BIM 背景下裝配式建筑可視化研究
——基于CiteSpace 分析

吳夢甜

（沈陽化工大學，沈陽 110142）

0 引言

隨著科技的進步和新的建設理念的提出，建筑業不斷向工業化、綠色化、智慧化方向發展。建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）通過輸入的工程數據建立立體模型，經過碰撞檢查，解決建筑項目中存在的問題。裝配式建筑作為推進建筑業發展的主力軍，在提升建筑業的經濟效益和環境效益方面具有重要的意義，且具有生產效率高、能耗和成本低、綠色環保等優點。BIM 技術應用于裝配式建筑能夠對建筑全生命周期的進度、質量等進行有效控制，使得裝配式建筑從設計到運維整個過程的聯系密切，減少偏差。目前，相關研究多數以單一內容為主，即從裝配式建筑領域的研究角度出發，很少有從文獻計量的角度對BIM 背景下裝配式建筑的相關文獻進行分析。鑒于此，本文借助CiteSpace 軟件，梳理2011—2021 年間中國知網（China National Knowledge Infrastructure，CNKI）數據庫中BIM 背景下裝配式建筑的相關文獻，通過對文獻數據的關鍵詞繪制共現圖譜、聚類圖等，分析當前該領域的研究熱點以及研究演進方向，為今后的研究提供參考。

1 概念界定

1.1 BIM

BIM 是Building Information Modeling（建筑信息模型）的縮寫，在集成平臺中輸入建筑工程項目的各項相關信息及數據，創建三維建筑模型，并通過數字信息進行仿真模擬，呈現建筑物所具有的真實情況。BIM 在裝配式建筑中的應用主要是將各種數據資料及平面圖紙模型以三維形式呈現出來，將建筑的各個屬性直觀地顯示，提前發現問題并及時改正，從而對裝配式建筑進行建造過程模擬、優化及管理。

1.2 裝配式建筑

裝配式建筑是指采用工廠化生產的預制構件，將其運輸到工地進行組合拼裝的建筑物。根據裝配化的程度，裝配式建筑可分為半裝配式和全裝配式，半裝配式是將主要承重構件的一部分進行工廠預制生產，另一部分則采用現場澆筑的形式；全裝配式則是將全部構件在工廠進行批量生產，再進行現場裝配。

2 研究方法和數據采集

2.1 研究方法

CiteSpace 通過可視化來呈現科學知識的結構、規律和分布情況，通過其分析并繪制得到的可視化圖形也被稱為“知識圖譜”。利用文獻計量學的研究方法及CiteSpace 5.8.R3 軟件進行有關研究主題的文獻之間交叉、互動及聯系等多種復雜關系的可視化分析，主要包括關鍵詞共現分析、中介中心性分析、關鍵詞突現、關鍵詞聚類和時間線圖等。

2.2 數據來源

以CNKI 數據庫為文獻來源，使用主題為裝配式建筑或者題名為裝配式建筑、關鍵詞為BIM 的檢索條件在數據庫中進行高級檢索，并設置時間范圍為2011—2021 年，最終經過篩選得到1 542 篇相關文獻，各年份發文量如圖1 所示。其中，有關BIM 背景下裝配式建筑的文章發表量在2016 年急劇增長，且在2019 年達到頂峰。

圖1 2011—2021 年文獻發表量

3 文獻可視化分析

下面主要針對文獻的關鍵詞進行分析。關鍵詞是一篇文獻的核心概括，能很好地反映出文獻和研究內容的關系，高頻關鍵詞在文獻計量中通常被視為識別特定研究領域的研究熱點，具有很高的分析價值。

3.1 關鍵詞共現分析

共現分析是指提取文獻中能夠表達文獻核心內容的關鍵詞或主題詞，根據詞頻的高低分布，將詞組兩兩配對，統計它們在同一組文獻中出現的次數，通過共現次數，呈現詞組之間的親疏關系。

將CiteSpace 中的節點類型設置為Keywords，選擇在每個時間切片內提取前50 個被引次數最高的文獻進行關鍵詞分析，關鍵詞分析的算法設置為尋徑網絡算法，對單個網絡進行裁剪，以及對合并后的綜合網絡進行裁剪，簡化網絡并突出其重要的結構特征，即結果的節點數不變且連線數大幅減少，保留顯著關系，并將可視化結果以靜態聚類視圖和整體網絡形式呈現，主要目的是將結果清晰、準確地反映出來，然后將CNKI 數據庫中搜索得到的相關文獻導入軟件進行分析。

繪制得到的關鍵詞共現圖譜如圖2 所示，節點數量N=155 個，關鍵詞之間的連線數E=166 條，網絡密度為0.013 9，聚類模塊值（Q 值）為0.816 9（＞0.3），意味著聚類結構顯著；聚類平均輪廓值（S 值）為0.945（＞0.7），意味著聚類結果是令人信服的。圖2 展示了最大的關鍵詞子網，本文選取的文獻圍繞BIM 與裝配式建筑，除去“BIM”和“裝配式”兩個最中心的關鍵詞，“應用”“預制構件”“建筑設計”“質量管理”“應用價值”“施工”“施工管理”“深化設計”等也是研究熱點。從關鍵詞的熱度可見，BIM 技術在裝配式建筑中的應用主要涉及裝配式建筑的設計階段和施工階段。

圖2 關鍵詞共現圖譜

3.1.1 中介中心性分析

關鍵詞的中介中心性越高，說明該關鍵詞越重要，越具有研究價值。選取中介中心性前10 的關鍵詞，結果如表1 所示。這些關鍵詞在BIM 背景下裝配式建筑的研究領域發揮著重要的作用，由此可見，“物聯網”作為中心性最高的關鍵詞，其研究價值較高。物聯網將物品與互聯網連接，并進行信息交換。裝配式建筑在BIM 技術的支持下，利用物聯網能夠加強對預制構件的管理追蹤，從而促進裝配式建筑的工業化、智慧化發展。

表1 關鍵詞中心性統計表

3.1.2 關鍵詞突現分析

與關鍵詞中心性分析相比，關鍵詞突現分析可探測在某一時段相關研究主題的研究前沿和演進情況等。在關鍵詞中介中心性分析完成的基礎上，對突現詞分析的參數進行設置，選取得到14 個突現詞，結果如表2所示。由表2可知，BIM是在2014年發生突現，直至2016 年，這與圖1 顯示的2014 年相關文章發表量的增長速度加快且在2016年出現急劇增長相吻合。“施工模擬”“正向設計”“EPC”是近一年的突現詞，對以后的研究方向具有導向作用，需要密切關注。BIM技術在裝配式建筑工程中的應用已成趨勢。例如，EPC模式在BIM 技術的支持下能夠促進全過程的信息化管理，實現建筑工業化和信息化的結合，從而提升裝配式建筑的品質與效益。

表2 關鍵詞突現強度統計表

3.1.3 關鍵詞聚類分析

關鍵詞共現網絡聚類圖譜如圖3 所示。采取最大似然算法（Log Likelihood Ratio，LLR）提取前10 的聚類標簽詞，這些關鍵詞形成幾個不規則區域，每一個區域對應著一個標簽。由圖3 可知，前10 的聚類標簽分別為“物聯網”“BIM”“應用”“應用價值”“建筑設計”“裝配式”“質量管理”“施工”“外圍護”“施工質量”。因此，基于BIM 技術的裝配式建筑研究可歸納為應用、設計、質量、施工、信息化等。其中，應用主要是指在實際建筑工程中將BIM 技術和裝配式建筑結合。例如，劉煉認為基于EPC 模式的裝配式建筑更具優勢，BIM 技術、物聯網技術、區塊鏈技術等數字技術能夠提高建筑工程的質量，推動管理向智慧化方向發展；朱長清等學者認為BIM 技術在裝配式建筑中的應用圍繞設計、施工、運營等階段，能夠解決裝配式建筑建造過程中的某些問題，從而推動建筑產業化。由此可見，BIM 技術對推動裝配式建筑的發展具有重要作用。

圖3 關鍵詞聚類圖譜

3.2 關鍵詞時間線圖分析

相較于時間區圖，本文選取能夠更清晰呈現隨著時間的推移各聚類之間關系的時間線圖。時間線圖基于關鍵詞聚類，右側為關鍵詞聚類結果，以連線形式呈現關鍵詞在不同時間切片內的走向，繪制結果如圖4 所示。從圖4 中可以看出，信息技術的發展促進了不同主體之間的信息交互與知識共享，以信息化促進工業化；BIM 作為信息共享平臺，在此背景下不斷發展，與每個聚類都有聯系，同時也是最早出現的具有標志性的關鍵詞；BIM 技術能夠優化裝配化建筑的正向設計、深化設計、預制構件生產等核心環節，裝配式建筑的發展離不開BIM 技術的推廣應用，且研究的演進方向逐步從理論基礎層面向應用實踐層面推進，如從模數化、標準化轉向如何通過BIM 將研究理論應用于實際工程施工過程中。

圖4 關鍵詞時間線圖

4 研究結論

通過對BIM 技術和裝配式建筑概念的界定，本文從中國知網選取以BIM 為關鍵詞及以裝配式建筑為主題的相關文獻作為分析數據，利用CiteSpace 軟件進行可視化分析，得到以下結論。

（1）從概念應用來看，BIM 技術能夠將裝配式建筑工程的數據資料輸入信息集成平臺，建立建筑模型并進行仿真模擬，提前發現問題并及時改正，從而對該工程進行模擬、優化、管理。隨著技術的發展，未來BIM 和裝配式建筑的結合會更密切，“BIM+物聯網”“BIM+區塊鏈技術”“BIM+云計算”等新的技術融合模式將推動裝配式建筑的工業化、信息化、智慧化發展。

（2）從研究熱點來看，我國近10 年間BIM 背景下裝配式建筑的研究正不斷偏向于工程應用、項目管理等實踐層面，主要集中于預制構件、設計、施工及質量管理等方面，說明BIM 和裝配式建筑的集成研究向設計階段、施工階段以及全過程管理控制方向延伸。另外，EPC 模式正成為裝配式建筑發展的主流方向，以提高對項目進度和質量的把控水平，向精益建造發展。

（3）從研究演進趨勢來看，我國近10 年間BIM背景下裝配式建筑的研究由基礎理論層面不斷向應用實踐層面演進，說明國內關于BIM 和裝配式建筑的研究注重工程的實際應用，注重裝配式建筑全過程的質量管理，同時注重物聯網、區塊鏈等技術與BIM 技術的集成應用，從而實現全過程信息化管理。