基于CiteSpace的火災數值模擬文獻研究

摘要：為了了解火災數值模擬研究領域的整體情況，利用CiteSpace軟件對中國知網（CNKI）和Web of Science數據庫進行檢索，分析了2013年-2023年這10年間的共1302篇文獻數據，進行作者、機構、關鍵詞、國家共現，繪制知識圖譜。結果表明：火災數值模擬發文量基本保持上升趨勢；高產作者是姜文鵬、Fan，Shenggang和Beji，Tarek；核心機構是中國科學技術大學火災科學國家重點實驗室和重慶大學；高產國家是中國和美國；對關鍵詞的分析，得出未來研究熱點是火災動力學科學與計算機模擬科學相結合。

關鍵詞：火災；數值模擬；CiteSpace；可視化分析；文獻計量法

引言

火災數值模擬是利用計算機技術、工程熱力學及燃燒學三者相結合的知識，通過建立火災模型來描繪火災現象的過程。科學知識圖譜被應用到文獻綜述計量領域，通過繪制知識圖譜更好了解學科領域的發展[1]。姜學鵬、于麗、Fan，Shenggang、Liu，Fang等學者對火災數值模擬方面做了大量研究，但由于火災數值模擬的方法還處于發展階段，國內對火災數值模擬的綜述文章相對較少。因此，本文采用CiteSpace軟件對2013年至2023年國內外火災數值模擬的文獻作為樣本，對該領域的熱點和前沿進行分析。

一、研究方法與數據來源

本文使用文獻綜述法、計量分析法以及可視化分析等方法，并使用CiteSpace軟件統計數據、繪制科學圖譜等研究火災疏散和火災模擬的熱點、學術前沿及分布規律。美國德雷克塞爾大學陳超美博士研究開發一款CiteSpace可視化分析軟件，可用來分析某一研究領域論文成果的總體情況以及該領域的學術前沿及熱點[2]。

本文數據來源于中國知網（CNKI）總庫中的核心期刊和Web of Science Core Collection，其中知網中主要包括SCI、EI、北大核心、CSSCI，Web of Science中主要包括Science Citation Index Expanded和Current Chemical Reactions。以“火災數值模擬”和“Fire Numerical Simulation”為檢索主題，檢索時間段為“2013年至2023年”進行檢索，分別得到1544篇中文文獻、3939篇外文文獻。通過篩選，去除不相關文獻，選定593篇中文文獻、709篇外文文獻進行可視化分析，將得到數據轉為txt文本格式分別導入CiteSpace軟件中進行建庫分析。

如圖1所示是2013年-2023年國內、外在火災數值模擬領域的發文情況。藍色柱狀圖為中文發文量，橙色柱狀圖為外文發文量，黃色折線圖為年總發文量。中文發文量在2014年-2021年基本在50篇-60篇左右，2022年、2023年發文量較少，與之相反的是2022年、2023年的外文發文量大幅度上漲，外文發文量除2014年、2017年以外都呈增長趨勢。從總發文量上看，近十年的發文量呈小幅度上漲趨勢，2014年-2015年、2020年-2021年漲幅最為明顯，2015年-2017年發文量較為平緩在100篇左右。表明火災數值模擬領域的發展較平穩。

二、基于CNKI的研究主題分析

（一）知網的作者分析

為了研究學者們在火災數值模擬領域的合作關系和影響地位，在CiteSpace軟件中進行作者共現，得到了320位作者，166對合作關系的作者共現圖譜。由圖2可知，呈現以姜學鵬（13）、于麗（7）、徐志勝（6）、王明年（6）、劉松濤（5）為首的網絡圖譜，他們的發文量占總量的6.24%，是研究火災疏散模擬的核心作者。姜學鵬、于麗和徐志勝的主要研究領域是隧道火災和隧道火災溫度的數值模擬[3-5]，觀察圖譜可知，以王明年、于麗、田源組成的西南交通大學交通隧道工程教育部重點實驗室團隊；以姜學鵬（武漢科技大學）、徐志勝（中南大學）組成的跨院校合作等。由此可知，作者的合作基本是跨機構合作交流，抱團式合作。

（二）知網的機構分析

利用CiteSpace軟件共現機構圖譜，從而進一步研究機構之間的聯系，得到節點數N=247，連線E=131的機構知識圖譜，如圖3所示。高產的機構有中國科學技術大學火災科學國家重點實驗室（25）、中國礦業大學安全工程學院（17）、武漢科技大學資源與環境工程學院（15）等。從圖3中可以看出連線較多，說明機構之間的合作較為緊密。對作者和機構的分析得出以下結論：作者之間合作關系相對緊密，同時也體現出機構之間合作緊密，這說明對火災數值模擬研究的知識共享和知識交流。

三、基于WoS的研究主題分析

（一）WoS的作者分析

將Web of Science（WoS）的文獻數據導入CiteSpace軟件中進行作者共現，得到節點N=345，連線E=254。由圖4可知，高產作者有Fan，Shenggang（12）、Liu，Fang（10）、Beji，Tarek（10）等。Fan，Shenggang和Li，Guo-Qiang主要研究材料的耐火材料的數值模擬[6]，Liu，Fang和Beji，Tarek主要研究火災數值模型[7]，由圖可知，圖譜呈現相對分散狀態，以Fan，Shenggang和Li，Guo-Qiang為中心的作者群之間有緊密的聯系，形成了穩定的作者合作群。

（二）WoS的國家分析

在國家層面分析，進行知識圖譜共現得到了節點數N=61，連線E=134的國家合作圖譜。中國的頻次為344，中心性為0.33；美國的頻次為87，中心性0.33。中國與多個國家存在合作關系，如美國、英國、日本、比利時、意大利、加拿大等，其中與美國的合作最為緊密。美國也與多個國家存在合作關系，如英國、法國、西班牙、巴西、希臘等。在國家層面合作上，中國和美國已經成為火災數值模擬研究的主力軍。

四、基于知網和WoS熱點前沿分析

（一）關鍵詞分析

關鍵詞共現分析表明了各個關鍵詞在同一篇文獻或者同一時間段內被共同提及的頻率，揭示了該研究領域的研究熱點、研究趨勢。檢索中文文獻得到389個關鍵詞，754對連線關系，檢索外文文獻得到415個關鍵詞，2235對連線關系，如表1、表2所示。

從關鍵詞的頻次和中心性分析，國際上火災風險模擬的研究重點和熱點具有相似性和共通性，主要集中在“數值模擬、火災、溫度分布、人員疏散、模型、隧道火災”等，這些關鍵詞的高頻應用意味著學者們更加關注火災數值模擬，不同狀態下煙氣、溫度、人員疏散模擬，推動火災數值模擬的研究的多元化發展。

在關鍵詞頻次統計的基礎上對關鍵詞進行更深一步的研究，如表3所示。把火災數值模擬領域的研究分為以下四個部分：一是火災數值模擬的基礎理論，主要是對影響火災變化和發展的因素、研究人在不同場景下的逃生速度以及火災疏散的方法進行研究；二是火災數值模擬研究方法，主要是通過不同的模擬軟件進行建模構建火災場景，針對不同情形進行模擬；三是火災數值模擬研究對象，主要是對不同的建筑物進行建模，根據該建筑物的結構特點進行具體分析；四是火災數值模擬的工程應用，主要是針對不同應用情況，利用火災模擬對安全工程、火災疏散、火災救援、路徑規劃等問題進行研究。

（二）前沿分析

關鍵詞突現是某一時間段內某個關鍵詞的使用頻率或被引用的頻次顯著增加的現象，可以用來反映該時間段內某個研究領域的前沿和熱點[8]。將γ[0，1]設置為0.5，經過突現分析，篩選出24個中文突現詞和45個英文突現詞，按照突現時間提取關鍵詞，如圖5和圖6所示。從圖中突現詞可以看出，火災數值模擬研究經歷了從理論研究、應用實踐、再到理論和實踐相結合的發展階段。依據突現詞分布圖，可以預測：火災數值模擬領域新的研究熱點將是火災防控技術和計算機領域的元胞自動機等相結合算法。

結語

基于中國知網和Web of Science核心數據庫近10年有關火災數值模擬的文獻數據，利用CiteSpace軟件進行關鍵詞、作者、機構、國家的共現，繪制圖譜并進行深入分析，研究結論如下。從作者共現圖來看，高產作者有國內的姜學鵬、于麗等和國外的Fan，Shenggang、Beji，Tarek等；從機構來看，高產機構有中國科學技術大學火災科學國家重點實驗室、重慶大學、中國礦業大學安全工程學院、同濟大學等；從國家分布來看，高產國家是中國和美國，中國和美國與其他多個國家存在合作關系。通過對關鍵詞共現來看，主要集中在基礎知識、研究對象、研究方法、工程應用這四個部分。其中，在工程應用方面，數值模擬研究發揮著重要作用從發展趨勢來看，火災數值模擬研究已經初步構建一個科學、系統的研究體系。隨著人工智能、機器學習、算法等科學技術的不斷進步與革新，火災數值模擬領域的深度和廣度也將不斷得到拓展和提升，將有力推進防火科學的進步與發展。

參考文獻

[1]陳悅，劉則淵，陳勁，等.科學知識圖譜的發展歷程[J].科學學研究，2008（03）：449-460.

[2]Chen Chaomei.CiteSpace II：detecting and visualizing emerging trends and transient patterns in scientific literature[J].Journal of the American Society for Information Science and Technology，2006，57（03）：266-270.

[3]姜學鵬，于思維，金俊.城市Ⅴ形坡隧道火災最高溫度數值模擬[J].消防科學與技術，2021，40（05）：672-678.

[4]于麗，王明年，郭春.秦嶺特長公路隧道火災溫度場的數值模擬[J].土木工程學報，2007（06）：64-68.

[5]趙紅莉，徐志勝，姜學鵬.隧道火災溫度分布的試驗與數值模擬研究[C].中國職業安全健康協會2011年學術年會論文集，2011.

[6]Wu Yiwen.Experimental study and numerical simulation analysis of the firere sistance of high-strength steel columnswith rectangular sections under axial compression[J].Fire Safety Journal，2021，121（10）32-66.

[7]Jiang Binhui.Simulations on progressive collapse resistance of steel moment frames under localized fire[J].Journal of Constructional Steel Research，2017，138（07）：380-388.

[8]李杰，陳超美.CiteSpace科技文本挖掘及可視化第2版[M].首都經濟貿易大學出版社，2017.

作者簡介：

黃夢可（2001- ），女，漢族，湖北荊州人，碩士研究生，研究方向：工程管理。

通訊作者：

雷鳴（1974- ），男，漢族，湖北荊州人，博士研究生，教授，研究方向：工程管理。