基于文獻計量學的建筑結構健康監測分析

摘 要：【目的】揭示國內建筑結構健康監測領域的研究進展和應用情況，驗證建筑結構健康監測技術在整個土木工程建設周期中的核心作用。【方法】運用文獻計量學方法，利用CiteSpace工具對2004—2024年CNKI數據庫1 240篇文獻進行文獻檢索與分析、關鍵詞分析、關鍵詞共現時間線分析和聚類圖譜的分析。【結果】建筑結構健康監測技術文獻量上升，預示該領域蓬勃發展。“健康監測”高頻出現，引領研究方向。時間線聚類顯示其從理論到實踐的演進，關鍵詞聚類強化其核心地位，形成緊密協作的研究網絡。【結論】利用建筑結構健康監測技術，經文獻梳理、關鍵詞分析、時間線圖譜及聚類分析，展現了發展歷程，并成為研究熱點，引領了土木工程跨學科融合新趨勢。

關鍵詞：建筑結構健康監測；文獻計量學；CiteSpace

中圖分類號：TU398+.9" " 文獻標志碼：A" " "文章編號：1003-5168（2025）02-0072-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.02.014

Abstract： [Purposes] This paper aims to reveal the research progress and application status of domestic building structural health monitoring， and to verify the core role of structural health monitoring technology in the entire civil engineering construction cycle.[Methods] Literature search and analysis， keyword analysis， keyword co-occurrence time line analysis and clustering graph analysis of 1 240 literature in CNKI database from 2004 to 2024 were conducted by using bibliometrics method and CiteSpace tool.[Findings] The amount of literature on building structure health monitoring technology increases， which indicates the vigorous development of this field. \"Health monitoring\" appears frequently， leading the direction of research. Time line clustering shows its evolution from theory to practice， and keyword clustering strengthens its core position and forms a close collaborative research network. [Conclusions] Using the building structure health monitoring technology， through literature review， keyword analysis， time line map and cluster analysis， the development history is shown， which has become a research hotspot， leading the new trend of interdisciplinary integration of civil engineering.

Keywords： building structural health monitoring; bibliometrics; CiteSpace

0 引言

隨著基礎設施的不斷建設和完善，工業和民用建筑行業已經步入成熟和保養階段。在長期的承載壓力、自然環境侵蝕、材料老化及疲勞損傷等多重因素作用下，建筑結構普遍開始出現損傷。此外，偶爾發生的自然災害，如猛烈的臺風、海嘯及具有破壞性的地震，也可能進一步加劇建筑結構的破壞，甚至導致其坍塌［1］。因此，為了確保工程結構的安全性與持久性，降低維護成本，并延長服務年限，建筑結構健康監測技術應運而生［2］。

文獻計量學作為圖書館學和情報學研究的一個分支，融合了數學、統計學和文獻學的知識。其通過定量的方法來描述、評估和預測學術領域的當前狀況及其未來的發展趨勢，展現出了明顯的客觀性、數量化和模型化的特征［3］。本研究聚焦于建筑結構健康監測這一特定領域，運用文獻計量學方法對1 240篇文獻進行了可視化分析。

最終的分析揭示，高頻關鍵詞深化了對結構健康監測功能的理解，強化了其重要性認知，并提升了建筑安全與可靠性保障能力；時間序列圖和聚類分析圖展示了建筑結構健康監測研究的跨學科特性和持續增長的趨勢，尤其是在互聯網技術迅猛發展的大背景下，建筑結構健康監測逐漸演變為一種新興的技術手段。研究成果不僅能為相關領域的研究人員提供參考，而且為推動建筑結構監測技術的創新與優化貢獻力量，促進對該領域的研究向更加精準、智能、高效的方向邁進。

1 文獻檢索與分析

CiteSpace是一款基于Java編程語言的信息分析與數據可視化軟件，其專門用于對科學文獻的分布情況及其發展變化進行量化分析和視覺呈現［4］。CiteSpace作為一款研究工具，廣泛應用于追蹤和剖析當前的研究動態和熱門議題［5］。本研究借助CiteSpace工具，并以CNKI數據庫作為文獻檢索的來源，圍繞“建筑結構健康監測”這一主題進行了文獻檢索，涵蓋了從2004年1月至2024年8月的時間段。在篩選掉不相關的文獻之后，最終選取了1 240篇論文進行深入分析。文獻發布時間分布如圖1所示，其清晰地揭示了自2004年以來，建筑結構健康監測領域的文獻數量雖有波動，但總體上呈上升趨勢。這一現象反映出，隨著經濟的蓬勃發展和國家基礎設施建設的日益完善，建筑結構健康監測作為一個新興的研究領域正在持續進步，國內學者對此領域的研究興趣也在不斷提升。

2 關鍵詞分析

本研究利用CiteSpace 軟件進行了關鍵詞分析，對出現頻率至少為10次的關鍵詞實施了共現聚類分析，形成了大約6個主要的聚類，每個聚類以不同的顏色來標識一個研究焦點。分析的理論基礎在于，關鍵詞出現的頻率越高，其重要性越大，相應地，其在圖中的圓圈也越大；不同的顏色則代表不同的研究主題。關鍵詞的頻率和中介中心性排名詳見表1。建筑結構健康監測領域的關鍵詞聚類結果如圖2所示。

3 基于關鍵詞共現時間線分析

研究熱點指的是學術界在某一研究領域的探索過程中所聚焦的重點，它們通常也是討論和交流的集中議題［6］。文章的核心內容主要圍繞關鍵詞展開，并通過這些關鍵詞來探究特定領域的熱門議題。利用CiteSpace軟件進行關鍵詞共現時間線分析結果如圖3所示。由圖3可知，基于CNKI數據庫的建筑結構健康監測領域隨時間推移的擴展情況，相關研究主要劃分為14個聚類。圖中圓圈的大小與關鍵詞的權重成正比，同時也與研究的時間跨度成正比，即圓圈越大，表示其研究時間跨度越長。對關鍵詞進行分析發現，從早期的健康監測、損傷識別、損傷診斷、神經網絡等主題，發展到當前的可視化、模態分析、監測系統等。圖3進一步揭示，健康監測占據了研究的主導地位，這從側面反映出健康監測領域的研究已經從早期的監測技術擴展到了更智能的結構健康監測模式。未來，該領域的研究方向預計將逐漸轉向更加智能化的建筑結構健康監測。

4 基于聚類圖譜的分析

聚類分析通過從文獻的摘要、標題或關鍵詞中提取名詞術語，將收集到的文獻計量數據劃分為不同的類別。

在聚類圖中，不同的顏色通常用來標識不同的組別。聚類是一種無監督的學習方法，它通過將數據集中的元素進行分組，使得同一組內的元素在彼此之間相較于其他組的元素具有更高的相似性。建筑結構健康監測領域的關鍵詞聚類圖譜如圖4所示，可以觀察到共有16個聚類：#0 健康監測，這是圖中最大的聚類，凸顯了建筑結構健康監測研究的核心議題，覆蓋了結構健康監測的基礎研究領域；其他的聚類均與健康監測有著密切的聯系，其中收集到的文獻信息主要集中在傳感器、壓電陶瓷、小波分析、損傷識別等方面。因此，圖4揭示了建筑結構健康監測領域不僅包括基礎理論研究，也涵蓋應用技術開發，這表明該領域具有跨學科的交叉特性和持續發展的趨勢。

5 結論

本研究依托CNKI數據庫，運用文獻計量分析工具CiteSpace，對2004—2024年建筑結構健康監測領域的文獻進行了深入研究，得出以下結論：①通過對比分析建筑結構健康監測領域的文獻發表量趨勢，可以發現該研究領域逐漸受到國內學者的廣泛關注，整體趨勢向上；②對高頻關鍵詞的探究對于推動建筑結構健康監測系統的實踐應用和進步具有重要意義；③時間線圖譜和聚類圖揭示了建筑結構健康監測領域展現出跨學科融合的特點和持續發展的態勢，尤其是在基礎設施日益完善的大環境下，建筑結構健康監測逐漸發展成為一個新的研究熱點。

參考文獻：

［1］方成，于盛鑫，李永剛，等.基于深度學習的土木工程計算機視覺健康監測［J］.同濟大學學報（自然科學版），2024，52（2）：213-222.

［2］王娜.數字化技術在結構健康監測中的應用與探索［J］.工程質量，2024，42（8）：5-8.

［3］高俊寬.文獻計量學方法在科學評價中的應用探討［J］.圖書情報知識，2005（2）：14-17.

［4］陳悅，陳超美，劉則淵，等.CiteSpace知識圖譜的方法論功能［J］.科學學研究，2015，33（2）：242-253.

［5］SHEN Z T，TIAN Y，YAO Y X，et al. Ecological restoration research progress and prospects： a bibliometric analysis［J］.Ecological Indicators，2023，155：110968.

［6］ZHONG D L， LUO S X ， ZHENG L L ，et al. Epilepsy occurrence and circadian rhythm： a bibliometrics study and visualization analysis via CiteSpace［J］. Frontiers in Neurology， 2020， 11.