基于知識圖譜的BIM能力研究文獻計量分析

摘要：建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）能力逐漸成為BIM研究領域的重要關注點。為梳理BIM能力知識結構演變過程和研究內(nèi)容發(fā)展趨勢，進行文獻計量研究。以中國知網(wǎng)（CNKI）為數(shù)據(jù)來源，利用CiteSpace對2173篇相關核心期刊文獻進行計量分析。結果表明：我國BIM能力相關研究從理論研究逐漸向實踐開發(fā)縱向發(fā)展，并向設計、施工、運維等項目階段橫向擴展；主要涵蓋BIM信息化應用能力、開發(fā)能力、建模能力、項目應用能力等主題，側重于技術能力探索。未來研究可關注“BIM+”應用能力、項目全生命周期下BIM實施能力和基于BIM的數(shù)字化能力。

關鍵詞：BIM能力；CiteSpace；文獻計量分析

0 引言

BIM在國內(nèi)建筑業(yè)經(jīng)過多年發(fā)展，逐步從單一的三維實體表達趨向于涵蓋項目全過程的數(shù)字化管理，成為建筑企業(yè)數(shù)字化轉型和產(chǎn)業(yè)重構的重要手段^[1]。為加速和深化BIM應用，學者們從制度理論、技術創(chuàng)新、政策工具等多個視角進行了相應探索。其中，項目參與方的BIM能力逐漸成為研究的重要關注點^[2-3]。

在組織能力理論視角下，能力是一系列技能、資源、慣例和行為的集合，是組織實現(xiàn)目標績效和提升競爭力的關鍵因素^[4]。技術應用的基礎在于使用主體具備特定能力^[5]。現(xiàn)有研究既探討了使用主體（如設計、咨詢和施工方等）的BIM文化、標準、過程和績效管理等整體能力建設^[6]；也聚焦于特定技術能力，以深化技術應用，如基于BIM的數(shù)字孿生^[7]。盡管BIM能力研究領域涉及的文獻范圍大且內(nèi)容豐富，但目前缺乏對BIM能力整體知識結構演變過程及研究內(nèi)容發(fā)展趨勢的系統(tǒng)梳理。因此，有必要對相關研究成果進行回顧和歸納，以揭示該領域的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。

本文利用CiteSpace軟件對國內(nèi)BIM能力相關研究文獻進行計量分析，識別出該領域的研究主題和熱點等內(nèi)容，并對比國外研究狀況，揭示其發(fā)展趨勢及未來研究方向。

1 研究設計與研究方法

1.1 研究流程設計

本文選擇CNKI作為數(shù)據(jù)來源，并基于BIM能力研究主題，對文獻進行收集、整理、篩選，以獲取所需文獻集；利用CiteSpace進行文獻作者、關鍵詞、突顯詞等計量分析，繪制出關鍵詞聚類圖譜和突顯詞統(tǒng)計表等圖表；基于CiteSpace計量分析結果，結合相關文獻，進行定量及定性分析，得出研究結論。研究流程框架如圖1所示。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻分析方法的選擇

目前，主流的文獻分析方法大體可分為三種，即文獻計量分析、元分析、系統(tǒng)文獻綜述。其中，文獻計量分析由Pritchard提出，并取代了傳統(tǒng)的統(tǒng)計參考數(shù)目方法。其是對已有科學成果進行評估分析，通過分析結果提供特定領域的信息，以便利益相關方做出相應判斷^[8]。該方法借助特定計量軟件分析目標文獻，得到特定領域的研究發(fā)展趨勢及結構模式，適用研究文獻數(shù)量較多的情況。元分析則是通過再分析現(xiàn)有文獻，對比和驗證現(xiàn)有的研究發(fā)現(xiàn)，以創(chuàng)造新的知識內(nèi)容，通常被用來判斷某種影響或關系的方向及強度^[9]。系統(tǒng)文獻綜述是研究者以系統(tǒng)方式進行文獻的獲取、整理、評估，多數(shù)情況以手動方式進行，適用于文獻范圍和數(shù)量較小的情況^[10]。

本文以國內(nèi)文獻數(shù)據(jù)比較完整的數(shù)據(jù)庫——CNKI為基礎，進行文獻檢索。首先，初步檢索到與BIM能力主題有關的核心期刊文獻共2999篇，數(shù)量較多，因此不適合使用系統(tǒng)文獻綜述方法。其次，由于研究主題并非是特定的某種影響或關系，且BIM能力的研究大多不是數(shù)據(jù)分析類型文獻，因此也不適宜采用元分析方法。而文獻計量分析方法較適合文獻數(shù)量較多且為特定領域的研究，能夠滿足探究BIM能力研究內(nèi)容與發(fā)展趨勢的需要。

1.2.2 文獻分析方法軟件的選用

目前，主流的可視化文獻計量的軟件有Bibliometrix R、VOSviewer、Gephi、CiteSpace等，每個軟件都有其優(yōu)劣勢，對應的數(shù)據(jù)庫也有所不同，需要以特定研究領域與目的作為選用標準。

本研究基于篩選出的國內(nèi)BIM能力的相關文獻，選用了CiteSpace作為文獻分析工具，主要原因為：①CiteSpace可提供多種可視化工具，能夠對研究領域的趨勢、模式、主題、關鍵詞和突現(xiàn)詞等進行深度分析，在揭示學術領域內(nèi)的知識結構、動態(tài)演變以及研究前沿等方面優(yōu)于VOSviewer和Gephi；②CiteSpace在處理中文文獻時表現(xiàn)出色，尤其是在與CNKI數(shù)據(jù)庫的兼容性方面更為突出；③CiteSpace已經(jīng)在許多領域的文獻計量分析中得到了廣泛應用，特別是在分析學術研究趨勢和熱點方面，其分析結果通常被認為具有較高的解釋力和可信度^[11]。

2 文獻篩選

本文中的BIM能力指BIM技術的使用主體能夠集中BIM相關資源，有效地實施并完成BIM活動，實現(xiàn)BIM價值的屬性^[12-13]。為獲取BIM能力相關研究文獻，進行文獻的收集、整理、篩選。采用CNKI的高級檢索功能，首先，將“BIM”“建筑信息模型”并含“能力”作為主題詞，限定文獻搜索范圍，首次得到相關文獻45 873篇；其次，為提高研究文獻的質(zhì)量，將文獻大類選為“學術期刊”，并將文獻來源設置為“核心期刊”，得到核心期刊文獻2999篇；再次，發(fā)現(xiàn)BIM能力相關研究文獻最早發(fā)表于2006年，將文獻時間限制為2006—2023年，得到文獻2977篇；最后，排除“醫(yī)學”“圖書情報與數(shù)字圖書館”等不相符學科，通過初步檢索得到相關文獻共2714篇。

對初步檢索后的2714篇文獻進行有效性審查，刪除書評、研討會通知、新聞資訊等與主題無關的文獻，共計刪除534篇，剩余有效文獻2180篇。在導入CiteSpace之前，進行重復性審查，將CNKI導出的Refworks的txt文本分別放入文本重復檢查工具“JSON.IM”與“文本去重復工具”相互驗證檢查，發(fā)現(xiàn)9處文獻標題重復，故進行刪減。最終，文獻計量階段共獲取有效文獻2173篇。

3 文獻基本信息計量分析

3.1 文獻時序分析

按照時間順序統(tǒng)計2006—2023年的發(fā)文量，以揭示BIM能力相關研究關注度的發(fā)展趨勢，BIM能力研究發(fā)文量時序圖如圖2所示。由圖2可知，發(fā)文量整體呈增長趨勢，與我國BIM技術應用政策的發(fā)展步調(diào)較為一致?！?003—2008年全國建筑業(yè)信息化發(fā)展規(guī)劃綱要》著重提出，信息化是建筑業(yè)的發(fā)展目標，要求應用信息化技術，推動建筑業(yè)信息化發(fā)展，2006年，學術界發(fā)表與BIM能力相關的核心文章3篇；《2011—2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》進一步指出，要在“十二五”期間加快推進BIM技術在工程中的應用，推動信息化標準建設。2011—2017年，BIM能力相關研究快速發(fā)展，發(fā)文數(shù)量呈現(xiàn)大幅增長趨勢，從2011年發(fā)表10篇增長至2017年發(fā)表277篇；此后，《2016—2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》明確提出，加強BIM、大數(shù)據(jù)、智能化等信息技術集成能力的總體目標，《“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出，預計到2025年，我國基本建成BIM技術框架和標準體系。同階段，BIM能力研究也不斷推進，至2021年達到年均發(fā)文量最大值341篇，2022全年發(fā)文量為186篇。

3.2 文獻作者計量分析

構建BIM能力相關研究文獻的作者合作圖譜，以揭示主要作者間的合作關系及其團隊研究方向。為使合作圖譜更加清晰，對圖譜進行適當調(diào)整，主要關注發(fā)文數(shù)量多及作者間聯(lián)系密度較大的作者節(jié)點，對其余不重要節(jié)點進行隱藏。BIM能力研究文獻作者合作圖譜，如圖3所示。通過對圖譜的分析，可以發(fā)現(xiàn)共有4個主要研究團隊，主要聚焦BIM技術能力和功能的研究。

3.3 研究機構計量分析

構建研究機構間的合作圖譜，以揭示主要研究機構的合作網(wǎng)絡關系及不同區(qū)域的研究力度。主要關注成果較為突出的研究機構，同時為提升圖譜的清晰度與可讀性，對發(fā)文數(shù)量少且合作強度低的機構節(jié)點進行隱藏，突顯主要研究機構及其合作關系。對篩選后的節(jié)點進行重新排布，按照地理位置劃分為華北、華東、東北、華中、華南、西南、西北七大地區(qū)。BIM能力研究發(fā)文機構合作圖譜如圖4所示。通過分析圖譜發(fā)現(xiàn)：①在BIM能力相關研究方面，國企和高校是最主要的研究發(fā)文機構；②合作主要集中于部分校企間，企業(yè)間的合作密度較??；③不同地區(qū)研究產(chǎn)出和聯(lián)系強度呈現(xiàn)差異性。

統(tǒng)計研究機構的發(fā)文數(shù)量，對發(fā)文量排名前10的研究機構進行排序（表1）。高校的研究一般早于企業(yè)，排名前三位的分別是華中科技大學、清華大學和同濟大學。對比研究機構合作圖譜，發(fā)現(xiàn)近年的BIM能力相關研究主要集中于國企，呈現(xiàn)出高校領頭、企業(yè)支撐賦能的研究走向。

4 文獻內(nèi)容計量分析

4.1 關鍵詞分析

關鍵詞是對文章核心思想的凝練，能夠集中反映文獻的中心內(nèi)容。利用CiteSpace軟件對選定文獻的關鍵詞進行可視化分析，展現(xiàn)該領域主要研究內(nèi)容及不同研究方向間的聯(lián)系。初步可視化的節(jié)點數(shù)量為393，連線數(shù)量為701。鑒于圖譜過于復雜，選擇CiteSpace提供的剪枝策略對網(wǎng)絡圖譜進行簡化，得出BIM能力關鍵詞網(wǎng)絡圖譜，如圖5所示。

同時，為突出主要研究主題，統(tǒng)計BIM能力出現(xiàn)頻次排名前10的關鍵詞（表2）。

通過對圖譜和排序表的分析發(fā)現(xiàn)：①整體上看，BIM能力相關研究的關鍵詞大多聚焦于實際應用層面，涉及設計、施工、運維等階段，突出為BIM技術能力；②關鍵詞之間的聯(lián)系較為緊密，橫跨工程領域的各個方面，例如，三維、模型、建模等關鍵詞與鋼結構、管線綜合、智慧城市等方面聯(lián)系起來，研究主題交叉性強；③出現(xiàn)頻次排名前10位的關鍵詞在近年來（2021—2022年）的研究中都有涉及。這反映出BIM能力的研究開展時間雖然較早，但仍處于發(fā)展階段，更側重于“深化設計”“應用”“施工管理”等方面的研究。

具體來說，BIM能力相關研究不僅涉及“信息化”“應用”等方面的縱向發(fā)展，也包括“設計”“施工”“開發(fā)”等領域的橫向擴展?？v向發(fā)展方面，吳賢國等^[14]通過結構方程模型方法提出企業(yè)的技術支持、創(chuàng)新網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)互用能力、企業(yè)吸收能力對BIM創(chuàng)新應用與建筑業(yè)信息化的重要影響；張云翼等^[15]認為，BIM技術通過與云、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)技術交叉結合，能促進工程數(shù)據(jù)的積累、存儲、管理與應用，提高BIM實際應用的技術能力。橫向擴展方面，胡振中等^[16]提出了基于IFC的傳感信息儲存方法和應用流程，以促進BIM對施工過程中產(chǎn)生的傳感器信息和工程數(shù)據(jù)的集成管理；韓冬辰等^[7]提出建筑數(shù)字孿生體的構想，利用Python語言編程，實現(xiàn)從“獲取”到“比對”再到“修正”的BIM建模技術，更加關注BIM開發(fā)能力。綜上所述，以往研究主要涵蓋了BIM信息化應用能力、開發(fā)能力、建模能力、項目應用能力等內(nèi)容，側重于技術能力探索。

4.2 關鍵詞聚類與趨勢分析

關鍵詞聚類進一步反映了研究內(nèi)容的具體類別，明確該領域的主要研究方向與熱點。基于關鍵詞統(tǒng)計分析，對關鍵詞進行聚類，得出關鍵詞的“共性描述”（聚類名稱），BIM能力關鍵詞聚類圖譜如圖6所示。為了更清晰地反映研究內(nèi)容的發(fā)展趨勢，對出現(xiàn)頻次低的節(jié)點進行刪減，構建BIM能力關鍵詞時區(qū)圖，如圖7所示。

從圖6中分析發(fā)現(xiàn)，BIM能力相關研究的第一大類是“二次開發(fā)”，主要基于三維建模、可視化、數(shù)據(jù)處理等方面進行新功能的開發(fā)，如陳鑫堯等^[17]針對Revit機電管線碰撞檢測，開發(fā)了硬碰撞和間隙碰撞模式；第二大類是“信息化”，包含工程設計、技術設計、系統(tǒng)設計等研究內(nèi)容，如胡振中等^[18]從工程數(shù)據(jù)的組織與處理、挖掘與分析兩方面評估了BIM等信息化技術成果與瓶頸；第三大類是“施工”，包括橋梁工程、綠色施工、施工成本等內(nèi)容，如吳賢國等^[19]構建了基于BIM的施工進度管理流程，并基于BIM進行項目進度分析與控制；第四大類是“協(xié)同設計”，該領域主要包括“協(xié)同平臺”在內(nèi)的聯(lián)動設計和面向“智能建造”“智能管控”的深度設計，如朱慧嫻等^[20]結合裝配式構件的標準化設計與組裝特點，增強BIM在裝配式領域的設計協(xié)同能力。

BIM能力研究的其他領域可以進一步歸為交通（如軌道交通和地鐵車站）、項目管理（質(zhì)量、成本、進度管理等方面）、應用三大類。應用類包含技術應用與應用能力研究，其中技術應用聚焦于“三維模型”“鋼結構”“施工模擬”，以探究BIM建模能力與實際項目應用能力；應用能力研究則關注BIM能力成熟度，側重于評估體系的建立，如陳永鴻等^[21]基于結構方程模型構建了項目BIM能力測度體系。

根據(jù)圖7，可以將關鍵詞時區(qū)圖大體分為三個階段：第一階段為2006—2009年，該階段大多為包括“信息模型”“信息庫”“信息共享”在內(nèi)的相關理論研究；第二階段為2010—2016年，相關研究開始轉向“施工模擬”“深化設計”“碰撞檢查”“二次開發(fā)”等實際應用層面；第三階段為2017—2022年，BIM開始與“虛擬現(xiàn)實”“傾斜攝影”“人工智能”“數(shù)字孿生”等其他數(shù)字技術結合，應用能力的研究擴展到“BIM＋”層面。整體上看，我國BIM能力相關研究側重技術應用方向，而對于BIM的“戰(zhàn)略”“過程”“文化”等方面的能力探索和建設比較缺乏。

4.3 前沿研究分析

4.3.1 研究前沿演化分析

基于關鍵詞出現(xiàn)的時間規(guī)律，可根據(jù)突顯詞反映某段時間內(nèi)的前沿研究。使用CiteSapce統(tǒng)計相關核心期刊中的BIM能力研究突顯詞（圖8），按照突顯開始時間進行排序。2006—2017年突顯詞“管理”貫穿始終，其突顯時間長，突顯強度為3.24。管理方面的BIM能力研究處于長期且平穩(wěn)的趨勢。在此期間，2012—2016年“信息化”開始強勢突顯，突顯強度為25.06，代表該段時間內(nèi)的主流前沿研究，同時也是建筑業(yè)的首要改革方向；2014—2017年“施工技術”“高層建筑”“深化設計”“綠色施工”開始分段突顯，此時BIM能力的相關前沿研究轉入技術應用領域，推動BIM技術能力在實踐方面的提升。隨后“civil 3d”“二次開發(fā)”一度成為前沿性研究，提高了BIM軟件應用能力與應用上限。2019—2022年，BIM能力相關探究領域再一次擴大，“水利工程”“隧道工程”“高速鐵路”各自開始探究自身領域的BIM技術應用；同時“智能建造”成為前沿研究熱點，推動建筑業(yè)的數(shù)字化發(fā)展；近年來“正向設計”也開始走向研究者的視野，要求從流程上提高BIM設計能力^[22]。

4.3.2 未來研究方向

基于研究分析，對比國外研究現(xiàn)狀，未來可以從以下幾個方向展開進一步研究。

（1）繼續(xù)聚焦“BIM+”應用能力，推動BIM與其他數(shù)字技術結合應用。關鍵詞的動態(tài)演變揭示了BIM從單一的建模、設計模擬到信息化管理再到數(shù)字化、智能化應用的研究過程。隨著BIM技術基礎性應用的逐步實現(xiàn)，如何推動BIM在智慧工地、智能建造等場景下與人工智能、數(shù)字孿生等數(shù)字技術的融合發(fā)展，提高“BIM+”技術的實際應用能力^[23]，從而有效實現(xiàn)BIM的數(shù)據(jù)集成管理，將成為未來的發(fā)展趨勢。

（2）探究項目全生命周期BIM實施的能力需要。國內(nèi)已有研究多關注BIM開發(fā)能力、建模能力等，聚焦于技術層面，關注項目局部的BIM應用深度（如設計、施工、運維等）。BIM的創(chuàng)新性研究和二次開發(fā)廣泛推動了基于BIM的多種功能實現(xiàn)。但在整體項目建設流程中，BIM實施仍然難以貫穿項目全生命周期。在項目全生命周期BIM應用情境下，從項目管理視角探究和提升BIM實施的應用能力，推動各階段BIM活動的銜接，有利于實現(xiàn)研究成果的整合，滿足項目BIM應用的實際需求。

（3）探究基于BIM的數(shù)字化能力。在建筑業(yè)信息化變革過程中，已有研究大多基于信息化發(fā)展需求，將BIM作為信息儲存手段進行相關研究。隨著建筑業(yè)邁入數(shù)字化時代，BIM技術成為企業(yè)數(shù)字化轉型的重要技術。如何將BIM中存儲的信息和數(shù)據(jù)，與企業(yè)的業(yè)務結合進行數(shù)據(jù)治理，需要進一步探究基于BIM的數(shù)字化能力，以推動建筑企業(yè)數(shù)字化轉型，實現(xiàn)數(shù)據(jù)價值。

5 結語

為探究我國的BIM能力知識結構演變過程與研究內(nèi)容發(fā)展趨勢，本文篩選出CNKI數(shù)據(jù)庫中BIM能力主題的核心期刊文獻2173篇，利用CiteSpace進行計量分析，探究BIM能力研究領域的主要研究內(nèi)容與發(fā)展趨勢。

我國BIM能力相關研究從2006年開始，發(fā)文量整體呈上升趨勢，2021年達到年均發(fā)文量最大值，為341篇。但研究機構間的總體合作關系不密切，不同地區(qū)的研究產(chǎn)出和聯(lián)系強度呈現(xiàn)差異性。該領域的研究處于國家政策支持、國企與高校聯(lián)合推動的階段，其中，華中科技大學、清華大學和同濟大學處于高校BIM研究發(fā)文量排名的前三位。

在研究主題方面，“信息化”成為出現(xiàn)頻次最高的關鍵詞，其次是“應用”“可視化”“施工管理”“深化設計”等關鍵詞。在關鍵詞聚類分析中，“二次開發(fā)”成為BIM能力相關研究的第一大類，“信息化”“施工”“協(xié)同設計”等是其他主要研究大類?？傮w來說，研究主要涵蓋BIM信息化應用能力、開發(fā)能力、建模能力、項目應用能力等內(nèi)容，側重于項目技術的應用點。

在研究發(fā)展方面，BIM能力相關研究在橫向上涉及設計、施工、運維等各個階段及鋼結構、管線綜合、智慧城市等各方面，涵蓋范圍廣。在縱向上，2006—2009年的研究關注“信息模型”“信息共享”等理論論述；2010—2016年關注“設計”“施工”等實踐研究，逐步從理論性研究轉變?yōu)閷嵺`性開發(fā)應用；2017—2022年關注BIM與“人工智能”“數(shù)字孿生”等其他數(shù)字技術的融合，應用能力的深度不斷提高?！爸悄芙ㄔ臁背蔀榻甑难芯客伙@詞。在此趨勢下，“BIM+”技術日漸突顯，建筑業(yè)數(shù)字建造和智慧建造成為一大發(fā)展方向，對“BIM+”的應用能力提出更高要求。

基于上述BIM能力的文獻計量分析結果，未來研究可聚焦“BIM+”應用能力，推動BIM與其他數(shù)字技術結合應用；探究項目全生命周期BIM實施的能力需要；探究基于BIM的數(shù)字化能力。

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收稿日期：2024-09-12

作者簡介：

楊雨苗（1999—）男，研究方向：BIM、建筑數(shù)字化。

張?zhí)K娟（通信作者）（1991—），女，博士，助理教授，研究方向：建筑數(shù)字化、重大工程項目管理、ESG與基礎設施可持續(xù)。

賀橋（2000—），男，研究方向：BIM、建筑低碳。

花園園（1989—），女，博士，副教授，研究方向：建筑企業(yè)數(shù)字化、國際工程管理。

陳珂（1991—），男，博士，副教授，研究方向：新型建筑工業(yè)化。