展趨勢，為后續(xù)研究提供科學(xué)依據(jù)。1研究方法及數(shù)據(jù)來源目前，國際上知識(shí)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(qiáng)、應(yīng)用較為廣泛[4]。本文以1991—2020年為時(shí)間區(qū)間，以“建筑熱環(huán)境”、“室內(nèi)熱環(huán)境”為主題詞，利用CiteSpace.5.6.R2對國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行分析。樣本文獻(xiàn)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(wǎng)數(shù)據(jù)庫，經(jīng)過人工數(shù)據(jù)剪枝，排除掉天文學(xué)、考古學(xué)、毒理學(xué)等非相關(guān)領(lǐng)域文獻(xiàn)，最終篩選出英文有效文獻(xiàn)3476篇、中文有效文獻(xiàn)852篇。

　　2文獻(xiàn)計(jì)量分析

　　2.1研究歷程

　　建筑室內(nèi)熱環(huán)境研究大致分為3個(gè)階段。20世紀(jì)初至2000年為起步階段，雖然文獻(xiàn)總量較 少，但國外學(xué)者圍繞該領(lǐng)域核心概念、熱感覺影響 因子及熱平衡、熱舒適、熱適應(yīng)模型等基礎(chǔ)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(dá)56篇。

　　此階段國內(nèi)外研究學(xué)者從物理學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)多個(gè)角度出發(fā)，對人體熱感覺機(jī)理展開了廣泛研究。2006年至今文獻(xiàn)數(shù)量快速攀升，年平均增長率為23.8%，2019年國內(nèi)外發(fā)文量高達(dá)659篇，出現(xiàn)了研究熱潮。借助實(shí)驗(yàn)室、現(xiàn)場調(diào)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(xué)、生態(tài)學(xué)、行為學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，在能源、環(huán)境與健康危機(jī)的背景下，室內(nèi)熱環(huán)境與人體熱舒適的本質(zhì)與內(nèi)涵被不斷探索與揭示。

　　2.2代表學(xué)者及合作網(wǎng)絡(luò)

　　本文樣本文獻(xiàn)共涉及14461位作者，最高產(chǎn)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(chǎn)作者比率低于洛特卡定律常數(shù)0.6079的標(biāo)準(zhǔn)，說明該領(lǐng)域研究者眾多且較為分散，需進(jìn)一步對核心作者及其研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行聚類圖譜分析。以“作者”為節(jié)點(diǎn)類型分別對WOS的3476篇英文文獻(xiàn)及其70725篇參考文獻(xiàn)，以及CNKI的852篇中文文獻(xiàn)進(jìn)行共被引分析，構(gòu)建作者共引聚類知識(shí)圖譜。圖譜中節(jié)點(diǎn)大小說明出現(xiàn)頻次，顏色代表文獻(xiàn)發(fā)表時(shí)間;連線數(shù)量與粗細(xì)反映了作者合作關(guān)系及強(qiáng)度，顏色表示首次共現(xiàn)時(shí)間。

　　其中，F(xiàn)anger教授于1970年首次提出的PMVPPD指標(biāo)得到了美國采暖空調(diào)學(xué)會(huì)(ASHRAE55)和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO7730)的認(rèn)可，是目前室內(nèi)熱環(huán)境舒適度預(yù)測與評(píng)價(jià)的通用指標(biāo)[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(yīng)性理論[6-7]。

　　1998年，deDear 等在ASHRAERP-884數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上提出了適應(yīng)性模型，認(rèn)為人體的適應(yīng)性包括行為、生理和心理調(diào)節(jié)三部分[8-10]。至此，國外建筑室內(nèi)熱環(huán)境研究的主體脈絡(luò)初步確立。相較于英文文獻(xiàn)，沒有形成密切的合作網(wǎng)絡(luò)。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(xiàn)進(jìn)行合作者分析，不能同時(shí)對被引文獻(xiàn)進(jìn)行耦合分析。從共現(xiàn)頻次和合作網(wǎng)絡(luò)看，室內(nèi)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(xué)團(tuán)隊(duì)，以朱穎心、林波榮為核心的清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)，以李百戰(zhàn)、姚潤明為核心的重慶大學(xué)團(tuán)隊(duì)。三大核心團(tuán)隊(duì)發(fā)文量占樣本總數(shù)的42.95%，這表明在室內(nèi)熱舒適研究領(lǐng)域，作者集中度較高，核心團(tuán)隊(duì)貢獻(xiàn)較大。然而，各團(tuán)隊(duì)內(nèi)部以“學(xué)緣”關(guān)系為主，節(jié)點(diǎn)之間總體連線較少，未顯示出跨區(qū)域、跨學(xué)科的協(xié)同研究平臺(tái)。

　　2.3研究熱點(diǎn)

　　高頻關(guān)鍵詞代表著研究熱點(diǎn)，關(guān)鍵詞兩兩以上共同出現(xiàn)稱為關(guān)鍵詞共現(xiàn)。對關(guān)鍵詞共現(xiàn)的節(jié)點(diǎn)中介中心性進(jìn)行分析，可以厘清高頻關(guān)鍵詞的內(nèi)在聯(lián)系，進(jìn)一步判斷研究熱點(diǎn)。對中英文樣本文獻(xiàn)以1年為時(shí)間切片，提取每個(gè)時(shí)間切片內(nèi)前10個(gè)高頻關(guān)鍵詞，繪制室內(nèi)熱環(huán)境關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識(shí)圖譜。圖中節(jié)點(diǎn)大小表示關(guān)鍵詞共現(xiàn)頻度，連線顏色表征首次共現(xiàn)時(shí)間。兩張圖譜均呈現(xiàn)出分散度高、分支多、詞間關(guān)聯(lián)度強(qiáng)等共性特征。提取中心性大于0.1的高頻關(guān)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(lǐng)域的核心關(guān)鍵詞，其涵蓋內(nèi)容廣泛，既是研究重點(diǎn)，也可觸發(fā)和銜接其他關(guān)鍵詞，詞頻高達(dá)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(biāo)準(zhǔn)，是該領(lǐng)域持續(xù)的研究熱點(diǎn)。3)以溫度、通風(fēng)設(shè)計(jì)為代表的研究內(nèi)容類。這類關(guān)鍵詞代表了室內(nèi)熱舒適的主要研究方向，節(jié)點(diǎn)中心性很高，與其他高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)強(qiáng)度高，是推動(dòng)該領(lǐng)域研究發(fā)展的重要脈絡(luò)節(jié)點(diǎn)。4)以數(shù)值模擬、計(jì)算流體力學(xué)為代表的研究方法類。作為數(shù)字化輔助技術(shù)，軟件模擬已成為該領(lǐng)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(xiàn)組成了知識(shí)基礎(chǔ)，2篇參考文獻(xiàn)被同一文獻(xiàn)引用稱為文獻(xiàn)共被引。區(qū)別于研究熱點(diǎn)的關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析，對引文進(jìn)行聚類，可以在更大知識(shí)范圍內(nèi)揭示某個(gè)領(lǐng)域的研究軌跡及知識(shí)結(jié)構(gòu)，識(shí)別潛在語義。由于CNKI數(shù)據(jù)庫不包含文獻(xiàn)共被引數(shù)據(jù)，因此中文樣本文獻(xiàn)僅能對關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類，其本質(zhì)是在關(guān)鍵詞共現(xiàn)基礎(chǔ)上的 再次聚類，圖譜結(jié)果與關(guān)鍵詞共現(xiàn)相似度高，但又不如關(guān)鍵詞共現(xiàn)簡潔明了，因此本文僅對英文 樣本文獻(xiàn)進(jìn)行文獻(xiàn)共被引聚類分析。WOS樣本文獻(xiàn)的共被引聚類知識(shí)圖譜共生成16個(gè)聚類，模塊值Q=0.8439>0.3，平均輪廓值S=0.7254>0.7，聚類結(jié)構(gòu)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(xiàn)總數(shù)，節(jié)點(diǎn)大小代表文獻(xiàn)被引頻次，連線代表共引關(guān)系及強(qiáng)度[12]。CiteSpace聚類分析包括TF*IDF、LLR、MI3種統(tǒng)計(jì)算法，TF*IDF強(qiáng)調(diào)研究主流，LLR和MI強(qiáng)調(diào)研究特點(diǎn)，三者結(jié)合提取的共同信息是對聚類最佳的詮釋和界定[13]。詳細(xì)審查聚類標(biāo)簽及其內(nèi)部重疊文獻(xiàn)，室內(nèi)熱環(huán)境研究可聚焦于以下3個(gè)值得關(guān)注的知識(shí)領(lǐng)域。

　　2.4.1熱舒適相關(guān)理論與模型

　　國外建筑熱舒適相關(guān)研究起步較早，1919年美國采暖通風(fēng)工程師學(xué)會(huì)匹茲堡室內(nèi)氣候?qū)嶒?yàn)室的建立，標(biāo)志著熱舒適開始了科學(xué)化研究。目前，該領(lǐng)域在研究手段、機(jī)理模型、調(diào)控策略、評(píng)價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)等方面的研究已卓有成效，具有一定的工作框架和可實(shí)施性。該主題內(nèi)部主要聚類標(biāo)簽包括非均勻熱環(huán)境、熱適應(yīng)、熱經(jīng)歷等。1)“非均勻熱環(huán)境”研究者認(rèn)為熱舒適不存在于穩(wěn)態(tài)熱環(huán)境下，而是處于一些動(dòng)態(tài)過程中[14]。對受試者局部進(jìn)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(nèi)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(zhuǎn)向滿足個(gè)性化需求的非均勻熱環(huán)境領(lǐng)域，提高使用者滿意度的同時(shí)降低非必要建筑能耗。

　　該領(lǐng)域研究視角大致可分為4類:①溫度、風(fēng)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(píng)價(jià)指標(biāo)[25-27];④以EQT、EHT為代表的非均勻熱環(huán)境熱舒適評(píng)價(jià)模型[28-29]。此外，該聚類MI算法標(biāo)簽“daylightglarecomfort”提示室內(nèi)熱舒適評(píng)價(jià)的多因素綜合影響[30-31]，如Marije等認(rèn)為視覺舒適度與室內(nèi)熱舒適呈正相關(guān)，且對室內(nèi)熱舒適具有補(bǔ)償作用[32]。

　　2.4.2建筑適應(yīng)性設(shè)計(jì)與方法

　　“建筑適應(yīng)性設(shè)計(jì)與方法”主題內(nèi)部的主要聚類標(biāo)簽包括表皮設(shè)計(jì)、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(nèi)部文獻(xiàn)圍繞地域氣候、人群和建筑類型對室內(nèi)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(yīng)性設(shè)計(jì)。

　　2.5研究趨勢

　　利用CiteSpace對關(guān)鍵詞進(jìn)行突現(xiàn)分析，以探究該領(lǐng)域發(fā)展趨勢及前沿動(dòng)態(tài)。所謂突現(xiàn)詞是指出現(xiàn)頻次在短時(shí)間內(nèi)突然增加或者使用頻次明顯增多的關(guān)鍵性術(shù)語。從英文文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞突現(xiàn)圖譜可以看出，國外室內(nèi)熱環(huán)境早期研究側(cè)重空氣質(zhì)量、人體熱感覺及其影響機(jī)制，熱度持續(xù)時(shí)間較長，突現(xiàn)詞如空氣質(zhì)量、濕度、CFD、PMV、病態(tài)建筑綜合癥[112-117]等。2005年之后，隨著社會(huì)對氣候變化的愈發(fā)關(guān)注，室內(nèi)熱環(huán)境評(píng)價(jià)逐漸轉(zhuǎn)向節(jié)能視角，置換通風(fēng)、自然通風(fēng)等節(jié)能高效的熱環(huán)境調(diào)節(jié)方法成為重要研究內(nèi)容。

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

　　3結(jié)論與展望

　　運(yùn)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(xiàn)為樣本數(shù)據(jù)，對國內(nèi)外現(xiàn)階段建筑室內(nèi)熱環(huán)境領(lǐng)域的知識(shí)圖譜進(jìn)行了量化分析，辨析了前沿?zé)狳c(diǎn)及3大研究主題。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，特別是2006年之后，室內(nèi)熱環(huán)境領(lǐng)域研究成果豐碩，相關(guān)研究方法不斷創(chuàng)新、研究范圍不斷拓展、研究內(nèi)容不斷深化，然而該領(lǐng)域仍存在以下亟待完善及拓展的方面:

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

　　2)研究內(nèi)容:熱舒適相關(guān)理論與模型、室內(nèi)熱環(huán)境營造與影響因素、建筑適應(yīng)性設(shè)計(jì)與方法為3大研究主線，未來研究和實(shí)踐應(yīng)注重學(xué)科交叉，如改進(jìn)熱舒適預(yù)測和熱感覺評(píng)價(jià)模型、制訂個(gè)性化室內(nèi)熱環(huán)境設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)節(jié)能減排的氣候響應(yīng)式室內(nèi)熱環(huán)境、開發(fā)更加精細(xì)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(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)高頻關(guān)鍵詞圍繞“建筑節(jié)能”呈多元化發(fā)展趨勢，學(xué)者們應(yīng)在滿足使用者熱舒適前提下從“熱舒適評(píng)價(jià)”基礎(chǔ)理論、“個(gè)性化通風(fēng)”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(yīng)性設(shè)計(jì)創(chuàng)新研究。

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　　作者：高源1，2，池婧祎1，母芳初1，袁景玉1，2

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