基于知識圖譜的國際建筑信息模型研究可視化分析

趙 亮,王文順,張 維

(1.中國礦業大學 力學與土木工程學院， 江蘇 徐州 221116；2.江蘇建筑職業技術學院， 江蘇 徐州 221000;3.江蘇建筑節能與建造技術協同創新中心, 江蘇 徐州 221000)

建筑信息模型(building information modeling/model，BIM)技術是一個新興的研究領域，給建筑行業帶來了革命性的技術變革，改變了建筑的設計構思、施工建造和運行模式。BIM技術起源最早可以追溯到20世紀80年代初在美國和歐洲發展的參數化建模研究。BIM技術自2005年起，建筑行業開始在項目中實施，經過10多年的發展已深入各個領域。美國建筑信息標準委員會將BIM定義為通過數字形式表達建筑的物理和功能特性[1]，也有研究認為BIM是通過開發和使用計算機軟件模型來模擬建筑物的建設和運營過程。因此，BIM技術的研究需要將建筑和計算機兩大領域融合，還涉及管理學、經濟學、教育學等多個學科的知識和理論，屬于復雜的交叉學科領域研究。

知識圖譜起源于計算機圖形學，通過將現代文獻計量學和信息科學相融合，以可視化圖譜的方式顯示研究主題的發展歷史、前沿領域、研究熱點等內容，揭示了知識領域的動態發展規律。在傳統的文獻分析方法中，研究者需要通過不斷尋找和研究與主題相關的文獻來建立對該主題相關領域的系統認識。這種系統認識包括如何確定該領域研究的主要問題，如何判斷奠基性的研究文獻，如何甄別研究過程中里程碑式的發現、哪些是研究者達成共識的研究方法和手段，如何把握該領域研究的走向等問題。研究者需要不斷分析、歸納和推演才能發現和回答這些高度抽象的問題。同時，科學文獻本身包含了大量的信息，有些文獻屬于經典文獻，從出現以來就被學者認為很有價值，并大量引用；有些屬于普通文獻，占據了文獻整體的大部分，受到的關注度不高；有些文獻屬于突破性文獻，往往代表該領域研究的一個拐點，這種拐點可能是飛躍性的進展，也可能是研究方向的改變等，對之后學者的研究產生了深遠的影響。傳統的文獻分析方法一方面很難從整體上對某一研究領域內的文獻進行梳理和判斷，另一方面，很難直觀反映突破性文獻對該領域發展的影響和貢獻。

在文獻分析過程中，知識圖譜是將共引分析理論和尋徑網絡算法相結合，對某一研究領域內的文獻進行計量分析，探求學科領域演進的關鍵路徑和發展拐點，通過繪制一系列可視化的譜圖來發現學科演化的潛在機制和對科學發展前沿的探尋。

知識圖譜的哲學理論基礎是哲學家卡爾·波普爾提出的“三個世界”宏觀理論[2]。該理論認為存在著物理世界(世界1)、精神世界(世界2)和客觀知識世界(世界3)，知識的產生(世界3)是物理世界和精神世界相互作用的結果。伍特斯提出的科學表征概念將世界分為3個層次：1階表征為科學文獻；2階表征為引文分析；3階表征為引文研究的引證文化[3]。因此，科學是通過高階抽象的方式來反映世界1中客體的本質，由于這種所謂“思維中的具體”難以被人們理解，于是人們開始借助信息技術來實現知識的可視化，即將世界2從世界3中獲取的抽象信息和知識，通過繪制知識圖譜來認知世界1。

知識圖譜是對知識基礎和研究前沿的可視化表達，可以通過某一研究領域的引文記錄反映其發展狀況，通過研究前沿Ψ(t)到知識基礎Ω(t)的時間映射Φ(t)來表示[4]：

Φ(t)：Ψ(t)→Ω(t)

Ψ(t)={term|term∈Stitle∪Sabstract∪

Sdescriptor∪Sidentifier∧IsHotTopic(trem,t)};

Ω(t)={article|term∈Ψ(t)∧term∈

article0∧article0→article}

其中:Stitle表示標題名詞術語；Sabstract表示摘要名詞術語；Sdescriptor表示描述名詞術語；Sidentifier表示標識符名詞術語；IsHotTopic(trem,t)表示布爾函數；article0→article表示對article的引用。

本文對美國Drexel大學陳超美教授開發的可視化圖譜繪制軟件Citespace進行知識圖譜分析，該軟件的尋徑網絡算法采用并行模式處理多重網絡疊加，對于不同時間分區的共被引網絡Gx=(Vx,Ex)和Gy=(Vy,Ey)可能產生互相重疊的點和邊，Citespace將重疊區域內的點作為一個整體，通過選擇遵循三角不等式的連接組成單個網絡。通過對Web of Science數據庫中BIM研究的論文進行可視化的圖譜分析，旨在揭示科研力量分布、研究熱點和前沿，探索BIM的研究進展和對相關學科發展的影響。

1 數據來源和發文統計

本文以Web of Science(以下都簡稱Wos)核心集合數據庫中1986—2017年的文獻作為研究對象，采用的檢索策略是“TS(主題)=(Building Information Modelling OR BIM) AND語種:(English) AND 文獻類型:(Article) 索引=SCI-EXPANDED,CPCI-S,CCR-EXPANDED,IC 時間跨度:1986—2017”，檢索得到4 624條記錄。通過對檢索到的文獻進行分析發現：BIM在Wos中文獻的含義并非特指building information modelling，在醫學、生物等領域的中BIM代表(bcl-2 interacting mediator of cell death)，因此需要對獲得的檢索記錄進行篩選，保留建筑信息模型含義的數據記錄。通過對符合建筑信息模型含義的記錄進行檢索類別精煉，本文選擇了包括ENGINEERING CIVIL、CONSTRUCTION BUILDING TECHNOLOGY、COMPUTER SCIENCE INTERDISCIPLINARY APPLICATIONS、ENERGY FUELS等類別發文量大于10的研究領域，總計806條數據記錄作為研究對象。

由圖1可以看出：1998—2009年Wos中BIM研究的發文趨勢比較平穩，雖然每年都有所增加，但增加趨勢較緩慢，年平均發文5篇左右。從2010年起發文增幅加快，到2011年已達44篇，雖然2012年增幅有所減緩，但從2013年起，發文量開始大幅增加，并于2016年達到了峰值，有161篇。截止本文統計時間2017年11月18日，2017年相關的研究論文已有158篇，可以預測2017年的全年發文量將超過2016年。從圖2可以看出：2001—2011年，文獻的被引頻次比較穩定，從2011年起，被引頻次增加趨勢明顯，從2011年的2%上升到2016年的26%，并于2017年達到峰值2 439次。從發文量和被引頻次可以看出：近5年間，BIM技術在世界范圍內得到了廣泛關注，越來越多的研究成果通過論文形式發表。

圖1 1998—2017年BIM發文量及增加量

圖2 2001—2017年BIM被引頻次

2 基于Citespace的圖譜分析

2.1 研究主題分析

通過知識圖譜可以反映出Wos中BIM發文的學科類別分布，將數據(Node Type)來源選擇類別(Category)中設置 “Year Per Slice ”的值為1，選擇1年作為一個時間間隔，將 1998—2017 年的 20 年時間段分成 20 個時間段，運行軟件得到分析圖譜。每年出現最多或者被引用最多的前50個類別詞組構成本年度的研究類別共現網絡，通過將每一年的譜圖組合構成近20年BIM發文的類別分布知識圖譜，發文排在前列的學科統計見表1。

表1 研究類別統計

從分析結果(圖3)可以看出：BIM的發文主要分布在計算機、建筑、工業、環境、機械、通信領域。工程領域發文數656，最高，土木工程和建筑技術的發文量分別排在第2、3位，發文量分別是459和381，建筑工程也是BIM技術的主要發文領域。排在前列的還有計算機科學、人工智能、環境科學、電器和電子技術、綠色建筑和可持續發展等，這說明BIM技術在這些領域的研究都取得了顯著的進步。從分析結果還可以看出：對BIM的研究有很強的跨學科性，研究成果和學術知識在各學科中得到迅速的傳播和共享。依托快速發展的信息技術，BIM在工程相關的各學科領域都取得了一定的研究成果，由新技術應用帶來的變革也為下階段研究帶來了機遇和挑戰。

2.2 期刊共被引分析

通過Citespace可以繪制期刊的共被引網絡，設置 “Year Per Slice ”的值為2，以2年作為一個時間分區，選擇Time Zone視圖模式，繪制期刊共被引圖譜，包括146個結點和271條連接，如圖3所示。節點大小代表期刊總被引的頻次。被引頻次超過100的時間段主要分布在2006—2010年，其中被引次數排在前2位的期刊是2006—2007年間的Automation in Construction(543次)和ASCE(美國土木工程師學會)的Journal of Construction Engineering and Management(393次)。

圖3 BIM研究學科類別圖譜

2008—2009年間被引頻次較多的期刊有Journal of Computing in Civil Engineering(277次)、Advanced Engineering Informatics(271次)、Journal of Information Technology in Construction(230次)、BIM Handbook(223次)、Building and Environment(117次)和Building Information Modelling(97次)。特別值得關注的是BIM Handbook A Guide to Building Information Modeling for Owners,Managers,Designers,Engineers and Contractors和Building Information Modeling:Planning and Managing Construction Projects with 4D CAD and Simulations，與其他學術期刊不同，這兩本屬于學術專著，均出版于2008年。BIM HandBook的作者是Chuck Eastman、Paul Teicholz等，他們是學術界、研究界和業界的BIM研究專家，這本書也被公認為有關BIM的開創性書籍[5]；Building Information Modelling[6]的作者是加州大學奇科分校的Willem Kymmell，這本書重點介紹了BIM應用的流程設計，首次提出了將BIM技術與課堂教學結合并給出了相應的教學案例，從根本上推動了BIM在高校的發展。因此，可以將它們歸結為BIM在相關研究領域的知識基礎。

根據CiteSpace作者陳超美博士的定義，中心性是測量節點在網絡中重要性的一個指標，通過它來發現和衡量文獻的重要性[7]。Automation in Construction期刊的中心性最高，說明它在整個被引期刊網絡中的中介或中間效用最大，很多期刊通過它建立了共被引網絡。該期刊于1992年創刊，是國際領域建筑工程信息化的頂級期刊，期刊內容涵蓋建筑工程和信息技術交叉研究領域。期刊Computer-Aided Design的被引頻次雖不在前列，但是它的中心性在所有期刊中排在第4位，它主要的研究領域是工程技術、計算機和軟件工程的交叉學科，可以推斷Computer-Aided Design在計算機輔助設計、算法研究等方面的成果在構成圖譜網絡過程中起到了關鍵的中介作用，從圖譜上看，它成為連接2006—2012年文獻研究的重要媒介。具體情況詳見表2及圖4。

表2 期刊共被引和中心性次統計表

圖4 期刊共被引圖譜

2.3 作者共被引分析

作者共被引圖譜反映了研究者在某一研究領域的影響和學術界對研究主題的整體貢獻。被引頻次較高的作者通常是對主題的基礎性研究，他們的成果被其他學者高頻引用作為參考文獻，對主題的研究起到推動作用。作者共被引情況統計見表3。

表3 作者被引統計

圖5中:代表作者的節點有320個，連接線有527條，節點之間的連接代表作者文獻的共引關系，連線的粗細代表共引的強度。圖5中共引頻次最多的作者是Eastman教授，高達216次，被譽為“BIM之父”，是BIM研究領域的奠基人，后續很多研究都引用Eastman教授的研究成果作為參考。Salman Azhar[8]教授的共引頻次排在第2位，他就職于奧本大學建筑學院，該校在建筑工程學科優勢明顯，其室內設計專業在美國建筑學雜志《設計智慧(Design Intelligence)》出版2013年美國最佳建設與設計學院排名中位列第一，他于2011年發表的《Building information modeling (BIM):Trends,benefits,risks,and challenges for the AEC industry》論文提出了在“Architecture,Engineering,and Construction”領域BIM技術的應用前景和挑戰[9]。其他高被引的作者還有Sacks R(99次)、Lee G(76次)、Succar B(70次)、Becerik-gerber B(69次)和Hartmann T(52次)等，他們的發文內容分布在建筑學、工程管理、計算機科學、軟件技術和自動化等研究領域。

圖5 作者共被引圖譜(320個結點，527條連接)

2.4 文獻共被引分析

2.4.1 文獻高被引分析

設置節點類型為“Cited Reference”，在Pruning 選項中設置“Minimum Spanning Tree”方式，繪制文獻共引網絡(圖6)，包含312篇文獻和437條文獻共引連接。共被引圖譜中頻次較高的文獻通常都是該領域影響力較強、有代表性的文獻。參考陳超美博士對共引文獻節點的解讀[7]，圖譜中的每個節點代表一篇文獻，節點周圍標注了文獻作者和發表日期，顏色代表該文獻被引用的時間、厚度和相應時間分區內的引文數量成正比。通過圖譜可以看出：Wos中BIM的研究文獻被引頻次較高的來自Eastman(2008、2011)、Succar B(2009)、Volk R(2014)、Tang PB(2010)和Zhang SJ(2013)等。

圖6 文獻共引圖譜

表4列出了共被引頻次和突發性較高的文獻信息，包括被引頻次、突發性、中心性、Sigma值、作者(發文時間)和文獻來源。被引頻次代表一個時間段內，其他文獻對該文獻的引用總數，是衡量該文獻是否被其他學者認可的重要依據。圖譜中Eastman于2008年和2011年的2篇文獻被引次數分別達到101和84次，排在前2位，說明這2篇文章是BIM研究公認的最具影響力的文獻。Succar B(2009)、Volk R(2014)和Tang PB(2010)的文獻被引頻次排在3～5位，被引頻次分別是57、42和42次。Tang PB(2010)、Zhang SJ(2013)和Azhar S(2011)等的被引頻次也排在前列，他們的成果對BIM的發展也作出了突出的貢獻。突發性指標反映文獻的被引頻次在某個時間段內是否有明顯的波動，通常可以衡量一段時期的研究熱點或者突破性進展。Eastman(2008)和Howard R(2008)的突變性分別是10.71和5.2排在前兩位，圖7反映了他們的文獻被引歷史。從Eastman的被引歷史可以看出：2009年起被引頻次逐步上升，并于2015年達到峰值，2016—2017年被引頻次突然下降；Howard R的文獻被引頻次在2012年出現波動，并于2014年達到峰值，2015—016年間被引頻次下降明顯。Succar B(2009)和Tang PB(2010)文獻的中心性分別是0.25和0.2，均大于0.1，說明這2篇文獻在圖譜中起到了很強的中介作用，是連接多個BIM研究聚類領域的關鍵節點。

圖7 Eastman和Howard R文獻被引歷史記錄

美國佐治亞理工學院Chuck Eastman、Paul Teicholz、Rafael Sacks、Kathleen Liston等分別于2008年和2011年出版的《BIM HAND BOOK》排在被引頻次的前2位。該書于2008年首次出版，提出在設計、施工、運維等階段通過數字化模型進行信息交互，提出了對建筑行業具有變革性影響的BIM概念[5]。2011年再版的《BIM HAND BOOK》對BIM技術進行了更加深入的解讀，研究了BIM實施中的關鍵技術和業務流程，并通過已有案例證明了建筑行業BIM應用的優勢[10]。

表4 共被引頻次和突發性較高的文獻統計

澳大利亞NEWCASTLE大學Bilal Succar教授于2009年發表的《Building information modelling framework:A research and delivery foundation for industry stakeholders》[11]排在被引頻次的第3位。該文首次提出了BIM技術的標準研究，并研究了項目利益相關者的BIM應用和交付框架。文章詳細闡述了BIM應用的領域、階段、步驟和場景，并給出應用框架的可交付成果。

排在第4位的是德國卡爾斯魯厄理工學院Rebekka Volk于2014年發表的《Building Information Modeling (BIM) for existing buildings — Literature review and future needs》[12]。該文對180篇BIM研究論文進行了綜述分析，總結出BIM技術的應用現狀和存在的問題，文章提出的“類型轉換、模型更新和不確定性數據”也成為學者研究BIM的重要參考依據。

亞利桑那州立大學教授Pingbo Tang在2010年的《Automatic reconstruction of as-built building information models from laser-scanned point clouds:A review of related techniques》[13]被引頻次排在第5位。該文獻介紹了通過激光掃面技術進行BIM建模的詳細過程，并結合新型信息技術對算法效率、性能等內容進行了評估。

佐治亞理工學院Sijie Zhang在2013年發表的《Building information modeling (BIM) and safety:Automatic safety checking of construction models and schedules》[14]排在第6位。該文獻主要研究了BIM中的安全管理，通過算法預測可能出現的安全隱患并反饋給用戶。

奧本大學Salman Azhar教授的《Building Information Modeling (BIM):Now and Beyond》[15]排在第7位。該文獻通過案例研究解析了BIM的核心概念、全生命周期應用和對項目干系方的作用，并闡述了BIM實施的趨勢、風險和討戰。

通過對高被引文獻的分析可以看出：北美、歐洲和亞洲等地都有學者對BIM技術進行了深入的研究，并形成了豐碩的研究成果，這些都為后續相關主題的研究奠定了堅實的理論基礎。

2.4.2 文獻共被引的聚類分析

通過Citespace繪制的知識圖譜有3種顯示方式：聚類視圖、時間軸視圖和時區視圖。聚類視圖模式可以通過聚類算法找到高被引期刊中的研究聚類。高被引文獻的共引聚類分析可以反映出學科研究的演進過程，揭示其所在領域的潛在的知識結構。Citespace提供了3種不同的聚類分析方法：Latent Semantic Analysis(LSI)、log-likelihood ratio(LLR)和Mutual Information(MI)，通過這些算法進行聚類分析并提取聚類名稱。本文選擇LLR算法進行聚類分析，選擇以title term顯示聚類名稱，共得到26個聚類關鍵詞，其中較為明顯的聚類有12個,并標注了聚類標簽，如圖8所示。聚類圖譜的modularity Score值是0.683 8，根據陳超美博士的解讀[16]，當modularity Score在0.4～0.8之間時，整個網絡被劃分成松耦合的集群。mean silhouette值是0.513 6，說明聚類集群的同質性基本滿足要求，因此圖譜比較符合或接近理想狀態。

表5列出了11個關于BIM研究的主要聚類，包括聚類ID、聚類大小、Silhouette值、Label (LLR)和代表性文獻。聚類大小代表其包含的文獻數目，代表性文獻反映該聚類的研究前沿。從表5和圖8可以看出：“job hazard analysis”聚類最大，是BIM領域研究的主要研究方向，該聚類主要是對施工安全、知識管理、風險識別、風向應對等方面的研究。Zhang,SJ的《ontology-based semantic modeling of construction safety knowledge:towards automated safety planning for job hazard analysis》[17]是該聚類的代表性文獻。

圖8 共引文獻聚類圖譜

聚類ID聚類大小Silhouette值Label (LLR)代表性文獻0360.72job hazard analysis; construction safety knowledge; Zhang,SJ (2015)1350.829lean production management system; building information modeling; Sacks,R (2010)2350.8563d laser; providing real-estate service; Mahdjoubi,L (2013)3340.695ifc instance model; partial model; Won,J (2013) 4290.767augmented reality; ontology-based data collection template; Jiao,Y (2013) 5290.73green building; future direction; Lu,YJ (2017) 6270.752built-environment practice; digital integration; Cidik,MS (2017) 7220.76on-site building information retrieval; using projection-based augmented reality; Yeh,KC (2012) 9170.83energy rehabilitation purpose; rgb texture; Irizarry,J (2013)1080.928topological information extraction model; space syntax analysis; Jeong,SK (2011)

聚類1包含35篇文獻，排在第2位，它的Silhouette值為0.829，說明該聚類和網絡中其他聚類的相關性較低。該聚類的主題詞是“lean production management system”，其中最具代表性的文獻是Sacks,R 的《Requirements for building information modeling based lean production management systems for construction》[18]。該聚類的主要研究方向是BIM技術在提升項目的精益生產管理、成分分析等方面的應用。

聚類2“3d laser”排在第3位，主要研究BIM三維建模和3D打印技術在建設項目中的應用。該聚類的代表性文獻是Mahdjoubi,L的《providing real-estate services through the integration of 3d laser scanning and building information modelling》[19]。

聚類3包含34篇文獻，列第4位，主題詞是“ifc instance model”，主要是對BIM標準，數據交換機制、IFC語義分析等方面的研究，Won,J 的《no-schema algorithm for extracting a partial model from an ifc instance model》[20]是該聚類中的代表性文獻。聚類4包含29條文獻，其主題詞是“augmented reality”，主要研究BIM技術在虛擬現實方面的應用；聚類5包含29條文獻，主題詞是“green building”，主要研究方向是BIM技術在綠色建筑和項目可持續發展等方面的研究和應用。通過對其他聚類的主題詞和涵蓋文獻進行分析，BIM的主要研究方向還有建筑形態設計、環境模擬、信息管理、建筑結構優化和節能設計等內容。

通過聚類分析可以看出：Wos中BIM的文獻研究經歷了IFC標準、數據交換機制的理論基礎階段，施工安全、精益管理、成分控制等實踐應用階段和虛擬現實、節能設計和可持續發展研究的探索階段，隨著信息技術在建筑領域的應用深化，進一步拓展了BIM技術的研究領域和內涵。

2.5 研究熱點分析

Citespace通過對文獻關鍵詞和名詞術語的共現分析可以獲得BIM研究的熱點。設置Year Per Slice的值為3，以3年作為一個時間間隔，同時選中Term Type 中的Noun Phrases和Keyword分析文獻中的關鍵詞和名詞術語，獲得高頻關鍵詞和名詞術語共現圖譜，如圖9所示，包含113個結點和369條連接。圖譜9中的圓形代表關鍵詞，指文獻中標題和關鍵詞出現頻次較多的詞語，三角形代表從文獻中抽取的名詞短語。表6列出了共現頻次大于20次的名詞短語和關鍵詞。可以看出：bim在關鍵詞中的共現頻次為241，列關鍵詞共現頻次第一位；System和Construction的共現頻次分別是131和129排在第二、三位。可以推斷：文獻對BIM技術的研究主要集中在施工、制度和體系等方面。building information modelling在文獻中出現的頻次為281，是共現次數最多的名詞術語，civil engineer和American society的共現頻次都是78次，排在名詞術語共現頻次的前列。可以看出：已有的BIM文獻研究中美國的研究成果處于主導地位，這些研究成果主要分布在建筑行業。

圖9 高頻關鍵詞和名詞短語圖譜

頻次關鍵詞/名詞短語頻次關鍵詞/名詞短語頻次關鍵詞/名詞短語281building information modeling78American society30information technology241bim63simulation30ifc131system63construction project28construction process129construction56industry foundation class27visualization118design54bim model26building design111building information53framework25optimization110building information modeling44industry25case study109model43project25implementation108building information model43performance23construction site96construction industry40interoperability22construction phase94building information modeling (bim)38information21bim implementation92management36technology21building project78civil engineer32ontology

design的共現頻次為118，排在第3位。在建筑設計方面，建筑師通過BIM可以構思整個建設過程，BIM豐富的語義信息和直觀的三維建模技術為可持續發展設計提供了依據。設計相關的高頻關鍵詞還有model、framework和interoperability等。management的頻次為92次，排在第4位，主要是指建筑工程管理。BIM技術可用于建設項目精細化管理，項目進度、成本和質量研究，風險管理，建筑能耗分析和測算等，為項目管理提供更加科學的依據和手段。相關的研究熱點還有implementation、construction project、project等。building information和civil engineer的共現頻次分別是111和78，排在名詞術語共現頻次的前列，說明土木工程、建設項目的信息管理也是BIM技術的主要研究方向。研究熱點還包括building information model、industry foundation class 和bim model。通過對IFC解析，子模型構建等內容的研究，使BIM模型可以實現不同建筑軟件之間的數據交換，提高了業界設施、施工和管理的效率。construction industry的共現頻次為96，排在第5位，相關的高頻共現名詞術語還有construction project、construction process、construction site和construction phase等。在建設項目施工方面，BIM的研究主要有施工技術和方法改進，施工安全管理和施工現場管理等內容，如：Babic,NC 研究了BIM技術在施工過程中的資源整合和優化配置[21]；Abanda,FH通過文獻分析、問卷調查和小組訪談等方法對目前用于施工管理的各種BIM軟件進行了分析和對比[22]。

研究熱點中Simulation是近3年才出現的高頻關鍵詞，共現頻次為63，排在第5位，主要是BIM在模擬和仿真方面的研究。Simulation首次出現在2010年Thompson BP和Bosman R的2篇文獻中，前者介紹了系統力學理論下的BIM模型仿真，后者是在工業工程領域BIM技術的應用研究[23-24]。從2013年開始，其共現頻次開始增加，同時該關鍵詞的中心性較強，說明它在圖譜中作為中介串聯其他關鍵詞的能力較強，BIM在模擬和仿真方面的研究依托于信息技術的發展，因此該關鍵詞是建筑領域和計算機領域交叉研究的主要方向之一。借助高速發展的計算機技術，BIM技術可用于建筑結構的優化設計、能耗模擬、環境模擬、虛擬現實等方面。相關的熱點關鍵詞還有visualization、optimization、augmented reality等。

2.6 學科演進分析

Citespace的Dual_Map方法可以反映研究內容在學科層面的演進情況。通過將引文和被引圖層進行疊加，Dual_Map揭示了研究主題隨時間在不同學科之間的發展(圖9)。Dual_Map視圖分為引文圖譜和被引圖譜2個部分，通過不同顏色的聚類來表示學科分類，聚類邊上的標簽代表該學科名稱，每一條引文從左側圖譜中的引文期刊開始，指向右側圖譜中的被引期刊，引文鏈接的顏色代表其所屬的學科類別。圖10上半部分是BIM文獻研究的整體Dual_Map圖譜，下半部分是部分區域的放大視圖。

B：引文聚類區域，C:被引文獻聚類區域

左側引文圖譜中的BIM的研究文獻主要分布在A和B兩個區域，A區域的論文屬于物理、材料和化學等主題相關的期刊。右側被引文獻圖譜中的論文屬于環境、地球、數學等主題相關的期刊。同時在A區域中沒有出現期刊的名稱，說明該區域中BIM的研究處于學科層面，尚沒有特別關注BIM研究的期刊。B區域的引文聚類是數學、系統等研究主題，由左下方的放大視圖可以看出：聚類中出現了一些期刊的名字如：Automation in Construction、Journal of Computer in Civil Engineering等，說明這些期刊發表了大量有關BIM研究的論文。從右下方被引圖譜的放大視圖中可以看出：B區域對應的被引文獻分布在環境、數學、材料、計算機、教育等領域，這些學科是BIM研究的知識基礎。

圖11分別顯示了引文和被引文獻隨時間變化的引用軌跡，如果引文圖譜上的引用軌跡從一個區域指向另一個區域，說明研究主題的發文領域發生了改變，因此通過引用軌跡可以反映出學科層面上BIM研究的動態進展。從左圖可以看出：BIM研究的引文軌跡始于1998年，相關的文獻分布在物理、材料和化學與數學交叉的學科領域；2017年軌跡主要分布在數學、系統科學等學科領域，說明后期BIM研究文獻的發文學科發生了改變。被引文獻的軌跡始于1998年，被引文獻主要分布在環境、計算機、數學交叉的學科領域；隨后被引文獻的研究領域受到了化學、材料、物理等學科的影響；2017年被引文獻軌跡偏移至系統科學、計算機等學科領域。可以看出：對BIM研究的知識基礎發生了變化，參考文獻已經不局限于BIM的應用領域而是逐步拓展到其他學科。右側被引圖譜中的共引連接反映了研究主題在學科交叉方面的貢獻，如圖12所示。

圖11 Dual_Map引文和被引文獻軌跡

圖12 被引文獻的共引連接軌跡

雖然BIM被引文獻軌跡并沒有涉及到教育、經濟等學科領域，但是從圖12聚類中的紅色虛線區域可以看出：BIM技術的研究基礎將計算機、環境、材料、教育和經濟等學科聯系起來，在學科交叉研究方面發揮了重要的作用。

3 結束語

本文使用Citespace對Web of Science 中BIM的研究文獻進行了可視化分析，通過知識圖譜發現BIM的研究進展。從年度發文量看，Wos中BIM的研究論文數量從2013年開始增加，并于2016年達到峰值，2017年發文量將持續增長。各國的科研團隊都對BIM的研究和發展作出了貢獻，其中美國、中國、韓國、英國、澳大利亞、加拿大和德國的研究成果比較豐富。BIM技術源于工程技術的發展，土木工程、建筑工程仍然是BIM技術主要的應用領域，同時計算機、通信、環境等學科也致力于BIM技術的研究。Automation in Construction、Journal of Construction Engineering and Management、Journal of Computing in Civil Engineering是BIM研究領域最具代表性的期刊，計算機輔助設計類期刊如Computer-Aided Design等在BIM跨學科研究方面起到了關鍵的中介作用。Eastman、Azhar、Sacks、Lee、Succar等在BIM研究方面的影響最為廣泛，他們的文獻共被引頻次排在前列。從文獻聚類分析可以看出：施工安全、精益管理、三維建模、BIM標準等方面的研究已經形成了明顯的研究聚類。從關鍵詞和名詞術語圖譜的分析中我們發現BIM的研究趨勢呈現多樣化和動態化，近10年來的研究熱點包括設計、信息管理、工程管理、模擬和仿真等。最后通過Dual_Map研究了BIM文獻在學科層面的演進，BIM的發展對促進學科交叉研究發揮了重要的作用。

通過知識圖譜的可視化分析，研究者實現了以可視化的方式進行科學領域的定量和定性研究，增進了對多學科交叉研究領域的認識和了解。其次，期刊共被引、研究熱點等分析結果發現了國內外BIM理論研究的主流、熱點和前沿領域，為更好、更快地了解BIM技術的研究領域基礎及研究進展提供了有價值的參考。最后，BIM作為一項新興的多學科融合信息技術，其應用價值已經得到社會的認可，通過知識圖譜的分析可以認識和把握其發展規律和主線，對于推動BIM技術在理論層面和實踐層面的健康、持續發展具有指導意義。