建筑業技術研究熱點和發展趨勢分析

吳文伶， 劉 星， 羅 蘭， 黃 乾， 晉玉潔， 石敬斌， 肖緒文

(中國建筑股份有限公司技術中心，北京 101300)

經過40余年發展，我國已成為建筑大國，正向建筑強國邁進[1,2]。在這40余年的發展中，建筑業取得了顯著成績。作為支柱產業，建筑業為國民經濟發展做出了重要貢獻。2020年，全國建筑業總產值26.4萬億元，占國內生產總值的25.88%。建筑業吸納了大量的人口就業，從業人數5427.37萬人，占全社會就業人員總數的7.01%。40年來，我國建筑市場空前繁榮，國內外超級工程不斷建成。在2020年的疫情中，10天建造一座醫院的創紀錄速度讓世人驚嘆。從業者大膽創新設計、施工技術，建筑業技術發展取得巨大成績。深基坑支護、超高層結構、綜合爆破、大型結構和設備整體吊裝、預應力混凝土和大體積混凝土、裝配式建造技術、空中造樓機等項技術均達到國際先進水平。然而，在取得重大成績的同時，目前建筑業也存在一些瓶頸問題：建筑工人緊缺、老齡化；建筑業管理粗放，屬勞動密集型，信息化自動化水平低，效益差；揚塵，噪聲污染，深基坑浪費大量水資源；消耗大量水泥、鋼筋資源等等。那么，目前建筑領域的研究熱點是什么，未來建筑業的發展方向在哪里，是值得我們深思和探討的問題。

科學知識圖譜是用來發現和分析各類知識的方法和工具，它可以將大量的文獻信息以圖譜形式形象的展現出來，從而揭示前沿問題、熱點問題及其發展趨勢等，因此科學知識譜圖是分析各科學研究領域發展的有效工具[3～5]。問卷調查也是科學研究的傳統方法。本文將采用科學知識圖譜這一工具，以及問卷調查的方法，對建筑領域的研究熱點進行可視化分析探討，以期對建筑業發展方向窺見一斑，也期望對建筑業同仁有所裨益。

1 建筑技術文獻計量分析

研究基于CNKI數據庫進行文獻整理與分析，檢索自1978年至今發表文章的研究主題為“建筑+技術”的文章，結果如圖1所示，共檢索到文獻46.9萬篇。關于建筑技術的研究，從上世紀80年代初開始，年發表文獻量在1000篇上下，是建筑技術研究的起步和初步發展階段；2000年前后，文獻數量開始快速增長，從2000年的2000余篇快速增長到2014年的3萬余篇，為建筑技術研究的快速發展與精進階段；2015年之后，發表文獻數量保持穩定，為建筑技術研究的穩定深度發展階段。

圖1 “建筑+技術”研究文獻分布

建筑技術文獻發表數量變化及其反應的建筑技術研究發展歷程，與我國建筑業發展歷程基本吻合。包括：(1)1978—2001年為恢復和發展階段，十一屆三中全會以后，建筑業得到恢復和發展；(2)2002—2014年為高速發展階段，加入WTO后，我國經濟持續穩定增長，促成了建筑業的快速發展；(3)2015年至今為建筑業的高質量發展階段，建筑技術研究與建筑業發展歷程基本吻合，也從側面反應了建筑技術從研發到成果應用轉化順暢高效，建筑技術研發與建筑業發展能夠很好的協同促進。

2 建筑技術研究熱點分析

2.1 建筑技術研究熱點分析

對檢索到的46.9萬篇文獻進行篩選，剔除無關文章，合并重復性的關鍵詞，利用Gephi進行網絡分析，如圖2所示，圖中不同節點代表了不同的關鍵詞，節點和標注大小代表相對連接次數的大小(度)，節點之間的連線代表兩個關鍵詞相互作用，連線的粗細代表關鍵詞之間的關聯程度強弱。同時，本研究通過計算不同節點的特征向量中心度(Eigenvector Centrality，EC)，對不同研究內容的相對重要性進行了量化，特征向量中心度是指一個節點的中心性，是相鄰節點中心性的函數，也就是說，節點越重要，與該節點連接的節點就越重要，基于相關節點之間的關系更準確地描述了關鍵詞之間的重要性及相互作用。

圖2 建筑技術文獻主題分布狀況剖析

排名前30的特征向量中心度見表1。結果表明，綠色建造技術和基于BIM技術的智慧建造，是建筑技術研究的熱點(圖2)。

表1 建筑技術研究熱點內容分析

對100余名專家進行問卷調研，調研結果(圖3)表明，智能化和綠色化是當前研究的兩個熱點方向。

圖3 問卷調查統計結果/%

綠色建造是綠色建筑的生產活動，建筑的綠色化，從淺綠走向深綠，是建筑業的發展方向[6～8]。綠色建造技術研發和應用，是建筑業碳減排的關鍵，是實現“碳達峰”和“碳中和”的必然選擇。

建筑信息模型(Building Information Mode-ling，BIM)作為設計工具，通過數字化技術，建立三維建筑模型，反映建筑生命周期各個階段所需的信息[9,10]。建筑工程設計從實物階段發展到現在的計算機輔助設計，是顛覆性技術進步，而當前BIM技術已日趨成熟，不久的未來BIM智慧建造技術將有可能取代現有的計算機輔助設計，對建筑設計的工作方式形成顛覆性改變(圖4)。

圖4 建筑設計技術發展路徑

2.2 綠色建造技術研究熱點分析

基于CNKI文獻檢索，共收集到建筑綠色化方向的文章共1.8萬篇，對關鍵詞進行分析，建立建筑綠色化的總體研究網絡模型，見圖5和表2。結果表明，除“綠色化”“綠色建筑”通用性研究內容外，“綠色化改造”“綠色建材”“既有建筑”“綠色施工”“可持續發展”“建筑工業化”“綠色建造”等均為較重要的研究內容，其他研究內容則占比較低。這說明綠色建造涉及面相當廣泛，綠色建材、綠色施工、建筑工業化等對綠色建造產生重要影響，也是產出綠色建筑產品的基礎。

圖5 建筑綠色化熱點研究網絡模型

表2 建筑綠色化研究熱點內容分析

2.3 基于BIM的智慧建造技術研究熱點分析

基于CNKI文獻檢索，共收集到BIM技術的文獻共2.2萬篇，對關鍵詞進行分析，建立BIM技術總體研究網絡模型，見圖6和表3。結果表明，除“BIM”“建筑信息模型”“BIM技術”通用性研究內容外，“建筑設計”“全生命周期”“項目管理”“智能模型”等均為較重要的研究內容。可見，BIM技術不僅對于建筑設計會產生深遠影響，對于建筑全生命周期，包括施工、項目管理、運維，都有重要意義。

圖6 BIM技術研究網絡模型

表3 BIM技術研究熱點內容分析

3 建筑業技術發展趨勢分析

3.1 綠色化

我國建筑業每年消耗世界上40%的鋼材和水泥，施工揚塵占城市揚塵的15%～25%以上，建筑垃圾占城市垃圾總量的1/3以上，造成垃圾圍城以及泥石流滑坡等次生問題。2013年，在建工程建筑面積約88億m2，2020年，全國建筑業企業房屋施工面積149.5億m2，年抽水量達380～1200億m3，不僅白白浪費了大量的水資源，而且造成地面下沉等災害問題。

基于建筑業高污染、高消耗現狀，綠色化是建筑業未來發展趨勢。前文所述網絡熱點分析，也充分顯示綠色化是當前建筑業研究熱點，也是建筑業未來發展趨勢。

3.2 智慧化

工業革命發展經歷了以下3個階段：(1)第1次工業革命階段的機械建造代替人工建造；(2)第2次工業革命階段的自動化流水線代替單臺機械的建造；(3)現已處于第3次工業革命階段并正向數字化自動控制下的建造發展。但是對比我國建筑業，情況則要相對落后。鋼筋混凝土建筑仍以現澆結構為主，在少量機械的輔助下由人工建造，處于第1次工業革命階段的早期。

建筑業是勞動密集型行業，其自動化、信息化程度遠落后于制造業。例如鋼筋綁扎，完全需要農民工人工進行，不僅效率低下，而且農民工需要忍耐嚴寒酷暑的環境，勞動強度大。在農民工規模不斷萎縮、老齡化等諸多現實問題依然沒有得到根本解決的大背景下，導致建筑工人緊缺。智能化的建造裝備，包括施工機器人，是有效替代人工，進行安全、高效、精確的建筑部品部件生產和施工作業的關鍵。

網絡分析結果表明，基于BIM的智慧設計技術是當前研究熱點，將替代現有CAD等設計工具，使得建筑設計更智能，對建筑設計進行顛覆式變革。

總之，無論是建筑施工，還是建筑設計，智慧化都是未來建筑業技術發展趨勢。

4 結 論

本文基于CNKI數據庫對建筑技術文獻進行檢索分析，并通過網絡分析，探討了建筑領域研究熱點，以及熱點技術的主要研究內容，結論如下：

(1)建筑技術文獻的發表數量反應了建筑技術的研究歷程，分為起步階段、快速精進階段和穩定深化階段，與改革開放40多年建筑業的發展歷程(恢復發展階段、高速發展階段和高質量發展階段)基本吻合，反應建筑技術從研發到應用轉化順暢高效，也反應了建筑領域研發和成果應用協同促進效果良好。

(2)綠色建造和基于BIM的智慧建造，是建筑領域兩大研究熱點。為了實現“碳達峰”和“碳中和”的目標，實現國家和社會的可持續發展，綠色建造是建筑業的必然選擇。基于BIM的智慧建造是建筑業的發展趨勢，有可能在不久的將來對建筑設計方式發生顛覆式改變。

(3)綠色建材、綠色施工、綠色建造是實現建筑綠色化不可或缺的重要組成內容，是綠色建筑的研究熱點。

(4)BIM技術不僅對于建筑設計會產生深遠影響，對于建筑全生命周期，包括施工、項目管理、運維，均有重要意義。

(5)綠色化、智慧化是未來建筑業發展兩大趨勢。