基于CiteSpace的建筑火災煙氣文獻研究可視化分析

摘要：為了對國內建筑火災煙氣研究領域的知識基礎、研究熱點、研究前沿及發展趨勢等方面進行知識圖譜可視化分析。本文對1993年-2020年中國知網（CNKI）數據庫收錄的412篇國內建筑火災煙氣領域內文獻為研究樣本，采用文獻計量的方法并借助CiteSpace文獻可視化分析工具進行知識圖譜研究，繪制文獻增長時間分布圖譜、期刊來源圖譜、核心作者分布圖譜、重要研究機構分布、研究熱點主題、研究前沿演進等相關知識圖譜。通過對相關知識圖譜分析得到：我國建筑火災煙氣研究在經歷“早期研究前沿”、“中期研究前沿”、“最新研究前沿”3個發展前沿階段過后，建筑火災煙氣領域應當在地下建筑煙氣蔓延、人員疏散效率、高層建筑火災中被困人員救援等方向還應該展開更多的研究，從而進一步的推進建筑火災煙氣領域研究的發展。

關鍵詞：火災煙氣;建筑火災;CiteSpace;可視化分析;知識圖譜

1 引言

近些年來，我國火災煙氣相關領域的專家學者緊跟時代的步伐，著眼致力于建筑火災煙氣控制、煙氣蔓延等相關領域的熱點、難點問題，從不同的科學研究角度多學科交叉背景知識對此問題進行了詳細的研究。目前建筑火災煙氣相關領域的研究主題豐富、形式多樣、內容廣泛，逐步形成了多元化的研究中心和前沿分支。

2 研究方法與數據來源

2.1 研究方法

CiteSpace是由美國德克賽爾大學陳超美[18]博士基于JAVA語言開發的一款信息可視化軟件，廣泛應用于信息分析領域。軟件通過較為直觀的知識圖譜，識別展現一個知識領域在一定時期的高頻研究主題詞、研究進展和前沿熱點等。本文對中國知網（CNKI）數據庫中檢索到的建筑火災煙氣領域的相關文獻進行了知識圖譜可視化分析，主要包括文獻增長的時間分布分析、期刊來源分析、核心作者分析、重要研究機構分析、研究熱點主題、研究前沿演進等[19]，科學直觀地展示知識的時間和空間分布及其發展演進，最后為建筑火災煙氣研究的前沿熱點找尋方向。

2.2 數據來源

本研究選取的文獻數據來自于國內收錄文獻數量最多、規模最大的中國知網（CNKI）中國學術期刊網絡出版總庫，在中國知網（CNKI）中國學術期刊網絡出版總庫數據庫中使用專業檢索，構建檢索式“SU=建筑火災 AND SU=煙氣”，將采集數據的時間設置為1993年到2020年，選取近27年發表文獻的數據，精確匹配結果共得到418篇與建筑火災煙氣相關的中文文獻，對檢索結果進行去重操作，最終得到412篇與該領域相關的文獻。

3 建筑火災煙氣研究時空圖譜

3.1 建筑火災煙氣研究文獻分布分析

文獻發表數量能夠作為科研產出能力的評價的評判指標，同時也可以通過文獻發表數量來反映該學科領域內研究動態情況。因此，為了解建筑火災煙氣的研究動態，本文對1993年-2020年的發文數量與時間分布進行分析。通過對上述的412篇文獻進行統計，得到我國建筑火災煙氣研究年度的發文情況

3.2 關鍵作者與主要機構分布圖譜研究

3.2.1 關鍵作者分布圖譜研究

通過對建筑火災煙氣領域內發文量排名前10的分析;學者中發文量最多的學者是何嘉鵬共發文21篇，發文量較多的作者分別有霍然（15篇）、周汝（15篇）、范維澄（9篇）、李元洲（8篇）等。通過對文獻計量研究的過程中發現排名靠前的作者研究內容為高層建筑火災的煙氣控制和數值模擬對煙氣的應用，說明我國近些年來在建筑火災煙氣的研究領域內的研究熱點為高層建筑火災的煙氣控制以及數值模擬對煙氣的應用。

通過對CiteSpace合作關系共現圖譜分析，可以看出我國建筑火災煙氣領域內的部分合作作者之間的合作強度較高、合作關系緊密，形成了以范維澄、霍然、何嘉鵬、周汝、朱國慶為代表的學術研究大團體，以及其他學者之間合作的學術研究小團體;總體呈現出部分集中形成了小范圍內的群簇現象，整體分散的局面。

3.2.2主要機構分布圖譜研究

通過對各機構發文量的整理，列出了發文量排名前10位的機構;其中發文量最多的是中國科學技術大學火災科學國家重點實驗室，發文量高達50篇，發文量較多的機構有南京工業大學城市建設與安全工程學院（30篇）、中國人民武裝警察部隊學院（17篇）、重慶大學城市建設與環境工程學院（16篇）。這表明在建筑火災煙氣領域內主要的學術研究力量來自各大高校學院以及高校所屬的實驗室。

通過CiteSpace軟件對建筑火災煙氣領域內的相關文獻的來源機構進行共現分析，得到主要研究機構分布圖譜;其中中國礦業大學安全工程學院、中國礦業大學煤礦瓦斯與火災防治教育部重點實驗室、徐州消防支隊和應急管理部四川消防研究所之間的連線較多，因而這所機構之間的合作緊密，在建筑火災煙氣領域內形成了一個合作頻繁的學術機構團體;其次是南京工業大學建筑與城市規劃學院、南京工業大學土木工程學院和統計大學土木工程系之間的連線較多，合作緊密程度次之，也形成了一個緊密的機構合作團體;然而在合作機構研究圖譜中，中國科學技術大學火災科學國家重點實驗室發文量最多但在機構合作方面連線較少，缺乏與其他機構之間的合作。關于機構合作的關系圖譜中，各機構之間的合作僅僅在地緣上形成合作，例如南京工業大學城市建設與安全工程學院與江蘇省城市與工業安全重點實驗室;應急管理部上海消防研究所與上海海事大學海洋科學與工程學院;河北科技大學安全工程系與石家莊市消防支隊。對于機構的合作從整體形勢研究發現，在建筑火災煙氣領域內的研究在一定區域內形成了合作的關系，但縱觀整個領域內的學術科研機構應該擴大合作關系，從而增強知識與研究成果的共享與流動性，推動該領域的發展。

4 建筑火災煙氣研究熱點主題

研究熱點主題是指在某一個時間段內，有內在聯系的、數量較多的一組論文所探討的研究為題或專題，對研究熱點主題的分析可以幫助我們了解一個領域的研究重點[20]。而關鍵詞是文獻作者學術思想和學術觀點的提煉，是對文獻最核心的概括，也是文獻收錄和索引的重要標識;同時關鍵詞的個數與出現的頻次可以反映出該領域研究內容的熱度與方向。

對所選取文獻進行關鍵詞共現網絡可視化分析能夠有效的將具有同類關鍵詞進行提取，從而來探尋國內關于建筑火災煙氣研究領域內的重點研究脈絡和走向。為了避免關鍵詞無實際意義或語義相近的關鍵詞同時出現在可視化圖譜中的問題，需要對關鍵詞進行合并與剔除;最終得到建筑火災煙氣關鍵詞聚類知識圖譜。

在聚類中，聚類模塊值Q=0.8589>0.3，聚類的平均輪廓值S=0.9563>0.5，通過聚類效果中的Q、S值可以說明此次聚類結果清晰合理且較為顯著[21]。

通過對關鍵詞聚類知識圖譜的分析解讀，對聚類的結果進行適當的整合，將建筑火災煙氣領域的核心研究方向大致分為以下四個方面：

（1）建筑火災煙氣中人員安全行為研究;由聚類#0、#9構成，集中對火災煙氣中人員疏散安全行為進行了相關的研究。在該研究方向中研究者通常使用PyroSim+Pathfinder、STEPS、FDS+EVAC數值模擬軟件以及建立相關的數學模型，如社會力模型[22，23]、小波神經網絡模型[24，25]、元胞自動機模型[26-28]等

（2）建筑火災煙氣領域內不同建筑類型對火災煙氣影響研究;由聚類#2、#5、#6、#8、#13構成，將建筑類型分為在建建筑，建筑智能化、地下建筑、高層建筑、大空間建筑等類型。在該研究方向中研究者通常選取不同的建筑類型作為研究對象，根據建筑類型的特點對建筑發生火災后煙氣運動規律特點以及控制煙氣蔓延的方式方法進行理論與應用性分析研究。

（3）建筑火災煙氣數值模擬研究;由聚類#3、#9構成，集中對建筑火災煙氣模擬進行了相關的研究。在該方向中研究者通常使用FDS、PyroSim、CFD、Fluent等相關的模擬軟件主要應用于大體量火災場景，用于取得實體實驗難以監測的數據，近些年來模擬軟件不斷發展成熟，被應用于安全疏散、空氣幕等新型火災研究方向以及溫度分布、熱釋放速率、能見度等微觀問題以及火災煙氣蔓延擴散運動的規律，特別是在性能化設計安全評估中，廣泛使用數值模擬軟件論證建筑設計的安全可靠性[29]。

（4）建筑火災煙氣實體實驗研究;由聚類#14構成，對建筑火災煙氣實體實驗研究做了相關研究，在實體火災煙氣實驗研究中包括全尺寸實體實驗、縮比例尺寸實體實驗以及鹽水模擬實驗。目前我國學者多采用雷諾準則、弗勞德準則以及大渦模擬準則進行縮比例尺寸建立模型，繼而通過對縮比例尺寸模型的研究來為所要研究的實體建筑的防排煙設計提供理論指導。

5 建筑火災煙氣研究趨勢分析

研究前沿的識別與追蹤能夠為研究者提供學科研究的最新演化動態，預測在該研究領域內的發展趨勢并對將來需要進一步探索的問題進行挖掘[30];通過對CiteSpace軟件的關鍵詞時間線圖譜研究（圖6所示）和關鍵詞節點突顯強度（表4所示）的研究可以很好的對該領域未來研究趨勢的一個預測。本文對所獲取的文獻進行CiteSpace關鍵詞突顯值計算，得到具有高突顯值的18個節點突顯詞，結合高突顯值的相關文獻進一步分析，探測建筑火災煙氣領域內關注的前沿問題及其演進趨勢。

5.1 早期研究前沿

早期研究前沿的關鍵詞突顯時間為1993年至2000年，在此階段內建筑火災煙氣領域內的研究前沿主要集中在“實驗研究”、“煙氣運動”、“建筑火災”、“鹽水模擬”等方面。結合早期研究的相關文獻，對于建筑火災煙氣研究的對象主要以鹽水模擬實驗為主，其主要研究機構是中國科學技術大學火災科學國家重點實驗室。通過運用鹽水實驗模擬的方法研究了諸多類型建筑中火災煙氣運動的特性，并根據理論分析與實驗結果推導出了諸多關于建筑火災煙氣運動的特性與理論公式，為接下來數值模擬提供了扎實的理論依據。

5.2 中期研究前沿

中期研究前沿的關鍵詞突顯時間為2000年至2010年，在此階段內建筑火災煙氣領域內的研究前沿頗為豐富，諸如“中庭建筑”、“煙氣毒性”、“性能化設計”、“大空間建筑”、“FDS模擬”等方面。通過對這一階段文獻的查閱以及結合當時的時代背景分析，進入20世紀初期我國的經濟進入了一個快速發展的時期，各地區為了滿足人民對美好物質、文化生活的追求，一些觀賞性高、功能復雜不符合當下建筑防火規范設計的建筑如雨后春筍般的拔地而起，為滿足新建建筑的防火設計，特提出了性能化設計，因此性能化設計于2003年-2008年風靡一時，在這期間興建起了諸如北京國際中心、廣州塔、國家游泳中心、國家體育場等大空間功能復雜的建筑。然而對于在使用性能化建筑的過程中對于安全疏散的模擬與煙氣控制系統的要求都需要經過大量的理論計算與數值模擬反復驗證其安全可靠性，保證投入使用建筑安全可靠。

5.3 最新研究前沿

最新研究前沿的關鍵詞突顯時間為2010年至2020年，在此階段內建筑火災煙氣領域內研究前沿內容主要集中在“排煙”“煙氣控制”“高層建筑”“煙氣蔓延”等方面。隨著時代與科學技術的發展，在建筑火災煙氣領域內的研究由早期對其整體的研究逐步演進到建筑內部具體某一項細節的研究，通過結合研讀文獻發現，在此階段研究的方向中FDS模擬軟件被廣泛的應用于煙氣控制、建筑防排煙模擬實驗;其次在該領域內對于人員疏散效率的研究也成為這一階段的研究熱點;此外地下建筑煙氣蔓延的也逐步成為研究熱點。對于上述提到的幾個研究問題將是最近研究前沿的熱點方向，因此還需要開展更多的研究，從而進一步推進該領域的發展

6.結論

通過對中國知網（CNKI）中的“中國學術期刊網絡出版總庫”數據庫中檢索并篩選出符合本研究領域內要求的文獻，并利用CiteSpace軟件構建了一系列的知識圖譜和計量統計結果，得出以下結論：

（1）對文獻發文時間和數量進行計量統計發現，1998年-2007年這10年時間內該領域的發文量逐年增多，2007年的發文數量達到頂峰，當年在該領域內發文數量高達30篇，2007年-2020年這14年間該領域內的相關文獻數量趨于穩定發展形勢。同時對該領域內發文數量超10篇的期刊進行了計量統計，發表該領域文章的期刊多為消防技術研究類、安全科學技術研究類的學術期刊。

（2）本文選取了以發文量前10位的主要研究學者與研究機構為代表數據進行了計量統計，從計量統計結果中可以發現，發文量較多的機構是中國科學技術大學火災科學國家重點實驗室，發文數量為50篇;發文最多的學者是來自南京工業大學的何嘉鵬教授，發文量為21篇。從總體發文學者與發文機構之間合作關系中可以看出，目前我國在建筑火災煙氣領域內的研究在一定區域內形成了合作的關系，但縱觀整個領域內的學術科研機構應該擴大合作關系，從而增強知識與研究成果的共享與流動性，推動該領域的發展。

（3）通過對選取文獻中關鍵詞的聚類分析，將高頻關鍵詞聚類為15個類團;其中，安全疏散、機械排煙是該領域內詞頻數最高的類團名稱，也是該領域內相關學者研究數量較多的問題。根據對關鍵詞進行聚類結果進行適當的整合，將建筑火災煙氣領域的核心研究方向可以大致分為人員安全行為研究、建筑類型對火災煙氣影響研究、建筑火災數值模擬研究、建筑火災煙氣實體實驗研究等四個方面。

綜上所述，我國建筑火災煙領域內的研究已經展開了較為深入的研究，并取得了一定的科研成果，本文通過對現有成果的梳理和分析，厘清了建筑火災煙氣領域內的研究脈絡和研究熱點為相關學者今后的研究提供參考。由于檢索策略的選擇和軟件運用過程中少量文獻數據未被識別，本研究在研究對象的完整性上還存在著一些局限。但值關注的是對于地下建筑煙氣蔓延、人員疏散效率、高層建筑火災中被困人員救援的研究還應該展開更多的研究，從而進一步的推進建筑火災領域研究的發展。

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作者簡介：黃亞清，1996年出生，男，漢族，內蒙古呼和浩特人，在讀碩士研究生，研究方向：建筑火災預防與控制技術及火災煙氣蔓延流動規律與控制技術。