基于知识图谱的建筑领域BIM研究可视化分析_王会.pdf

第 35 卷第 4 期建筑信息模型（Building Information Modeling，简称 BIM）因具有可视化、协调性、模拟性、优化性以及可出图性的特点，能显著提高项目的设计、施工以及运营维护效率，在工程界掀起了 BIM 应用研究热潮。任娇等1结合某地下车库具体案例，在施工阶段应用BIM 技术进行了管线综合优化分析、复杂节点可视化交底、竖向净高优化、协同平台管理，通过应用BIM 技术提高施工质量，取得很好的经济效益。赵洪岩等2结合某城市公共服务项目建设，在施工全过程中引入 BIM 技术，探讨 BIM 技术在施工前期的深化设计与施工模拟、施工过程中工程计量与进度管理、后期竣工结算管理等方面的具体应用，为项目全过程应用 BIM 技术提供借鉴。吴奇3通过对近年来国内学者对 BIM 研究成果的汇总梳理，分析了我国的 BIM研究现状，识别了阻碍 BIM 技术发展推广的关键原因。林佳瑞等4利用文本分析手段，对 20132017 年间 BIM 相关政策发布的地区演变、政策融合、发展趋势进行了分析研究，提出 BIM 政策已从最初的应用与推广阶段发展到多政策融合的全面发展阶段，未来BIM 将与装配式建筑、大数据以及物联网等相关技术深入融合，助力建筑业转型升级和健康发展。综观现有研究成果，BIM 技术在建筑领域的研究内容分布广泛，已形成完善的理论体系并创造了较高的工程效益，但是定性、定量地研究 BIM 发展脉络和未来发展趋势的研究较少。基于此，笔者以中国知网核心数据库为基础，运用 CiteSpace 软件从发文数量分布、文献作者、发文机构以及核心关键词等方面进行可视化图谱分析，展现建筑领域 BIM 研究的时空分布、前沿热点及其演化趋势，以期为 BIM 技术的理论研究和实践探索提供参考和指导。1数据来源与研究方法1.1数据来源为保证数据研究的时效性、准确性和代表性，选用中国知网（CNKI）作为文献检索来源，在检索框中输入主题词为“建筑”并含“BIM”或“建筑”并含“信息化”的关键词，设置检索的时间范围为 20102020年，文献范围以 CNKI 中的 SCI、EI、CSSCI、CSCD 以及北大核心为核心数据库作为来源类别，共检索得到1 352 篇原始文献，通过人工筛选，排除征稿通知、会议报告等，最终获得有效文献 1 289 篇。1.2研究方法研究使用可视化分析软件 CiteSpace，以 CNKI 检索搜集的 1 289 篇有效文献为基础数据，通过计量文献中关键词出现的频次和词频关系，绘制一系列科学知识图谱5，分析研究内容之间的联系和相互影响，直观展示 BIM 在建筑领域的研究热点和发展趋势。2结果与讨论2.1发文数据分析运用文献计量学方法研究文献发表情况。在20102017 年期间，BIM 技术在建筑领域的研究成果*收稿日期：2022-09-07基金项目：江苏省高等学校自然科学研究项目（21KJD420001）；江苏高校“青蓝工程”资助项目（2021）基于知识图谱的建筑领域 BIM 研究可视化分析王会a,方金强b,张雷雨a（连云港职业技术学院 a.建筑工程学院；b.后勤管理处，江苏 连云港 222006）摘要：为了解 BIM 技术在建筑领域的发展脉络，以 20102020 年中国知网核心数据库的 BIM 主题相关文献为基础数据，利用 CiteSpace 软件从发文数量、作者机构和关键词等方面进行科学知识图谱分析，厘清 BIM 技术的研究热点和前沿趋势。结果表明：BIM 文献发文数量整体呈现上升趋势，其中高校的专家学者是主要研究力量；在研究内容上，深化设计、碰撞检查、项目管理和施工模拟可视化技术是当前研究热点，钢结构、高层建筑和装配式建筑是目前重要的研究对象；建筑供应链、EPC 模式、绿色建筑和全生命周期是未来 BIM 研究的发展方向。关键词：BIM 技术；CiteSpace；知识图谱；可视化分析中图分类号：TU17文献标志码：A文章编号：1009-4318（2022）04-0001-05钱清华，桂玉梅，高慧：治疗肺动脉高压新药 Selexipag 的研究进展第 35 卷第 4 期2022 年 12 月连云港职业技术学院学报Journal of Lianyungang Technical CollegeVol.35 No.4Dec.2022DOI:10.19858/ki.1009-4318.2022.04.021连云港职业技术学院学报2022 年第 4 期保持逐年递增态势，到 2017 年成果数量达到高峰，核心文献有 231 篇。20172018 年，核心文献数量和研究热度有所降低，2018 年以后，相关的研究成果又呈现快速增长的趋势，主要原因是 2011 年住房和城乡建设部出台了 20112015 年建筑业信息化发展纲要，全面推动 BIM 在建筑领域的广泛应用6，使得相关研究迅速增长，见图 1。然而，由于部分工程项目应用BIM 技术缺乏创新，短期效益不明显，使得在 20172018 年间研究热度逐渐回落。为改善和深入推动 BIM应用，2019 年住建部和教育部共同出台“1+X”BIM 证书制度试点工作，鼓励企业和研究人员创新性应用BIM 技术，进一步拓展和提升 BIM 应用价值7，促进了 BIM 在建筑领域的稳定发展。图 1BIM 研究文献发表趋势图2.2发文作者分析通过对作者进行合作网络和发文统计分析，绘制BIM 研究作者合作图谱，见图 2。制作作者发文量排名前 10 的统计表，见表 1。图 2 中合作网络共有节点数 N=394 个，边数 E=230 条，网络密度为 0.003，在节点和连线数量较多的情况下，图谱的网络结构比较分散，联系程度低。图 2作者合作网络图谱表 1作者发文量统计与排名分析图 2 和表 1 可知，现有 BIM 研究作者中有 7个较大的合作团队，不同团队之间的联系较少，缺乏深入的交流和合作。高校中的代表主要是清华大学的张建平、胡振中和余芳强团队，共发表 BIM 文献 31篇，其中张建平是团队核心专家，个人 BIM 学术贡献为 15 篇。其次是上海交通大学的邓雪原、赖华辉团队，发表 BIM 核心文献 23 篇。北京建筑大学的王佳、周小平团队和南京工业大学的苏振民、仲青团队，在BIM 相关研究领域发文量也较多。上述学者和团队的研究成果为 BIM 的应用和推广作出较大贡献。在企业和科研机构中，无作者进入发文量排名前 10，从事BIM 研究的主要代表为北京六建集团的杨震卿、张晓玲团队，以及山西省电力勘测设计院的张人友、王珺团队。在产教融合建设中，中国建筑科学研究院的李云贵和同济大学的刘照球团队在 BIM 领域合作交流中较为紧密，是校企合作中比较有代表性的团队。2.3发文机构分析从文献来源分布情况可知，发表 BIM 文献的机构较多，为便于统计和研究代表性，笔者选取发文超过 13 次以上的主要机构进行分析。20102020 年，发表文献数量在 13 次以上的主要机构有 16 家，其中发文量排名前 4 位的机构为同济大学（67 篇）、清华大学（47 篇）、上海交通大学（33 篇）、西安建筑科技大学（32 篇）。发文 16 次以上的机构主要集中在我国的高等院校及其二级组织，而企业、研究院所成果方面，只有中国建筑科学研究院和中国建筑第三工程局各发文 16 篇。由此可见，在建筑领域 BIM 的研究主要集中在国内知名高校，尽管企业和研究院所参与了研究，但数量较少，研究应用不多。只有少数高校之间如同济大学、山东建筑大学、重庆大学在 BIM 领域开展排序作者作者单位发文量1张建平清华大学152邓雪原上海交通大学153王 茹西安建筑科技大学84王 佳北京建筑大学85王廷魁重庆大学76史健勇上海交通大学77周小平北京建筑大学78苏振民南京工业大学69郭红领清华大学610陈 远郑州大学62第 35 卷第 4 期序号关键词频次中心度1BIM3990.262建筑信息模型3680.453信息化1370.244BIM 技术1200.145建筑信息模型710.286装配式建筑540.027项目管理380.038应用360.129高层建筑340.0510深化设计310.0711可视化240.2312ifc240.0813施工240.1014施工技术230.0315城市轨道交通200.0316revit180.1117钢结构180.0518全生命周期180.1019BIM 模型170.0220碰撞检查170.0521ifc 标准160.0222施工管理160.2423管理160.3824建筑设计160.2025工程管理160.0826绿色建筑140.2427建筑工程140.1628EPC130.0729安全管理130.0530建筑供应链130.07王会等：基于知识图谱的建筑领域 BIM 研究可视化分析了较为深入的合作研究。其中高校和企业合作代表为清华大学与中国建筑第四工程局、北京市建筑设计研究院，同济大学与上海建科工程公司之间的校企合作，大多数高校和企业未能有效实现产学研合作。因此，政府和企业需出台激励措施，鼓励高校、企业和研究院加强 BIM 技术交流与合作，进一步推动 BIM 在建筑领域的深入应用，创造出实践价值8。BIM 研究主要机构发文情况和机构合作图谱见图 3、图 4。图 3BIM 研究主要机构发文情况图 4BIM 研究机构合作知识图谱2.4BIM 研究热点、研究前沿及趋势分析2.4.1研究热点可视化分析关键词是对研究内容的高度凝练，通过高频关键词可以反映某领域的研究热点。运用 CiteSpace 软件对 BIM 文献关键词两两间的共现频次进行分析，计算关键词之间的关系矩阵，建立 BIM 在建筑领域研究总体网络模型9，见图 5。关键词共现网络图谱节点数 N=360，连线边数 E=779，图中共现网络的节点代表关键词，节点和文字大小反映研究热度，节点颜色代表不同研究领域研究时间分布。同时，通过计算网络节点的中心度和共现频次，对关键词的相对重要性和研究热度进行量化分析，如表 2 所示，列出了前 30位关键词的统计结果。图 5BIM 核心研究关键词共现网络图表 220102020 年 BIM 研究高频关键词3连云港职业技术学院学报2022 年第 4 期表 3BIM 研究主要突现词序号突现词突现强度突现时段序号突现词突现强度突现时段1参数化设计2.462011201414虚拟施工2.30201520162建筑施工企业1.882011201215碰撞检查1.89201520173建筑信息模型2.252012201316深化设计3.76201620174建模2.222012201417应用2.86201620175全生命周期2.652013201518绿色施工2.58201620176施工1.892013201419研究2.58201620177碰撞检测2.402014201620安全管理2.11201620188三维设计2.272014201621港口航道1.88201620189项目管理2.212014201622EPC2.042017202010建筑供应链2.042014201523质量管理2.002017201811混凝土1.892014201624装配式建筑11.832018202012信息化15.412015201625城市轨道交通3.012018202013施工管理2.7520152016对照关键词共现网络、共现频次、中心度，其中BIM、建筑信息模型、信息化等关键词出现的频次高，排在前 3 位，表明在 20102020 年，BIM、建筑信息模型、信息化是建筑领域关注热点。在研究对象上，装配式建筑和高层建筑是过去 10 年主要的研究应用对象10。其次，城市轨道交通和钢结构也是研究热点。在BIM 的具体应用方面，深化设计、项目管理、碰撞检查、施工模拟和可视化技术的应用11-12，是重点研究方向。在管理研究中，施工管理、安全管理和精细化管理是近年来受到关注的内容，特别是安全管理占到BIM 研究的 32.1%，表明随着大量的大型复杂项目的建设，施工现场的人身和财产安全成为重点管理对象，反映出行业安全意识有极大提高。尽管在施工项目管理方面存在大量研究，但是与质量、进度控制相关的内容排名未能进前 30 位，也没有出现在核心指标中，可见 BIM 的施工管理是以造价、安全为核心进行的，对质量管理和进度控制等领域的研究相对不足，需进一步加强应用研究。此外，建筑供应链、EPC 模式、绿色建筑和安全管理方面研究也有涉及，但是深度和广度不高，有待研究者未来深入探索。2.4.2研究前沿和演进趋势分析在学科探索、研究和追踪的过程中，研究内容中词汇突然涌现和频次变化可以反映研究前沿和趋势动态，借助 CiteSpace 软件中的 Burst，探测得到 25 个突现词，见表 3。根据表 3 的突现词内容和突现时段，可以将BIM 研究的演进方向分为初级应用阶段（20102013）、深入应用研究（20142016）和多领域交叉融合应用研究（20172020）三个阶段。在初级应用阶段，2010 年无突现词，表明当年研究主题比较分散，BIM 的关注度不高，全生命周期（2.65）和参数化设计（2.46）为突现强度较高的词，说明在这一阶段 BIM 技术主要是在施工阶段开展的参数化建模初级应用，全生命周期的应用也开始引起关注。在深入应用研究阶段，出现了大量的突现词，其中信息化、深化设计、绿色施工和碰撞检测等关键词的突现强度较高，分别为15.41、3.76、2.58、2.40，契合国家提出的关于推动 BIM和绿色建筑大力发展的政策文件。这一时期，BIM 技术发展主要以项目的信息化管理为手段，探索研究BIM 技术在结构深化设计、碰撞检查、绿色施工阶段的应用和研究。在多领域交叉融合应用研究阶段，安全管理、质量管理、装配式建筑以及 EPC 模式是主要突现词。在轨道交通、桥梁工程、港口航道等工程领域中，研究者开始探索 BIM、GIS、云计算、物联网和数字孪生等技术的深入融合。在轨道交通中，融合BIM+GIS 技术，构建基于 BIM 的轨道交通建造管理系统，提高轨道交通项目的信息化、精细化建造和管理效率。在桥梁工程中，通过 BIM 技术、云计算以及物联网集成应用，构建桥梁全生命周期的 BIM 信息管理平台，提高桥梁工程信息监测和安全预警等精细化管理水平。在港口航道工程中，利用 BIM 和物联网平台实现水上移动巡检和安全资料管理，可以极大地提升安全管控和预警能力。通过在各工程领域开展信4第 35 卷第 4 期Visual Analysis of BIM in Architecture Based on Knowledge GraphWANG Huia，FANG Jinqiangb，ZHANG Leiyua（a.School of Architecture and Engineering；b.Logistics Management Office，Lianyungang Technical College，Lianyungang 222006，China）Abstract:The research hot spots and cutting-edge trends of BIM technology was clarified，through the use ofCiteSpace software to analyze scientifically the knowledge graph from aspects of number of publications,authororganizations and keywords,based on BIM-related literature published in CNKI core database from 2010 to 2020，in order to understand the development of BIM technology in the construction field.The results show that thenumber of BIM literature publications is on the rise as a whole,and experts and scholars from universities andcolleges are the main research forces;in terms of research content,the existing research hot spots are in-depthdesign,collision inspection,project management and construction simulation visualization technology.Currently theimportant research objects are steel structures,high-rise buildings and prefabricated buildings；the developmentdirections of BIM research in the future are construction supply chains，EPC models,green buildings and the fulllife cycle.Key words:BIM;CiteSpace；knowledge graph；visual analysis王会等：基于知识图谱的建筑领域 BIM 研究可视化分析息化技术交叉融合应用，提升 BIM 技术的覆盖面和应用价值，为各工程项目的精细化管理、高品质建造以及后期高效运维提供有力支撑。3结论以中国知网核心数据库的 BIM 文献为数据来源，运用 CiteSpace 从发文数量、作者机构来源和关键词等方面绘制可视化知识图谱，得出以下结论。（1）在 BIM 研究发文量分布上，20102017 年呈现快速增长态势；20172018 年，研究热度有所回落；20182020 年再度呈现增长。近 10 年建筑领域BIM 研究成果较为丰富，发文数量总体呈现快速增长的趋势。（2）在研究作者和机构上，BIM 研究领域形成了7 个较大的合作团队，主要为国内高校专家。核心研究机构多数是重点高校，企业和研究院的专业带头人学术成果相对较少，高校和企业联系不够紧密，未能在产学研方面实现高效合作，亟待进一步加强政企校合作，完善产教融合机制，创新 BIM 在建筑领域的应用价值。（3）20102020 年 BIM 研究主要分为初级应用、深入应用和多领域交叉融合应用三个研究阶段。各阶段的 BIM 研究对象、研究热点和研究内容各有侧重，装配式建筑、建筑供应链、绿色建筑、EPC 模式和全生命周期管理是未来 BIM 研究的热点前沿方向。参考文献：1任娇，田砾，肖绍华，等.建筑信息建模技术在某地下车库中的应用研究J.工业建筑，2019(8)：202-206.2赵洪岩，李秋凤，王浩.BIM 在施工成本管理中的应用J.建筑经济，2020(1)：91-94.3吴奇.BIM在工程中的应用综述J.安徽建筑，2016(1)：235-236.4林佳瑞，张建平.我国 BIM 政策发展现状综述及其文本分析J.施工技术，2018(6)：73-78.5陈悦，陈超美，刘则渊，等.CiteSpace 知识图谱的方法论功能J.科学学研究，2015(2)：242-2536张飞涟，郭三伟，杨中杰.基于 BIM 的建设工程项目全寿命期集成管理研究J.铁道科学与工程学报，2015(3)：702-708.7高崧，李卫东.建筑信息模型的发展路线及一体化项目交付J.工业建筑,2018(2)：8-15.8郭晓剑，胡欢.基于CiteSpace的我国建筑信息化知识图谱构建和分析J.土木工程与管理学报，2020(6)：44-51.9周硕文，庞博，潘玉华，等.基于 BIM 期刊文献的研究热点与趋势演化分析J.土木建筑工程信息技术,2020(3)：8-15.10徐照，占鑫奎，张星.BIM 技术在装配式建筑预制构件生产阶段的应用J.图学学报,2018(6)：1148-1155.11王廷魁，邓兢兢，李骁.基于内容分析法的 BIM 设计阶段应用研究综述J.建筑经济,2016(9)：100-105.12房金龙.BIM 技术在住宅地库项目设计施工中的应用J.中国市政工程，2020(5)：74-78，118-119.作者简介：王会（1982-），男，湖北天门人，连云港职业技术学院建筑工程学院副教授，硕士，主要从事 BIM 技术应用和混凝土耐久性方面的研究。5