基于文献计量学法的BIM热点与趋势研究

王传林

(汕头大学 工学院，汕头 515063)

引言

建筑信息模型，简称BIM(Building Information Modeling)，最近几年在国内外的建筑行业受到越来越多的关注及应用。BIM技术是一个完备的信息模型，它以3D模型为载体，集成了建筑、结构、管道、施工以及运维等建设项目的相关信息，为工程设计与施工提供相互协调、内部一致的信息模型，有助于提高建设行业的效率并节省能源。BIM的相关概念其实在1970年代已经出现了[1-3]。而建筑模型(building modeling)这个词相继由Ruffle[4]于1985年以及Aish[5]于1986年提出。但是，完整的BIM这个词则是第一次由Van Nederveen和Tolman[6]于1992年提出。虽然BIM的相关概念很早就已经提出了，但是最初并没有被广泛接受。直到2002年，Autodesk公司发布的一份白皮书——《Building Information Modeling》后，BIM才开始受到欢迎与重视。特别是最近五年时间，越来越多的大型建设工程开始使用BIM技术。例如，上海中心大厦是国内第一个真正意义上应用BIM技术的工程项目。该项目主要的应用包括复杂区域管线碰撞检查、管线综合以及施工进度模拟等。

欧美国家在BIM领域展开的研究较早，技术也较成熟，在实际工程中应用BIM的程度也比国内高。英国最高大厦Shard在建设过程中也采用了BIM技术。主要应用包括调整设备的位置、模拟施工安排和进度以及及时调整设计。我国引进BIM相关概念和技术较欧美国家晚，因此发展水平也有限。杨德磊[7]认为我国的BIM研究还停留在认知阶段，还亟需政府的大力推广。本研究的主要目的是研究经过近几年的发展，BIM在国内的研究领域处于哪一个阶段，同时研究热点又有哪些以及未来的研究趋势是如何。本研究的结果可以为我国BIM的研究和发展提供参考和借鉴作用。

1 研究方法

本研究采用文献计量学方法(Bibliometrics Method)进行研究。文献计量学是以文献量、作者数和词汇数为研究对象，采用数学、统计学、文献学等研究方法，研究文献信息分部结构、数量关系和变化规律，并探讨科学技术的某些结构、特征和规律[8]。通过定量分析，文献计量学可以揭示某一学术领域的发展历程、研究重点以及预估未来的研究方向。贾美珊等[9]通过该种方法分析了国内智慧建造应用发展现状，得到了很好的分析结果。

传统文献计量学方法可以分为三类：(1)基于作者的计量方法； (2)基于引文的计量方法； (3)基于关键词的计量方法。本文将采用第三种方法，即基于关键词的计量方法，即统计共现的关键词以及频次。通过文献的词频分析可确定学科或行业的研究热点和研究趋势。对这些关键词的统计，可以揭示这些词汇之间的亲疏关系，从而分析其所代表的学科主题结构的演变。如果某一个关键词在多篇文献中共现，表明其是该学科的研究热点。如果基于文献发表的时间发现其出现的频次越来越高，揭示该关键词是该学科未来几年的研究方向。但是不同关键词之间的相互关系并不清楚，因此关键词之间的关系网将通过社交网络分析绘制。

社交网络分析(Social Network Analysis)是由社会学家根据数学方法、图论等发展起来的定量分析方法。社交网络分析问题起源于物理学中的适应性网络，通过研究网络关系，有助于把个体时间关系、微观网络与社会系统的“宏观”结构结合起来，通过数学方法、图论等定量分析方法来解决一些社会问题。在社交网络分析方法中，节点(node)代表关键词，边(edge)代表关键词之间的关系，度(degree)表示连接关键词活跃性的度量，即与关键词相连的边的数目。

本文将以CNKI数据库中收录的文献为基础数据，通过统计文献中出现的关键词及其频次，并采用社交网络分析法进行系统分析，并通过数据可视化分析方法直观展示BIM研究的热点以及未来趋势。

2 数据收集与处理

2.1 数据来源

本研究以CNKI数据库中收录的文献为基础数据。检索CNKI中2012年-2018年间发表的以BIM为关键词的文献，获得大量的文献数据。根据检索结果，得到10 306篇文章。由于期刊数量过多，且文章数也过多，因此，本文只选择被SCI、EI以及核心期刊收录的高水平文章。经过筛选，得到1 020篇文章。本研究将基于这1 020篇文献进行。

2.2 数据处理

本研究将用到文献计量学方法和社交网络法进行研究，由于数据量巨大，本研究将采用UCINET软件进行数据处理以及可视化。UCINET软件可以采用多种形式对量大的数据进行处理，并以可视化的形式直观展现。

3 BIM研究

3.1 时间分布

图1展示了过去六年时间，关于BIM研究文献发表的篇数统计。从图1中可以看出，国内对于BIM研究的文献资料的数量呈上升趋势，且增长速度非常快。从CNKI数据库发现，在2012年之前的文献数量非常少，因此在本研究中并没有引用。但是2012年之后，国内的BIM研究快速发展。从图1中可以看出，每年发表文章的增长速度非常快，这也表明BIM越来越受到学术界和工程界的关注，有越来越多的学者以及工程师展开对BIM以及BIM相关技术及应用的研究。其次，这也与国家推广建筑业信息化的发展战略有关。住房与城乡建设部于2011年印发的《2011-2015年建筑业信息化发展纲要》[10]以及2016年印发的《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》[11]极大地推动了BIM研究的发展。国家和地方政策的推动以及产业界的需求将会促使BIM在未来的一段时间保持繁荣发展。

图1 BIM近五年研究时间分布图

3.2 期刊分布

本研究所提取的1 020篇文章发表在156种期刊上。其中发表超过10篇文章的期刊有18种，具体见表1。通过对核心期刊刊载研究的关注与学习，可以及时了解到BIM及其相关领域的研究前沿和趋势。从表1中可以看出，文献发表量前18的期刊都是核心期刊，并没有一本被SCI或EI收录，因此，也说明我国的BIM研究程度不深入，研究的领域也缺乏前沿性，目前处于比较基础和应用的阶段。同时这18种期刊所发表的文章总数为718篇，

表1 期刊分布表

表2 高频关键词列表(词频≥5)

占比为70.4%。说明我国关于BIM研究的文献发表比较集中，这也间接表明我国的BIM研究领域相对比较集中，并没有展开多方向、全方面的研究。表1中排名第一和第二的期刊都与技术有关，而且其所刊载的文章篇数占前18期刊所发表文章的56.7%。这说明了目前中国关于BIM的研究主要着重点是在技术应用上，即如何把BIM应用在施工或者工程中。从目前我国每年巨大的工程建设量来看，未来这一类的文献还会出现大量增长。

3.3 研究热点

从数据中提取到2 285个关键词，其中有一些关键词是相同或相近的，例如BIM和建筑信息模型，因此，可以缩短为一个关键词。选择词频大于等于5的关键词作为高频关键词，共计55个，见表2。

从表2中可以发现BIM研究中的关注热点及研究重点，其中BIM、信息化、应用、深化设计以及项目管理是最主要的几个研究热点。这也符合BIM最初被提出的初衷，即为工程设计与施工提供相互协调、内部一致的信息模型，提高建设行业的效率并节省能源。虽然表2能够得到BIM研究中的关注热点，但是每个关键词之间的联系还不得知。如果想要知道在BIM研究中，哪些关键词之间是有联系，或者是相互影响，则需要用到社交网络分析法。把从SATI提取的数据导入到UCINET中，就可以得到各个关键词之间的相互联系，见图2。

图2节点的大小代表该关键词出现的频次，节点越大，表明该关键词出现的次数就越多，说明该关键词受到的关注度也越高。节点之间的连线表示关键词之间的共线关系，即该两关键词曾出现在同一篇文献中。某一关键词与其他关键词的连线越多，表明该关键词越处于核心位置。从图中可以看出，BIM、BIM技术、信息化、项目管理以及全生命周期等是关注热点，同时也是处于研究的中心领域，它们与其他关键词之间的联系更频繁与紧密。同时，也可以看出施工模拟、碰撞检查、全生命周期以及安全管理等也是目前BIM研究的重点。

3.3 聚类分析

根据表1中的关键词，可以把BIM领域的研究热点分为以下几类：

图2 关键词共现网络图

(1)BIM的相关概念研究。该类的关键词包括BIM技术，信息化以及BIM模型等。国内许多从业者并不清楚何为BIM或者知道但是缺乏相关的应用技术。因此，目前国内的BIM研究有一部分是集中在BIM的相关概念的普及及框架的建立。

(2)BIM的相关软件或与其他软件结合。该类的关键词有Revit，GIS，ArchiCAD等。由于BIM只是一种技术，其中涉及建模、结构计算等方面的内容。目前市面上存在的商业软件只在某一些方面有优势。要想获得全面的、更有效的应用，必须要在特定的软件上进行操作。

(3)BIM标准的研究。该类关键词包括IFC标准，参数化设计、RFID等。在BIM领域，数据的交换和描述很重要。由于BIM技术综合了建筑行业里面的各个部门，因此，不同部门之间的数据如何交换很重要。BIM未来的顺利推广需要建立一个完善的BIM标准。

(4)BIM功能应用的开发与研究。该类关键词包括深化设计，项目管理，施工模拟等。BIM的商业价值在于降低项目的建设成本，因此，一个项目从设计，到施工，再到运维，BIM都可以参与其中，目的是通过参数模型整合各项的相关信息，使技术人员对各种建筑信息做出正确和高效的应对，为参与各方提供协同工作的基础，提高生产效率、节约成本和缩短工期，从而减少工程造价。

3.4 研究趋势

(1)BIM相关概念的研究趋势

BIM相关概念的研究趋势图见图3。从图中可以看出，BIM相关概念的文章发表篇数一直呈快速增长趋势。这也说明我国有越来越多的研究人员投入到BIM的研究中去。由于BIM技术对于国内大多工程师和研究者来说，是一个新事物。虽然有听说BIM，但是对于BIM的真正内容并不了解，因此，BIM相关概念还需要一定时间的普及。目前，BIM在我国还处于起步阶段，未来还需要一定的时间才能赶上欧美发达国家。可以预见在未来的几年时间里，这类的文章将会大量发表。

图3 BIM相关概念的研究趋势

(2)应用于建筑结构的研究趋势

图4展示了BIM应用于各类建筑的情况。从图中可以发现，从12年到15年，工程项目采用BIM技术不多，但是从16年开始，不管是设计，施工还是管理，有越来越多的建筑工程项目采用BIM技术，而且在可预见的将来，这种增长速度还将保持一段时间。随着国家大力发展装配式建筑以及建设地下综合管廊等，BIM技术在这些工程项目中的运用会越来越多，这也会有力推动BIM技术的发展。

图4 建筑应用BIM情况

(3)BIM在各阶段的使用情况

图5展示BIM在项目各阶段使用的情况。从图中可以看出，不管在哪一个阶段，采用BIM技术的工程项目都是呈增长趋势。目前BIM比较多地应用在设计和施工过程中，而且未来还会保持快速的增长趋势。BIM在项目的管理阶段使用的也比较多，但是增长幅度还不是特别大。从图5还可以得知，有越来越多的BIM技术会应用到建筑的全生命周期中，即在整个建设项目的设计、施工、管理以及运维等阶段都会采用BIM技术。

图5 BIM在项目各阶段使用情况

4 结论

本文采用文献计量学法统计2012-2018年发表的高水平文献，通过社交网络法以及共词分析法分析BIM领域的研究热点以及研究趋势。根据本文的分析，可以总结出以下几点。

(1)国内的BIM研究目前处于快速发展时期。虽然BIM在国外被提出已经有三十多年的时间，但是在国内被广泛研究的时间并不长。最近几年关于BIM技术的文章发表数量呈指数增长的趋势。在可预见的未来，这种趋势还会保持相当长的一段时间。

(2)国内的BIM研究还处于早中期阶段。国内目前的研究热点主要集中于BIM的相关概念的推广以及在实际工程中的应用，所发表的文章的类型较集中，且大多是被核心期刊收录，被SCI及EI收录的高质量期刊较少。因此，未来的学者可以在其他方面展开更为广泛和深入的研究，填补空白。

(3)BIM技术越来越多地应用在不同建设项目上。国家目前在力推建筑工业化以及地下综合管廊等国家战略，这些工程项目的建设离不开BIM技术。因此，未来会有越来越多的装配式项目及地下综合管廊会应用BIM技术。同时，未来BIM技术会应用在建设项目的全生命周期中，即把设计、施工、管理以及运维等都包括进去。