基于CiteSpace的国内BIM研究热点与趋向分析
BIM凭借信息集成优势与可视化技术被认为是实现建筑产业现代化的重要工具，其普及应用是建筑行业的必然趋势。自BIM技术引入以来，国内学者对其研究的广度和深度不断提高，经历从基础理论研究、初级应用到集成应用的发展历程，现已取得阶段性的成果。然而BIM领域涉及专业广泛、内容方法丰富，需要对学界研究进行系统性梳理。为回顾国内BIM领域相关研究，本文基于CiteSpace文献计量工具，采用定性定量相结合的方法梳理国内BIM领域研究热点与演进趋势，以期为新时期BIM深入研究提供理论和应用参考。
1 数据来源与研究方法
为保证研究数据的全面性与可靠性，本文选择中国知网(CNKI)作为数据源，以“BIM”、“建筑信息化”作为检索词，第一篇相关文献发表时间为2006年，故将时间范围界定为2006～2020年(2021年数据不全暂不分析)。为保证数据权威性，文献检索过程中将非核心文献去除。初步检索出1679篇文献，经过识别，排除与本研究无关的文献，最终得到1543条有效文献作为此次分析的基础数据。
本文采用定性与定量相结合的方法对国内BIM研究现状进行综述，定性分析环节对关键文献进行梳理，介绍BIM领域的研究热点，进而分析对该领域发展的重要意义及影响，定量分析借助CiteSpace软件进行文献统计与知识图谱绘制，结合可视化结果对BIM领域高频关键词、研究演进进行分析。
2 文献统计结果分析
2.1 发文数量分析
对BIM领域1543篇相关文献进行发表年度统计，结果见图1。国内BIM研究发文量可以划分为两个阶段，即起步阶段和快速增长阶段。2006～2011年BIM研究领域处于起步阶段，我国于2003年引入BIM技术，最初发展较为缓慢，国内对BIM研究热情不高，年均发文量均在10篇以下，累计发文量不超过30篇，该阶段研究多以介绍性为主。2011年住建部发布《2011～2015建筑业信息化发展纲要》将BIM技术列为“十二五”期间重点推广技术，此后BIM领域发文量大幅度增加，进入快速增长阶段。2006～2020年间，与BIM相关的文章增加了98.67倍，2011～2020年间，相关文章增长了3637%，整体呈现出快速增长趋势，预计未来BIM研究领域发文数量会持续增长。
图1 BIM领域发文量统计
2.2 期刊分布分析
图2 BIM领域文献主要来源期刊
对文献来源进行统计分析，1543篇文献分别来源于204种学术期刊，从期刊收录情况来看，文献主要来源于建筑科学与工程、计算机软件及应用、交通运输与工业经济类期刊。现将发表频次在30次及以上的期刊进行汇总，见图2。图中可见，BIM研究文献分布较为集中，仅11种期刊发文量就超出发文总量的50%，其中《施工技术》、《建筑经济》、《建筑技术》三种期刊分别以251、115、61篇的发文量位居前三，表明三者是BIM研究领域的重要出版物，是了解BIM领域最新研究进展的重要窗口。
3 研究热点与演进
3.1 高频关键词分析
关键词是对文章内容的高度概括，高频关键词可用来捕捉研究领域的热点问题。为确定BIM领域出现的高频关键词，本文参考Donohue提出的关键词临界值模型确定高频关键词出现频次：
出现频次最高的关键词为信息化，且该关键词中心度最高，表明信息化在BIM领域既是关键议题又在不同热点之间起到重要的连接作用。建筑业信息化是建筑业发展的战略之一，BIM技术的综合应用对建筑行业信息化的推进具有重要意义，所列关键词中，可视化、BIM与GIS融合、施工模拟均可视为信息化技术的应用。BIM技术最早应用于建筑工程领域，并多面向于装配式建筑、高层建筑和钢结构建筑，随着BIM优势的显现，现已逐步应用于桥梁工程、城市轨道交通领域。在管理应用层面，BIM为全生命周期管理的实践提了技术支持，改变以往信息管理与共享局限于理论层面的困境。BIM在设计与施工阶段运用较为广泛，而在运维阶段的管理需要进一步延伸。
表1 高频关键词统计
3.2 关键词聚类分析
可视化初期图谱杂乱，故选择寻径(PathFinder)进行剪枝，在简化图谱的同时突出其重要结构特征。得到关键词聚类图谱，图谱中呈现11个聚类(如表2所示)，通过剖析以上聚类，将国内BIM研究热点归纳为三个方向：BIM主要功能、工程实际应用、相关技术支撑。#0BIM、#5应用较为笼统，展开分析的意义不大，下文不对其进行分析。
表2 关键词聚类
3.2.1 BIM应用功能
BIM常被应用于#3施工管理、#4协同设计、#6碰撞检查等功能领域。
BIM是解决施工过程中进度、成本、质量、安全等问题的有效途径。传统的施工管理借助横道图或网络计划图进行进度控制，工期发生延误后，只能采取事后措施，实施过程中缺乏可预见性，在BIM技术三维可视化的基础上加入时间因素构建4D管理理念，进行直观的进度展示，强化事前、事中控制，将进度变化稳定在可控范围内。将成本参数融入4D理念，在施工过程中进行工程量动态查询以及工程成本的实施监控，减少超支现象的发生。基于BIM的质量管理可以提升质量管理效率、明确质量责任追溯、对现场做到实时有效的控制。施工安全问题是建筑业最为关心的问题之一，基于BIM的安全管理围绕消防安全、工人高空作业安全、超高层建筑结构安全等展开。
多专业协同设计是BIM价值的集中体现，建筑、结构、设备等多专业借助BIM协同平台并行设计，实现不同专业之间的协同设计与信息共享。通过文献梳理，将基于BIM协同设计的文献分为三类：平台构建、流程设计、效果评价。平台构建方面：将BIM与VR技术结合构建协同平台、结合工作流思想，改进用户角色权限管理和工作流设计模式；流程设计层面：融合文件链接与工作集成的优势，构建多专业协同设计框架、基于IFC标准设计各专业、各阶段自上而下的信息协同；效果评价方面：将协同论序参量原理、云模型理论运用到BIM协同效果评价中。
当前BIM技术在碰撞检查中的应用已经比较成熟，其本质是利用可视化技术，在施工之前预先发现并解决问题。胡振中、张建平等早在2010年提出将四维时空模型引入物理碰撞检测的算法，对施工现场发生的碰撞进行实时监控预测，林伟等借鉴其时空碰撞检查概念，预判水电工程中可能出现的施工冲突。
3.2.2 应用范围
应用范围层面包括#8钢结构、#9轨道交通、#10精益建造三个聚类。
钢结构长期受到环境侵蚀与荷载作用，不可避免的造成应有功能的损伤，基于BIM的质量检测管控为保证钢结构建筑的安全性提供了新的途径。将BIM与三维激光扫描技术结合使得对钢结构进行实时监测与纠偏成为可能。BIM技术应用到钢结构抗震减灾的研究受到了重视，以塔楼钢结构桁架、超高层钢结构、建筑装配式钢结构为例，证明使用BIM技术能够显著提升建筑物的抗震减灾水平，为促进钢结构抗震应用提供了指导。
轨道交通工程施工现场呈带状分布，涉及区域更加广泛，房屋建筑工程成熟的BIM成果难以直接照搬。2017年交通部印发《推进智慧交通发展行动计划(2017～2020年)》，推进了BIM技术在轨道交通领域的应用，学界也涌现出大量相关研究。梳理相关文献，将研究热点归纳为施工质量安全预警、规划选线、设备维护管理等方面，技术层面呈现出与GIS、区块链、物联网相融合的趋势，但目前尚未成熟，仍需进一步探索。
精益建造的中心内容是为项目增值，与BIM创造价值的理念高度相符，二者有效集成具有显著的优越性：BIM侧重技术功能，其数据的高度集成解决了精益建造数据流难协同的问题；精益建造侧重理论方法，为BIM提供了在先进框架体系下应用的方式。基于BIM的精益建造应用于装配式建筑得到了较多的关注，通过构建设计、生产、运输、装配等阶段协同应用框架，解决流程碎片化问题。
3.2.3 技术集成
技术集成内容主要包括#1点云数据、#2二次开发、#7信息化三个聚类。
通过三维激光扫描技术对既有实体进行采样，获得采样点的空间坐标合集称之为点云数据。早期研究侧重于数据获取与相关算法，随着三维激光扫技术与BIM技术的成熟，相关研究转为工程实际应用，并在装配质量检查、古建筑修复、基坑变形检测等技术层面取得一定效果。然而大多学者注重技术层面的优势融合，忽略BIM管理思路的应用。以点云数据作为信息获取手段，充分发挥BIM的管理功能，或将成为未来一定时间内的研究重点。
狭义的二次开发是指为了满足不同专业的建模要求，在既有平台上开发应用插件的过程，广义层面是以项目全生命周期信息集成化为目标，努力实现各专业协同。Revit是国内应用最广泛的BIM软件平台，基于Revit的二次开发是国内学者的研究热点。现阶段BIM尚未完全实现信息化、标准化，经证明，基于Revit平台进行二次开发可以降低错误发生率，提高作业效率。
BIM技术的发展与成熟使得建筑行业信息化成为可能，BIM技术的深度应用需要与其他信息化技术集成，包括3D打印、云计算、物联网等。以BIM为中心，多种信息化技术相融合，有助于推进工程数据的高效管理，走出信息孤岛，实现真正意义上的智慧型决策。当前研究尚未兼顾多技术融合、多方协同与全寿命周期统筹，对研究者来说具有较大的研究潜力。
3.3 研究演进阶段
国内BIM研究从引入到不断完善，可以将其划分为引入阶段、初级应用阶段与集成应用阶段。
2006～2010年为引入阶段。BIM概念于2002年由Autodesk公司率先提出，我国自2006年起逐步开展相关研究。BIM作为新理念引入初期，研究多围绕BIM概念与优势、IFC标准、可视化技术初探等开展，侧重理论层面的思考，为后续研究提供坚实的基础，但缺乏应用层面的指导。
2011～2015年为初级应用阶段。2011年被认为是我国BIM元年，5月住建部印发的《20111～2015年建筑业信息化发展纲要》指出应加快建筑信息模型在工程行业中的应用，在相关政策指导下，学界研究进入快速增长期，BIM与其他信息技术集成应用的思路初步形成，研究阶段由设计阶段扩大到施工阶段，应用范围向城市轨道交通、综合管廊拓展。
2016～2020年为集成应用阶段。2016年8月住建部印发《2016～2020年建筑业信息化发展纲要》，《纲要》提出十三五时期全面提高建筑业信息化水平，增强BIM与其他信息技术的集成应用能力。集成应用阶段研究深度与广度有了显著的提升，与云、大数据、物联网的深度融合，服务于工程项目建设与管理，为实现全寿命周期管理提供了解决方案。该阶段的研究成果与装配式建筑、城市综合体、绿色公共建筑相结合，体现BIM的管理价值与技术价值。
4 研究发展方向
我国BIM技术发展至今，已经取得了阶段性的成果，本文在对已有研究进行梳理的基础之上，结合预测研判未来研究的发展方向如下：
管理的集成应用。初级应用阶段的BIM多用于碰撞检查、施工模拟、深化设计等技术应用，集成应用阶段虽不断丰富其他信息化技术支撑，但研究多局限于技术层面融合，BIM管理功能未能得到应有的重视。多元技术融合背景下，如何借助BIM平台辅助实现动态管理是未来研究方向之一。
运维阶段的应用延伸。BIM技术在设计、施工阶段的应用相对成熟，运维阶段仍具有较大的改进空间，构建基于BIM的综合运维管理平台，实现运维阶段空间、设施、应急、节能减排管理，将设计、施工、运维阶段紧密结合，推进BIM技术在建设项目全寿命周期的协同。
5 结 语
本文借助文献计量工具CiteSpace对中国知网数据库BIM领域1543篇文献进行计量可视化，采用定性定量相结合的方法分析研究热点与研究演进趋势，并提出未来研究方向，主要结论如下：(1)从文献统计结果来看，2006～2020年间，BIM领域发文量总体呈现快速增长趋势；(2)从研究热点来看，BIM技术应用功能集中在施工管理、协同设计、碰撞检查等功能领域，应用范围覆盖钢结构、轨道交通与精益建造，与相关技术的集成应用也引发学者的关注；(3)从研究演化趋势来看，BIM技术经历三阶段的发展已经取得了阶段性的成果，管理的集成应用、运维阶段的应用延伸等仍具有较大的研究空间。
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