裝配式建筑與BIM集成研究的學術熱點及演進趨勢
——基于CiteSpace與Ucinet的文獻計量可視化分析

何文玉 文新鵬 黃新開 彭俊龍 廖 羚

(1.廣西科技大學 土木建筑工程學院，柳州 545006； 2.廣西科技大學 BIM研究中心，柳州 545006)

引言

近年來，隨著科技的進步，建設理念的轉變，節能環保、高效經濟、信息共享、智能智慧等發展理念成為了當前建筑行業改革發展的目標。裝配式建筑以其綠色經濟、施工質量高、建造工期短等優點順應當前建筑行業發展需求，2016年《國務院辦公廳關于大力發展裝配式建筑的指導意見》指出用10年左右的時間實現新建建筑面積中裝配式建筑所占比例達到30%的目標。各地方建設部門針對地區出臺相應方針政策推動裝配式建筑技術的發展，當前我國裝配式建筑得到前所未有的助力推廣。然而在裝配式建筑發展過程中，通過傳統二維信息指導建造已經無法經濟有效地解決裝配式建筑深化設計、信息管理與共享、施工現場吊裝、復雜節點處理等難點，急需解決方案。

1975年，Charles Eastman等提出建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)概念[1]，是以三維建筑信息模型為基礎，將建筑物理信息和功能特征數字化的表達[2]，對解決建筑全生命期“信息孤島”及“信息斷層”提供新方法[3]。BIM技術應用于裝配式建筑主要有深化設計[4]、信息協同[5]、質量管控[6]、施工管理[7]等方面。通過可視化的建筑信息模型，可以實現項目數字信息化管理與項目精細化管理，應用于項目周期的設計、生產、施工等階段，能夠有效提高工作效率與工程質量[8]，實現以信息化促進產業化[9]。裝配式建筑與BIM集成，通過對實際施工情況及碰撞情況的模擬，提高設計以及施工方面的質量，實現協同化管理。通過進行裝配式建筑與BIM集成研究，在設計階段可以提高預制標準化構件設計效率，減小誤差； 在施工階段可以優化現場布局，優化吊裝方案，進行模擬技術交底，對進度、質量進行有效監督管理； 在后續運營維護階段可以進行信息管理[10]。裝配式建筑與BIM集成領域相關研究成為了國內學者關注的熱點。

因此本研究采用文獻計量與可視化分析相結合的方法對裝配式建筑與BIM集成應用研究現狀進行分析，該方法早期在情報學領域應用較廣，近年來也進入BIM研究領域。朱記偉等利用Citespace軟件制作知識圖譜對國內外BIM技術相關研究進行對比分析[11]； 崔慶宏等以文獻計量研究方法分析2008—2017年國內BIM技術研究熱點與演進趨勢[12]。尹懷瓊等對Netdraw及CiteSpace軟件文獻計量功能進行對比分析各軟件優缺點[13]。針對各軟件的特點，鄧朗妮等陳述了各軟件結合計量分析的方法[14]?；诖?，本研究通過Citespace、Ucinet軟件工具，梳理2014-2019年國內知網期刊文獻中裝配式建筑與BIM集成研究應用現狀相關研究文獻數據，分析當前該領域研究熱點與演進趨勢，為后續研究提供參考。

1 研究方法及數據來源

1.1 研究方法

本文采用文獻計量與知識圖譜的方法進行研究。美國德雷塞爾大學陳超美(Chaomei Chen)教授2004年開發出的Citespace是一款備受國內外研究學者青睞的信息可視化軟件，他可以將研究文獻當中潛在的信息挖掘出來，在通過巧妙的空間布局與多元、分時、動態的可視化語言將研究領域的研究熱點、研究趨勢、發展歷程、研究機構展現在一張精美的知識圖譜上，為明確該領域的研究熱點、研究趨勢提供依據[15]。Ucinet是一款具有強大的矩陣分析能力的綜合性社會網絡分析軟件。通過對關鍵詞的矩陣分析，得到各關鍵詞之間的共現關系，在進行中心性計算得到關鍵詞的中心度，通過關鍵詞共現知識圖譜與中心度分析得到研究領域的研究熱點與共現關系，如某些關鍵詞共現頻次越高，那么它與其他關鍵詞關聯程度就越大，研究意義也更大，在研究當中也占據著主導地位[16]。兩款軟件相互結合分析、數據互補能使得信息可視化分析更加準確、明了。

本文將定量分析與定性分析方法相結合，更加全面地揭示裝配式建筑與BIM集成研究熱點和發展趨勢[17]，定量分析基于Ucinet與Citespace兩款軟件進行文獻計量的可視化分析，通過繪制的知識網絡圖譜與中心性計算對裝配式建筑與BIM集成研究熱點、研究趨勢進行分析。定性分析以經典文獻為主，加以知識圖譜的信息分析梳理裝配式建筑與BIM集成研究現狀。

1.2 數據來源

本文以分析裝配式建筑與BIM集成研究熱點和演進趨勢為目的，以中國知網數據庫為文獻來源，數據檢索與整理日期為2020年4月。因關鍵詞通常由作者自定義，可以基本概括文章主題，針對性較強，而主題詞一般為專有名詞，對主題詞進行檢索可以得到檢索詞的近義詞以及類似表達的文獻，能夠有效降低漏檢和誤檢。因此本文在高級檢索模式下對期刊進行主題檢索，檢索主題為“裝配式”與“BIM”，時間范圍為2014年至2019年，期刊類型為全部期刊，共收集了期刊1 466篇，各年份文獻分布如圖1所示，通過計量分別匯總了文獻來源前20的期刊(見表1)與發文量前20的第一作者單位(見表2)。具體分析如下：

圖1 各年份文獻分布

(1)從年份分布計量圖可以看出，我國裝配式建筑與BIM集成研究起步比較晚，2014年的有關研究文獻僅有25篇； 但在2016年前后，我國關于裝配式建筑與BIM集成研究文獻如雨后春筍般出現，自2014年起有逐年增加的勢頭，且存在爆發式增長。2016年的71篇到2018年的572篇，曾漲了7倍有余，按照這個發展勢頭，國內該領域的相關文獻在未來幾年還會增加。

(2)從文獻主要來源期刊匯總表(表1)分析：從中國知網(CNKI)期刊數據庫導出Refworks格式文件，提取文獻所屬期刊并統計，發現期刊《住宅與房地產》期刊發文量第一，為118篇，為裝配式建筑與BIM集成研究提供了較大貢獻，其次為《建材與裝飾》、《居舍》、《施工技術》等。

表1 2014-2019年裝配式建筑與BIM集成研究期刊文獻來源(部分)

表2 2014-2019年裝配式建筑與BIM集成研究第一作者歸屬單位來源(部分)

(3)從文獻第一作者歸屬單位匯總表(表2)分析：從中國知網(CNKI)期刊數據庫導出EndNote格式文件，經SATI自帶轉換功能將其轉化為XML格式SATI專用數據文件，在“Options”面板選擇地址，提取第一作者所屬單位，得到發文量前20單位如表2所示。從表2可以看出，發文量排名前20的單位中，有9個為高校，其他均為企業。說明國內對裝配式建筑與BIM集成研究以企業為主，主要產生于具體生產過程的探索、研發，并與學術研究相結合去創新發展。

2 研究熱點分析

關鍵詞能很好地反映出文獻和研究內容的主要含義，所以在文獻計量中可以使用高頻關鍵詞來識別特定領域的研究熱點[18]。本研究運用Citespace及Ucinet軟件對中國知網文獻關鍵詞進行計量，分別繪制研究熱點知識圖譜和可視化網絡圖譜，并進行關鍵詞中心度計算，多維度分析研究熱點。

2.1 基于知識圖譜分析

圖2 基于Citespace繪制的關鍵詞共現知識圖譜

在關鍵詞共現圖譜中，節點代表關鍵詞，節點大小反映關鍵詞的頻次，節點之間有連線表示兩個關鍵詞同時出現在同一篇文獻，即共現關系，連線粗細表示關鍵詞之間共現的次數[19]。線條顏色與圖中上方年份相對應，用于標志每一年有哪些主要關鍵詞。左側列表除了關鍵詞頻次和中心性外還有關鍵詞初次出現年份，這個時間非常重要，與時區圖和時間線圖密切相關。通過Citespace軟件對中國知網文獻數據進行關鍵詞共現分析，選擇分析對象“keyword”，提取關鍵詞頻次Top50的節點數據，同時保持其他參數閾值不變，得到關鍵詞共現圖譜，如圖2所示。

從圖2我們發現以“BIM技術”、“裝配式建筑”為中心的關鍵詞節點包括“預制構件”、“質量管理”、“全生命周期”、“施工管理”等，總體來看，國內裝配式建筑與BIM集成研究熱點高頻詞出現的頻次分布差別較大，研究熱點也較分散，并不僅僅研究某一單一方向。

2.2 基于社會網絡分析

社會網絡分析中中心度的計算值能夠衡量關鍵詞網絡中的熱點關鍵詞，其中，度數中心度主要用于判斷網絡中節點的位置以及凝聚力來分析網絡中的重要節點，節點中心度越高也意味著該點越重要； 中間中心度是表明網絡中的某一個節點在網絡中位于其他點對的連通路徑中間的程度大小[20]，也就是表示該節點控制其他節點之間聯系的能力，表示的是行動者對資源控制的程度，中間中心度越高意味著該節點在網絡中越重要； 接近中心度指的是某節點與其他節點之間最短距離之和的倒數，主要用于測量不受他人控制的程度和能力[21]，接近中心性越小說明控制能力越強。社會網絡共現圖譜能夠可視化地展示各關鍵詞節點在網絡中的重要程度，將中心度與可視化圖譜結合分析，可以更好的發現研究的熱點所在。通過Ucinet軟件完成中心度計算如表3所示。

從表3我們發現國內裝配式建筑與BIM集成研究熱點主要有“BIM技術”、“裝配式建筑”、“預制構件”、“深化設計”及“全生命周期”等，說明在裝配式建筑與BIM集成研究方面，集中在設計、施工、管理等方向，貫穿在裝配式建筑施工各個階段。

2.3 研究熱點小結

總體來看，國內裝配式建筑與BIM集成研究熱點高頻詞出現的頻次分布差別較大，研究熱點也較分散，并不僅僅研究某一單一方向。具體來看，在2014-2019年間，國內裝配式建筑與BIM集成研究熱點主要集中在以下幾個方面：

表3 基于Ucinet計量的關鍵詞中心度匯總(部分)

(1)基礎理論研究：BIM概念較為廣泛，通常指在建造項目之前以數字化方式探索其物理和功能特性的綜合過程，有利于提高項目進度、降低成本，并減少對環境的影響。預制構件、裝配式結構等概念在裝配式建筑方面關注度較高。在裝配式建筑與BIM集成研究方向，設計、管理及控制的聯系較多。

(2)裝配式建筑與BIM集成研究應用方向：裝配式建筑與BIM集成主要集中在建設前期階段，包括設計、深化設計，整個施工過程質量及安全的管控，以及綠色施工等，減小對環境的影響。

(3)裝配式建筑與BIM集成研究應用價值：裝配式建筑與BIM集成研究主要可分為設計、生產、施工、運維四個階段來展開。設計階段及生產階段主要有“深化設計”、“預制構件”等，通過BIM技術對預制構件實現標準化設計，降低設計誤差； 施工階段：通過BIM技術改善現場材料庫存和現場管理，提高現場管理水平，通過BIM 5D施工模擬來優化施工過程及成本計劃。除此之外，“全生命周期”是BIM技術應用于裝配式建筑的一個重要價值。

3 研究趨勢分析

Citespace 是一個通過分析節點間關系、關鍵詞聚類等來分析研究熱點、研究前沿、核心作者及機構等的可視化分析工具[22]。使用Citespace 可以進行各方面探索裝配式建筑與BIM集成研究領域的熱點變化趨勢，能直接展現出該研究領域的可視化信息，識別裝配式建筑與BIM集成研究領域的核心內容和前沿研究方向。本文擬通過裝配式建筑與BIM集成研究的相關文獻，利用 Citespace 分析裝配式建筑與BIM集成研究熱點前沿趨勢分析。CiteSpace提供Burst detection的功能來探測在某一時段引用量有較大變化的情況，用以發現某一個主題詞、關鍵詞衰落或者興起的情況[23]。該功能分析出的時區視圖與時間線視圖可以清楚的展現出某一領域的研究隨時間變化而變化趨勢，提供完整的趨勢變化信息。

時間線視圖以“keyword”為研究節點，以“timeline”形式繪制。主要展現聚類和聚類之間的關系及其中某個文獻的歷史跨度，系統依據節點所屬的發表的時間和聚類，發表時間為縱坐標軸，聚類為橫坐標軸，將各個節點排列在對應位置，從而生成了時間線圖譜[24]。時區視圖則是另一種與時間結合來表達演進過程的視圖，它以“keyword”為研究節點，以“timezone”形式進行繪制。以時間為橫軸，以關鍵詞為縱軸，關鍵詞一出現，就固定在首次出現的年份顯示，后續再出現，關鍵詞頻次就會加1，因此所處的位置隨著時間軸一次向上[25]。時區圖可以直觀展現文獻的時間更新變化和傳承關系。本文將“裝配式建筑與BIM集成”研究趨勢分析以文獻數量發表情況、時間線圖譜與時區圖譜來展現。基于采集好的以“裝配式”與“BIM”為檢索主題的中國知網文獻數據，使用Citespace軟件中的“Burst Detection”功能提取出裝配式建筑與BIM集成研究的時間線圖譜和時區圖譜如圖3和圖4所示。

圖3 裝配式建筑與BIM集成研究關鍵詞時間線圖

時間線圖既包含聚類標簽，又含有該標簽下的相似文獻簇； 同時將時間因素考慮進去，使得每個聚類的文獻簇可以按照初次文獻被引時間排序。以“#5裝配式建筑”為例，該聚類下包含多篇文獻，這些文獻在不同的年份被其他文獻所引用，圓圈越大說明文獻被引次數越多。圖3所展現出的關鍵詞時間線圖譜中，“設計”、“裝配式建筑”、“BIM技術”等為主要標簽，其標簽下的文獻簇比較多，且被引量大。這從側面反映出裝配式建筑與BIM技術集成研究及應用正處于快速發展狀態，重點應用于裝配式建筑BIM設計這些方面。

圖4 裝配式建筑與BIM集成研究關鍵詞時區視圖

從圖4可以發現，本文的研究熱點在時區圖中按時間推移保持規律分布及發展演進。結合年限發文量、時間線圖譜與時區圖譜進行分析，可以得出在2014-2019年間我國裝配式建筑與BIM集成研究趨勢發展情況。

2014-2016年的發文量較少，沒有出現大幅度增長，主要以“裝配式建筑”、“BIM技術”等為重點研究方向，響應了住建部2014年《關于推進建筑業發展和改革的若干意見》中“推進建筑信息模型(BIM)等信息技術在工程設計、施工和運行維護全過程的應用”的相關內容[26]。2016-2018期間，相關文獻的發表量突增，從2016年僅有的71篇增加到2017年的268篇，2018年的491篇?！?016-2020年建筑業信息化發展綱要》[27]中明確“BIM成為‘十三五’建筑業重點推廣的五大信息技術之首”； 2016年國家出臺《關于大力發展裝配式建筑的指導意見》[28]，明確提出在10年內，新建裝配式建筑達到30%以上； 研究者以相關政策為基礎，進行以“裝配式結構”、“設計”、“結構”為熱點關鍵詞的裝配式建筑與BIM集成研究。2018年起，文獻發表依舊處于上升趨勢，但勢頭稍有減緩，主要以“施工管理”、“應用研究”及“智能化”等展開研究，由于市場的導向與政策的支持，裝配式建筑與BIM集成相關研究在我國大量出現，促使各創新主體對施工管理及應用研究等方向進行深入挖掘，加強裝配式建筑智能化建設，在裝配式建筑與BIM集成的情況下把握好各個工程流程，做到項目可視化管理。

4 結論

本文以中國知網數據庫中2014～2019年間裝配式建筑與BIM集成相關研究期刊文獻為數據來源，利用Ucinet和Citespace軟件，采用定性與定量分析方法進行研究熱點與發展前沿分析，研究結論如下：

(1)從文獻來源角度來看，期刊《住宅與房地產》為裝配式建筑與BIM集成研究提供了較大貢獻，其次為《建材與裝飾》、《居舍》、《施工技術》等； 文獻第一作者歸屬單位以企業為主，說明國內對裝配式建筑與BIM集成應用研究以企業為主，主要產生于生產過程的探索、研發，而高校也是該研究領域不可或缺的一類數據來源。

(2)從研究熱點來看，我國對裝配式建筑與BIM集成的研究更多是在基礎理論研究方面，對于應用功能與項目管理方面，國內起點較晚，但發展速度較快，近幾年裝配式建筑與BIM集成領域研究文獻持續增長，主要熱點集中在“預制構件”、“裝配式結構”、“深化設計”以及“施工管理”等方面，說明我國幾年來通過對基礎理論的理解與探究，裝配式建筑與BIM集成應用方向逐漸延伸到設計、管理及控制方向。

(3)從演進趨勢來看，我國裝配式建筑與BIM集成研究由基礎理論的理解逐漸向實踐應用發展，且國內主要研究機構為企業，說明國內注重實踐，致力于生產過程的探索開發，更加注重新興技術的集成，研究更加具體化。未來“協同平臺的創建”、“全過程信息化管理”、“空間碰撞檢測與優化”依然是今后的研究熱點，未來將以精益建造與智慧建造發展理念結合，加強智能化建設，推動建筑信息化發展。

本研究不足之處如下：

本研究僅以中國知網(CNKI)數據庫的期刊文獻數據為數據源，未涉及到外文文獻數據，計量分析結果不夠全面，今后可結合不同數據庫文獻數據對比分析。