基于CiteSpace的国内外BIM%2BGIS技术应用和分析.pdf

信息通信基于 CiteSpace 的国内外BIM+GIS 技术应用和分析（江西理工大学土木与测绘工程学院（南昌）,江西南昌330 0 44）摘要：近年来，我国三维城市信息模型逐渐发展，其中涉及各方面的信息数据,BIM+GIS作为其关键技术，各学者和技术人员对其研究逐步深入，成为其行业内的热点。通过选取国内外对BIM+GIS发表的有关论文对其进行相关分析，探讨其研究现状和发展趋势，对模型应用进行可视化分析，结果表明：国内外对BIM+GIS集成研究侧重点有所不同，其技术理论逐渐成熟，其成果在一些工程项目上已经有初步应用，与互联网、大数据等相关信息技术的结合集成应用将成为新的研究重点。关键词：BIM+GIS；可视化;CiteSpace中图分类号：TP391BIM+GIS technology application and analysis at home and abroad based on CiteSpace(School of Civil Engineering and Eurveying And Mapping Engineering,Nanchang 330044,China)Abstract:In recent years,three-dimensional urban information model has developed gradually in our country,which involves all as-pects of information data.As its key technology,BIM+GIS has been researched gradually and deeply by various scholars and technici-ans,and has become a hot spot in its industry.By selecting the relevant papers published on BIM+GIS at home and abroad,the relevantanalysis is carried out to discuss its research status and development trend,and the visualization analysis is carried out on the applicationof the model.The results show that:The research focus of BIM+GIS integration at home and abroad is different.Its technical theoryis gradually mature,and its results have been preliminarily applied in some engineering projects.The integration and application ofBIM+GIS integration with the Internet,big data and other related information technologies will become a new research focus.Keyword:BIM+GIS;visualization;CiteSpace1引言建筑信息模型（BIM)主要应用于建筑领域，可以表示建筑物全生命周期项目特征，注重建筑物微观层次的信息表达，在AEC行业有着广泛应用。地理信息系统（GIS)是地理信息行业的主要工具，其表达的精细程度不如建筑信息模型，但在宏观地理表达方面具有独特的优势，在国土空间规划、路线选择等方面有着广泛一个应用 2 。随着我国智慧城市的发展，单一的技术已经不能满足其需求，信息逐步向多元化、可视化发展，多领域、多行业的融合是未来城市发展的趋势。BIM+GIS作为一项新兴的技术和理念，现已成为当前国内外科研人员及相关业界人士关注的焦点,近年来发展迅速，发文量逐渐增多。由于产生的时间不长，涉及的领域、学科非常广泛，有必要充分了解近年来国内外BIM+GIS的发展状况，把握未来的研究方向。对现有的研究成果进行系统的分析，以此更深入的了解对BIM+GIS的研究现状和未来发展趋势，由于该研究属于跨学科的性质，已有的研究都是在相关学科中进行的，研究人员从自身的背景出发进行研究。文中先对国内BIM+GIS的研究热点和演进趋势进行研究，再对国外该领域进行分析，对比国内外研究差异，分析各自的发展情况和特点，得出相应的结论并给出建议，为其未来该领域研究提出新思路。2数据来源与研究方法2.1研究方法利用文献分析工具CiteSpace对国内外相关文献进行可视化分析，采用定性与定量相结合的方式，分析国内外发表的有关文献。其中CiteSpace是由美国Drexel大学陈超美教授收稿日期：2 0 2 3-0 2-17作者简介：金拯昱，男，江西宜春人，研究生，硕士，主要研究方向：BIM+GIS技术应用。472023年第0 5期(总第 2 45 期)金拯昱文献标识码：A文章编号：2 0 9 6-9 7 59(2 0 2 3)0 5-0 0 47-0 5JIN Zhengyu开发的一款文献计量学可视化分析软件，是目前使用较广泛的一款文献分析软件。利用空间形态的可视化方式，通过关键词共现、关键词聚类、热点词突现分析功能，可视化展现国内外BIM+GIS领域的研究热点、知识结构、研究趋势及未来研究趋势。实验分析，根据建筑、结构图构建一个BIM建筑模型，采用插件导入的方式将Revit模型导入SuperMap软件，通过对BIM模型接入GIS应用软件进行对比分析，论证该方法的可行性及在实际项目应用的可视化效果展示。2.2数据来源本文的研究对象为国内外BIM+GIS 领域的相关文献,数据来源分别为Webofscience数据库和中国知网数据库，由于该项技术研究是近十年来才兴起，2 0 12 年之前对BIM+GIS集成领域的研究文献较少，因此，检索时间范围取2 0 12 年为起始年，设置检索时间2 0 2 2 年为截至日期。与此同时，为保证研究的准确性，剔除会议纪要、期刊征稿通知、新闻报道、政策文件出台及书评等非研究性文献，最终结果如表1所示。表1数据来源数据库Webofscience核心合集检索方式主题检索Building information model And检索词汇Geographic information system时间范围2012-2022文献类别Article检索结果813篇CNKI数据库主题检索BIM 并含 GIS2012-2022期刊909篇Changjiang Information&Communications3研究热点分析关键词作为一篇文献的重要词汇，高度概括了文献的中心主题和思想，通过对关键词的聚类分析，对比国内外BIM+GIS研究领域内的差异，并分析国内外研究的特点，确定其研究领域的热点。在关键词共现图谱中，每个节点代表一个关键词，节点的大小代表关键词出现的频次，节点越大，说明该关键词出现的频次越高。节点之间的连线表示关键词之间有着共现关系，连线的粗细代表共现关系的强度。一般认为Q值大于0.3,MS值大于0.5时，绘制的图谱是合理的(4。3.1国内BIM+GIS研究热点绘制关键词共现图，其中Q=0.5428，M S=0.7 58 2，出现的节点数为17 1个，节点之间的连线为38 2 条，如图1所示，节点大的关键词为该领域的高频词，根据文献中关键词出现的频次和中心度，剔除一些相关度不高和重复的关键词，筛选出前10 的关键词。一般认为，关键词相关度大于0.1我们称为与该主题有较高的相关度。兰维数字城市智慧校园地下综合管成新技术管理系统akytine数据共享位品模型数孚城市gis技术城市轨道交通物车据用所金拯昱：基于CiteSpace的国内外BIM+GIS技术应用和分析该两项技术分别在建筑领域和土地资源管理、城市规划研究领域有着广泛的应用，在两者的交叉研究的文献中，出现的频次较高。其次，BIM+GIS的融合研究主要是随着近年来智慧城市发展而逐渐提出的，既有可视化、全生命周期的特点，又包含信息化、数字化和空间分析的特点，因此，许多学者致力于两者的集成研究，希望通过该技术的交叉融合更好服务于城市信息化的发展。在CiteSpace中对关键词进行聚类，得到关键词聚类图谱，如图2，文献中所有关键词被聚类为十个类别，分别是建筑信息模型、BIM技术、GIS、高速公路、建筑信息模型（BIM)、BIM+GIS技术、管理、城市轨道交通、综合管廊、管理平台十大类。这些类别包含技术理论研究和工程管理应用研究，将聚类标签沿时间线展开得到聚类时间线图谱（图3），可以看出不同聚类下关键词随时间突增情况，BIM技术、GIS、建筑信息模型早在2 0 12 年甚至更早国内就有一个初步的研究，且其研究热度一直持续到现在。从2 0 16 年开始，随着国内各项政策的出台、行业的规范化以及技术理论及应用的成熟，对高速公路、BIM+GIS技术、管理类别下许多关键词的研究也逐步开始发展，主中达拖下管网要包括轨道交通、航道工程、智慧工地等方面。建城临工婴采公牌工程信息化格单化物联网模型轻量化智慧区轨道交通触音建筑信息模型#数字李生数据集成进度管理bim+gis找术bim+gi天人机地理信系统锁斜摄影三维citygmr标准集成应用集成可视化bim集成全生网期管项目管理水利工程桥染工程房设，肥标准信息化管理高速公路热同设计桥梁施工地下空间管理建筑信息模型（bim）cesm建筑ciygml地理信趣系统(gis)兰耀建模挖制supermap图1国内BIM+GIS研究领域关键词共现图FIG.1 Keywords co-occurrence map of BIM+GIS research field in China表2 国内BIM+GIG研究聚类高频次序号关键词1GIS2智慧城市3可视化信息化45678910由表2 可以看出，关键词出现频次最高的是BIM和GIS,#1bim技术V信息化施工数据融合应用建筑信息模型Ois-bim铁路工程全生命周期教字半生技术监找系统运维管理大数据人工智能祥化集城系统开发gis+bimwan施工楼机中心度0.220.210.180.17BIM0.16BIM+GIS0.15物联网0.14综合管廊0.13全生命周期0.13数据集成0.13物联网三维gi#7城市轨道交通信息化#建筑信息模型可视化bim+tgigi#5bim+gis技术#2.gis综合首廊地理信息系统bim智慧城市#3高速公路制摄影#4建筑信息模型（bim）频次图2 国内BIM+GIS研究领域关键词聚类图354FIG.2 Keyword clustering diagram of domestic BIM+GIS research field403.2国外BIM+GIS研究热点40在国外的关键词共现图谱中（图4)，ModularityQ值为230.4137,MeanSilhouette值为0.7 10 1，表明聚类位于可信区间内。生成的节点数量为30 5，节点间的连线数量为19 9 9 条，节点数497量和连线数量较多，说明国外BIM+GIS研究较为成熟，研究范84围和国内相比较为广泛，相关研究的联系程度也较密切。在过28去的十年间,BIM与GIS的环境交互一直是建筑领域的热门话40题，而不同的坐标系、独特的语义和属性信息是BIM+GIS集成的主要障碍。从关键词共现图中也可以看出，地理信息系统在28该领域的研究热度最高，且关键词之间的联系也较紧密，说明10国外的研究更偏向于一个宏观的研究，考虑和涉及的方面较多，相对与国内研究而言，具有系统性和全面性的研究。48#9管理平台Changjiang Information&Communications金拯昱：基于CiteSpace的国内外BIM+GIS技术应用和分析201220120192022建筑信息模型信息化化gis技术bimt数字城市bim智精城市桥架瑞目旺管理路网优化施工管理估价港口规划盛桥设计bim管干久顺刘摄彩技术软道交通工程集成用配能管3d.gl融合建筑信息模型b贝信息技术全全命风期地理信息系折（Qs）信款集成3dg碰捷检查全寿备网期revit#2gis#3高速公路就道整治成模型构售高连铁路滁光点云bimtgls工管服维管理系统工地用分析数字化citymaker智慧运维云计算城市轨道交通教招实载三维综合管牌#1bim技术信息化建设数字享生技术s+bim铁路bim型地铁腾道supermap3dW预#设计设计阶段三q公路工程物跃网技术地下管格综合管廊智慧监控系数据座体化集成数据共云平台地下统谷销保施工管理平台gis+bim技术铁路工程#4建筑信息模型（bim)#5bim+gis技术管理#7城市轨道交通人工智能板型#9管理平台ar图3国内BIM+GIS研究领域聚类时间线图FIG.3 Clustering time chart of BIM+GIS research field in Chinahydrological processesoilerosionconnectivityswat model indicatorcapacityturkeymetrieslandscapepattemcatchment surface-vinoffyanhe watershedfrequencyratio algoritmesegrepnicifomationsystmartificialneuralnetwork logisticregressionvalidation landslide environment spatial analysissuppon vector machine region patem climate change eahquakelandscapemachine lBarning predictionChazard building vulnerabiltywver basiniderelasitcatone firameworkinskassmentfislandindexchinaareanowmodelbiminfomationpariculate materqualy risk citygfimpactmanagementvegetationurbangeogreaphiciniomation systemantemperaturebuitenvironmentsystemconstructionorvariabilitygeographicinformation system(gis)facilitymanagementair pollutionremote/sensingdesign3d methodologyurban fom physical.activiylandusehealth suppontechnologypopuafion utbanizatonsimuaionpromancedymamicswalkabilt scale consumption optimizationenergyconsumption walkingexposurenetworkpeoplebehaviorsustainabilitygeographicinformationsystemgeographicinfommation systems(gis)lifecycleassessment图4国外BIM+GIS研究领域关键词共现图FIG.4 Co-occurence ofkeywords in the field ofBIM+GIS in foreign countries同样，根据关键词的中心度，剔除相关度不高和重复的关键词，筛选出中心度前十的关键词。如下表3,其中geographicinformationsystem的中心度最高，出现的频次较多，可见在国外大多数学者对 BIM+GIS 的研究大多数是以地理信息为背景，研究该技术的集成 7。从国外的关键词中心度来看，其研究范围比国内更加广范，既包括理论研究，又有模拟实验研究。国外的研究更加注重模拟仿真实验，在对BIM+GIS的集成研究中，对实验建模方法，与GIS数据相结合，满足数据集成的准确性和深度有更深层次的研究。表3国外BIM+GIS研究聚类高频词序号关键词1geographic infor-2simulation49序号34conservation56resolution78ahpselection9ontology10对国外BIM+GIS研究领域的关键词进行聚类，如图7，从聚类图中可以看到将主要关键词分为12 个类别，在这些聚类中，包括数据集成、气候环境、工业基础等方面的研究，说明在国外其研究已经涉及到多个方面，不单单只是局限于建筑行业领域，在环境治理和土地利用等方面也有一些应用。#8hydrological processes#7straightskeleton#9 hurricanes#11landcover/landuse,#omultisource-data#5.hec-ras#6local climatezone#2knowledge#3builtenvironment#10industryfoundation classes图5国外BIM+GIS研究领域关键词聚类图中心度频次0.24620.1422关键词impactsystemperformanceinformationmodelmanagementdesignareaFIG.5 Clustering diagram of keywords in the field of BIM+GIS abroad4研究趋势通过对CiteSpace中时序图谱分析，根据关键词短时间内中心度0.130.120.120.120.110.100.080.08#4data integration#1bim频次33552712139242018Changjiang Information&Communications出现频次增加可以看出BIM+GIS研究领域的发展演进趋势，并结合关键词突现图，对主要关键词进行解读，即可分析出该研究的发展动向。4.1国内BIM+GIS研究趋势根据文献检索的数据，运用CiteSpace进行分析，绘制出BIM+GIS研究领域的突现词时序图，如图6 所示。从图谱中可以看出我国开始是将BIM、G I S作为单一领域的技术，服务于不同的行业中，随着我国智慧城市的提出，物联网等信息技术的发展，开始有学者提出将不同行业的技术融合起来，由此，BIM+GIS技术受到研究人员的关注，开始对其集成进行探索，为数字城市的信息化提供支持。后来随着城市化轨道交通的发展，该集成研究能够广泛适用于其项目，通过建立统一的数据管理平台，实现不同信息的数据融合及可视化，能够更好服务于实际工程的项目管理8。水利毛程拆工程办理城折信息模型数字李生m-gis技术轨道交通clygml综谷管化建纹信息模型轻量化商视化gis技术bimtglbim技术数字城市特联网智慧城市图6 国内BIM+GIS研究领域时序图FIG.6 Time sequence diagram of domestic BIM+GIS research field刘恒许家乐黄颖黄志宏黄亚栋张社荣收报云王彦祥朱庆刘铭威李珂汤圣君朱明于轰上森郭胎韩亮亮孙强陈法伟刘全游齐越手飞何跃川杨斌吴明杰图7 国内BIM+GIS研究领域作者合作网络图FIG.7 Author cooperation network in the field of BIM+GIS in China对作者合作网络分析中可以看出，我国在BIM+GIS研究领域中作者合作之间联系较分散，只有部分作者存在着一些联系，其主要作者在其研究领域的贡献如下。汤圣君通过对比IFC和CityGML的数据模型标准，提出了IFC几何要素过滤方法以及IFC到CityGML的语义映射规则，为模型的几何、语义的互操作提供了通用方法。刘铭崴提出语义约束的RVT模型到CityGML模型的转换方法，提出了一种从BIM模型转换到GIS模型的整体流程和思路 10 。杜灿阳将BIM+GIS模型与工程建设管理要素相结合，实现了项目管理可视化，提高了工程项目的工作效率和工程质量。石硕结合BIM+GIS技金拯昱：基于CiteSpace的国内外BIM+GIS技术应用和分析术特点，研发了基于3DWebGIS的轨道交通工程管理系统，实现了BIM模型的结构解析与定位和数据管理等功能2。国内在该方面侧重理论方面研究，主要探索不同数据间的相互转换与集成，为BIM+GIS数据集成提供了一些可行性的方法。4.2国外BIM+GIS研究趋势关键词突现图可以看出该关键词在某一时刻的研究热点情况，在2 0 12 年国外在土地利用和滑坡方面，GIS就有一个成熟的应用，后来随着技术的进一步发展，BIM+GIS在本体论、数据转换方法、和模型验证等方面有了快速发展，在2 0 19 年，智能城市和3D模型的提出，使得BIM+GIS集成在国内外都有一个更深层次的研究。Top15Keywords with the Strongest CitationBurstsKeywordsartificialneural networklanduselandstidesurface铁路工程ontology城市轨道交通gis+bim项目管三维可视化地想信息系统用建筑信息模型(bim)王红杰王奶尹紫红石邢石硕胡林峰韩祥军何白酷博光焖王健刘平利乔天荣杜灿阳罗春刘丹张兆波王械朱晓斌周文添良波方磊王立幼张润东于建伟孙晓阳马瑞张力饶小康杂晓哈Year Strength Begin End20122.7391201220123.5305201220123.4065201220123.638122013201720123.542320142017methodology2012validation20122.4869220152018earthquake20124.3318220152018china20122.9496220152018hongkong20122.53132018geographic information system(gis)20122.95282201920223d20123.15542019smart city20122.92432020city2012generation20123.36842020图8 国外BIM+GIS研究领域关键词突现FIG.8 Emergence ofkeywords in the field of BIM+GIS in foreign countriesJIANHUA.GONGJANMING LIANGHUAZHANGBISWAJEETPRADHAN叶红华MOHDSANUSISANAMADMICHALWYSZOMIRSNO电威CHAOWANG陈非JIAWANOJING CHENJALINGCUANLINOASE图9 国外BIM+GIS研究领域作者合作网络图FIG.9 Author cooperation network in the field ofBIM+GIS in foreign countries通过作者合作网络分析，可以看出该研究领域的突出贡献的学者。如图9,国外BIM+GIS的研究中，各学者之间的研究也是较为分散，只有少部分形成合作团体，其中，JUNXIANGZHU提出一种开源方法，通过IFC的空间架构开发自动多面体生成算法，将其转换为shapefile，从而将BIM数据转换为GIS数据，实现不同模型数据的一个转换!。FilipBiljecki通过开发了应用程序域扩展ADE从而保留了IFC的相关信息，促进了从IFC到CityGML信息的转换(14。国外在BIM+GIS融合方法和集成应用方面取得了一定的成果，但整体上还处于起步和探索阶段，相关的研究还是面临着几何、语义信息的缺失和应用范围拓展等一些问题。502012-20222013201520163.4426201420162019202020223.6505202020222022HENG.UDABHE.CMCKONEYBLALASLAMDANSHFAROOOMAHMOUDSODANGSISIZLATANOVAJNGCAFXOAONNGLEYIHUCEXUEYXUHAIDONGKANCHMAYANUMBAYICHUANDENGFERNANDALBTECHZHANGLIANOCHENZHOUBNGANLIXIANGYUWANGJUNXIANGZHUPENGWUJASPERMBACHUWUMENGHUANGZHANSHENGLULINLINZHAOEDNARONGYUANSHYANWANGBNJUNGIOMMINYANGMUHAMMADSAJJADJACKCPCHENGYUNZHANGMIJEONGOMMINGZHONSEYEDAHADBEYKABYIOUANSONGLBNUYOXINZHANGSARA SHIROWZHANSAMADMESEPASGOZARSHERBFHMAHMOUDChangjiang Information&Communications5BIM+GIS集成实例研究BIM使用的是工业技术标准IFC,GIS则是使用城市信息标记语言CityGML，由于数据格式的不同，导致模型之间相互转换存在许多问题。两者分别属于不同行业领域，然而近年来，在行业发展的需求下，对BIM和GIS的集成研究逐渐增加，两者之间的数据格式壁垒也逐渐被打破。其中，一些公司在两者模型之间的转换开发了一些相应的插件，在统一的平台中实现了两种模型的融合，且在一些项目应用上取得了初步的成果。对某一建筑物建筑结构图纸了解，运用Revit建模软件完成对建筑物BIM模型的建立，导入Supermap桌面软件平台，导入后的效果模型如图10 所示。使用无人机对某校园拍摄图片数据，用ContextCapture对拍摄的数据进行影像建模，导入Supermap桌面端，同时加载天地图数据进行匹配，最后的模型效果如图11所示。图10 BIM模型效果图FIG.10 BIM model effect diagram图11倾斜影像效果图FIG.11 Effect drawing of tilted image将Revit模型数据导入Supermapidesktop软件中，不仅可以查看构件的属性信息，还可以添加倾斜摄影模型和高程数据，在Supermap中加载天地图底图数据，将倾斜影像数据覆盖到底图上，实现对三维地形数据的空间查询与分析，并能够对建筑物实现内部结构进行查看，对BIM数据实现内部空间查询与外部环境空间分析等功能，通过对建筑物赋予三维地形数据，能够更好地辅助工程决策与实施，对项目可视化分析有一个直观的效果展示。通过对BIM+GIS的集成研究发现，该技术在国内外发展迅速，在工程建设管理、道路桥梁设计、轨道交通规划、市政设施有着多方面的应用，是微观到宏观的多尺度城市管理结合，在城市信息模型的发展中有着重要的作用。将信息技术集成服务于城市各行业，在统一的工作平台中实现信息管理、技术应用等各项工作，实现各参与方协同工作，信息互通的目标。6结论与展望通过CiteSpace文献计量工具对国内外BIM+GIS应用研究进行相关分析，得出以下结论：(1)从研究热点来看，国内对BIM+GIS的研究更注重从工51金拯昱：基于CiteSpace的国内外BIM+GIS技术应用和分析程应用出发，探索其理论价值及意义，在轨道交通、水利水电大坝、综合管廊等及矿山研究等领域有较多应用研究，国外研究则更多倾向于理论研究，在BIM与GIS的数据融合与集成方面相关研究更为丰富，侧重理论研究与工程实践的一个结合，相对于国内在该研究研究层面更加丰富。(2)从研究趋势来看，起初BIM和GIS分别应用于不同领域，后来随着智慧城市、数字城市等更高层次的服务需求，单一领域技术不足与满足发展需求，多学科领域交叉成为新的发展趋势，BIM+GIS融合多学科领域优势，经历了概念提出、初步探索和工程应用三个发展阶段。(3)在BIM+GIS应用方面,相比于BIM与GIS融合的理论方法研究，在集成应用的方面研究成果相对较多,BIM+GIS集成应用往往是针对于某一特定的项目，以实际需求为出发，充分发挥二者的优势，共同解决实际相关问题。其研究工作基本都是将IFC和CityGML进行集成形成新的数据模型,实现GIS与BIM数据的初步融合，但BIM+GIS仍然处于起步阶段，在未来的发展还有很大的空间。(4)在以后的城市发展中,BIM+GIS集成相关的研究集应用将越来越多，技术理论逐渐成熟，其成果在一些工程项目上已经有初步应用，但相关技术的成熟应用需要数据标准的规范化和有关软件的进一步发展。不仅体现在软件支持的数据格式的相容，更是未来城市一体化发展的需要，研究层次也将更加多元化。参考文献：1刘爽.建筑信息模型(BIM)技术的应用 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