BIM期刊文獻(xiàn)熱點(diǎn)與趨勢(shì)分析
時(shí)間:2022-05-18 04:25:50
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1引言
隨著建筑信息化技術(shù)的不斷發(fā)展,我國建筑工程經(jīng)歷了圖板手繪、計(jì)算機(jī)輔助繪圖到建筑信息模型(BuildingInformationModelling,bim)的跨越。借助近年來的BIM、云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)發(fā)展,橫亙?cè)诮ㄖ芷诟鱾€(gè)階段的技術(shù)與信息壁壘正在消失,逐步形成了以BIM技術(shù)為核心的建筑全生命周期信息集成系統(tǒng),為未來建筑的智能化發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在BIM技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的過程中,我國研究學(xué)者與工程技術(shù)人員通過大量的理論研究與工程實(shí)踐,吸收借鑒國外IFC[1](IndustryFoundationClasses)、IDM[2](InformationDeliveryManual)、IFD[3](InternationalFrameworkforDictionaries)等數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),初步構(gòu)建出了以5大BIM國家標(biāo)準(zhǔn)[4,5]為核心,以PKPM-BIM[6]、廣聯(lián)達(dá)[7]等為應(yīng)用軟件的產(chǎn)學(xué)研用BIM體系,為我國建筑BIM產(chǎn)業(yè)的良性健康發(fā)展提供了保障。但隨著BIM研究的不斷深入,相關(guān)研究成果也與日俱增。通過在中國知網(wǎng)(CNKI)數(shù)據(jù)庫和Scopus數(shù)據(jù)庫的檢索發(fā)現(xiàn),以“BIM”為主題的期刊文獻(xiàn)數(shù)分別高達(dá)36,359篇和16,733篇(截止到2020年3月31日),這龐大的文獻(xiàn)數(shù)量影響了現(xiàn)有研究人員對(duì)BIM研究成果的深入總結(jié)和凝練,急需通過信息化和可視化技術(shù)對(duì)現(xiàn)有研究進(jìn)行綜合分析[8]。通過對(duì)國內(nèi)外BIM文獻(xiàn)綜述的分析發(fā)現(xiàn),社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析是一種非常適用的研究方法[9]。在基于BIM的施工網(wǎng)絡(luò)研究中,通過對(duì)1,031篇文獻(xiàn)的計(jì)量分析與網(wǎng)絡(luò)分析,發(fā)現(xiàn)了技術(shù)是項(xiàng)目協(xié)作研究的先行因素,而管理的重要性相對(duì)較低[10]。而基于614篇BIM文獻(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)分析發(fā)現(xiàn),“可視化”和“工業(yè)基礎(chǔ)類(IFC)”是最重要的被引詞[11]。通過BIM和非現(xiàn)場(chǎng)施工(off-siteconstruction,OSC)文獻(xiàn)的分析,研究人員對(duì)面向OSC的BIM研究進(jìn)行了量化,并指出基于BIM的預(yù)制件生產(chǎn)設(shè)計(jì)等未來研究方向的重要性[12]。由此可以看出,社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析是一種有效的量化分析研究熱點(diǎn)的工具,據(jù)此,本文基于社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析對(duì)CNKI數(shù)據(jù)庫中的部分重點(diǎn)文獻(xiàn)進(jìn)行了研究。
2基于社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析的BIM研究熱點(diǎn)與團(tuán)隊(duì)分析
基于CNKI數(shù)據(jù)庫的文獻(xiàn)梳理與分析,本文選取了部分具有代表性的BIM相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行分析,并以此為基礎(chǔ),通過構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型圖,對(duì)現(xiàn)有研究的研究熱點(diǎn)進(jìn)行了定量分析。2.1基于CNKI期刊數(shù)據(jù)庫的綠色建筑研究文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)。為了保證數(shù)據(jù)分析的全面性與準(zhǔn)確性,本文依托CNKI數(shù)據(jù)庫,對(duì)以“BIM”為“主題”的文獻(xiàn)進(jìn)行了檢索,共得到31,387篇期刊文獻(xiàn),但通過對(duì)CNKI數(shù)據(jù)庫檢索結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn),由于BIM研究興起時(shí)間較短,許多文章發(fā)表在近年來新成立的雜志中,使得過去以核心期刊等數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的檢索模式,難以真正提取出有代表性的BIM研究文獻(xiàn)。而在對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行梳理后發(fā)現(xiàn),基于被引次數(shù)的文獻(xiàn)選取方法,可以更有效地對(duì)代表性文獻(xiàn)進(jìn)行提取,提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性,因此,本文基于被引次數(shù)建立了文獻(xiàn)分析數(shù)據(jù)庫。同時(shí),為了提高分析結(jié)果的質(zhì)量,本文以被引次數(shù)超過10的文獻(xiàn)作為數(shù)據(jù)源進(jìn)行分析。基于上述檢索條件,共檢索到1,961篇以BIM為“主題”的文獻(xiàn),通過對(duì)文獻(xiàn)的內(nèi)容梳理與篩選,確定1,664篇BIM期刊文獻(xiàn)作為網(wǎng)絡(luò)分析的數(shù)據(jù)庫,其發(fā)表時(shí)間分布如圖1所示。通過圖1的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出,自2009年以來,BIM研究文獻(xiàn)的增長速度非常快。相比2009年,2016年的高被引文獻(xiàn)數(shù)增加了37倍,年均增長率為530.16%。2017-2019年由于文獻(xiàn)時(shí)間較短,其高被引文獻(xiàn)數(shù)的代表性較低,不再進(jìn)行特定說明。通過對(duì)這1,664篇BIM研究期刊文獻(xiàn)的來源出版物統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)(如表1所示),《土木建筑工程信息技術(shù)》和《施工技術(shù)》是發(fā)表相關(guān)研究最多的期刊,極大的推動(dòng)了BIM相關(guān)研究的發(fā)展。2.2我國BIM總體研究網(wǎng)絡(luò)的建立與分析。基于對(duì)BIM重點(diǎn)文獻(xiàn)的檢索,本研究確定了文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫,并通過對(duì)數(shù)據(jù)庫中不同文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞進(jìn)行提取分析,確定了關(guān)鍵詞之間的關(guān)系矩陣,從而對(duì)我國BIM總體研究網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了建立。通過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),收集的1,664篇文獻(xiàn)共包含6,977個(gè)不同的關(guān)鍵詞,基于這6,977個(gè)關(guān)鍵詞兩兩間的共現(xiàn)頻次,本研究計(jì)算出了BIM關(guān)鍵詞關(guān)系矩陣,從而建立了我國BIM研究總體網(wǎng)絡(luò)模型(如圖2所示)。其中,關(guān)鍵詞代表網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn),節(jié)點(diǎn)和文字大小代表相對(duì)連接次數(shù)的大小,不同的顏色代表不同分組(基于連接關(guān)系確定)。同時(shí),本研究通過計(jì)算不同節(jié)點(diǎn)的特征向量中心度(EigenvectorCentrality,EC),對(duì)不同研究?jī)?nèi)容的相對(duì)重要性進(jìn)行了量化,表2列出了排在前30位的EC結(jié)果。從圖2的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),現(xiàn)有BIM研究主要分成了4個(gè)部分,“BIM”、“BIM技術(shù)”等是核心的研究?jī)?nèi)容,而通過對(duì)比表2結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),除了通用性研究?jī)?nèi)容外,“協(xié)同設(shè)計(jì)”、“Revit”、“可視化”、“碰撞檢查”等均是較為重要的研究?jī)?nèi)容。但從總體上來講,其他研究?jī)?nèi)容的相對(duì)重要性較低,僅為BIM的12%左右,這與出現(xiàn)頻次為1的關(guān)鍵詞有關(guān),它們影響了量化分析結(jié)果的代表性。2.3我國BIM核心研究網(wǎng)絡(luò)的建立與分析。為了更準(zhǔn)確、直觀地對(duì)BIM研究進(jìn)行可視化與定量化分析,本研究對(duì)BIM核心研究網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行了建立。基于關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,以10為界限,對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行了篩選,共得到86個(gè)詞頻大于等于10的關(guān)鍵詞用于BIM核心研究網(wǎng)絡(luò)的建立與分析,其網(wǎng)絡(luò)模型如圖3所示,排在前30位的特征向量中心度計(jì)算結(jié)果如表3所示。通過對(duì)BIM核心研究網(wǎng)絡(luò)模型的建立與分析,可以看出現(xiàn)有研究對(duì)信息化和應(yīng)用的關(guān)注度相對(duì)較高,建筑工程是核心的研究對(duì)象,其相對(duì)重要性比橋梁高41.3%。在技術(shù)研究中,“協(xié)同設(shè)計(jì)”、“碰撞檢查”、“可視化”、“深化設(shè)計(jì)”等研究?jī)?nèi)容的相對(duì)重要性都達(dá)到了BIM的40%,是BIM技術(shù)層面非常重要的研究方向。在管理研究中,“施工管理”、“項(xiàng)目管理”、“精細(xì)化管理”均是影響較高的研究?jī)?nèi)容,其中,“施工管理”是最重要的部分。在不同建筑類型中,“裝配式建筑”的起步時(shí)間較短,但相對(duì)重要性卻高于其他類型的建筑,可見通過精細(xì)化、信息化與可視化技術(shù),可以有效提高其施工性能。而“全壽命周期”和“全生命周期”的計(jì)算結(jié)果表明,現(xiàn)有BIM研究已經(jīng)跳出了設(shè)計(jì)階段的限制,全生命周期思想已經(jīng)融入到現(xiàn)有研究中,這為未來研究的進(jìn)一步拓展奠定了基礎(chǔ)。在表3結(jié)果中,雖然對(duì)“施工管理”進(jìn)行了大量研究,但與進(jìn)度、質(zhì)量控制的相關(guān)研究?jī)?nèi)容卻未能排在前30位,“進(jìn)度管理”尚能排在第37位(EC:0.286),而質(zhì)量則沒有出現(xiàn)在核心指標(biāo)中,由此可見,BIM的施工管理是以造價(jià)、成本等為核心進(jìn)行的,對(duì)進(jìn)度和質(zhì)量的研究相對(duì)不足。同時(shí),IFC和標(biāo)準(zhǔn)分別排在第62位和68位,現(xiàn)有研究對(duì)國際和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的解讀較少,對(duì)評(píng)價(jià)體系的分析不足,這影響了BIM技術(shù)的應(yīng)用,需要進(jìn)一步拓展基于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究工作。2.4基于社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析的BIM研究團(tuán)隊(duì)分析。基于對(duì)BIM研究文獻(xiàn)的統(tǒng)計(jì),本研究對(duì)BIM研究團(tuán)隊(duì)間關(guān)系進(jìn)行了分析。通過對(duì)文獻(xiàn)作者的統(tǒng)計(jì),發(fā)現(xiàn)共有3,013位研究人員對(duì)BIM進(jìn)行了研究,其中,張建平、何關(guān)培、王廷魁等是發(fā)表文獻(xiàn)最多的作者。表4列出了發(fā)表文獻(xiàn)數(shù)超過7篇的作者,從表中可以看出,大部分學(xué)者來自于大學(xué),清華大學(xué)的相關(guān)學(xué)者數(shù)最多。為了更直觀的對(duì)BIM研究作者間關(guān)系進(jìn)行分析,本研究建立了BIM研究團(tuán)隊(duì)網(wǎng)絡(luò)圖,如圖4所示。由于本研究重點(diǎn)關(guān)注作者團(tuán)隊(duì)間的合作關(guān)系,因此模型中僅對(duì)模塊化后占總體1%及以上的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。考慮到特征向量中心度計(jì)算的特殊性,在作者量化分析中,分別以中心度(Degreecentrality,DC)作為指標(biāo)對(duì)該作者的核心性做分析,其計(jì)算結(jié)果如表5所示。通過對(duì)比圖4和表5的結(jié)果可以看出,現(xiàn)有BIM研究中有9個(gè)較大的研究團(tuán)隊(duì),大部分研究團(tuán)隊(duì)是獨(dú)立地開展研究,不同團(tuán)隊(duì)之間的研究交流較少。以“張建平”、“胡振中”等為核心的團(tuán)隊(duì)是最大的研究團(tuán)隊(duì),并通過“張洋”、“李恒”等與“趙雪鋒”團(tuán)隊(duì)和“郭紅領(lǐng)”團(tuán)隊(duì)建立了聯(lián)系。除此之外,只有“張德海”和“張濤”團(tuán)隊(duì)建立了有效的聯(lián)系,其他研究團(tuán)隊(duì)均呈現(xiàn)出內(nèi)部小團(tuán)隊(duì)的現(xiàn)象,這影響了不同研究成果之間的交流。在作者相對(duì)重要性分析中,“張建平”是中心度最大的作者,這與統(tǒng)計(jì)結(jié)果相同。而“楊震卿”、“趙欽”、“張曉玲”等均表現(xiàn)出較高的重要性。
3基于時(shí)間演化的BIM研究熱點(diǎn)及趨勢(shì)分析
通過上述研究的分析,本文初步對(duì)現(xiàn)有BIM研究熱點(diǎn)與研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)分析,為更好地對(duì)BIM研究的未來趨勢(shì)進(jìn)行分析,本文分別對(duì)不同年代的BIM研究進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)分析,從而對(duì)BIM研究的時(shí)間演化方向進(jìn)行了研究。3.1不同時(shí)間段BIM研究網(wǎng)絡(luò)的建立。基于1,664篇文獻(xiàn)數(shù)據(jù),本文對(duì)文獻(xiàn)發(fā)表時(shí)間進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)與分析,并將2006-2019年分隔為2006-2010年、2011-2013年、2014-2016年與2017-2019年這四個(gè)時(shí)間段,每個(gè)時(shí)間段的文獻(xiàn)數(shù)分別為66篇、390篇、906篇和302篇。同時(shí),為了更直觀地對(duì)不同時(shí)間段的研究?jī)?nèi)容進(jìn)行展示,本研究重點(diǎn)對(duì)4個(gè)不同時(shí)間段內(nèi)的核心研究網(wǎng)絡(luò)開展分析,分別根據(jù)關(guān)鍵詞詞頻大于等于2、3、5、3,確立了各階段的核心關(guān)鍵詞,并建立了4個(gè)時(shí)間段的核心研究網(wǎng)絡(luò)模型圖,如圖5所示。3.2基于不同階段BIM核心研究網(wǎng)絡(luò)的趨勢(shì)演化分析。基于不同時(shí)間段BIM核心研究網(wǎng)絡(luò)模型,本研究通過特征向量中心度計(jì)算結(jié)果對(duì)不同階段核心研究?jī)?nèi)容的相對(duì)重要性進(jìn)行了量化研究,其計(jì)算結(jié)果如表6所示,4個(gè)不同時(shí)間段分別用“06-10年”、“11-13年”、“14-16年”和“17-19年”來表示。同時(shí),由于本研究重點(diǎn)對(duì)各階段的主要研究?jī)?nèi)容進(jìn)行分析,因此只列出了排在前15位的關(guān)鍵詞。從表6的計(jì)算結(jié)果中可以看出,在06-10年,BIM作為一個(gè)新興技術(shù),虛擬現(xiàn)實(shí)、協(xié)同設(shè)計(jì)與可視化是關(guān)注的重點(diǎn)[13],針對(duì)IFC標(biāo)準(zhǔn)與BIM軟件也開展了許多研究;在11-13年,BIM研究的工程應(yīng)用大大增加,信息化成為了BIM研究的共識(shí),碰撞檢查的重要性急速上升,成為重要的設(shè)計(jì)應(yīng)用技術(shù)[14]。這一時(shí)期,BIM跳出了設(shè)計(jì)的局限,開啟了施工管理研究工作;在14-16年,相關(guān)研究數(shù)量倍增,逐步跨越了設(shè)計(jì)階段,對(duì)施工過程中的應(yīng)用成為了研究核心[15],而可視化由于在施工交底、工程展示中的重要意義,其重要性也不斷提升;在17-19年,隨著建筑工業(yè)化浪潮的到來,裝配式建筑的BIM應(yīng)用得到了廣泛的關(guān)注[16],由此也引起了施工管理中工程精細(xì)化研究的進(jìn)一步發(fā)展。同時(shí),隨著建筑數(shù)據(jù)的不斷積累,全生命周期BIM管理成為了重要的研究方向,新技術(shù)也與BIM不斷融合,創(chuàng)造出更多的價(jià)值。而在BIM發(fā)展中,人才不足是制約現(xiàn)階段發(fā)展的重要因素,因此教學(xué)改革也成為了這一時(shí)期非常重要的研究?jī)?nèi)容。
4跨越Modelling的BIM未來研究展望
通過對(duì)現(xiàn)有BIM研究網(wǎng)絡(luò)的分析,本研究對(duì)主要研究?jī)?nèi)容、研究團(tuán)隊(duì)和研究發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討。研究發(fā)現(xiàn),對(duì)BIM研究最充分的是設(shè)計(jì)階段,碰撞檢查是其研究要點(diǎn),而隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展,BIM已經(jīng)在施工管理中得到了廣泛的應(yīng)用,并在向著建筑全生命周期各階段發(fā)展,“信息化”已經(jīng)成為應(yīng)用BIM進(jìn)行管理的共識(shí)。但在對(duì)BIM研究的分析中,也發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)有研究存在的問題,需要進(jìn)一步研究:(1)跨越模型限制,服務(wù)綜合管理建筑信息模型是一種技術(shù)手段,而不是目的。在BIM發(fā)展過程中,需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)信息的深度整合與數(shù)據(jù)分析,從而在建筑全生命周期各階段充分發(fā)揮建筑信息的作用,真正地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)與實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過開展建筑智能設(shè)計(jì)、施工精細(xì)管理、運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)分析、剩余壽命預(yù)測(cè)等方面的研究[13],讓建筑數(shù)據(jù)跳出模型的限制,在建筑生命周期綜合管理中實(shí)現(xiàn)BIM的價(jià)值,打造BuildingInformationManagement。(2)立足裝配時(shí)代,推進(jìn)智能建造在建筑高品質(zhì)發(fā)展與勞動(dòng)力短缺的雙重背景下,傳統(tǒng)勞動(dòng)密集型的建筑業(yè)受到了極大的挑戰(zhàn),這使得裝配式建筑應(yīng)運(yùn)而生。但在裝配式構(gòu)件生產(chǎn)與施工過程中,由于缺乏精細(xì)化信息管理技術(shù),反而影響了建筑的品質(zhì),這必然要通過加強(qiáng)BIM技術(shù)的應(yīng)用[14],提高建筑建造過程中的精細(xì)度,以解決鋼筋碰撞等工程問題[15]。同時(shí),隨著建筑工業(yè)化水平的不斷提高,現(xiàn)代建筑施工必然要向著智能建造的方向發(fā)展,而BIM是實(shí)現(xiàn)建筑智能化建造的基礎(chǔ)。因此,未來BIM發(fā)展要立足于裝配式建筑的發(fā)展現(xiàn)狀,充分發(fā)揮信息集成在構(gòu)件制造(Manufacture)中的重要作用,推進(jìn)模塊化、信息化、智能化建筑的發(fā)展。(3)增強(qiáng)基礎(chǔ)研究,構(gòu)建自主平臺(tái)受我國科研基本環(huán)境的影響,現(xiàn)有BIM研究以應(yīng)用型技術(shù)為主,缺少對(duì)自主BIM三維圖形系統(tǒng)等基礎(chǔ)性內(nèi)容的研究。這種基礎(chǔ)研究的缺失,使得我國BIM研究必然要在國際平臺(tái)的框架下進(jìn)行,導(dǎo)致部分研究難以立足于我國的設(shè)計(jì)、施工基本情況,影響了相關(guān)研究的進(jìn)一步發(fā)展[16,17]。因此,未來BIM研究不單要關(guān)注實(shí)踐,更要增強(qiáng)BIM基礎(chǔ)研究工作,通過對(duì)圖像、圖形、數(shù)據(jù)等引擎的深入研究,打造符合中國建筑業(yè)發(fā)展要求的BIM平臺(tái),為建筑業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。(4)應(yīng)用信息技術(shù),發(fā)揮云端優(yōu)勢(shì)隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展,“大智移云”已經(jīng)成為了未來BIM發(fā)展的重要內(nèi)容[18]。BIM技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展必然要借助物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算[19]等方面的優(yōu)勢(shì),擴(kuò)寬信息收集渠道,增強(qiáng)信息整理能力,提高信息分析水平,從而全方位全面推進(jìn)建筑信息模型的完善與發(fā)展,真正將全生命周期內(nèi)的信息進(jìn)行整合,為未來建筑高水平管理提供基礎(chǔ)。(5)推動(dòng)教學(xué)研究,創(chuàng)新培養(yǎng)模式專業(yè)人才的缺失,是制約當(dāng)前BIM發(fā)展的重要因素,如何將BIM技術(shù)引入課堂,培養(yǎng)適合現(xiàn)代工程發(fā)展的人才,已成為現(xiàn)有BIM研究的熱點(diǎn)問題。只有通過加強(qiáng)對(duì)多專業(yè)交互式教學(xué)[20]、BIM工程實(shí)踐對(duì)接、BIM教育體系改革[21]等方面的研究,創(chuàng)新BIM人才培養(yǎng)模式,才能真正解決現(xiàn)有BIM專業(yè)人才短缺的問題,培養(yǎng)出符合工程要求的人才。因此,未來BIM研究中應(yīng)推進(jìn)教學(xué)改革研究的發(fā)展,為BIM的發(fā)展提供持續(xù)動(dòng)力。在建筑高品質(zhì)、高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展理念的指引下,BIM研究必然要通過更新理念內(nèi)涵、推進(jìn)智能建造、增強(qiáng)基礎(chǔ)研究、促進(jìn)技術(shù)融合、創(chuàng)新教學(xué)模式來進(jìn)一步提高我國的BIM技術(shù),充分滿足未來建筑業(yè)不斷增長的全生命周期管理需要,解決人才短缺的現(xiàn)實(shí)問題,為建筑的數(shù)字化、信息化和智能化發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
作者:周碩文 龐博 潘玉華 張強(qiáng) 盧永茂 單位:1.中國建筑科學(xué)研究院有限公司 2.交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院 3.廣東信宏智慧建造工程有限公司