基于BIM期刊文獻的研究熱點與趨勢演化分析

周碩文 龐 博 潘玉華 張 強 盧永茂

(1.中國建筑科學研究院有限公司，北京 100013； 2.交通運輸部水運科學研究院，北京 100088； 3.廣東信宏智慧建造工程有限公司，東莞 523073)

引言

隨著建筑信息化技術的不斷發展，我國建筑工程經歷了圖板手繪、計算機輔助繪圖到建筑信息模型(Building Information Modelling， BIM)的跨越。借助近年來的BIM、云平臺、大數據、物聯網等技術發展，橫亙在建筑全生命周期各個階段的技術與信息壁壘正在消失，逐步形成了以BIM技術為核心的建筑全生命周期信息集成系統，為未來建筑的智能化發展奠定了堅實的基礎。

在BIM技術發展與應用的過程中，我國研究學者與工程技術人員通過大量的理論研究與工程實踐，吸收借鑒國外IFC[1](Industry Foundation Classes)、IDM[2](Information Delivery Manual)、IFD[3](International Framework for Dictionaries)等數據標準體系的先進經驗，初步構建出了以5大BIM國家標準[4,5]為核心，以PKPM-BIM[6]、廣聯達[7]等為應用軟件的產學研用BIM體系，為我國建筑BIM產業的良性健康發展提供了保障。

但隨著BIM研究的不斷深入，相關研究成果也與日俱增。通過在中國知網(CNKI)數據庫和Scopus數據庫的檢索發現，以“BIM”為主題的期刊文獻數分別高達36 359篇和16 733篇(截止到2020年3月31日)，這龐大的文獻數量影響了現有研究人員對BIM研究成果的深入總結和凝練，急需通過信息化和可視化技術對現有研究進行綜合分析[8]。通過對國內外BIM文獻綜述的分析發現，社會網絡分析是一種非常適用的研究方法[9]。在基于BIM的施工網絡研究中，通過對1 031篇文獻的計量分析與網絡分析，發現了技術是項目協作研究的先行因素，而管理的重要性相對較低[10]。而基于614篇BIM文獻的網絡分析發現，“可視化”和“工業基礎類(IFC)”是最重要的被引詞[11]。通過BIM和非現場施工(off-site construction，OSC)文獻的分析，研究人員對面向OSC的BIM研究進行了量化，并指出基于BIM的預制件生產設計等未來研究方向的重要性[12]。由此可以看出，社會網絡分析是一種有效的量化分析研究熱點的工具，據此，本文基于社會網絡分析對CNKI數據庫中的部分重點文獻進行了研究。

1 基于社會網絡分析的BIM研究熱點與團隊分析

基于CNKI數據庫的文獻梳理與分析，本文選取了部分具有代表性的BIM相關文獻進行分析，并以此為基礎，通過構建網絡模型圖，對現有研究的研究熱點進行了定量分析。

1.1 基于CNKI期刊數據庫的綠色建筑研究文獻統計

為了保證數據分析的全面性與準確性，本文依托CNKI數據庫，對以“BIM”為“主題”的文獻進行了檢索，共得到31 387篇期刊文獻，但通過對CNKI數據庫檢索結果的分析發現，由于BIM研究興起時間較短，許多文章發表在近年來新成立的雜志中，使得過去以核心期刊等數據庫為基礎的檢索模式，難以真正提取出有代表性的BIM研究文獻。而在對文獻進行梳理后發現，基于被引次數的文獻選取方法，可以更有效地對代表性文獻進行提取，提高分析結果的準確性，因此，本文基于被引次數建立了文獻分析數據庫。同時，為了提高分析結果的質量，本文以被引次數超過10的文獻作為數據源進行分析。

基于上述檢索條件，共檢索到1 961篇以BIM為“主題”的文獻，通過對文獻的內容梳理與篩選，確定1 664篇BIM期刊文獻作為網絡分析的數據庫，其發表時間分布如圖1所示。通過圖1的統計結果可以看出，自2009年以來，BIM研究文獻的增長速度非?？?。相比2009年， 2016年的高被引文獻數增加了37倍，年均增長率為530.16%。2017～2019年由于文獻發布時間較短，其高被引文獻數的代表性較低，不再進行特定說明。

通過對這1 664篇BIM研究期刊文獻的來源出版物統計發現(如表1所示)，《土木建筑工程信息技術》和《施工技術》是發表相關研究最多的期刊，極大地推動了BIM相關研究的發展。而《建筑經濟》、《建筑技術》和《工程管理學報》也在建筑各個不同的角度豐富了BIM研究，為BIM技術的不斷完善貢獻了力量。

圖1 BIM研究文獻發表分布圖Fig. 1 Distribution map of BIM literature publication

表1 BIM研究文獻來源出版物統計Table 1 Statistical results of literature source publication of BIM

1.2 我國BIM總體研究網絡的建立與分析

基于對BIM重點文獻的檢索，本研究確定了文獻數據庫，并通過對數據庫中不同文獻的關鍵詞進行提取分析，確定了關鍵詞之間的關系矩陣，從而對我國BIM總體研究網絡進行了建立。

通過統計發現，收集的1 664篇文獻共包含6 977個不同的關鍵詞，基于這6 977個關鍵詞兩兩間的共現頻次，本研究計算出了BIM關鍵詞關系矩陣，從而建立了我國BIM研究總體網絡模型(如圖2所示)。其中，關鍵詞代表網絡的節點，節點和文字大小代表相對連接次數的大小，不同的顏色代表不同分組(基于連接關系確定)。同時，本研究通過計算不同節點的特征向量中心度(Eigenvector Centrality，EC)，對不同研究內容的相對重要性進行了量化，表2列出了排在前30位的EC結果。

從圖2的結果可以發現，現有BIM研究主要分成了4個部分，“BIM”、“BIM技術”等是核心的研究內容，而通過對比表2結果可以發現，除了通用性研究內容外，“協同設計”、“Revit”、“可視化”、“碰撞檢查”等均是較為重要的研究內容。但從總體上來講，其他研究內容的相對重要性較低，僅為BIM的12%左右，這與出現頻次為1的關鍵詞有關，它們影響了量化分析結果的代表性。

圖2 BIM總體研究網絡圖Fig. 2 Overall research network of BIM(Gephi，節點=2 479，邊=19 460)

表2 BIM總體研究網絡特征向量中心度計算結果Table 2 Eigenvector centrality results of BIM overall research network

表3 BIM核心研究網絡特征向量中心度計算結果Table 3 Eigenvector centrality results of BIM core research network

1.3 我國BIM核心研究網絡的建立與分析

為了更準確、直觀地對BIM研究進行可視化與定量化分析，本研究建立了BIM核心研究網絡模型?；陉P鍵詞出現頻次的統計結果，以10為界限，對關鍵詞進行了篩選，共得到86個詞頻大于等于10的關鍵詞用于BIM核心研究網絡的建立與分析，其網絡模型如圖3所示，排在前30位的特征向量中心度計算結果如表3所示。

圖3 BIM核心研究網絡圖Fig. 3 Core research network of BIM(Gephi，節點=86，邊=1 496)

通過對BIM核心研究網絡模型的建立與分析，可以看出現有研究對信息化和應用的關注度相對較高，建筑工程是核心的研究對象，其相對重要性比橋梁高41.3%。在技術研究中，“協同設計”、“碰撞檢查”、“可視化”、“深化設計”等研究內容的相對重要性都達到了BIM的40%，是BIM技術層面非常重要的研究方向。在管理研究中，“施工管理”、“項目管理”、“精細化管理”均是影響較高的研究內容，其中，“施工管理”是最重要的部分。在不同建筑類型中，“裝配式建筑”的起步時間較短，但相對重要性卻高于其他類型的建筑，可見通過精細化、信息化與可視化技術，可以有效提高其施工性能。而“全壽命周期”和“全生命周期”的計算結果表明，現有BIM研究已經跳出了設計階段的限制，全生命周期思想已經融入到現有研究中，這為未來研究的進一步拓展奠定了基礎。

表4 BIM研究文獻作者統計表Table 4 Statistics of BIM research literature authors

在表3結果中，雖然對“施工管理”進行了大量研究，但與進度、質量控制的相關研究內容卻未能排在前30位，“進度管理”尚能排在第37位(EC： 0.286)，而質量則沒有出現在核心指標中，由此可見，BIM的施工管理是以造價、成本等為核心進行的，對進度和質量的研究相對不足。同時，IFC和標準分別排在第62位和68位，現有研究對國際和國內標準的解讀較少，對評價體系的分析不足，這影響了BIM技術的應用，需要進一步拓展基于相關標準的研究工作。

1.4 基于社會網絡分析的BIM研究團隊分析

基于對BIM研究文獻的統計，本研究對BIM研究團隊間關系進行了分析。通過對文獻作者的統計，發現共有3 013位研究人員對BIM進行了研究，其中，張建平、何關培、王廷魁等是發表文獻最多的作者。表4列出了發表文獻數超過7篇的作者，從表中可以看出，大部分學者來自于大學，清華大學的相關學者數最多。

圖4 BIM研究團隊網絡圖Fig. 4 Network model of BIM research teams(Gephi，節點=350，邊=1 720)

為了更直觀地對BIM研究作者間關系進行分析，本研究建立了BIM研究團隊網絡圖，如圖4所示。由于本研究重點關注作者團隊間的合作關系，因此模型中僅對模塊化后占總體1%及以上的團隊進行了統計?？紤]到特征向量中心度計算的特殊性，在作者量化分析中，分別以中心度(Degree centrality， DC)作為指標對該作者的核心性做分析，其計算結果如表5所示。

表5 BIM研究團隊中心度計算結果Table 5 Degree centrality results of BIM research teams

(a)2006～2010年BIM核心研究網絡圖 (b)2011～2013年BIM核心研究網絡圖(a)2006～2010 core research network of BIM (b)2011～2013 core research network of BIM(Gephi，節點=35，邊=174) (Gephi，節點=89，邊=726)

(c)2014～2016年BIM核心研究網絡圖 (d)2017～2019年BIM核心研究網絡圖(c)2014-2016 core research network of BIM (d)2017-2019 core research network of BIM(Gephi，節點=102，邊=1 304) (Gephi，節點=76，邊=644)圖5 不同階段BIM核心研究網絡圖Fig. 5 Core research network of BIM in different stages

通過對比圖4和表5的結果可以看出，現有BIM研究中有9個較大的研究團隊，大部分研究團隊是獨立地開展研究，不同團隊之間的研究交流較少。以“張建平”、“胡振中”等為核心的團隊是最大的研究團隊，并通過“張洋”、“李恒”等與“趙雪鋒”團隊和“郭紅領”團隊建立了聯系。除此之外，只有“張德?！焙汀皬垵眻F隊建立了有效的聯系，其他研究團隊均呈現出內部小團隊的現象，這影響了不同研究成果之間的交流。在作者相對重要性分析中，“張建平”是中心度最大的作者，這與統計結果相同。而“楊震卿”、“趙欽”、“張曉玲”等均表現出較高的重要性。

2 基于時間演化的BIM研究熱點及趨勢分析

通過上述研究的分析，本文初步對現有BIM研究熱點與研究團隊進行了網絡分析，為更好地對BIM研究的未來趨勢進行分析，本文分別對不同年代的BIM研究進行了網絡分析，從而對BIM研究的時間演化方向進行了研究。

2.1 不同時間段BIM研究網絡的建立

基于1 664篇文獻數據，本文對文獻發表時間進行了統計與分析，并將2006～2019年分隔為2006～2010年、2011～2013年、2014～2016年與2017～2019年這四個時間段，每個時間段的文獻數分別為66篇、390篇、906篇和302篇。同時，為了更直觀地對不同時間段的研究內容進行展示，本研究重點對4個不同時間段內的核心研究網絡開展分析，分別根據關鍵詞詞頻大于等于2、3、5、3，確立了各階段的核心關鍵詞，并建立了4個時間段的核心研究網絡模型圖，如圖5所示。

2.2 基于不同階段BIM核心研究網絡的趨勢演化分析

基于不同時間段BIM核心研究網絡模型，本研究通過特征向量中心度計算結果對不同階段核心研究內容的相對重要性進行了量化研究，其計算結果如表6所示， 4個不同時間段分別用“06-10年”、“11-13年”、“14-16年”和“17-19年”來表示。同時，由于本研究重點對各階段的主要研究內容進行分析，因此只列出了排在前15位的關鍵詞。

表6 不同階段BIM核心研究網絡特征向量中心度計算結果Table 6 Results of eigenvector centrality in different stages of BIM research

從表6的計算結果中可以看出，在06-10年，BIM作為一個新興技術，虛擬現實、協同設計與可視化是關注的重點[13]，針對IFC標準與BIM軟件也開展了許多研究； 在11-13年，BIM研究的工程應用大大增加，信息化成為了BIM研究的共識，碰撞檢查的重要性急速上升，成為重要的設計應用技術[14]。這一時期，BIM跳出了設計的局限，開啟了施工管理研究工作； 在14-16年，相關研究數量倍增，逐步跨越了設計階段，對施工過程中的應用成為了研究核心[15]，而可視化由于在施工交底、工程展示中的重要意義，其重要性也不斷提升； 在17-19年，隨著建筑工業化浪潮的到來，裝配式建筑的BIM應用得到了廣泛的關注[16]，由此也引起了施工管理中工程精細化研究的進一步發展。同時，隨著建筑數據的不斷積累，全生命周期BIM管理成為了重要的研究方向，新技術也與BIM不斷融合，創造出更多的價值。而在BIM發展中，人才不足是制約現階段發展的重要因素，因此教學改革也成為了這一時期非常重要的研究內容。

3 跨越Modelling的BIM未來研究展望

通過對現有BIM研究網絡的分析，本研究對主要研究內容、研究團隊和研究發展趨勢進行了探討。研究發現，對BIM研究最充分的是設計階段，碰撞檢查是其研究要點，而隨著信息化技術的不斷發展，BIM已經在施工管理中得到了廣泛的應用，并在向著建筑全生命周期各階段發展，“信息化”已經成為應用BIM進行管理的共識。但在對BIM研究的分析中，也發現了現有研究存在的問題，需要進一步研究：

(1)跨越模型限制，服務綜合管理

建筑信息模型是一種技術手段，而不是目的。在BIM發展過程中，需要進一步加強對信息的深度整合與數據分析，從而在建筑全生命周期各階段充分發揮建筑信息的作用，真正地實現數據聯動與實時監控。通過開展建筑智能設計、施工精細管理、運營風險分析、剩余壽命預測等方面的研究[13]，讓建筑數據跳出模型的限制，在建筑生命周期綜合管理中實現BIM的價值，打造Building Information Management。

(2)立足裝配時代，推進智能建造

在建筑高品質發展與勞動力短缺的雙重背景下，傳統勞動密集型的建筑業受到了極大的挑戰，這使得裝配式建筑應運而生。但在裝配式構件生產與施工過程中，由于缺乏精細化信息管理技術，反而影響了建筑的品質，這必然要通過加強BIM技術的應用[14]，提高建筑建造過程中的精細度，以解決鋼筋碰撞等工程問題[15]。同時，隨著建筑工業化水平的不斷提高，現代建筑施工必然要向著智能建造的方向發展，而BIM是實現建筑智能化建造的基礎。因此，未來BIM發展要立足于裝配式建筑的發展現狀，充分發揮信息集成在構件制造(Manufacture)中的重要作用，推進模塊化、信息化、智能化建筑的發展。

(3)增強基礎研究，構建自主平臺

受我國科研基本環境的影響，現有BIM研究以應用型技術為主，缺少對自主BIM三維圖形系統等基礎性內容的研究。這種基礎研究的缺失，使得我國BIM研究必然要在國際平臺的框架下進行，導致部分研究難以立足于我國的設計、施工基本情況，影響了相關研究的進一步發展[16，17]。因此，未來BIM研究不單要關注實踐，更要增強BIM基礎研究工作，通過對圖像、圖形、數據等引擎的深入研究，打造符合中國建筑業發展要求的BIM平臺，為建筑業的高質量發展奠定良好的基礎。

(4)應用信息技術，發揮云端優勢

隨著信息技術的不斷發展，“大智移云”已經成為了未來BIM發展的重要內容[18]。BIM技術的進一步發展必然要借助物聯網、大數據、云計算[19]等方面的優勢，擴寬信息收集渠道，增強信息整理能力，提高信息分析水平，從而全方位全面推進建筑信息模型的完善與發展，真正將全生命周期內的信息進行整合，為未來建筑高水平管理提供基礎。

(5)推動教學研究，創新培養模式

專業人才的缺失，是制約當前BIM發展的重要因素，如何將BIM技術引入課堂，培養適合現代工程發展的人才，已成為現有BIM研究的熱點問題。只有通過加強對多專業交互式教學[20]、BIM工程實踐對接、BIM教育體系改革[21]等方面的研究，創新BIM人才培養模式，才能真正解決現有BIM專業人才短缺的問題，培養出符合工程要求的人才。因此，未來BIM研究中應推進教學改革研究的發展，為BIM的發展提供持續動力。

在建筑高品質、高質量、可持續發展理念的指引下，BIM研究必然要通過更新理念內涵、推進智能建造、增強基礎研究、促進技術融合、創新教學模式來進一步提高我國的BIM技術，充分滿足未來建筑業不斷增長的全生命周期管理需要，解決人才短缺的現實問題，為建筑的數字化、信息化和智能化發展貢獻力量。