邓勇亮， 孟苗苗， 张 莹， 刘泽东

(中国矿业大学 力学与土木工程学院， 江苏 徐州 221116)

随着我国经济社会的快速发展，城市人口和机动车数量迅猛增长，城市公共交通拥堵问题日益严重，成为限制城市经济高速发展的主要障碍之一[1]。地铁作为一种绿色高效的出行方式，不仅可以有效缓解城市公共交通的巨大压力，同时也成了城市发展水平的重要象征[2]。然而，由于地铁工程的规模大、技术复杂以及不可预见风险因素较多，使得地铁施工与运营阶段频频发生安全事故，这不仅会造成严重的社会经济损失，对地铁未来的发展也会产生一定的负面影响[3]。随着地铁项目的不断增加，地铁建设和运营过程中所发生的安全事故总数也呈现出不断上升的趋势。因此，提高地铁安全的管理和保障水平成为目前该领域所关注的重要问题[4]。为了更好地了解有关地铁安全的发展趋势，本研究借助CiteSpace科学文献计量软件，筛选出2005―2019年间的中国知网中文SCI、EI来源期刊、核心期刊和CSCD期刊中有关地铁安全的1786篇文献作为研究对象，对地铁安全主题进行可视化分析，通过解读知识图谱来探索挖掘该领域的相关研究成果，分析地铁安全领域的有关研究热点变化过程、前沿信息和趋势，为进一步推进我国地铁安全研究提供有价值的参考和借鉴。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

本研究的样本数据来源为中国知网数据库中文SCI、EI、核心期刊以及CSCD期刊文献，筛选得到的文献具有较强的代表性和权威性。同时，为了确保数据能够尽可能全面的获取，时间设置为近15年(2005―2019年)，以主题词为“地铁或轨道交通”“安全或风险”进行高级检索，共检索得到1937篇文献，整理删除了期刊会议征稿、卷首语、会议论文以及无作者等无效数据，最终筛选得到1786篇文献，检索时间截止到2019年12月11日，分四次将数据导出为TXT文本格式，作为本研究的样本数据。

1.2 研究方法

CiteSpace作为一种文献可视化分析软件[5]，它可以将某一领域知识的宏观结构和发展脉络以知识图谱形式进行描述[6]。学界将基于CiteSpace分析所得到的数据结果称为科学知识图谱[7]，将它作为一种可行的研究方法，并且该方法也得到了广泛使用[8]。本研究借助可视化分析软件CiteSpace v5.5.R2版本对地铁安全领域进行可视化分析，其中，阈值TopN设置为50，即提取每个时间切片排名前50的作者、机构和关键词，网络剪裁设置为寻经网络和修剪网合并，对地铁安全研究主题的作者、机构合作网络、关键词共现和时区图等进行分析，以此来研究有关地铁安全的研究热点与前沿趋势。

2 核心作者群与热点研究机构分析

2.1 发文量时间分析

发文量是衡量某一研究主题发展的一个重要指标，它可以在一定程度反映出该领域科学知识量的变化情况以及相关学者在该领域的研究进度[9]。近年来，我国有关地铁安全的相关研究整体上呈现出不断上升趋势。从图1可以清晰地看出，从2005年开始，关于地铁安全领域的研究才刚刚开始，发文量仅为10篇，随着地铁工程建设不断发展，对地铁安全的研究热度也不断增加，到2012年达到184篇。从发文量来看，可以将地铁安全领域的研究分为三个阶段：(1)2005―2007年，国内地铁项目发展较慢，学者有关地铁安全的研究较少，关注度低，所以发文量较少；(2)2008―2012年，该阶段国内地铁建设项目处于高速发展阶段，相比于第一阶段发文量明显持续不断增加，地铁安全的研究处于蓬勃发展阶段，同时也得到了很多学者的关注，到2012年发文量为184篇；(3)2013―2019年，该阶段的发文量虽有波动，但基本上呈现出缓慢上升的趋势，说明学者对地铁安全的研究随着地铁进入新的发展阶段而不断深入，到2019年预计发文量为214篇。从发文量的统计结果可知，表明有关地铁安全领域的研究受到了国内许多研究学者的关注，相关的研究成果也呈现出逐渐上升的趋势。

2.2 作者、机构合作网络分析

2.2.1 作者合作网络分析

通过CiteSpace软件对地铁安全这一研究领域进行作者合作网络的可视化分析，设定时间切片的值为3，节点类型为“Author”，网络剪裁设置为寻经网络和修剪网合并。通过对第一作者分析，发文量在9篇以上(含9篇)的作者如表1所示，可以看出在2005―2019年高产出的作者有吴贤国、张立茂、史聪灵、张顶立、钟茂华、李启明等。

表1 2005―2019年论文产量排名前10位的作者

图2 2005―2019年地铁安全研究作者合作图谱

2.2.2 机构合作网络分析

研究机构对某一研究领域的发展起着非常重要的作用，对文献的研究机构进行总结分析，有利于掌握该研究领域的研究机构情况，为各机构间展开合作研究提供一定的参考。运用CiteSpace软件，节点类型选择“institution”，时间切片设置为3年，对地铁安全数据进行机构合作网络可视化分析，运行数据后得到图3。设置机构发文量12篇(含12篇)以上作为阈值，图中每个节点的大小代表该机构发文数量的多少，节点越大表示发文量越多。节点中不同颜色的圈代表不同时间段内的发文量，节点之间的连线代表合作关系，连线的粗细程度表示双方的合作强度。由图3和表2可知，核心研究机构主要集中于两大类，即集团公司与各大高校。从网络图中可以看出，大部分研究机构并不是独立地进行研究，相互之间联系紧密，都存在着合作关系，但是从图中也可以看到有些有影响力的高校和集团公司与其它机构之间的连线较少，表明这些研究机构与其它机构间的合作交流较少。

结合图3和表2可以发现以下几个特点：第一，华中科技大学土木工程与力学学院是发文数量最多的机构，从科研实力来看，该高校拥有着成熟的科研实力来支撑有关地铁研究领域的研究；第二，北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室、中铁第一勘察设计院集团有限公司等均位于发文机构出现频次的前五，这表明有关地铁安全的研究不仅仅存在于高校间，在一些集团公司中也引起了较大的关注，因为他们拥有可以直接从现场进行研究的外部支撑条件。经统计发文量12篇以上的机构共计发表论文453篇，占总发文量的25.4%，这说明地铁安全领域机构之间研究相对分散，不同的科研机构之间科研能力条件有一些差别，华中科技大学土木工程与力学学院是地铁安全研究领域贡献最大的研究机构，引领着该领域的发展，其他研究机构的科研能力仍有待进一步加强，尤其是机构之间的学术合作研究更应该加强，通过资源共享和交流，从而共同为我国的地铁安全领域创造出更大的贡献。

图3 2005―2019年地铁安全研究机构合作图谱

表2 2005―2019年论文高产量机构

3 研究热点与研究前沿分析

3.1 研究热点分析

3.1.1 关键词共现分析

关键词是对文章的主题和研究内容的凝练，在CiteSpace软件中，图谱中高频次、高中心性的关键词通常被认为是该研究领域在某一时间段的热点问题和研究方向[12]。运用CiteSpace软件，节点的类型选择“keyword”，网络剪裁设置为寻经网络和修剪网合并，其它设置为默认。运行CiteSpace软件，得到图4，根据图4可以清晰地了解三大信息内容：(1)每一个大小不同的十字架节点代表一个关键词，十字架越大，表示该关键词在样本文献中出现的频次越高，也说明在领域中所受到的关注度越高，节点外的紫色光圈代表该节点的中心性，紫色的区域越大，表明中心性越高，该节点越重要，对该领域的影响显著，即可以视为关键节点；(2)节点的颜色越深，说明是早期学者所关注的热点，颜色偏向暖色，说明是近期学者所关注的热点；(3)不同节点之间连线的粗细程度与节点共现的强度成正相关，两个节点之间的连线越粗，表明两节点的共现强度就越强，反之越弱。

图4 2005―2019年地铁安全研究关键词共现图谱

从图4可以看出，网络节点共计327个，连线444条，网络密度为0.0083，中介中心度是表明在地铁研究领域中核心程度的指标，在此基础上，依据出现频次对关键词进行排序，取排名前20的关键词，结果如表3所示，城市轨道交通、地铁、轨道交通、地铁施工和数值模拟出现的频次和中介中心度均排名靠前；而深基坑、运营安全和风险评价等关键词出现的频次较低，但中介中心度较高，这说明这些关键词是地铁安全领域的基础性研究内容，目前缺乏更进一步的研究；安全管理、地铁隧道和地铁车站等出现的频次较高，但中介中心度较低，说明这些主题更加偏向于地铁安全的热点内容。

表3 2005―2019年地铁安全研究排名前20的关键词

聚类分析将关键词共现网络聚成不同的区域，这样可以从不同的角度显现出研究领域的分布情况，能够帮助作者迅速快捷地掌握相关研究资料以及数据信息，了解当前该领域的研究前沿[13]。在关键词共现的基础上进行自动聚类，如图5所示，通常参考聚类模块值Q和聚类平均轮廓值S这两个指标来评价图谱绘制的合理性，如果Q大于0.3，说明图谱网络结构合理，如果S大于0.5，表明网络的同质性是合理的，如果S大于0.7，则说明是可信的[14]。由图5可知，Q为0.8045，远大于临界值0.3，表明图谱的网络结构是合理且显著的，S值为0.562，大于0.5，表明网络的同质性是合理的，总体来说，地铁安全研究的关键词聚类图谱的绘制效果是比较好的。从图5可以看出，关于地铁安全研究的关键词聚类图谱共有18个聚类标签，其中主要的聚类标签有隐患排查、深基坑、安全系数、地铁火灾等，这些聚类标签构成了当今地铁安全研究的主题。另外，聚类的颜色越趋近于暖色，说明该主题距离现在的时间越近，由图5可知，地铁隧道、地铁车站等出现的时间相对偏早，而安全控制、地铁站台、层次分析等出现的时间相对较晚，更是当今的研究热点和主题。

图5 2005―2019年地铁安全研究关键词聚类图谱

3.1.2 研究热点时区分布

对于知识的演进状况可以借助于CiteSpace软件中的时区视图来表示，整个表示过程能够较为清晰地展现研究文献的更新与相互影响情况[15]。为了更进一步了解地铁安全研究热点的逐年演化情况，展示科学研究进展和了解该领域的研究趋势，运行CiteSpace软件，以“Timezone”的可视化方式来绘制研究热点变化的时区视图，如图6所示。

图6按时间顺序、时区(相间条型区域)进行排列，呈现了2005―2019年期间地铁安全研究热点的变化情况以及随着时间推移研究思路的演进路径，可以直观地、清楚地了解该研究领域的发展脉络以及节点之间的联系。可以看到城市轨道交通、地铁与许多关键词之间连线密集，关系密切，并且对城市轨道交通和地铁领域的研究一直延续到2019年，符合本研究主题。与前述研究文献发文量时间分布相吻合，2005―2012年涌现出来了大量有关地铁安全研究主题处于生长期，如安全管理、风险分析、风险评估、可靠性、风险等，说明研究者对地铁安全领域的关注度逐步提升，对其研究不再局限于它本身，更多是通过大量相关关键词展示出来，而这一阶段研究的关键节点或转折点是地铁施工、数值模拟、风险评价、运营安全等高中心性关键词，在一定程度上反映出地铁安全学科领域的研究热点，也是当前阶段研究者最为关注的重点。2013―2019年研究学者开始关注运营安全、信息技术、安全工程、安全控制等方面，当前，全自动运行、BIM、风险管控等成为地铁安全的研究前沿。显然，随着时间推移以及信息化结合，研究范围不断拓展，研究视角逐渐宽泛，研究内容也愈加深入。

3.2 研究前沿分析

通过CiteSpace的突现检测能力来分析关键词的时间分布，可以直观地探测出频次变动率高、增长速度快的突现词，并根据其突现强度来分析学科研究的前沿领域及发展趋势[16]。从图7可以看出，共有9个突现词，突现度高的有“风险管理” “施工技术” “屏蔽门” “火灾”等。其中最早出现的关键词是“地铁”，这是因为国内有关对地铁安全的研究刚刚开始，随后开始出现了一些突变关键词，其中“风险管理”这一突现词的影响周期最长，说明学者对地铁风险管理的研究比较关注。其中，“管理”“安全性”“控制措施”“施工技术”突现关键词是当前地铁安全研究领域的一个研究趋势，也是未来发展的一个重要方向。

图7 2005―2019年地铁安全研究突现关键词

4 结论与展望

4.1 结论

本研究从中国知网总库SCI、EI来源期刊、核心期刊和CSCD期刊选取了2005―2019年期间关于地铁安全的1786篇相关文献，并进行了可视化分析，分别绘制出作者、机构合作网络、关键词共现网络，关键词时区网络，主要得出以下结论：

(1)从2005―2019年间文献的发文量来看，地铁安全领域的研究整体处于不断上升趋势，其中在2007年以后，呈现出快速增长趋势，这说明地铁安全研究引起了研究学者的关注，到2013年以后基本呈现平稳发展趋势，表明该领域的研究进入新的发展阶段而不断深入。

(2)从作者合作网络图来看，有关地铁安全研究领域的研究学者很多，但是高产出的学者较少；其中吴贤国的发文量最多，达到26篇，其次是张立茂、史聪灵分别为18，16篇。此外通过核心作者群分析，独立进行地铁安全研究的学者较多，因此各研究学者之间未形成核心群体，学者之间沟通交流少，学术研究合作少。

(3)从机构合作网络来看，核心研究机构集中于两大类，即集团公司与各大高校，其中华中科技大学土木工程与力学学院的发文量最多为43篇，对地铁安全研究领域的发展起着非常重要的作用，然后依次是北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室、中铁第一勘察设计院集团有限公司、北京交通大学土木建筑工程学院、北京交通大学交通运输学院，发文量分别为34，33，28，26篇，发文量均在20篇及以上。虽然大部分研究机构之间都有合作联系，但是研究机构之间的研究相对分散，不同的科研机构之间科研水平有一些差别。

(4)从研究热点来看，“地铁车站”“风险评估”“地铁施工”和“安全管理”这些关键词出现的频次较高，说明学者们对该方面的研究较为关注。其中突现关键词有“地铁”“安全管理”“风险管理”“屏蔽门”等，“地铁”“控制措施”和“施工技术”的影响周期较短，而“火灾”“管理”“安全性”和“风险管理”这些突现关键词的影响周期较长，其中“风险管理”影响周期最长，这表明“风险管理”一直是地铁安全领域研究的一个重点和热点。

(5)从研究主题的演进路径来看，早期学者的研究热点主要体现在“地铁施工”“数值模拟”“风险评价”“运营安全”等高中心性关键词的研究上。随着时间的推移可以看出，该领域目前的潜在研究热点有全自动运行、BIM、风险管控，信息技术等。

4.2 展望

随着中国地铁行业的不断发展，地铁在给人们带来便利的同时也引发了一些不同程度的伤亡事故，因此有关地铁安全的研究领域逐渐被越来越多的学者所重视，但是国内研究学者对该领域的研究还相对较少，尚未形成一套成熟的知识理论体系。因此，国内研究学者之间应增强彼此之间的合作关系，形成地铁安全领域核心作者群体。此外，不同的研究机构之间也应当促进彼此间的交流，为中国地铁安全研究领域创造一个强大的研究机构群体，通过交流和分享经验，为该研究领域贡献更大的价值。

由于中国地铁建设起步较晚，有关地铁安全方面的研究经验较少，因此我们可以借鉴国外先进的管理理论和经验，探索有关地铁风险管理的规律性，分析存在的安全问题，建立有效的安全风险管理体系，不断提高地铁建设和运营安全管理水平。