BIM賦能電網工程應用研究演進、熱點和趨勢分析

0 引言

2020年，國務院國資委辦公廳印發了《關于加快推進國有企業數字化轉型工作的通知》，旨在著力提高BIM技術覆蓋率，賦能企業提質增效[1]以國家電網公司、南方電網公司為代表的電網企業正在重點推行數字化設計技術，現階段已經形成了一系列的工作文件和標準體系。大量采用數字化設計技術的項目已實施落地。

隨著計算機軟件技術的飛速發展，越來越多的大型建筑項目采用數字化設計作為其智能制造的關鍵技術，促使計算機技術與建筑領域逐漸融合[2]。目前，國內外BIM技術在電網工程中的應用已取得顯著成效。在國內，國家電網公司（以下簡稱“國網公司”）通過BIM技術實現了特高壓輸電線路的數字化設計與施工管理，顯著提升了電網工程效率與質量。國網公司提出的數字化三維設計技術逐步形成了以設計、施工、管理為特點，貫穿項目全生命周期的先進理念，被認為是未來建筑行業的第二次革命[3]。在國外，美國、英國等國家已將BIM技術廣泛應用于智能電網建設，該技術推動了電網工程的數字化轉型。國內外對BIM技術的應用不僅凸顯了BIM技術在電網工程中的重要性，也為進一步系統梳理其研究現狀與發展趨勢提供了實踐基礎。因此，通過文獻計量法對BIM賦能電網工程領域的研究進行系統性分析，具有重要的理論意義與實踐價值。

本研究采用文獻計量工具CiteSpace軟件進行BIM賦能電網工程應用研究的知識圖譜分析，對既有研究進行分析、梳理和思考，對未來研究框架進行梳理和初步展望。首先，以中國知網和WebofScience數據庫為數據源，采集和統計了2010—2023年以BIM和電網工程為主題的408篇中英文期刊論文；其次，對既有研究文獻進行可視化知識圖譜的定量分析；最后，全面梳理出BIM賦能電網工程領域的研究脈絡、研究熱點，并提出未來展望，以期對我國電網工程信息化建設提供參考。

1 研究方法概述與數據來源

1. 1 研究方法概述

文獻計量分析4是探索圖書情報學最為重要的分析方法之一，其運用數學方法分析某一領域的研究現狀和發展趨勢[5]。該分析方法通常以關鍵詞、關鍵詞突現、發文作者、出版機構與國家關系分析為主，將分析結果通過可視化圖譜呈現出來，旨在為未來研究人員提供研究方向和指導方針[6]。其中，關鍵詞共現分析可以確定某一研究領域的熱點和知識結構，當幾個關鍵詞同時出現的頻率越高，表明各自的關聯更為密切[7]。此外，該方法也適用于分析文獻作者、出版機構和國家間的合作關系。

以往學者可通過閱讀大量文獻深入了解研究領域的研究內容，卻較難對研究熱點或主題進行全面梳理[8]。CiteSpace 軟件可對文獻進行深入挖掘和大數據的計量分析，其關鍵詞共現、聚類、時區視圖、合作網絡等功能可直觀追蹤研究熱點的動態變化，可顯著增強文獻綜述的科學性和可靠性。本研究借助CiteSpace軟件，通過繪制科學知識圖譜的方法，對檢索出的227篇中文有效文獻和181篇英文有效文獻進行統計分析。采用定量與定性相結合的分析方法，首先，通過逐年發文量和研究演進脈絡分析BIM賦能電網工程的研究成果和研究熱度變化；其次，根據關鍵詞共現圖譜，結合具體文獻內容，逐層挖掘并解析其領域的研究熱點方向；最后，對未來發展趨勢進行展望。

1.2 數據來源

文獻數據的采集渠道多為WoS、CNKI等文獻數據庫，同時也有針對特定領域的期刊源檢索獲取渠道。本研究為更好地比較該領域國內外的研究進展，分別針對中文文獻和外文文獻進行量化分析。中文文獻均來源于CNKI，在高級檢索中以“電網 + 變電站 + 環網 + 中壓電網 + 聯合電網”“BIM”作為主題檢索詞，文獻類型包括期刊論文、學位論文和會議論文，語言設置為中文。外文文獻均來源于WoS子領域數據庫，包括科學引文索引（SCI）和社會科學引文索引（SSCI）。選擇SCI和SSCI作為此次文獻計量分析的文獻類別。高級檢索中以 TS= （electricANDBIM）為檢索詞，語種選擇為English，時間跨度設置為2010—2023年，檢索時間截至2023年6月23日。

2 研究演進過程、熱點與共被引分析

2.1年發文量及研究演變路徑分析

國內外關于BIM賦能電網工程的文獻時間分布如圖1所示。由圖1可知，我國該領域的研究起源于2007年，此后年發文量不超過10篇，但總體呈上漲趨勢。2010年英文文獻開始出現，呈起伏式增長。2016年起國內外相關研究發展迅速，并在2020年達到高峰。

中文文獻關鍵詞時間線圖譜如圖2所示，英文文獻關鍵詞時間線圖譜如圖3所示。通過查看每一個聚類中關鍵詞首次出現的年份，以及在聚類下的演變過程，可以從時間維度上探析領域知識的演進變化趨勢。由圖2～圖3可知，“建筑協同設計”“BIM”“simulation”“變電站”等關鍵詞出現較早，隨后開始出現“變電工程”“三維設計”“augmented reality”“智慧型直流工程”等關鍵詞，最后出現“automaticwiring”“BIMrecon-struction”“artificial neural networks”等聚類關鍵詞。根據以上關鍵詞，可以歸納出電網工程全生命周期BIM賦能方式主要包括如下6類：

（1）電網建模和仿真應用。BIM技術應用于電網的三維建模和仿真，使得電力設施的規劃、設計和布局更加直觀和高效。工程師可以使用BIM技術模擬電力設施的運行情況，并預測可能出現的問題，從而優化電網的設計和運行[9]

（2）基于數字孿生平臺的設施管理。BIM技術在電網設施管理中的應用逐漸增多。電網運營商可以利用BIM技術建立設施管理的數字孿生平臺，實時監測設備狀態、維護記錄和設施更新，以提高設施管理的效率和可靠性。

（3）數據集成和協作共享。電網工程通常涉及電力、土木、通信等多個專業的合作。BIM技術有助于將不同專業的數據整合在一個平臺上，促進各專業之間的協作和信息共享，以減少誤差和重復工作[10]

（4）智能電網和物聯網應用。BIM技術與智能電網和物聯網結合，為電網工程帶來更多可能性。通過BIM技術，電力設施可以與傳感器和控制系統連接，以實現智能化監測和自動化運行。

（5）5G和云計算應用。隨著5G技術和云計算的不斷發展，BIM技術在電網工程中的應用也得到加強。高速的數據傳輸和強大的計算能力將為BIM技術的應用提供更多支持，使其更加實用和普及。

（6）可持續能源的智能優化。隨著可再生能源的增加，電網工程需要更加復雜的規劃和管理[1]。BIM技術可以結合人工智能技術，更好地協助工程師優化電網布局與整合可持續能源，實現電力供應的穩定和可持續發展。

2.2 研究熱點

本研究運用CiteSpace的聚類功能，對408篇中英文文獻關鍵詞進行共現頻次分析，得到BIM賦能電網工程領域關鍵詞共線聚類圖譜如圖4所示。關鍵詞共現聚類知識圖譜有助于研究熱點的可視化呈現，在CiteSpace中，將切片時間設置為1，選擇修剪切片網絡，使詞頻共現圖更加可視化。由圖4可知，圓形節點的大小表示關鍵詞出現的瀕次，關注度與頻次密切相關，頻次越高關注度也越高，節點間的連線表示關聯度，連線越粗越密則表明聯系越緊密[12]。選取共現圖譜上中文文獻共現頻次前15的關鍵詞和英文文獻共現頻次前10的關鍵詞進行匯總，得出中英文高頻關鍵詞見表1，中心度表示節點在網絡中的重要程度。

聚類標簽可以彰顯重要主題，在一定程度上表征該領域研究前沿[13]。如圖4a所示，中文文獻聚類結果得到6個主要集群，分別為“#0變電站”“#1應用”“#2協同設計”“#3大數據”“#4電網工程”“#5智能電網”。如圖4b所示，英文文獻聚類結果得到10個主要集群，分別為“#0BIM”“#1 building information modeling”“#2 green buildingastudio”“#3 construction management”“ #4 energy efficiency”“#5building information modelling”“#6 porous crystal”“#7 renewable energy”“ #8milp 1 “#9borniterativemethod”。對各標簽主題進行分類 分析，具體如下：

（2）BIM技術在電網工程項目管理中的應用。關鍵詞“造價管理”“安全管理”“施工管理”“construction”都是電網工程項目管理中的重要環節。通過建立BIM，準確掌握模型所包含的工程量信息，這將提高工程建設資金計劃和施工投入成本準確性。同時，任何設計或者施工產生的數據變更，會引起模型中的工程量信息及造價信息同步變更，其良好的統計和輸出功能將一定程度上提高工程結算效率，進而促進工程項目造價目標管理。BIM技術能夠對建筑模型進行三維模擬施工及預演，及時糾正二維圖樣方案中不能完全表達和發現的施工安全隱患，進而降低施工安全風險[16]。同時，建筑模型幾乎包含工程項目所有的幾何、物理功能信息。任何設計、建造過程的變更，都能通過BIM進行實時更新，能夠在電網工程的全生命周期中實現3D、4D，甚至是5D應用，可極大地提高業主、設計、施工等參建單位溝通效率，使工程進度能夠及時糾偏，如期完成施工進度和實現安全目標。

（1）BIM技術在電網工程規劃設計領域的應用。標簽“#2協同設計”說明學者們對電網工程前期設計階段技術優化的關注度較高。三維協同設計是基于BIM三維模型設計的協同效應[14]根據BIM三維模型的特點，在協同平臺下各專業可從BIM三維模型中獲取項目信息，從而保證項目信息的連續性和成果的可積累性。BIM三維模型為設計的可視化、精準性提供基礎平臺，同時

（3）技術集成。標簽“#5智能電網”、關鍵詞“數字孿生”“智能化”等說明在電網工程中將BIM技術與其他技術手段相結合也是學者們的重要關注點[17]。數字孿生（Digital Twins，DT）解決的是數據到哪里去，發揮什么作用[18]，其指在計算機里創建一個建筑物的動態副本，可以通過持續的勘測，從而實現多源同步，還可實現項目預測及性能優化。數字孿生技術是一項正在高速發展的新技術，在智能管理方面潛力較大，可為復雜動態系統的物理信息融合提供解決思路[19]。目前，數字孿生已應用于工業、交通業等領域。通過將BIM與數字孿生技術相結合，進行物理實體與數字模型之間的雙向數據傳輸和交互，最終實現變電站工程的信息化建設[20]

綜合中英文圖譜的聚類標簽，BIM賦能電網工程領域的研究，以電網工程項目數字化設計與生產為中心，依托BIM技術提供的全方位、立體化、全過程的三維設計平臺[21]，以智能電網為導向，最終實現電網工程項目全過程、全專業、全生命周期的數字化精細管理。

2.3作者、期刊共被引分析

通過對不同國家和機構的研究人員進行合作網絡分析，可展現出BIM賦能電網工程領域的學術交流與協作情況，對該領域的發文作者采用CiteSpace軟件進行分析，得到中文文獻作者合作網絡，如圖5所示，英文文獻作者合作網絡如圖6所示。結果表明共有15位作者在該領域發表了至少3篇高水平文獻，共展現出6大集群，中文文獻作者以呂征宇、周亮、闞竟生等為代表的三大集群，英文文獻作者以 Hu 為中心形成的合作交流較為密切和頻繁。

節點類型選擇Citedjournal，運行軟件后得到期刊共被引圖譜。期刊共被引圖譜如圖7所示。被引頻次前15位的期刊信息見表2。被引頻次最多的期刊為AutomationinConstruction，該期刊涉及方向為建筑工程與技術，影響因子為10.3。中心性最高的期刊是Energy，涉及方向為工程技術，影響因子為8.738。其次是期刊Advanced Engineer-ingInformatics，涉及方向為工程領域的信息與決策研究應用，影響因子為3.772。根據綜合被引頻次與中心性，Automationin ConstructionEnergy和 Ad vancedEngineeringInformatics是BIM賦能電網工程領域的重要核心期刊。

3 結論

本文借助CiteSpace軟件，通過對408篇中英文文獻的梳理，探討近10年BIM賦能電網工程領域的研究動態和趨勢，得出以下結論：

（1）自2007年開始，BIM賦能電網工程領域發文量總體呈上升趨勢，研究成果逐漸豐富，結合關鍵詞演變時間線圖譜分析，可將領域發展劃分為探索期、適應期、快速發展期三個階段。探索期側重對建筑協同設計的開發研究，將建筑設計帶入三維建模，賦能變電站工程，以在源頭上減少錯、漏、碰、缺，最終提升設計效率和設計質量。適應期側重對電網工程施工管理、成本控制等方面進行智能化技術創新。快速發展期，研究寬度和廣度更加細化，強調運用數字孿生等理論體系，打造智慧型直流電網工程。

（2）研究成果的針對性與實用性尚待加強現有研究中有相當數量的文獻重復研究BIM標準在電網工程領域的擴展，搭建的概念框架較多，內容趨于同質化。例如，諸多關于BIM標準的研究，只停留在標準框架搭建、工程體系結構分解等層面，對于標準的適用性以及未來的擴展方向涉及較少，標準的實用性和有效性有待商榷。因此，未來研究應在已搭建的標準框架下，重視標準的制定、驗證及推廣實施，進一步編制完善電網工程BIM標準體系。針對已發布的標準，研究重點是如何在工程中進行標準的驗證以及后續修改完善。同時，若要全面推廣貫徹標準，就必須讓其在設計軟件中落地。因此，完善標準與BIM軟件應用的結合也是一個重要的研究方向。

（3）數據集成管理、信息精準傳遞等方面的研究尚待加強。BIM技術在電網工程中的應用不斷成熟，為工程的信息化和三維實景化奠定重要基礎，同時也為三維數字化平臺的建設提供大量的基礎信息和資源，以BIM技術為核心的三維數字化管理平臺不僅可以實現海量工程數據的存儲與調用，還可以實現異源數據的融合與傳遞，提高工程參建各方信息共享效率。因此，未來需圍繞三維數字化平臺與其他應用軟件高效對接、多原廠模型文件格式統一、模型高壓縮輕量化處理、數據云端高效存儲發布、跨瀏覽器可視化交互展示等方向開展研究，加強研究的前瞻性，提高綜合研判能力。

（4）通過對BIM賦能電網工程領域的學術交流與協作情況分析發現，該領域的研究合作網絡呈現出較為緊密的集群化特征。這種合作模式不僅促進了知識的共享與創新，還推動了BIM技術在電網工程中的深人應用。為進一步加強該領域的研究合作，建議研究者們可以通過以下四種方式展開合作：一是建立跨機構、跨國的合作平臺，促進不同集群之間的交流與合作，打破地域和機構的限制；二是鼓勵研究者參與國際學術會議和研討會，增加面對面交流的機會，深化合作內容；三是利用現代信息技術，如應用在線協作工具和開放獲取期刊，提高研究成果的可見性和可及性，吸引更多研究者加入合作網絡；四是加強產學研合作，推動理論研究與實際應用的結合，提升BIM技術在電網工程中的實際效益。通過這些措施，可以進一步優化合作網絡，提升研究水平，推動BIM賦能電網工程領域的持續發展。

綜合本文對國內外相關文獻的計量分析，諸多學者和企業已經對相關領域展開了較為深入的研究，并開展了諸多應用探索。本研究通過對現有成果的梳理分析，厘清了BIM賦能電網工程領域的研究脈絡和熱點，為學者在未來進行相關研究提供了參考借鑒。由于檢索策略選擇和軟件運行過程中未識別少量文獻數據，本研究在研究對象的完整性上還存在局限性。未來，智能電網工程與BIM技術的研究與應用不可分割，應致力于電網工程信息化和三維實景化研究，從而提高工程的設計建造效率和管理水平。

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收稿日期：2025-02-20

作者簡介：

齊立忠（通信作者）（1968—），男，研究方向：電網工程規劃設計。

榮經國（1988—），男，研究方向：電網工程數字化。

張蘇（1989—），女，研究方向：電網工程數字化。

吳立志（1989一），男，研究方向：BIM數字化技術研究。

鮑駿成（1990—），男，研究方向：BIM數字化技術研究。