国内地下综合管廊文献信息挖掘与分析*

陈刚 张培兴 刘紫婵 王泽本 张瑞萍

(1.河北经贸大学管理科学与工程学院，河北 石家庄 050061；

2.中铁十一局集团桥梁有限公司，江西 鹰潭 335003；

3.河北省经济社会发展地理信息大数据平台，河北 石家庄 050061)

地下综合管廊能够有效缓解城市发展中道路反复开挖、交通拥堵等问题，对于现代文明城市发展具有明显的推动作用[1-3]。为此，国家选定25个试点城市开展综合管廊项目，掀起了综合管廊建设的热潮。

伴随综合管廊建设的开展，针对性研究逐渐增多，研究成果井喷式涌现，但随之而来的问题也逐渐凸显，如研究整体性不强、文献利用率低等。因此，综合管廊研究的成果梳理及信息挖掘工作亟待开展。

综上，以中国知网刊载的综合管廊相关文献为样本数据，利用文献计量相关方法，对综合管廊相关文献进行信息挖掘工作，以期为综合管廊的系统化、产业化发展提供助力。

1.1 数据来源

以中国知网作为数据库进行文献检索，检索模式为高级检索，以“综合管廊”为主题词，文献类别选择期刊文献，时间范围选取2001—2020年，共得到4332条检索结果，剔除报道、会议、无作者等无效文献后，得到有效文献3715篇。

1.2 方法与工具

1.2.1 研究方法

文献计量学是综合数学及统计学方法，对文献特征及数量进行描述，继而对文献所在领域的研究现状及发展趋势进行评价及预测。此方法为本文的理论基础。

战略坐标图由Law等提出，通过聚类的密度与向心度作为坐标计算基础，将不同聚类在坐标系中显示，根据其所在象限的不同及其密度、向心度进行该类的发展程度分析[4]。此方法用于关键词共现分析之后的研究主题成熟度评价。

1.2.2 软件工具

本研究具体通过文献计量相关软件实现，其中VOSviewer及CiteSpace为主要工具，Bicomb软件、Pajek软件为辅助工具，从研究热点分析、关键词聚类及战略坐标图分析、演变趋势分析三个方面开展研究工作。

2.1 研究热点

关键词是一篇文章核心内容的缩影，能够高度概括文章的研究方法、研究方向等。对关键词出现频次的统计和分析，能够洞察某一领域的研究热点及方向[5-6]。通过BICOMB软件对3715篇综合管廊相关文献进行关键词统计，合并同义词/近义词，去掉“问题”“应用”等信息含量较低的关键词，高频(出现频次超过50)关键词见表1。

表1 高频关键词

从表1可以看出，出现频次在200以上的关键词共有5个，分别为“施工技术”“PPP”“BIM”“设计”“防水”，是该领域研究热点；
出现频次为100～200的关键词共有5个，分别为“城市”“数值模拟”“预制”“地下空间”“市政工程”，也是该领域相对热度较高的研究话题；
其余出现频次较高的关键词为“有限元分析”“海绵城市”“智慧管廊”“运维管理”“变形缝”“深基坑”，诸多研究人员在这些方面进行了大量的研究工作，也是该领域内不能忽视的研究重点。

2.2 关键词聚类

为明晰并细化综合管廊研究领域的知识框架，利用VOSviewer软件及Pajek软件构建关键词聚类视图，对综合管廊的研究主题进行分析。“综合管廊”为检索词，在视图中省略。将3715篇综合管廊相关文献导入VOSviewer软件，选择关键词共现，阈值设置为≥10，得到综合管廊的聚类视图。为使视图显示更加直观、美观，将聚类结果导出为.net文件，通过Pajek软件进行聚类优化之后通过VOSviewer软件进行展示，如图1所示。

图1 综合管廊研究领域聚类视图

从图1可以看出，综合管廊研究领域分为11个聚类，其中9个聚类包含关键词较多，是当前综合管廊研究的主要构成。

聚类1：宏观层面发展策略研究。综合管廊发展初期，国内大众对于综合管廊知之甚少，综合管廊是什么、具有哪些优势、如何发展、发展中面临哪些问题等是该研究主题的主要内容。

聚类2：城市规划设计研究。不同城市区域的选型设计、如何切合城市建设发展进行综合管廊设计是该领域主题的主要内容。

聚类3：灾害、事故等数值模拟研究。综合管廊中“电力舱”“燃气舱”对于火灾、地震极为敏感，稍有不慎就可能引起连锁型的重大安全事故，因此如何避免事故的发展以及事故发生之后如何第一时间进行处理是主要研究内容。数值模拟是预防事故、及时处理事故不可缺少的研究内容之一，通过建立数学模型或三维模型，对燃气爆炸、火灾发生全过程、管道泄漏等进行仿真模拟实验，揭示不同灾害源、灾害发生时的扩散规律、不同条件下对灾害的影响因素、综合管廊在发生灾害时的响应，从而为制定安全事故应对策略提供有效参考。

聚类4：预制拼装技术研究。在综合管廊建造方法中，预制拼装技术由于其绿色环保的优势逐渐得到认可，但预制拼装技术在施工过程中需要着重控制的施工要点较多，主要包括变形缝、接头设计及防水施工等。综合管廊建在地下，受地下涌出的地下水、地上降雨雪形成的地表水、坑壁渗出的地表水与地下水的四面围攻，防水问题是预制综合管廊面临的巨大考验。因此，预制拼装技术在综合管廊中的应用是综合管廊研究领域的重要主题。

聚类5：结构、节点等设计研究。综合管廊位于地下，对于地震灾害十分敏感。为保证综合管廊的抗震性，结构设计是重中之重。入廊管线类型的不同是管廊选型的影响因素之一，且不同类型的管廊对于结构的要求同样不同。该研究主题的主要内容是结构选型和计算、抗震性设计及不同类型管廊的设计要求。同时，由于节点设计、接头设计同样会影响综合管廊的整体性，因此也是该主题的研究内容。

聚类6：施工技术研究。在建设工程领域BIM技术是被研究次数最多的技术，在综合管廊领域BIM技术同样受到重视。通过BIM技术模拟真实的施工现场、明晰施工过程中的控制要点、模拟不同施工技术得到的施工效果，从而优化施工技术，是该主题的主要研究内容。

聚类7：综合管廊对于构建海绵城市的效能研究。随着“海绵城市”理念的提出，其内涵和外沿逐渐丰富和发展，该理念的建立对于城市发展的重要作用也逐渐得到社会公众的认可。综合管廊作为构建海绵城市的重要部分之一，如何与其他地下基础设施有效结合、统筹发展，从而促进海绵城市的发展，是该主题的主要研究内容。

聚类8：PPP模式研究。PPP模式为解决综合管廊发展中“钱从哪来”这一问题而被提出，对于优化综合管廊的投资结构具有重大作用。解决了项目前期“钱从哪来”之后，后续仍存在众多问题，如社会资本方的风险管理、PPP项目的盈利能力和经济效益、PPP项目的后评价等。因此，对于PPP的研究从单一的投融资模式研究逐渐向外延伸，贯穿综合管廊项目的全生命周期。

聚类9：运维管理研究。目前众多综合管廊项目已经完工并进入运维期，对于综合管廊运维管理的研究逐渐增多。以BIM技术为基础，综合GIS、物联网等技术构建综合管廊的集成化运维管理平台开始成为运维管理的主要研究对象，如何提高运维效率、事故处理能力、有机整合各项信息技术等成为该主题的主要研究内容。

2.3 关键词聚类的战略坐标图

为了解综合管廊各研究主题的发展程度，利用战略坐标图为该领域研究人员更好地把握研究方向及研究重点提供参考。在战略坐标图中，X轴为向心度，代表该聚类与其他聚类之间的关联强度；
Y轴为密度，代表构成聚类的关键词之间的关联强度；
坐标原点为所有聚类密度与向心度的平均值。按向心度和密度的不同将战略坐标图分为4个象限，每个象限代表该聚类在演化发展中的不同趋势(图2)。不同聚类代表不同的研究主题，根据聚类所在象限的不同，分析其在综合管廊研究领域所处的地位及未来发展趋势。不同聚类与研究主题对应及所在象限见表2。

图2 国内综合管廊研究领域战略坐标图

表2 不同聚类与研究主题对应及所在象限

2.3.1 综合管廊研究的核心领域(第一象限)

在战略坐标图中，第一象限的向心度及密度最高。即该象限内的聚类内部及与其他聚类的关联强度强，是综合管廊研究领域的核心研究主题。聚类5及聚类9位于第一象限，为综合管廊的核心研究主题。其中，聚类5向心度最较高，密度稍低，表明该聚类与其他聚类之间的关联强度高，内部较为松散；
聚类9向心度为13.4，密度为12.4，表明该聚类在内部与外部的关联强度均较强，说明该研究主题产出了较多的研究成果，发展较为成熟。且由于大多数综合管廊试点工程已经陆续建成并进入运维阶段，运维逐渐成为发展重心，该主题仍将在长时间内保持研究热度。

2.3.2 综合管廊研究的成熟领域(第二象限)

在战略坐标图中，第二象限的密度较高，向心度较低。即该象限的聚类内部关联强度强，但与其他聚类的关联强度弱，因此该象限的聚类成熟度高但相对孤立、聚类1、聚类2及聚类8位于第二象限。其中，聚类1以综合管廊的宏观发展研究为主；
聚类2以综合管廊的规模布局研究为主；
聚类8以综合管廊的投融资模式及运营收费机制研究为主。这三个研究主题主要处在综合管廊的发展早期，产出了大量的研究成果，成熟度较高，属于专项研究，与其他聚类的关联程度较低，处于研究阶段的“饱和期”，只有出现新的理念或技术才会再次“繁荣”。

2.3.3 综合管廊研究的边缘区域(第三象限)

在战略坐标图中，第三象限的密度、向心度均低。即该象限的聚类内部、与其他聚类的关联强度弱，因此该象限内的聚类是新的研究主题或即将消失的研究主题，位于综合管廊研究领域的边缘区。聚类3、聚类4、聚类7位于第三象限。其中，聚类3以“数值模拟”为主要研究主题；
聚类4以“预制拼装”为主要研究主题；
聚类7以“海绵城市”为主要研究主题。这三个研究主题的相关文献相对较少，成果数量不多。“数值模拟”对于综合管廊的施工技术及运维期的灾害预防和处理均具有较高的参考意义，其文献量呈增长趋势；
“预制拼装”是目前国家着重发展的建造方式，因此“数值模拟”及“预制拼装”属于生命力较强的研究主题，应获得持续关注和研究。综合管廊是构建“海绵城市”的组成部分之一，仅作为实现“海绵城市”的实现载体之一，并非主要研究对象，且从2015年以来，相关文献量呈下降趋势，将逐渐淡出舞台。

2.3.4 综合管廊的未来领域(第四象限)

在战略坐标图中，第四象限的向心度较高，但密度较低。即该象限的聚类内部关联强度弱，但与其他聚类聚类之间的关联强度较强，该象限的聚类成熟度低但存在成为未来研究热点的趋势，位于综合管廊的未来领域。聚类6位于第四象限，以“施工技术”为主要研究主题。国内综合管廊试点工程的建设和发展，带动了综合管廊的“施工热潮”，施工过程中遇到的施工问题及需要着重注意的控制要点开始暴露和增多，关于“施工技术”的研究开始增多。由于施工技术“分支”较多，如深基坑工程、防水工程及安装工程等均为施工技术的研究客体，各分部工程下的工序同样如此，各“分支”之间尚未形成系统的整体，内部关联不强。但在外部联系上，施工技术与“BIM”技术“预制拼装”“设计”等均有较强的关联，因此该研究主题虽然日益强大但仍需发展，是未来的研究重点。

2.4 综合管廊研究演变趋势

将3715篇综合管廊相关文献导入CiteSpace软件，时间切片设置为1年。通过时区视图功能，CiteSpace可以将所有的节点定位在二维坐标中，该坐标的横轴为时间。为使图谱根据代表性且显示效果更加美观，对频次较低的节点进行删减，出现频次<10的节点不予显示。经过调整得到2001—2020年综合管廊研究领域关键词时区视图(图3)，节点所在位置为其第一次出现年份，节点大小为后续累加得出，不代表在该年的出现频次。

从图3可以看出，综合管廊研究领域的演变发展可以分为三个阶段：

图3 综合管廊研究领域关键词时区视图

(1)发展战略研究阶段(2001—2010年)。除“结构设计”“数值模拟”两个关键词，该阶段的关键词还包括“综合管廊”“共同沟”“管廊”“地下管线”“城市”“问题”“对策”。该阶段的研究主要集中在综合管廊的宏观发展策略，研究成果使得相关公众认识和了解综合管廊，并认可综合管廊在解决城市弊病中的巨大作用。

(2)精细化、智慧化研究阶段(2011—2017年)。相较上一阶段，该阶段关键词的数量明显增长，综合管廊项目实施过程中遇到的实际问题逐渐被关注，如“PPP”“设计”“预制拼装”“基坑”“防水”等。这一阶段的研究百花齐放，研究主题急速增多，大到设计、小到工序均有涉及，对于综合管廊的研究转变为多样化、精细化研究。

(3)稳步发展阶段(2018年至今)。该阶段新兴的关键词明显变少，代表性关键词为“运维管理”“施工工艺”“质量控制”。在保有精细化研究特征的同时，对于运维阶段的研究开始急速增多，随着综合管廊试点工程陆续完工并进入运维阶段，“运维管理”成为该阶段的主要特征。在综合管廊运维管理研究中，建立即时高效的运维管理平台、技术之间的相互结合、运维风险识别和处理等成为主要研究内容。这一阶段的研究继续保持上一阶段的精细化特征，研究重心开始向运营期倾斜。

本文以中国知网刊载的3715篇综合管廊期刊文献为数据来源，通过文献计量相关方法及软件工具对综合管廊的研究热点及演变趋势进行分析，得出如下结论：施工技术、BIM、PPP等16个关键词为该领域的研究热点。该领域研究主要包括“宏观发展”“规划设计”等9个主题，其中以“设计”“运维管理”为主要内容的研究主题为当前的核心主题，“施工技术”是未来的研究重点。综合管廊研究领域的发展过程为：宏观发展战略阶段，明确了综合管廊的建设意义及大体发展方向；
精细化、智慧化研究阶段，研究分支开始扩散，信息技术应用研究增多；
稳步发展阶段，研究重心转向运营期。从综合管廊整体的发展特征及趋势来看，后续应加大各项施工技术的成套化及信息化研究力度，运营期的相应流程化建设需继续深化，相关运维工作的标准化、模式化研究需投入更多精力。