楊平生

(西安建筑科技大學(xué) 圖書館，陜西 西安 710055)

科學(xué)知識圖譜是顯示科學(xué)知識的發(fā)展進(jìn)程與結(jié)構(gòu)關(guān)系的一種圖形。隨著文獻(xiàn)總量的迅速增長，依靠傳統(tǒng)的方法捕捉學(xué)科發(fā)展的脈動(dòng)越來越困難，基于引文分析、詞頻分析、多元統(tǒng)計(jì)分析、共被引分析、聚類分析等方法形成的可視化圖譜能直觀地描述某一領(lǐng)域隨時(shí)間而積累的知識資源及其載體，以及某一領(lǐng)域知識創(chuàng)造者的共同體[1]31-39。自從可視化圖譜的開創(chuàng)者加菲爾德于1964年手工完成DNA領(lǐng)域的歷時(shí)態(tài)圖譜以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)了Bibexcel、Pajek、Ucinet、HistCite、CiteSpace等應(yīng)用軟件，可視化圖譜分析方法在越來越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用。

鋼結(jié)構(gòu)是主要的建筑結(jié)構(gòu)類型之一，廣泛應(yīng)用于海洋石油工程裝備、橋梁、建筑等領(lǐng)域。2016年2月國務(wù)院發(fā)布《國務(wù)院關(guān)于鋼鐵行業(yè)化解過剩產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)脫困發(fā)展的意見》，明確提出推廣應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)建筑，結(jié)合棚戶區(qū)改造、危房改造和抗震安居工程實(shí)施，開展鋼結(jié)構(gòu)建筑推廣應(yīng)用試點(diǎn)，大幅提高鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用比例，并將其作為推動(dòng)鋼鐵行業(yè)升級的內(nèi)容[2]。我國“十二五”期間鋼結(jié)構(gòu)建筑用鋼量3 000萬～5 000萬噸左右，僅占我國鋼產(chǎn)量的4%～6%，遠(yuǎn)低于歐美、日本等發(fā)達(dá)國家20%～30%的水平，因此鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)還有很大的發(fā)展空間[3]。

在鋼結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域，國內(nèi)外學(xué)者的相關(guān)文獻(xiàn)眾多，但是從文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)的角度，尤其是從科學(xué)知識圖譜的角度對鋼結(jié)構(gòu)文獻(xiàn)進(jìn)行分析的研究還幾乎空白。本文以Web of Science數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，對2000—2017年的鋼結(jié)構(gòu)研究文獻(xiàn)進(jìn)行分析，揭示該領(lǐng)域文獻(xiàn)的動(dòng)態(tài)變化和發(fā)展態(tài)勢，以期能夠?yàn)橄嚓P(guān)研究提供參考。

一、數(shù)據(jù)來源及分析方法

本文數(shù)據(jù)來源于美國科技信息所引文索引數(shù)據(jù)庫Web of Science核心合集中的SCI-EXPANDED數(shù)據(jù)庫。檢索式：TS = (“steel structure*” OR “steel building*” OR “steel construction*”)，時(shí)間跨度為2000—2017年，檢索時(shí)間為2018年1月1日，共獲得文獻(xiàn)49 266篇，從中精煉出“土木工程”與“建筑施工技術(shù)”類別文獻(xiàn)12 341篇。以檢索所得文獻(xiàn)為基礎(chǔ)，利用統(tǒng)計(jì)、比較、圖解等文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)中引文分析的方法[4]268-288，采用引文分析軟件HistCite及美國德雷塞爾大學(xué)陳超美教授與大連理工大學(xué)WISE 實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合開發(fā)的知識圖譜可視化分析軟件CiteSpace5.0，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究。

二、分 析

1.發(fā)文量年度分布

鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域內(nèi) “土木工程”與“建筑施工技術(shù)”方向自2000—2017年被SCI-EXPANDED數(shù)據(jù)庫收錄的文獻(xiàn)情況如圖1。從圖1可見，該領(lǐng)域文獻(xiàn)發(fā)表量呈現(xiàn)逐年增長的趨勢。2000—2006年發(fā)文量平穩(wěn)增長，2007年有一個(gè)突進(jìn)，2009年之后又開始呈爆發(fā)式增長，直到現(xiàn)在。

圖1 2000-2017年年度發(fā)文量

從圖2可知，這一階段的增長主要是因?yàn)橹袊蛩氐娘@著提高，我國的發(fā)文量從2007年的55篇上升到2017年的438篇，增長了8倍。而同期對總發(fā)文量影響最大的美國只增長了1倍，并在2015年被我國從年度發(fā)文數(shù)量上大幅度超越。這一點(diǎn)充分顯示了我國隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鋼產(chǎn)量逐年上升，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍越來越廣，相關(guān)科研力量也越來越強(qiáng)的現(xiàn)狀，并逐漸在2006年后進(jìn)入了一個(gè)發(fā)展的高峰期[5]。

圖2 2000-2017年主要國家年度發(fā)文量曲線

2.發(fā)文量國家分布

各國文獻(xiàn)發(fā)表量的分布是顯示其研究能力的重要指標(biāo)。從表1可見，中美兩國的發(fā)文量處于領(lǐng)先位置，占世界總量的37.6%；英國、澳大利亞、加拿大、韓國等國發(fā)文量均在500篇以上，說明這些國家在鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的研究中占據(jù)一定地位，七國的發(fā)文量占世界總量的37%。

表1 2000-2017年發(fā)文量前10位的國家排名

中心度又稱中間中心性，它是指網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)過某點(diǎn)并連接這兩點(diǎn)的最短路徑占這兩點(diǎn)之間的最短路徑線總數(shù)之比[6]。從中心度來看，美國、英國、澳大利亞三個(gè)國家都非常高，均達(dá)到了0.28以上，說明他們與別國在鋼結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域的合作中處于主導(dǎo)地位，而我國的中心度只有0.04，可見我國在加強(qiáng)國際合作上還有所缺乏。

文獻(xiàn)被引頻次是衡量文獻(xiàn)學(xué)術(shù)水平和受重視程度的一個(gè)重要測度，美國、中國、英國、澳大利亞的被引頻次總計(jì)數(shù)量較高，但是如果從平均被引頻次來看，英國、澳大利亞、美國、意大利則處于最領(lǐng)先地位，說明這四國的文獻(xiàn)具有更大的影響范圍。

3.發(fā)文量機(jī)構(gòu)分布

從表2可見，在機(jī)構(gòu)文獻(xiàn)發(fā)表量上，同濟(jì)大學(xué)位列首位，清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、香港大學(xué)、香港理工大學(xué)也表現(xiàn)出色，顯示這些機(jī)構(gòu)在鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域擁有突出的地位。在機(jī)構(gòu)間合作方面，同濟(jì)大學(xué)、伊利諾伊大學(xué)等都與較多研究機(jī)構(gòu)有合作關(guān)系。從平均被引頻次看，帝國理工學(xué)院、香港理工大學(xué)、伊利諾伊大學(xué)、莫納什大學(xué)等都具有更大的影響力，我國大陸研究機(jī)構(gòu)或因?yàn)闅v史與文化的原因，或因?yàn)檠芯孔⒅赜趹?yīng)用方面，在基礎(chǔ)研究方面力度不夠，因此在國際影響力上相比還有一些差距，提升空間很大。

表2 2000-2017年發(fā)文量前10位的機(jī)構(gòu)排名

4.作者共被引分布

從學(xué)者在研究領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)文量和被引頻次就能夠評價(jià)其學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)力度和學(xué)術(shù)影響力，是衡量其學(xué)術(shù)價(jià)值的重要參數(shù)[7]。表3根據(jù)發(fā)文量排名列舉了國內(nèi)外10位鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的學(xué)者，發(fā)文量和被引頻次都較高的包括：香港大學(xué)楊立偉教授，研究方向?yàn)槔鋸澬弯摻Y(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與檢測、薄壁結(jié)構(gòu)、不銹鋼結(jié)構(gòu)、鋁合金結(jié)構(gòu)、金屬結(jié)構(gòu)抗火[8]；莫納什大學(xué)趙曉林教授，研究方向?yàn)楣軤罱Y(jié)構(gòu)、薄壁結(jié)構(gòu)、FRP結(jié)構(gòu)[9]；清華大學(xué)韓林海教授，研究方向?yàn)殇摴芑炷良捌浠旌辖Y(jié)構(gòu)、鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)抗火[10]；以及帝國理工學(xué)院的Gardner Leroy教授、新南威爾斯大學(xué)的Uy Brian教授。我國內(nèi)地的重要學(xué)者還有同濟(jì)大學(xué)的李國強(qiáng)教授，研究方向?yàn)槎喔邔咏ㄖ摻Y(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)、鋼結(jié)構(gòu)抗火計(jì)算與設(shè)計(jì)理論等[11]3。

表3 2000-2017年發(fā)文量前10位的作者排名

圖3 作者共被引圖譜

5.文獻(xiàn)共被引分析

通過文獻(xiàn)共被引分析可以反映出一個(gè)學(xué)科或者知識領(lǐng)域的經(jīng)典文獻(xiàn)及中心性文獻(xiàn)。自2000—2017年，每年選取被引頻次前100位的文獻(xiàn)，分別用CiteSpace及HistCite形成圖譜進(jìn)行分析(圖4、圖5)。鋼結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域早期的經(jīng)典文獻(xiàn)可追溯到S.P.鐵摩辛柯(S.P.Timoshenko)和J.M.蓋萊(J.M.Gere)1961年出版的《彈性穩(wěn)定理論》一書，該書在鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)研究方面影響深遠(yuǎn)。近期的文獻(xiàn)，除美國鋼結(jié)構(gòu)學(xué)會(huì)(AISC)、美國土木工程師學(xué)會(huì)(ASCE)、美國聯(lián)邦應(yīng)急管理署(FEMA)、美國混凝土學(xué)會(huì)(ACI)、美國焊接學(xué)會(huì)(AWS)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范外，能夠具有中心性意義的文獻(xiàn)，按研究方向列舉如下。

圖4 CiteSpace文獻(xiàn)共被引圖譜

圖5 HistCite引文圖譜

(1)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定研究： B.A. Izzuddin的《Progressive collapse of multi-storey buildings due to sudden column loss—Part I: Simplified assessment framework》(2008)；AG Vlassis 、B.A. Izzuddin的《Progressive collapse of multi-storey buildings due to sudden column loss-Part II: Application.》(2008)；Ziemian RD的《Guide to stability design criteria for metal structure》(2010)；Galambos T V的《Guide to stability design criteria for metal structures》(1998)；Kim J的《Assessment of progressive collapse-resisting capacity of steel moment frames》(2009)；Schafer BW的《Review: The Direct Strength Method of cold-formed steel member design》(2008)；Uriz P的《Model for cyclic inelastic buckling of steel braces》(2008)。

(2)鋼框架結(jié)構(gòu)抗震：DG Lignos的《Deterioration Modeling of Steel Components in Support of Collapse Prediction of Steel Moment Frames under Earthquake Loading》(2011)；Cornell CA的《Probabilistic basis for 2000 SAC Federal Emergency Management Agency steel moment frame guidelines》(2002)；Vamvatsikos D的《Incremental dynamic analysis》(2002)；Chopra AK的《A modal pushover analysis procedure for estimating seismic demands for buildings》(2002)；周中哲(Chou Chung-Che)的《Subassemblage tests and finite element analyses of sandwiched buckling-restrained braces》(2010)；Christopoulos C的《Self-centering energy dissipative bracing system for the seismic resistance of structures: Development and validation》(2008)；Khandelwal K 的《Progressive collapse analysis of seismically designed steel braced frames》 (2009)。

(3)鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)：Angst Ueli的《Critical chloride content in reinforced concrete-A review》(2009)；韓林海(Han LH)的《Developments and advanced applications of concrete-filled steel tubular (CFST) structures: Members》(2014)和《Performance of concrete-filled thin-walled steel tubes under pure torsion》(2007)。

(4)與FRP相關(guān)的研究：趙曉林(Zhao XL)的《State-of-the-art review on FRP strengthened steel structures》(2007)；Chen JF的《Anchorage strength models for FRP and steel plates bonded to concrete》(2001)。

(5)冷彎型鋼方面：于煒文(Yu WW)的《Cold—formed steel design》(2000)。

(6)螺栓鋼柱節(jié)點(diǎn)研究：楊立偉(Yang B)的《Experimental tests of different types of bolted steel beam-column joints under a central-column-removal scenario》(2013)。

(7)不銹鋼結(jié)構(gòu)：Rasmussen KJR的《Reply to: Discussion of Full-range stress-strain curves for stainless steel alloys》(2003)；Gardner L 的《The use of stainless steel in structures》(2005)和《Experiments on stainless steel hollow sections—Part 1: Material and cross-sectional behaviour》(2004)。

(8)鋼結(jié)構(gòu)防火研究：Wald F 的《Experimental behaviour of a steel structure under natural fire》(2006)。

(9)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)：Adel Hojjat和 Jiang XM 《Dynamic fuzzy wavelet neural network model for structural system identification》(2006)以及《Neuro-genetic algorithm for non-linear active control of structures》(2008)；Lee KS的《A new structural optimization method based on the harmony search algorithm》(2004)。

6.關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

關(guān)鍵詞是對文獻(xiàn)內(nèi)容的高度概括。共詞分析是依據(jù)文獻(xiàn)中關(guān)鍵詞的共現(xiàn)，來確定某個(gè)研究領(lǐng)域里不同主題間的內(nèi)部相關(guān)性，并以此分析某個(gè)學(xué)科的發(fā)展進(jìn)程、研究熱點(diǎn)。本文將獲取的文獻(xiàn)按時(shí)間分為2000—2005年、2006—2011年、2012—2017年三個(gè)區(qū)間，抽取每一區(qū)間前50位關(guān)鍵詞，去除檢索詞及一般性關(guān)鍵詞后，在表4中按頻次及中心度進(jìn)行排序分析。

表4 各區(qū)間關(guān)鍵詞排序

在專業(yè)性關(guān)鍵詞中，能保持逐年較高增長的關(guān)鍵詞有：beam(梁)、column(柱)、strength(強(qiáng)度)、connection(連接)、reinforced concrete(鋼筋混凝土)、building(建筑)、model(模型)、test(測試)、performance(性能)，表明這些關(guān)鍵詞一直是研究熱點(diǎn)；能保持一般增長速度的有：corrosion(腐蝕)、bridge(橋)、ductility(塑性)、steel frame(鋼框架)、seismic design(防震設(shè)計(jì))、composite structure(組合結(jié)構(gòu))、earthquake(地震)、optimization(優(yōu)化)、fatigue(疲勞)、finite element analysis(有限元分析)，表明這些關(guān)鍵詞一直受到研究者關(guān)注；增長幅度一直不大，2011—2016年區(qū)間嚴(yán)重下降的關(guān)鍵詞有： buckling(扣件)、cold formed steel(冷軋鋼)、stability(穩(wěn)定)，表明這些關(guān)鍵詞受到的關(guān)注減少；前期出現(xiàn)不多， 2011-2017年區(qū)間迅速增長的關(guān)鍵詞有： system(系統(tǒng))、genetic algorithm(遺傳算法)、member(構(gòu)件)、progressive collapse(連續(xù)性倒塌)、mechanical property(機(jī)械特性)，表明這些關(guān)鍵詞相關(guān)的方面近年有顯著的發(fā)展。

近5年來的突發(fā)性關(guān)鍵詞包括cfrp(碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料)、microstructure(微觀結(jié)構(gòu))、simulation(模擬)、cost optimization (成本優(yōu)化)、elevated temperature(高溫)、damage(損壞)、high strength steel(高強(qiáng)度鋼)等。圖6為近幾年來的突發(fā)性關(guān)鍵詞，包括capacity(容量) 、seismic response(地震反應(yīng))、finite element(有限元)，表明與這些關(guān)鍵詞相關(guān)的研究有可能形成了熱點(diǎn)或有所突破。

圖6 引用量突發(fā)性關(guān)鍵詞

三、結(jié) 論

本文通過檢索2000—2017年的Web of Science數(shù)據(jù)庫核心合集中鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)學(xué)科的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，借助可視化科學(xué)知識圖譜的方法，從多個(gè)角度進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論。

(1)鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的文獻(xiàn)發(fā)表量總體呈現(xiàn)逐年快速增長的趨勢，其中中美兩國的發(fā)文量處于領(lǐng)先位置，英國、澳大利亞、加拿大、韓國等七國也占據(jù)一定地位，2006年以后我國在該領(lǐng)域具有越來越重要的影響因素。

(2)按發(fā)文量列舉了排名前10的機(jī)構(gòu)和學(xué)者。其中我國的同濟(jì)大學(xué)、清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、香港大學(xué)、香港理工大學(xué)發(fā)文量較高，我國學(xué)者當(dāng)中楊立偉、韓林海、李國強(qiáng)發(fā)文量較高。從平均被引頻次看，帝國理工學(xué)院、香港理工大學(xué)、伊利諾伊大學(xué)、莫納什大學(xué)等都具有更大的影響力。

(3)依靠CiteSpace及HistCite引文圖譜，列舉出了鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中的經(jīng)典文獻(xiàn)以及鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、鋼框架結(jié)構(gòu)抗震、鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)、FRP、冷彎型鋼、螺栓鋼柱節(jié)點(diǎn)、不銹鋼結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)防火、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)九個(gè)研究方向的中心性文獻(xiàn)28篇。

(4)借助關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析，分析了50個(gè)關(guān)鍵詞，從三個(gè)時(shí)間階段展示了不同時(shí)期鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域內(nèi)關(guān)鍵詞的出現(xiàn)頻次及相關(guān)關(guān)系，顯示了不同關(guān)鍵詞快速增長、一般增長、下降和突發(fā)的情況，從一定程度上反映了相關(guān)研究文獻(xiàn)的發(fā)展情況。

參 考 文 獻(xiàn)

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