近年来,城市黑臭水体、水环境破坏等生态问题日益严重,为构建生态、适宜、可持续的城市建设与发展模式,生态城市、园林城市、海绵城市、智慧城市等城市建设理念相继产生。海绵城市理念探求城市建设与水生态的和谐共存,在抵抗城市雨洪灾害、水资源短缺、雨水污染等方面具有较强的应对能力和良好的韧性,通过“渗、滞、蓄、净、利、排”等多种技术措施和管理理念,对城市雨水和水体进行综合利用和生态净化,构建可持续的水生态城市建设模式。海绵城市理念最早可追溯到2003年,俞孔坚等学者最早将“海绵”概念比喻自然湿地、河流等对城市旱涝灾害的调蓄能力。2015年10月,国务院出台《关于推进海绵城市建设的指导意见》,部署规划海绵城市建设。自此,关于海绵城市建设的顶层设计、理论探索、试点建设正如火如荼。尤其近10年来,在学界及工程领域,关于海绵城市建设的研究理念层出不穷,研究内容与研究方向多种多样。本文采用Citespace可视化文献分析软件,对中国知网有关海绵城市研究的核心论文进行梳理分析,尝试分析海绵城市建设理念的演化路径,提炼与海绵城市相关的研究热点,总结海绵城市研究现状与当前进展。

利用Citespace软件挖掘海绵城市研究领域的信息结构与关系网络,尝试从高水平期刊论文中探析中国海绵城市研究从理论探索到具体实践,从表象到本质的发展趋势。为了保证国内海绵城市研究数据的可信度,采用中国知网CNKI数据库作为数据来源,以“海绵城市”为主题进行精确检索,文献来源设定为SCI、EI、CSSCI、CSCD和中文核心期刊,初步获得海绵城市建设相关文献1019条,筛除与海绵城市主题相关的新闻报道、期刊封面和会议征文,最终得到有效文献810条,时间跨度为2011～2019年。

通过对810篇样本数据的统计分析,绘制出2011～2019年国内海绵城市建设领域文献年度分布情况图,从时间序列变化角度了解海绵城市研究领域的发展水平和研究历程。由图1可以发现,文献年度分布总体处于增长趋势,根据增长速度的不同,以2015年为界,大致可分为两个阶段:

第一阶段(2011～2015年)属于萌芽探索期,发表文献数较少,此阶段海绵城市的主题关注度尚弱,综述类及解读类文章较多,通过对国外城市雨洪管理的理论体系、发展历程及建设成效进行探究,构建中国海绵城市规划建设框架,侧重于海绵城市理念内涵探索及建设理论解读。

第二阶段(2016年及之后)属于迅速发展期,2016年及之后年均发表文献数超过100篇,呈现井喷式的增长趋势。导致文献数量陡增的直接原因是《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建(试行)》的发布以及2015年、2016年海绵城市建设试点城市项目启动,在政府政策推动和财政补贴之下,我国海绵城市建设开始由理论转向实施阶段。基于理论体系与实践探索的迫切需求,这一阶段发文量陡增,既有关于海绵城市理念探索、海绵体新技术实践、规范标准探讨制定,也有管理模式与建设模式创新、项目融资与绩效考核评价等内容,研究广度和深度都有很大程度的扩展与深入。

对文献数据进行重要研究机构分布分析,有利于了解研究领域内研究者群体的地域分布。利用Citespace的“Institution”节点运行得到研究机构合作网络图谱,如图2所示,其中节点的大小对应机构发文量的多少,连线表示机构之间的合作关系。为更直观地显示机构的发文情况,统计了研究机构发文量超过10篇的机构,见表1。从中可以发现,重要的研究机构中,一类是建筑类高校,注重海绵城市理论探索与技术研发;另一类是规划设计单位,注重海绵城市规划与工程实践探索。因此,快速化的海绵城市建设促使海绵城市研究在实践中发展,在实践中完善,理论研究与工程实践同步发展、互相促进、并驾齐驱。

通过Citespace的“Author”节点运行得到作者合作网络图谱,如图3所示,其中节点的大小对应作者发文量的多少,连线表示作者之间的合作关系,810篇论文共由224位作者完成。为直观地观察分析研究领域内的核心作者,根据普莱斯定律计算公式M=0.749(N_max)^1/2(M为核心作者最低发文数量,N_max为发文最多的作者发文篇数),确定发文数量超过5篇的作者为核心作者。其中,李俊奇、车伍、王文亮、王浩等作者为领域内的关键力量,为海绵城市领域持续深入研究起到了推动作用。如李俊奇,车伍发表了海绵城市建设的系列解读文章,对海绵城市内涵、建设路径、各主体间的内在联系与建设要点进行了清晰的阐释,为推进海绵城市建设提供了科学指导与理论支撑。结合上文的重要研究机构分布,可以发现,核心作者发文量和重要研究机构发文量之间呈现正向相关。

通过Citespace的“Keyword”节点运行得到关键词共现网络,并将同义的节点合并,共得到220个关键词节点和455条关键词之间的连线,对关键词进行频次和中心度排序,如表2所示。从中可以发现,海绵城市研究中出现频次最高的6个关键词依次是海绵城市、低影响开发、swmm模型、雨洪管理、年净流总量控制率和城市内涝,出现频次越高表明该热点的研究热度越强。海绵城市研究中心度最高的6个关键词依次是海绵城市、低影响开发、雨洪管理、swmm模型、年净流总量控制率和雨水径流。

通过节点中心度可以发现共现网络中起战略作用的关键节点,节点的中心度越高,起连接与传递信息的关键词越多,在整个网络中的“媒介”作用能力越强。结合现实情况与实践经验,我国海绵城市理念从雨水开发与利用为出发点,借鉴国外低影响开发技术等理念,逐步演化成中国特色海绵城市建设模式,现阶段有关海绵城市内涵、低影响开发雨水系统与排水防涝、径流总量及径流污染控制等基本理念和技术应用成为学术界及工程领域的研究重心。

对关键词共现网络进行聚类得到聚类结果,其中Modularity Q=0.5469,表明网络聚类是显著的;Mean Silhouette=0.3498,可以认为聚类结果是合理的。共有10个聚类,分别为原位试验、排水防涝、透水混凝土、设计方法、swmm模型、城市化、城市绿地、防洪排涝、城市内涝和雨水花园,为增加图谱的可读性,将连线和关键词标签隐藏,如图4所示。

利用关键词共现时区视图研究海绵城市建设在不同时间段研究演变的情况,可以从中发现关键节点随时间变化的结构关系,从而得到海绵城市建设研究在时态分布中的热点演进特征,如图5所示,国内海绵城市建设研究维度在逐渐扩充,关注点逐渐多样化。国内海绵城市建设起步较晚,研究时间较短,结合关键词时区图谱将其热点演变过程大致分为两个阶段。

2011年国内开始出现海绵城市主题的研究,主要研究“生态海绵”的规划理念、构建方案和评价体系。后期开始重点关注低影响开发技术体系与海绵城市建设的关联,从不同角度阐释中国特定情境下海绵城市建设理念,一定要从城市水文过程的角度进行系统认识和描述,不能只突出某一环节,其内涵的阐述要有利于构建更加完整、平衡和协调的城市水循环过程,体现对地表水文过程的源头、中间和末端规律的重视。

随着海绵城市建设项目的逐步实施,研究热点开始由理论概念探索演变为工程实践中重难点技术的解决,如swmm模型、径流总量控制、城市雨水循环系统等。随着试点海绵城市逐步接受考核验收,相关海绵城市融资模式研究、绩效评价体系、机制体制建设等也开始成为学界关注重点课题。随着工程实践及理论探索的不断深入,普遍认为海绵城市建设是一项庞大复杂系统的生态工程建设,通过构建现代雨洪管理理论、科学方法和技术体系,将城市海绵体建设与水文状况、水生态环境达到“融合”状态。因此,海绵城市实施方案或专项规划中,要根据项目共性与个性,多维度跨尺度跨专业进行系统的优化组合。

海绵城市研究前沿可以利用短时间内关键词出现频率快速增加的特点捕捉,运用“Burstness”对关键词共现网络进行突变词检测,得到11个有效前沿关键词,如图6所示。2011年到2015年,由于研究文献较少,研究重点集中于低影响开发,由于低影响开发强调治理与建设兼顾的理念与我国当前经济社会的基本情境相一致,加之我国海绵城市正处于快速推广阶段,因而低影响开发是我国海绵城市建设的持续研究方向。从2016年以后,海绵城市研究与实践主要集中在源头径流控制系统、城市雨水管网系统、径流总量与峰值控制、径流污染控制和雨水资源管理等一系列城市雨水和水体问题。面对海绵城市建设的复杂现实条件、突出的跨专业和系统衔接问题以及紧迫的建设时序,各试点城市急需编制一个具有高度可实施性的系统专项规划,必须在系统的基础理论与工程技术体系、绿色的生态建设模式及智慧型海绵技术、合理的管理组织模式与融资机制体制等方面进行重大创新,也必将成为未来海绵城市研究的前沿方向与新兴趋势。

本文在上述热点和前沿趋势分析的基础上,提出未来一段时间的研究趋势与重点关注领域如下:

(1)构建多专业跨尺度重交叉的海绵城市建设技术体系与建设模式成为海绵城市研究与实践的关键与核心。目前,海绵城市建设尚处于探索和发展阶段,急需在厘清理念、明晰内涵、确定目标的基础上,强化各专业技术协同配合,合理配置资源,根据不同地区特色与项目具体特征,制定符合中国特定情境下的具体规划战略与建设技术指南,避免海绵城市建设模式过热带来的同质、不规范、落地困难等问题。此外,现阶段的研究重点偏向于城市给排水系统的规划与升级改造、城市市政工程综合排涝能力评估、低影响开发技术措施的优化等,而海绵城市不能仅仅局限于单一水文模型领域,要更多的将海绵城市规划、城市市政工程、城市给排水工程、园林与绿化工程和城市环境与气候、经济与社会等领域高度交融。

(2)完善与健全海绵城市建设相关规范制度、机制体制成为保障海绵城市建设可持续发展的必要举措。海绵城市建设对维持城市水文循环、提升人居环境、打造生态宜居城市等方面具有重要的推动作用,但海绵城市建设是一项多方参与的系统工程,应当以理念变革为导向,各政府部门间应该打通互联,进行体制改革与机制创新来支持海绵城市建设,此外,有关海绵城市建设的指导规范与激励政策较少,应该在政策制定、监督管控、激励扶持等方面下足功夫,尽快落实完善海绵城市建设实践的配套政策与规范。

(3)优化与创新海绵城市建设PPP模式成为解决海绵城市持续建设问题的关键所在。海绵城市建设项目的顺利落地离不开财政及社会资本的大力支持,PPP模式可以解决海绵城市项目融资缺口问题,能够较好的发挥财政资金的撬动作用及社会资本的支撑作用。近年来PPP模式的过热也导致了海绵城市项目出现跟风、投机和不规范等问题,PPP模式正在由高速度扩张向高质量发展转变,接下来应重点关注海绵城市建设PPP模式管理机制优化,统筹政府及市场资源,创新项目回报机制和融资模式。此外,试点建设项目已逐渐进入运营期,PPP项目绩效考核与运行管理势在必行,项目如何运营维护,如何监督管理,如何绩效考评等一系列课题都值得大家关注与深入。

(4)融入大数据、物联网、BIM、GIS等现代技术的智慧型海绵城市将成为今后海绵城市工程研究、实践的探索方向。积极探索GIS技术在城市排水管网、雨水收集利用等方向实际应用,与智慧水务融合贯通;利用BIM技术实现海绵城市工程项目的智慧化智能化信息化建设,为后期运营管理、维护管养搭建信息化管理监测平台提供基础;利用大数据、物联网等手段收集与分析各地区气候雨水资料,组建海绵城市智慧化雨水管理平台,与水利、气象、建设等部门数据共享、协同管理。积极探索海绵城市建设如何在规划建设、运行管理维护、数据共享、绩效评价等阶段实现信息化智慧化,搭建海绵城市智慧化管理信息平台,与智慧城市、生态城市建设相互配合,提高供给效率及治理能力。

通过对近十年海绵城市研究文献进行梳理,国内海绵城市研究有如下显著特点:文献研究数量总体呈现持续上升态势,目前处于迅速发展期,理论研究与工程实践齐驱并进;前期关注热点主要是海绵城市理念探索与顶层设计,后期逐步过渡到技术应用与工程实践,未来多专业融合雨水管理技术研究、绿色生态设施建设、智慧型海绵城市将会是新兴趋势;从研究作者与研究机构可以看出,理论与实践并重、并存、并行是现阶段中国特色海绵城市研究现状,尤其是随着试点项目步入运营期,健全相关法律法规体系、配套项目运营维护体系、构建智慧海绵城市管理平台等都需要学界与工程领域的双向参与与合作。因此,面向雨洪管控、削减污染、生态净化为目标的海绵城市研究,需要多方力量协同合作、多部门联动管理、各相关方积极参与,又要根据项目共性与个性设计专项技术方案、搭建智慧型管控平台、优化融资环境、出台标准指南及激励政策,各要素相互协调、有机统一,才能够提高优质生态环境的供给效率,推动海绵城市研究朝着科学性、生态化、可持续性方向发展。