基于文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)法的BIM熱點(diǎn)與趨勢(shì)研究

王傳林

(汕頭大學(xué) 工學(xué)院，汕頭 515063)

引言

建筑信息模型，簡(jiǎn)稱BIM(Building Information Modeling)，最近幾年在國(guó)內(nèi)外的建筑行業(yè)受到越來越多的關(guān)注及應(yīng)用。BIM技術(shù)是一個(gè)完備的信息模型，它以3D模型為載體，集成了建筑、結(jié)構(gòu)、管道、施工以及運(yùn)維等建設(shè)項(xiàng)目的相關(guān)信息，為工程設(shè)計(jì)與施工提供相互協(xié)調(diào)、內(nèi)部一致的信息模型，有助于提高建設(shè)行業(yè)的效率并節(jié)省能源。BIM的相關(guān)概念其實(shí)在1970年代已經(jīng)出現(xiàn)了[1-3]。而建筑模型(building modeling)這個(gè)詞相繼由Ruffle[4]于1985年以及Aish[5]于1986年提出。但是，完整的BIM這個(gè)詞則是第一次由Van Nederveen和Tolman[6]于1992年提出。雖然BIM的相關(guān)概念很早就已經(jīng)提出了，但是最初并沒有被廣泛接受。直到2002年，Autodesk公司發(fā)布的一份白皮書——《Building Information Modeling》后，BIM才開始受到歡迎與重視。特別是最近五年時(shí)間，越來越多的大型建設(shè)工程開始使用BIM技術(shù)。例如，上海中心大廈是國(guó)內(nèi)第一個(gè)真正意義上應(yīng)用BIM技術(shù)的工程項(xiàng)目。該項(xiàng)目主要的應(yīng)用包括復(fù)雜區(qū)域管線碰撞檢查、管線綜合以及施工進(jìn)度模擬等。

歐美國(guó)家在BIM領(lǐng)域展開的研究較早，技術(shù)也較成熟，在實(shí)際工程中應(yīng)用BIM的程度也比國(guó)內(nèi)高。英國(guó)最高大廈Shard在建設(shè)過程中也采用了BIM技術(shù)。主要應(yīng)用包括調(diào)整設(shè)備的位置、模擬施工安排和進(jìn)度以及及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)。我國(guó)引進(jìn)BIM相關(guān)概念和技術(shù)較歐美國(guó)家晚，因此發(fā)展水平也有限。楊德磊[7]認(rèn)為我國(guó)的BIM研究還停留在認(rèn)知階段，還亟需政府的大力推廣。本研究的主要目的是研究經(jīng)過近幾年的發(fā)展，BIM在國(guó)內(nèi)的研究領(lǐng)域處于哪一個(gè)階段，同時(shí)研究熱點(diǎn)又有哪些以及未來的研究趨勢(shì)是如何。本研究的結(jié)果可以為我國(guó)BIM的研究和發(fā)展提供參考和借鑒作用。

1 研究方法

本研究采用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法(Bibliometrics Method)進(jìn)行研究。文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)是以文獻(xiàn)量、作者數(shù)和詞匯數(shù)為研究對(duì)象，采用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、文獻(xiàn)學(xué)等研究方法，研究文獻(xiàn)信息分部結(jié)構(gòu)、數(shù)量關(guān)系和變化規(guī)律，并探討科學(xué)技術(shù)的某些結(jié)構(gòu)、特征和規(guī)律[8]。通過定量分析，文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)可以揭示某一學(xué)術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展歷程、研究重點(diǎn)以及預(yù)估未來的研究方向。賈美珊等[9]通過該種方法分析了國(guó)內(nèi)智慧建造應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀，得到了很好的分析結(jié)果。

傳統(tǒng)文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法可以分為三類：(1)基于作者的計(jì)量方法； (2)基于引文的計(jì)量方法； (3)基于關(guān)鍵詞的計(jì)量方法。本文將采用第三種方法，即基于關(guān)鍵詞的計(jì)量方法，即統(tǒng)計(jì)共現(xiàn)的關(guān)鍵詞以及頻次。通過文獻(xiàn)的詞頻分析可確定學(xué)科或行業(yè)的研究熱點(diǎn)和研究趨勢(shì)。對(duì)這些關(guān)鍵詞的統(tǒng)計(jì)，可以揭示這些詞匯之間的親疏關(guān)系，從而分析其所代表的學(xué)科主題結(jié)構(gòu)的演變。如果某一個(gè)關(guān)鍵詞在多篇文獻(xiàn)中共現(xiàn)，表明其是該學(xué)科的研究熱點(diǎn)。如果基于文獻(xiàn)發(fā)表的時(shí)間發(fā)現(xiàn)其出現(xiàn)的頻次越來越高，揭示該關(guān)鍵詞是該學(xué)科未來幾年的研究方向。但是不同關(guān)鍵詞之間的相互關(guān)系并不清楚，因此關(guān)鍵詞之間的關(guān)系網(wǎng)將通過社交網(wǎng)絡(luò)分析繪制。

社交網(wǎng)絡(luò)分析(Social Network Analysis)是由社會(huì)學(xué)家根據(jù)數(shù)學(xué)方法、圖論等發(fā)展起來的定量分析方法。社交網(wǎng)絡(luò)分析問題起源于物理學(xué)中的適應(yīng)性網(wǎng)絡(luò)，通過研究網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，有助于把個(gè)體時(shí)間關(guān)系、微觀網(wǎng)絡(luò)與社會(huì)系統(tǒng)的“宏觀”結(jié)構(gòu)結(jié)合起來，通過數(shù)學(xué)方法、圖論等定量分析方法來解決一些社會(huì)問題。在社交網(wǎng)絡(luò)分析方法中，節(jié)點(diǎn)(node)代表關(guān)鍵詞，邊(edge)代表關(guān)鍵詞之間的關(guān)系，度(degree)表示連接關(guān)鍵詞活躍性的度量，即與關(guān)鍵詞相連的邊的數(shù)目。

本文將以CNKI數(shù)據(jù)庫中收錄的文獻(xiàn)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計(jì)文獻(xiàn)中出現(xiàn)的關(guān)鍵詞及其頻次，并采用社交網(wǎng)絡(luò)分析法進(jìn)行系統(tǒng)分析，并通過數(shù)據(jù)可視化分析方法直觀展示BIM研究的熱點(diǎn)以及未來趨勢(shì)。

2 數(shù)據(jù)收集與處理

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究以CNKI數(shù)據(jù)庫中收錄的文獻(xiàn)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。檢索CNKI中2012年-2018年間發(fā)表的以BIM為關(guān)鍵詞的文獻(xiàn)，獲得大量的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)。根據(jù)檢索結(jié)果，得到10 306篇文章。由于期刊數(shù)量過多，且文章數(shù)也過多，因此，本文只選擇被SCI、EI以及核心期刊收錄的高水平文章。經(jīng)過篩選，得到1 020篇文章。本研究將基于這1 020篇文獻(xiàn)進(jìn)行。

2.2 數(shù)據(jù)處理

本研究將用到文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法和社交網(wǎng)絡(luò)法進(jìn)行研究，由于數(shù)據(jù)量巨大，本研究將采用UCINET軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以及可視化。UCINET軟件可以采用多種形式對(duì)量大的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并以可視化的形式直觀展現(xiàn)。

3 BIM研究

3.1 時(shí)間分布

圖1展示了過去六年時(shí)間，關(guān)于BIM研究文獻(xiàn)發(fā)表的篇數(shù)統(tǒng)計(jì)。從圖1中可以看出，國(guó)內(nèi)對(duì)于BIM研究的文獻(xiàn)資料的數(shù)量呈上升趨勢(shì)，且增長(zhǎng)速度非?？?。從CNKI數(shù)據(jù)庫發(fā)現(xiàn)，在2012年之前的文獻(xiàn)數(shù)量非常少，因此在本研究中并沒有引用。但是2012年之后，國(guó)內(nèi)的BIM研究快速發(fā)展。從圖1中可以看出，每年發(fā)表文章的增長(zhǎng)速度非?？欤@也表明BIM越來越受到學(xué)術(shù)界和工程界的關(guān)注，有越來越多的學(xué)者以及工程師展開對(duì)BIM以及BIM相關(guān)技術(shù)及應(yīng)用的研究。其次，這也與國(guó)家推廣建筑業(yè)信息化的發(fā)展戰(zhàn)略有關(guān)。住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部于2011年印發(fā)的《2011-2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》[10]以及2016年印發(fā)的《2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》[11]極大地推動(dòng)了BIM研究的發(fā)展。國(guó)家和地方政策的推動(dòng)以及產(chǎn)業(yè)界的需求將會(huì)促使BIM在未來的一段時(shí)間保持繁榮發(fā)展。

圖1 BIM近五年研究時(shí)間分布圖

3.2 期刊分布

本研究所提取的1 020篇文章發(fā)表在156種期刊上。其中發(fā)表超過10篇文章的期刊有18種，具體見表1。通過對(duì)核心期刊刊載研究的關(guān)注與學(xué)習(xí)，可以及時(shí)了解到BIM及其相關(guān)領(lǐng)域的研究前沿和趨勢(shì)。從表1中可以看出，文獻(xiàn)發(fā)表量前18的期刊都是核心期刊，并沒有一本被SCI或EI收錄，因此，也說明我國(guó)的BIM研究程度不深入，研究的領(lǐng)域也缺乏前沿性，目前處于比較基礎(chǔ)和應(yīng)用的階段。同時(shí)這18種期刊所發(fā)表的文章總數(shù)為718篇，

表1 期刊分布表

表2 高頻關(guān)鍵詞列表(詞頻≥5)

占比為70.4%。說明我國(guó)關(guān)于BIM研究的文獻(xiàn)發(fā)表比較集中，這也間接表明我國(guó)的BIM研究領(lǐng)域相對(duì)比較集中，并沒有展開多方向、全方面的研究。表1中排名第一和第二的期刊都與技術(shù)有關(guān)，而且其所刊載的文章篇數(shù)占前18期刊所發(fā)表文章的56.7%。這說明了目前中國(guó)關(guān)于BIM的研究主要著重點(diǎn)是在技術(shù)應(yīng)用上，即如何把BIM應(yīng)用在施工或者工程中。從目前我國(guó)每年巨大的工程建設(shè)量來看，未來這一類的文獻(xiàn)還會(huì)出現(xiàn)大量增長(zhǎng)。

3.3 研究熱點(diǎn)

從數(shù)據(jù)中提取到2 285個(gè)關(guān)鍵詞，其中有一些關(guān)鍵詞是相同或相近的，例如BIM和建筑信息模型，因此，可以縮短為一個(gè)關(guān)鍵詞。選擇詞頻大于等于5的關(guān)鍵詞作為高頻關(guān)鍵詞，共計(jì)55個(gè)，見表2。

從表2中可以發(fā)現(xiàn)BIM研究中的關(guān)注熱點(diǎn)及研究重點(diǎn)，其中BIM、信息化、應(yīng)用、深化設(shè)計(jì)以及項(xiàng)目管理是最主要的幾個(gè)研究熱點(diǎn)。這也符合BIM最初被提出的初衷，即為工程設(shè)計(jì)與施工提供相互協(xié)調(diào)、內(nèi)部一致的信息模型，提高建設(shè)行業(yè)的效率并節(jié)省能源。雖然表2能夠得到BIM研究中的關(guān)注熱點(diǎn)，但是每個(gè)關(guān)鍵詞之間的聯(lián)系還不得知。如果想要知道在BIM研究中，哪些關(guān)鍵詞之間是有聯(lián)系，或者是相互影響，則需要用到社交網(wǎng)絡(luò)分析法。把從SATI提取的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到UCINET中，就可以得到各個(gè)關(guān)鍵詞之間的相互聯(lián)系，見圖2。

圖2節(jié)點(diǎn)的大小代表該關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次，節(jié)點(diǎn)越大，表明該關(guān)鍵詞出現(xiàn)的次數(shù)就越多，說明該關(guān)鍵詞受到的關(guān)注度也越高。節(jié)點(diǎn)之間的連線表示關(guān)鍵詞之間的共線關(guān)系，即該兩關(guān)鍵詞曾出現(xiàn)在同一篇文獻(xiàn)中。某一關(guān)鍵詞與其他關(guān)鍵詞的連線越多，表明該關(guān)鍵詞越處于核心位置。從圖中可以看出，BIM、BIM技術(shù)、信息化、項(xiàng)目管理以及全生命周期等是關(guān)注熱點(diǎn)，同時(shí)也是處于研究的中心領(lǐng)域，它們與其他關(guān)鍵詞之間的聯(lián)系更頻繁與緊密。同時(shí)，也可以看出施工模擬、碰撞檢查、全生命周期以及安全管理等也是目前BIM研究的重點(diǎn)。

3.3 聚類分析

根據(jù)表1中的關(guān)鍵詞，可以把BIM領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)分為以下幾類：

圖2 關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖

(1)BIM的相關(guān)概念研究。該類的關(guān)鍵詞包括BIM技術(shù)，信息化以及BIM模型等。國(guó)內(nèi)許多從業(yè)者并不清楚何為BIM或者知道但是缺乏相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)。因此，目前國(guó)內(nèi)的BIM研究有一部分是集中在BIM的相關(guān)概念的普及及框架的建立。

(2)BIM的相關(guān)軟件或與其他軟件結(jié)合。該類的關(guān)鍵詞有Revit，GIS，ArchiCAD等。由于BIM只是一種技術(shù)，其中涉及建模、結(jié)構(gòu)計(jì)算等方面的內(nèi)容。目前市面上存在的商業(yè)軟件只在某一些方面有優(yōu)勢(shì)。要想獲得全面的、更有效的應(yīng)用，必須要在特定的軟件上進(jìn)行操作。

(3)BIM標(biāo)準(zhǔn)的研究。該類關(guān)鍵詞包括IFC標(biāo)準(zhǔn)，參數(shù)化設(shè)計(jì)、RFID等。在BIM領(lǐng)域，數(shù)據(jù)的交換和描述很重要。由于BIM技術(shù)綜合了建筑行業(yè)里面的各個(gè)部門，因此，不同部門之間的數(shù)據(jù)如何交換很重要。BIM未來的順利推廣需要建立一個(gè)完善的BIM標(biāo)準(zhǔn)。

(4)BIM功能應(yīng)用的開發(fā)與研究。該類關(guān)鍵詞包括深化設(shè)計(jì)，項(xiàng)目管理，施工模擬等。BIM的商業(yè)價(jià)值在于降低項(xiàng)目的建設(shè)成本，因此，一個(gè)項(xiàng)目從設(shè)計(jì)，到施工，再到運(yùn)維，BIM都可以參與其中，目的是通過參數(shù)模型整合各項(xiàng)的相關(guān)信息，使技術(shù)人員對(duì)各種建筑信息做出正確和高效的應(yīng)對(duì)，為參與各方提供協(xié)同工作的基礎(chǔ)，提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期，從而減少工程造價(jià)。

3.4 研究趨勢(shì)

(1)BIM相關(guān)概念的研究趨勢(shì)

BIM相關(guān)概念的研究趨勢(shì)圖見圖3。從圖中可以看出，BIM相關(guān)概念的文章發(fā)表篇數(shù)一直呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。這也說明我國(guó)有越來越多的研究人員投入到BIM的研究中去。由于BIM技術(shù)對(duì)于國(guó)內(nèi)大多工程師和研究者來說，是一個(gè)新事物。雖然有聽說BIM，但是對(duì)于BIM的真正內(nèi)容并不了解，因此，BIM相關(guān)概念還需要一定時(shí)間的普及。目前，BIM在我國(guó)還處于起步階段，未來還需要一定的時(shí)間才能趕上歐美發(fā)達(dá)國(guó)家?？梢灶A(yù)見在未來的幾年時(shí)間里，這類的文章將會(huì)大量發(fā)表。

圖3 BIM相關(guān)概念的研究趨勢(shì)

(2)應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)的研究趨勢(shì)

圖4展示了BIM應(yīng)用于各類建筑的情況。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，從12年到15年，工程項(xiàng)目采用BIM技術(shù)不多，但是從16年開始，不管是設(shè)計(jì)，施工還是管理，有越來越多的建筑工程項(xiàng)目采用BIM技術(shù)，而且在可預(yù)見的將來，這種增長(zhǎng)速度還將保持一段時(shí)間。隨著國(guó)家大力發(fā)展裝配式建筑以及建設(shè)地下綜合管廊等，BIM技術(shù)在這些工程項(xiàng)目中的運(yùn)用會(huì)越來越多，這也會(huì)有力推動(dòng)BIM技術(shù)的發(fā)展。

圖4 建筑應(yīng)用BIM情況

(3)BIM在各階段的使用情況

圖5展示BIM在項(xiàng)目各階段使用的情況。從圖中可以看出，不管在哪一個(gè)階段，采用BIM技術(shù)的工程項(xiàng)目都是呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。目前BIM比較多地應(yīng)用在設(shè)計(jì)和施工過程中，而且未來還會(huì)保持快速的增長(zhǎng)趨勢(shì)。BIM在項(xiàng)目的管理階段使用的也比較多，但是增長(zhǎng)幅度還不是特別大。從圖5還可以得知，有越來越多的BIM技術(shù)會(huì)應(yīng)用到建筑的全生命周期中，即在整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工、管理以及運(yùn)維等階段都會(huì)采用BIM技術(shù)。

圖5 BIM在項(xiàng)目各階段使用情況

4 結(jié)論

本文采用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)法統(tǒng)計(jì)2012-2018年發(fā)表的高水平文獻(xiàn)，通過社交網(wǎng)絡(luò)法以及共詞分析法分析BIM領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)以及研究趨勢(shì)。根據(jù)本文的分析，可以總結(jié)出以下幾點(diǎn)。

(1)國(guó)內(nèi)的BIM研究目前處于快速發(fā)展時(shí)期。雖然BIM在國(guó)外被提出已經(jīng)有三十多年的時(shí)間，但是在國(guó)內(nèi)被廣泛研究的時(shí)間并不長(zhǎng)。最近幾年關(guān)于BIM技術(shù)的文章發(fā)表數(shù)量呈指數(shù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)。在可預(yù)見的未來，這種趨勢(shì)還會(huì)保持相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間。

(2)國(guó)內(nèi)的BIM研究還處于早中期階段。國(guó)內(nèi)目前的研究熱點(diǎn)主要集中于BIM的相關(guān)概念的推廣以及在實(shí)際工程中的應(yīng)用，所發(fā)表的文章的類型較集中，且大多是被核心期刊收錄，被SCI及EI收錄的高質(zhì)量期刊較少。因此，未來的學(xué)者可以在其他方面展開更為廣泛和深入的研究，填補(bǔ)空白。

(3)BIM技術(shù)越來越多地應(yīng)用在不同建設(shè)項(xiàng)目上。國(guó)家目前在力推建筑工業(yè)化以及地下綜合管廊等國(guó)家戰(zhàn)略，這些工程項(xiàng)目的建設(shè)離不開BIM技術(shù)。因此，未來會(huì)有越來越多的裝配式項(xiàng)目及地下綜合管廊會(huì)應(yīng)用BIM技術(shù)。同時(shí)，未來BIM技術(shù)會(huì)應(yīng)用在建設(shè)項(xiàng)目的全生命周期中，即把設(shè)計(jì)、施工、管理以及運(yùn)維等都包括進(jìn)去。