基于SciMAT的防護服裝研究動態演進分析

陳曉鵬, 嚴曉燕, 孫洋, 王伶俐, 王潔

(中原工學院 服裝學院,河南 鄭州 451191)

隨著人們自我保護意識的不斷提高,功能性防護服裝成為服裝領域的發展熱點,同時給相關產業帶來新的機遇[1]。目前國內外對防護服裝的綜述性分析大多集中在特殊防護服裝新型面料的開發、服裝材料性能研究等小、特、精、專領域,如HARRIET M等[2]對服裝面料功能特性和耐久性進行研究;黃關林等[3]開發出新型咖啡炭纖維多功能針織面料,然而缺少對防護服裝研究成果的概括性、系統性研究。對防護服裝研究的綜述分析有助于系統、全面地梳理相關領域知識結構和發展脈絡,為進一步的研究和應用帶來啟發。目前已有研究主要以CiteSpace為工具,梳理紡織服裝、服裝設計等方向的整體發展脈絡和前沿熱點,尚未有使用可視化工具探討防護服裝研究關鍵詞的動態演化路徑。文中以時間為軸,分析國際防護服裝核心論文的研究情況,由此呈現該領域的知識演化狀態,并據此對未來的研究熱點和趨勢進行預測。

文獻的數字化和數據分析工具的發展為文獻的定量分析提供了便利[4]。利用SciMAT對防護服裝研究演化的數據進行處理,把復雜的進程以可視化形式清晰地展示出來, 從點、面、縱向聯系等方面揭示主題的演進情況[5-6],以探明防護服裝研究的發展與現狀,總結其研究熱點與趨勢,為進一步研究防護服裝提供參考。

1 研究方法與數據

為探索防護服裝領域研究關鍵詞的動態路徑,文中采用共詞分析法,從綜合性學術信息資源Web of Science核心合集數據庫中獲取數據,對關鍵詞進行清洗和分析,獲得有關防護服裝領域的數據流和戰略圖。關鍵詞演化路徑分析框架如圖1所示。

圖1 關鍵詞演化路徑分析框架Fig.1 Keyword evolutionary path analysis framework

1.1 研究方法

文中以SciMAT軟件為工具,共詞分析為方法[7],統計關鍵詞在文獻中出現的頻次,構建共現矩陣,并計算詞與詞之間的距離,借助聚類算法,將距離較近的關鍵詞聚集形成概念相對獨立的類團[8],由此分析關鍵詞隨時間演化的趨勢,并通過戰略坐標法和數據流法展現。

1.2 研究數據

1.2.1數據獲取 Web of Science收錄了自1900年以來眾多期刊發表的文獻資源,包含SCI,SSCI,A&HCI等收錄論文,其中的核心期刊文獻更能反映防護服裝研究發展的主要動態。文中基于此核心合集數據庫進行文獻檢索,制定檢索式為:TS=(“protective clothing”)。檢索發現,自1984年在丹麥召開第一次國際防護學術討論會后[9],有關防護服裝的論文開始大量發表,因此選擇時間跨度為1984—2021年,得到論文4 186篇。再對檢索結果進行精煉,精煉依據為文獻類型:Article,共得到論文3 418篇。

1.2.2關鍵詞清洗 SciMAT具有較強的數據預處理功能,可通過系統自定方式和手工方式提高分析數據的質量[10]。文中使用其Find similar words by plurals功能進行數據的自動清洗,并結合手動清洗進行了兼并同義詞、刪除指向性弱的關鍵詞等操作[11]。

1.2.3時間分段 為了獲取防護服裝研究的持續性演變情況,需要對研究時間進行分段。文中研究時間跨度大、早期研究的文獻數量較少,故采用文獻量和固定時間窗口相結合的方式[12],早期以10年為期,2004年開始以5年為期,將研究區間分為6個時間段。

1.2.4參數選擇 在共詞分析中,文中在SciMAT系統中選擇了Association strength作為網絡的標準方法,Simple centers algorithm作為聚類方法,Core mapper作為圖譜類型,Salton'cosine作為進化圖的標準化方法進行分析。為了確保圖譜清晰、聚類類團個數合理,設置網絡最大值為15,最小值為5。

2 結果與分析

2.1 年發文量分析

基于Web of Science收錄論文統計,1984—2021年防護服裝領域共發表的核心研究論文3 418篇,2021年的發表量最多,為301篇。防護服裝領域的知識點呈明顯增長趨勢(見圖2)。1991年之前,防護服裝研究文獻數量較少;1991—2007年,相關文獻數量逐漸增加;2008年后發文量迅速增多,反映出防護服裝領域研究熱度逐步加強。

圖2 1984—2021年防護服裝研究文獻情況Fig.2 Research literature of protective clothing from 1984 to 2021

2.2 關鍵詞分析

關鍵詞反映了論文的核心主題與研究重點[13]。在分析防護服裝研究的關鍵詞時,為了避免數據量過大導致信息雜亂,文中通過閾值設置突出主要信息[14],去除不重要信息,使得圖譜更加清晰。

2.2.1關鍵詞主題覆蓋圖 主題覆蓋圖以關鍵詞數表征主題數,以數據流展示研究主題的新舊更替和穩定性情況[15]。SciMAT可視化圖譜系統分析所得的防護服裝研究關鍵詞情況如圖3所示。其中,斜向下的箭頭表示新生詞,斜向上的箭頭表示消亡詞,圈內的數字代表各時間段的關鍵詞數量,水平箭頭括號前數字表示從上一階段保留到下一階段的關鍵詞[6],括號內數值表示兩個時間段間關鍵詞的穩定指數,指數越大越穩定。

圖3 防護服裝研究關鍵詞演進覆蓋圖Fig.3 Research keyword evolution coverage map of protective clothing

1984—1993年的研究處于初期發展階段,研究內容多為新生關鍵詞。1994—2013年新生關鍵詞大量涌現,研究文獻迅速增加,關鍵詞內容得到充分延展,是防護服裝領域飛速發展的階段。2014—2021年的演化路徑趨于平穩,形成較為穩定的防護服裝研究方向。各時間段的穩定性指數逐漸變大,說明研究不斷深化,領域知識發展狀態趨于平穩。圖3表明,①關鍵詞穩定增加,學科趨向成熟,研究的連續性強;②研究逐漸固化,有待注入新鮮內容,拓展新生研究主題。

2.2.2關鍵詞的戰略坐標圖 戰略坐標圖展現了研究領域內部的聯系情況和領域間的相互影響情況[16],防護服裝關鍵詞戰略坐標圖可以描述該關鍵詞在各研究階段所處的位置,呈現聚類關鍵詞的內部聯系和不同關鍵詞之間的相互關聯,同時結合關鍵詞各階段所處位置的變化判斷其演變情況,揭示防護服裝領域的演化方向、發展脈絡,為研究者把握學術發展方向。圖4為防護服裝研究的關鍵詞戰略圖。

圖4 各時間段防護服裝研究的關鍵詞戰略圖Fig.4 Keyword strategy map for protective clothing research by time period

圖4中,橫軸向心度表示研究時間段內某主題與其他主題的關聯強度,向心度越大,則該領域與其他領域的聯系越強,該領域就越趨于中心地位[17]?？v軸密度表示某一領域內部關鍵詞間的關聯強度,密度越高表明內部聚類的關鍵詞間聯系越緊密,發展成熟度越高,主題演化路徑中潛力越大[18]。圖4中圓圈代表不同防護服裝研究方向的關鍵詞聚類, 圓圈大小代表文獻發表的數量。戰略圖4個象限的聚類具有不同性質:第1象限說明關鍵詞內部聯系緊密,發展程度高;第2象限表示研究成熟度高但不具有重要的外部聯系, 往往專業性較強;第3象限表示研究薄弱且處于邊緣位置,一般為新生的類團或衰退的類團;第4象限表示主題處于核心地位但成熟度不高,發展潛力大,對研究領域有很大的影響力[19]。將得到的66個關鍵詞聚類按不同戰略區域進行劃分,具體見表1。

表1 防護服裝研究的關鍵詞聚類象限

結合圖4與表1,綜合考慮聚類節點體積和數量可以發現,關鍵詞“溫度”從成熟度高、向心度高的位置演化到成熟度低、向心度低的位置,反映出關于熱防護研究的影響程度和關注度都在降低。關鍵詞“暴露”在5個時間段都有出現,并且該類團一直較大,體現出利用紡織服裝技術為暴露在危險環境中的人體提供防護的研究是連續性熱點。2004年前,論文及主題詞的數量較少。2004年后,大量關鍵詞是從上一時間段演進而來,并與物理、醫學、電子等學科有交叉;“消防員”是此階段新生的類團,消防服是防護服裝研究的重要領域。2014年以前,影響大的主題在4個象限都有分布,2014年之后,影響大的關鍵詞都位于第4象限,說明紡織材料研究開始趨于成熟與穩定,織物、纖維等性能研究取得較多成果?！奥殬I接觸”“暴露”以及“風險”成為重要的研究方向;“功能性材料”已經形成專業化的研究領域;“溫度”“消防員”等屬于新興的研究方向;“復合材料”“織物”“纖維”等研究屬于基礎的研究內容。

結合圖3與圖4分析發現國際防護服裝領域早期研究節奏較慢、熱度低,相關論文及關鍵詞的數量較少,但為后期研究奠定了基礎;后期關鍵詞數量不斷增多,呈多樣化發展,新的關鍵詞不斷涌現。防護服裝研究在各階段不斷補充新生關鍵詞,并且前一階段關鍵詞都向后覆蓋,這在一定程度上反映了防護服裝領域新舊研究不斷交替;總重疊關鍵詞所占的比例超過關鍵詞數量的一半,說明:①防護服裝研究具有良好繼承性和穩定性,學科發展較為成熟;②該領域研究內容較為單一,需要納入新思維和新視角。

對比同一時期的4大聚類區域可以發現,第2、第4象限的關鍵詞聚類數量多于第1、第3象限,說明整體研究處于穩步前進的態勢,新生關鍵詞有待增加。防護服裝作為一個多學科交叉的領域,新的關鍵詞不斷出現,但這些關鍵詞受關注程度低,并未成為研究中心。位于可視化戰略圖譜不同象限的關鍵詞一直在變化,沒有固定的關鍵詞一直處于高成熟度、高向心度的位置。除了關于專業性防護服裝的研究,生活領域的防護服裝研究在不斷增加,針對不同人群、不同環境和用途的防護服裝研究越來越細分化,專業化深入和日?；卣钩蔀辇R頭并進的兩個方向。

2.2.3關鍵詞的演化路徑圖 1984—2021年防護服裝研究的關鍵詞演化圖如圖5所示。圖5以數據流的形式展示各時間段關鍵詞的演化趨勢,追蹤關鍵詞的動態演變[20]。演化圖中的圓形類團表示熱點關鍵詞,類團大小與關鍵詞相關文獻量成正比。類團間的實線表示關鍵詞演化或分裂,有共同的主要關鍵詞;虛線表示關鍵詞分化,類團間有共同的次要關鍵詞。線的深淺、粗細與關鍵詞相似度成正比,連線顏色深且粗,說明關鍵詞的關聯強度高,演化關系強;關鍵詞孤立團表示相關研究較為成熟、穩定[21]。

縱向來看,各時間段的關鍵詞數量、關鍵詞類別和類團大小都有所不同,說明研究重點和關注內容在不斷變化。橫向來看,隨著時間推移,防護服裝研究關鍵詞數量不斷增多,各類團關鍵詞通過演化、分裂、融合,形成多條演化路徑,研究內容更加豐富,研究分支更加細化。結合圖3發現,借助演化圖分析各階段國際防護服裝研究關鍵詞的發展變化及消亡,并從演化趨勢中識別該領域的關鍵詞演化路徑。由圖5可以直觀地識別出所有時間段都出現過的關鍵詞、已經消失的關鍵詞和在最后階段出現的關鍵詞?？傮w而言,關鍵詞演化圖呈現出節點間的數據流更多、更復雜的趨勢,反映了1984—2021年防護服裝研究受到國際廣泛關注,不斷衍生新的研究主題。

圖5 防護服裝研究的關鍵詞演化圖Fig.5 Keyword evolution chart of protective clothing research

由圖5可以看出,1984—1993年期間,研究關鍵詞較少,關聯程度低;1994—2008年期間,大量新生關鍵詞出現,關鍵詞間的連線增多,部分主要和次要研究方向得以演化發展;2009—2021年期間,關鍵詞間演化更加復雜,研究主題不斷細化和深入?？傮w而言,1984—2021年國際防護服裝研究關鍵詞可歸納為熱防護、職業與醫用和日常行為3個方向。

1)熱防護方向。該方向是由溫度-溫度、受力應變-性能-織物、體系-體系、消防員-模擬構成。演化的關鍵詞包括復合材料、功能設計等,主要位于第4象限,具有內部聯系緊密、研究熱度高的特點。從研究內容來看,熱防護演化路徑重點關注熱防護材料、防護性能等內容,研究成果集中在服裝材料的熱濕傳遞性能、多功能化、復合化等方面[22-24],強調防護服的舒適性和擴展防護服的多功能性。由于消防員常暴露在強輻射、高溫危險環境中,服裝內微環境熱量蓄積導致的皮膚燒傷以及熱應力等專業性強的課題不斷涌現[25-26]。

2)職業與醫用方向。該方向在2004—2008年階段不斷發展融合,影響力增強,由3條子路徑組成,即“人群-暴露-人群-態度-危險”“暴露-態度-危險-感染-纖維”和“人群-傷害、感染-危險-行為-員工”。3條子路徑相互交叉融合,不斷分化和轉移,職業主題逐漸趨向日常行為主題,連線較粗,且均位于1,4象限,是發展潛力大的研究方向。以暴露為關鍵問題的研究內容一直較穩定,是持續的熱點[27-29]。隨著醫用防護服研究熱度逐年上升,在流行性病毒傳播的影響下,有關防護服裝面料性能的研究開始增多,其中,解決人體暴露問題的研究不斷強化。

3)日常行為方向。該方向數據流相對較少且分散,相關文獻量緩慢增長。在這一方向中識別出兩條演化子路徑,即:“危險-知覺-行為-成人”和“行為-復合材料-機械性能”。第1條子路徑前期研究主要為特種防護方向,后期研究演化為人類行為方向;相關研究在3個時間段位于戰略圖的第1、第3象限,且類團增大,說明此類研究正在發展。第2條子路徑中相關主題早期位于第3象限,是新興研究主題,后期演化成以材料性能為主題,并轉移到第1象限,研究發展逐漸成熟。防護服裝研究延伸到日常生活領域[30-32],不再局限于特殊環境下的專業防護,相關研究和產業存在巨大的發展空間,防護性能和舒適性是當下獲得較多關注的主題。

熱防護方向研究的演化路徑是國際防護服裝領域的熱點研究方向,近些年該主題與其他主題關聯度降低,演化路徑相對穩定且較為明晰;職業與醫用主題是防護服裝領域穩定的專業研究方向,研究熱度高,且持續時間長,演化路徑較為復雜,在演化路徑中有較多的主題分裂和融合,關鍵詞間數據流多且密,分裂與融合現象明顯;日常行為方向研究是防護服裝領域的新興研究方向,此方向融合較多新主題,近些年相關文獻量不斷增加,在領域中的影響力也逐漸升高,是具有發展潛力的研究方向。

3 結語

利用SciMAT工具得到防護服裝研究的關鍵詞戰略分布與關鍵詞演化脈絡,從多角度分析防護服裝研究的動態演進過程,清晰地展現出研究的發展狀態及知識結構的變化情況。

1)從關鍵詞數量來看,國際防護服裝領域整體研究數量呈上升趨勢,其研究熱度逐年上升,并伴有良好發展態勢。

2)從關鍵詞發展來看,隨著防護服裝領域技術的發展及防護服裝適用領域的擴展,各階段新生詞的進入量均大于消亡詞的退出量,說明該領域的研究引起了越來越多研究人員的關注與重視,且研究力量不斷壯大, 涉及的研究范圍也日益擴大。

3)從關鍵詞聚類團來看,各研究時間段的關鍵詞聚類不斷增加,新熱點和新內容不斷出現,其中,紡織品技術與服裝的結合以防護暴露在危險環境中的人體為研究熱點。防護服裝研究是一個交叉學科,需要重點關注新興主題,在個人防護、紡織技術、功能設計等方面加大研究力度,嘗試不同領域間的交叉融合,從而促進防護服裝領域持續發展。

4)從關鍵詞演進來看,防護服裝的關鍵詞動態演化比較清晰,呈現出3個方向6條主題演化路徑,即熱防護、職業與醫用和日常行為。防護服裝研究針對新出現的危害因素探索防護服裝的解決方法,不斷拓展新的應用領域。

通過分析國際防護服裝研究的動態變化趨勢,預測其未來可能的發展走向,認為:防護服裝研究仍會在熱防護、醫用、紡織材料等領域不斷深入,防護服裝正在走進日常生活。2020年,受新型冠狀病毒感染疫情的影響文獻量激增,目前該領域的研究受到了全世界的極大關注;伴隨著大眾對防護需求的提高,健康安全的功能性服裝將與日?；枨蟮脑O計相結合,使防護服裝真正進入日常生活領域。例如研究抗菌抗病毒服裝,開發抗菌面料、可重復使用的防護服裝,使得防護服裝具有高阻隔、高舒適、高強力的性能,讓抗菌抗病毒服裝能夠日常應用。當前國際交流合作越發緊密,關于防護服裝的研究已取得不少成果,對防護服裝研究進行動態演進分析有利于反思當前區域服裝研究的問題。