知識圖譜視角下綠色低碳建筑研究動態

何清華，王　歌

(1.同濟大學經濟與管理學院，上海　200092；2.同濟大學復雜工程管理研究院，上海　200092)

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知識圖譜視角下綠色低碳建筑研究動態

何清華1,2，王歌1,2

(1.同濟大學經濟與管理學院，上海200092；2.同濟大學復雜工程管理研究院，上海200092)

摘要：從“低碳”到“零碳”，建筑業的“綠色發酵”不斷持續，綠色低碳建筑已成為資源科學、低碳經濟等領域的熱點議題。然而，目前針對綠色低碳建筑的研究動態尚未有定量、深入的分析與歸納，不利于系統把握其發展現狀及趨勢。以SCI和SSCI中1998—2015年發表的591篇期刊文獻為數據來源，運用共詞分析、社會網絡分析、多維尺度分析等方法，探測綠色低碳建筑領域的研究熱點和時區分布態勢，最后形成對中國建筑業低碳轉型的若干啟示。

關鍵詞：綠色建筑；低碳建筑；共詞分析；社會網絡分析；知識圖譜

“綠色建筑”的概念系由“生態建筑”演化而來，但“綠色化”的實現則源于可持續發展理念的提出。誕生于1990年的BREEAM是世界上第一部綠色建筑評價標準，此后美國、加拿大、日本、澳大利亞、德國、中國等相繼制定出各自的綠色建筑評價體系，同時與綠色建筑相關的新技術、新材料和新產品也在快速發展，從而使綠色建筑從理念到實踐逐步完善和成熟。

后金融危機時期“低碳經濟”的迅速崛起引發全社會對低碳相關領域的關注，如“低碳建筑”、“低碳城市”和“低碳設計”等。目前全世界建筑物能源消耗占社會能源消耗總量的40%，是工業能耗的1.5倍[1]，因此推動低碳建筑的發展迫在眉睫。“低碳建筑”與“綠色建筑”在內涵和目標上是基本一致的,只是切入點、側重點和技術選擇上有所差異[2]，因此本文將兩者歸為同一研究范疇予以考慮，目的在于從更廣的視角探討綠色低碳情境下的建筑發展“新常態”。

1數據來源與研究方法

1.1數據來源

本文選擇美國科學信息研究所(ISI)出版的SCI和SSCI引文索引作為數據來源，以主題=(“green building*”或“low carbon building*”或“low-carbon building*”)為檢索表達式，選擇“Article”為文獻精簡類型，不限時間跨度進行檢索(數據更新至2015-03-30)，經過篩選后，最終得到591篇期刊文獻。

通過Web of Science創建的引文報告和GPS Visualizer可視化定位工具對文獻進行系統梳理，歸納出綠色低碳建筑研究的時空分布特征。如圖1所示，左側柱形圖表示綠色低碳建筑領域每年發表的文獻量，右側柱形圖表示該領域每年參考文獻的引文量，可以發現文獻分布整體上呈顯著的偏態聚集形態，2005年之前僅有零星的相關研究，2010年之后則出現“爆發性”增長，而這與綠色低碳建筑發展的國際背景相吻合。

圖1　綠色低碳建筑研究的時間分布(截止到2015-03-30)

文獻的來源地區集中于北美、西歐和東亞國家，非洲、南美洲和大洋洲的分布相對零散，反映出綠色低碳建筑已成為國際化的研究領域。東亞地區的文獻主要集中于中日韓三國，說明綠色低碳建筑領域已引起國內學者的關注，相關研究成果在國際上具有一定的影響力。

1.2研究方法

在數據處理過程中，首先運用Bibexcel從文獻題錄信息中提取關鍵詞。為保證數據的有效性和準確性，需要對關鍵詞進行預處理，比如將“green building”和“green buildings”合并為“green building”，然后選擇出現頻次超過2次的關鍵詞作為研究對象，共得到131個。其次，按照出現頻次高低及變化率對關鍵詞進行歸類，然后對關鍵詞共現網絡展開分析，包括網絡密度、中心性和成分構成。最后，依據關鍵詞共現矩陣繪制知識圖譜，從研究熱點和時區分布兩個維度探討綠色低碳建筑研究的主題脈系及發展趨勢。

2綠色低碳建筑研究共詞網絡分析

2.1關鍵詞分類

首先通過CiteSpace軟件，按照年份繪制出每個關鍵詞頻次的變化折線圖。然后結合關鍵詞的出現頻次和變化率，將其劃分為六種類型[3]，從而全面反映綠色低碳建筑研究的熱點變遷和前沿趨勢，如表1所示。

表1　綠色低碳建筑研究關鍵詞分類

高頻平緩和中頻平緩型表示，關鍵詞較早受到學者的關注，頻次變化率呈平穩狀態，通常屬于綠色低碳建筑研究的基礎詞或特征詞，如綠色建筑、可持續性、可持續發展和建筑環境。高頻波動型關鍵詞同樣是綠色低碳建筑研究中的熱點，但易受其他領域新方法的影響，在相關方法逐漸普及后，頻次增長趨緩甚至有所下降，從而呈現波動態勢，比如“設計”是決定建筑功能的關鍵因素，隨著信息技術的發展，BIM在設計中的應用逐漸從3維拓展到N維，除構建3D模型外，還將進度控制、成本管理、建筑性能分析等納入到不同維度中，由此關鍵詞“設計”在BIM應用的前中后階段呈明顯的波動態勢。“性能”的頻次變化情況同“設計”相類似，在LEED等評估體系逐漸普及后，經歷了波動式的發展過程。高頻陡增和中頻陡增型關鍵詞是近年來涌現出的熱點，通常代表研究領域的前沿方向，如LEED在2007年僅出現2次，而2014年則漲至8次，與之相對應的是LEED從1.0實驗版到2.2正式版再到4.0正式版的發展歷程，應用范圍也從公共建筑拓展至各類民用建筑。

通過CiteSpace的突現詞檢測功能，發現“能源”的突現值是所有關鍵詞中最高的，隨著可再生能源的發展和節能技術的進步，其已成為綠色低碳建筑研究的熱點方向之一。低頻關鍵詞表示相關內容尚未引起學界的注意，還處于萌芽階段的研究內容，如增強現實模型、碳倉儲、低碳建筑設計、居住舒適度和環境治理等，隨著低碳經濟的發展和智慧城市的建設，可以預見與以上主題相關的研究將進一步升溫。

2.2網絡指標測算

(1)網絡密度和中心性。關鍵詞共現網絡的整體密度偏低，僅為0.0923，說明該領域的研究內容過于分散，呈現低關聯、低聚集性的狀況，缺乏清晰的脈絡[4]。“中心性”是社會網絡分析的研究重點之一。度數中心度反映點的直接關系數，該值越大，則說明該關鍵詞與其他關鍵詞的共現頻率越高，越接近網絡的中心。根據關鍵詞的度數中心度排序，除文獻基礎詞及特征詞(綠色建筑、可持續性、可持續發展、能源、經濟等)外，發現LEED、環境評估、建筑性能、環境績效、環境評價方法、可持續設計和建筑后評估等成為研究者關注的熱點。中間中心度反映點的中介作用，該值越大，則說明該關鍵詞對其他關鍵詞共現的影響越大。度數中心度和中間中心度排名前15的關鍵詞基本一致，僅有環境評價方法、可持續設計、環境影響和施工4個關鍵詞例外，表明大部分的研究熱點同時具有較強的“資源控制力”，對其他節點的影響較大。

(2)成分分析。運用Ucinet對二值化處理后的數據進行成分分析，發現全部關鍵詞由77個成分構成，存在1個強成分(包括53個節點)，以及76個弱成分。成分分析與網絡密度分析的結果相一致，表明綠色低碳建筑研究的知識點較為分散。

2.3多維尺度分析

通過多維尺度分析，能夠更好地描述綠色低碳建筑研究的關鍵詞聚類情況，揭示隱藏于文獻背后的研究結構。通過統計高頻詞在同一篇文獻的出現次數，反映不同主題詞的關聯度，實現對知識結構、研究熱點和學科發現的動態分析。在多維尺度分析中，以Stress和RSQ作為反映擬合度優劣的指標，其中壓力系數Stress越小模型擬合越好，而RSQ越大模型擬合越好。本文Stress系數為0.16669，小于0.2，說明擬合良好；同時RSQ為0.90037，遠大于0.6的經驗值，亦表明模型擬合良好。高頻關鍵詞主要聚集在三塊相對集中的區域(如圖2虛線框所示)，分別代表綠色低碳建筑研究的主要關注點。

圖2　多維尺度分析

3綠色低碳建筑研究知識圖譜繪制

3.1綠色低碳建筑研究熱點子網絡

目前關于綠色低碳建筑的交叉研究較為普遍，尚未形成脈絡清晰的結構體系，有必要對研究的熱點領域進行系統梳理。根據高中心性關鍵詞的相關性及其在整體網絡中的分布情況，篩選出2個關鍵節點，包括可持續性和環境評估。以可持續性為中心的子網共包含41個節點，涵蓋可恢復性、可持續設計、生態系統服務、溫室氣體排放、氣候變化、碳足跡等內容，網絡密度為0.222，占整體網規模的39.8%，是綠色低碳建筑研究中最核心的主題。2012年以來，在綠色低碳建筑的研究中關鍵詞“可恢復性”與“可持續性”多次共現。與可持續理念相比，可恢復理念應用于建筑領域的時間較晚，早期的研究集中于技術層面，重點從災害防御角度，解決建筑從不利狀態恢復至原態的問題[5]。在氣候變化、意外事故、國際恐怖主義等危機的不斷挑戰下，建筑可持續性目標的實現需要可恢復性手段的保證，兩者是有機結合、協調一致的。溫室氣體排放在建筑的施工和運營過程中扮演著重要角色。一方面，溫室氣體的排放水平是衡量建筑可持續性的重要標準。另一方面，溫室氣體排放所引起的氣候災害會直接影響到建筑的可恢復性。未來需從可持續性和可恢復性的雙重視角，進行災害管理、氣候變化與溫室氣體排放的相互作用機制研究，確定溫室氣體碳排放的等級及閾值，并將上述成果引入到綠色低碳建筑的運營標準制定中。

環境評估子網絡共包含26個節點，重點關注不同類型的環境評價方法，涵蓋美國(LEED)、加拿大(GBTool)、英國(BREEAM)、瑞典(Eco-effect)、香港(BEAM Plus)等國家或地區的建筑環境評價系統。在所有的建筑環境評價系統中，最核心的部分主要來自于指標權重的設計[6]。目前，在綠色低碳建筑的評價體系中，“柔性”類指標的發展正成為一種趨勢。比如，LEED專門設置“區域優先”類別，根據建筑所在地的環境發展需要，在評價體系中給予指定的核心指標以額外加分[7]。國內2014年版的《綠色建筑評價標準》是在2006版的基礎上修訂而成，新增施工管理類指標，并設有加分項，鼓勵綠色低碳技術的應用創新，但7類指標的權重仍是固定值，可調整性差，這也是后續版本中需要解決的重要問題。如果參照LEED的做法，在國內2014版《綠色建筑評價標準》中設置“區域優先”類別，允許各省市在不改變整體評價框架的基礎上，對部分核心指標予以適當的額外加分，從而更符合不同地區的發展現狀和實際需要。

3.2綠色低碳建筑研究熱點時區分布圖

從時區分布圖(見圖3)可以發現，在2005年之前綠色低碳建筑還沒有得到學者的廣泛關注，而隨著能源緊張、環境污染、全球氣候變暖等問題日益嚴峻，有關綠色低碳建筑的研究在2010年之后大量涌現，其中可持續性和LEED一直是研究的焦點，而近年來居住舒適度、居住者滿意水平、建筑后評價等日益受到關注，體現出精益化、人本化的發展趨勢。在“以人為本”思想的驅動下，未來綠色低碳建筑將與智能建筑及智慧城市的發展相融合，核心在于降低能耗的同時最大程度滿足居住者的使用需求，提高其居住體驗的滿意度，如圖3右上角的虛線框所示。

圖3　綠色低碳建筑研究熱點時區分布圖

4政策啟示

通過對綠色低碳建筑領域的文獻計量分析，得出以下結論：①現階段綠色低碳建筑呈現向“宜居性”發展的態勢，不僅關注能源利用效率，而且更多強調居住舒適度和滿意水平，圍繞居住者行為展開的研究逐漸增多。②綠色低碳建筑龐雜的研究內容凸顯出其跨學科的融合特性和生命力，研究焦點主要集中于綠色低碳建筑材料、綠色低碳建筑設計和綠色低碳建筑評價三方面。③可持續性和環境評估是綠色低碳建筑研究的熱點分支，其中核心主題“可持續性”正不斷與其他發展理念(如“可恢復性”)相結合。④綠色低碳建筑的研究具有鮮明的時代特征，2010年之后相關文獻數量井噴式增長，而這都與國際背景和標志性大事件(如哥本哈根的聯合國氣候變化大會)相吻合。節能減排目標的確定使建筑業低碳轉型的壓力驟增，“零碳建筑”成為綠色低碳建筑發展過程中更加具有時代特征的研究方向。為推動國內建筑業的創新發展，依據以上研究結論提出三點政策建議：

(1)關注居住者的行為習慣，完善建筑室內環境的后評價體系。中國2015年起施行的新版《綠色建筑評價標準》的適用范圍已擴展至各類民用建筑，但在室內環境質量的運行評價中尚缺乏對居住舒適性的有效考量。根據歐洲標準EN15211的說明，建筑環境不適性的程度與實際溫度和舒適溫度的差異大小有關。在室內濕熱環境的后評價中，如果能夠引入PDH(Percentage of Dissatisfaction of Heat)等指數[8]，則可以量化反映建筑使用中的溫度舒適度。同時，在不同地區由于氣候條件和居住者行為習慣(如日常通風方式的選擇)的差異，室內環境受室外因素影響的程度不同，因此在評估環境舒適度時需適當兼顧區域特殊性。

(2)建立建筑碳排放量的云計算平臺，解決綠色低碳建筑設計和運營間的“鴻溝”。綠色低碳建筑的設計和評價處于工程項目生命周期的不同階段，兩者之間往往存在節能減排效果的巨大落差。英國的CarbonBuzz云計算平臺通過集成工程項目利益相關者所提供的大量數據(如建筑運營期間的水電燃氣費用)，發現運營階段碳排放量的實際值通常比設計階段的預期值高50%以上[9]。美國的USGBC也指出經過LEED認證的建筑在使用中的能耗表現遠遠低于預期的水平，在部分案例中實際能耗甚至達到預期能耗的兩倍[10]。因此，“貼標簽”式的綠色認證并不能有效解決建筑運營期的高能耗問題，從而需要引入跟蹤建筑碳排放表現的云計算平臺，有針對性地分析能耗偏離設計目標的原因和問題。比如，在國內可以嘗試建立開源式的能耗分析平臺，允許用戶以匿名方式上傳相關數據并評價建筑的實際碳排放表現。通過“滾雪球”式的數據積累，該平臺能夠為設計方和運營方提供相對科學的能耗參考標準。

(3)明確零碳建筑的定義和范圍，制定發展零碳建筑的試點計劃和時間表。發展零碳建筑首先要解決概念界定的問題。Atanasiu等[11]提出在定義零碳建筑過程中存在諸多挑戰，比如零碳建筑和零能耗建筑的區別，能源效率與可再生能源供給的平衡，以及在不同氣候條件和建筑類型中的適用性等。中國在制定發展零碳建筑的政策時，需要先明確建筑能源消耗的具體范圍，避免模糊界定所造成的建筑市場“無所適從”，像英國就經歷了從“完全零碳”到僅限定管制能源(加熱、制冷、通風、照明、熱水)的轉變[12]。對于發展零碳建筑不同國家和地區都制定了相應的目標和時間表[13]，比如歐盟規定所有新建建筑要在2021年之前達到接近零能耗的要求，其中政府投資項目要在2019年之前實現；英國要求新建住宅和非住宅項目分別于2016年和2019年實現零碳排放；美國的加利福尼亞州規定新建住宅和商業項目分別于2020年和2030年實現能源消耗的凈值為零。國內可以先在政府投資項目和部分地區進行零碳建筑試點，然后再推出不同類型建筑的零碳排放時間表。

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(責任編輯劉傳忠)

The Developments and Trends of Green and Low-Carbon Building Study Based on Scientometric Map

He Qinghua1,2,Wang Ge1,2

(1.School of Economics and Management,Tongji University,Shanghai 200092,China;2.Research Institute of Complex Engineering & Management,Tongji University,Shanghai 200092,China)

Abstract：The“green fermentation”of construction industry continues from“low carbon”to“zero carbon”.Research on green and low-carbon building has become a hot issue in the field of resources science and low carbon economy.However,research on green and low-carbon building doesn’t engage in quantitative and in-depth analysis on developments in this field at present,and is not conducive to acquire the state and trends of green and low-carbon building.Based on 591 articles covered by the SCI/SSCI databases between 1998 and 2015,this study uses co-word analysis,social network analysis,multidimensional scaling analysis to draw the scientometric map and probe hotspots as well as time-zone distribution of research network in the field of green and low-carbon building.Lastly,several recommendations for low-carbon transformation of China’s construction industry are provided.

Key words:Green building；Low-carbon building；Co-word analysis；Social network analysis；Scientometric map

中圖分類號:F407.9

文獻標識碼:A

作者簡介：何清華(1971-)，男，浙江東陽人，同濟大學經濟與管理學院教授、博士生導師；研究方向：建設工程項目管理、精益建設。

收稿日期：2015-05-20

基金項目：國家自然科學基金項目“重大基礎設施工程的組織行為與模式創新研究”(71390523)、“重大工程組織公民形為形成動因、效能涌現及培育研究”(71571137)。