國(guó)內(nèi)智慧建造應(yīng)用發(fā)展分析
——基于共詞分析法

賈美珊1 徐友全1 趙靈敏

(1.山東建筑大學(xué)管理工程學(xué)院，濟(jì)南 250101； 2.山東營(yíng)特建設(shè)項(xiàng)目管理有限公司數(shù)字技術(shù)部，濟(jì)南 250014)

引言

近年來，我國(guó)建筑行業(yè)不斷向前發(fā)展，在經(jīng)歷了傳統(tǒng)建造方式的長(zhǎng)期發(fā)展與積累之后，建筑業(yè)開始探索一種新興的工程建造模式。它是一種建立在高度信息化、數(shù)字化、工業(yè)化上的互聯(lián)、協(xié)同、智能、高效、可持續(xù)的建造模式，以實(shí)現(xiàn)建筑全壽命周期智慧建設(shè)[1]?！?016～2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中提出我國(guó)在“十三五”時(shí)期，要著力增強(qiáng)建筑業(yè)信息化水平，提高“云大物智移”及BIM等核心信息技術(shù)集成應(yīng)用能力，提升數(shù)據(jù)、資源的收集處理再利用能力和信息化服務(wù)水平[2]。建筑業(yè)的未來是智慧建造的未來，在新的環(huán)境下，建筑企業(yè)只有不斷轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式、堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新、持續(xù)信息化建設(shè)，突破以往傳統(tǒng)管理技術(shù)手段的瓶頸，才能在競(jìng)爭(zhēng)中加速變革，在變革中提升優(yōu)勢(shì)[3]。因此，工程建設(shè)從數(shù)字化、信息化走向智慧化是發(fā)展的必經(jīng)之路，也是建筑業(yè)未來的必然發(fā)展趨勢(shì)。

智慧建造作為一種新興工程建設(shè)方式，近年來得到業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注[4-5]，但其理論體系研究及應(yīng)用使用都還處于初級(jí)階段。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的研究仍處于從數(shù)字化、信息化向智慧化的摸索階段，總體上都是走以應(yīng)用為導(dǎo)向的發(fā)展思路，但是實(shí)踐仍需要結(jié)合學(xué)界理論研究成果。智慧建造當(dāng)前的研究狀況、理論觀點(diǎn)、研究熱點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用對(duì)象等問題都需要被討論，這對(duì)實(shí)現(xiàn)建設(shè)全生命周期的信息化、智慧化，實(shí)現(xiàn)管理效益的提升有著莫大幫助。

本文以統(tǒng)計(jì)分類方式歸納總結(jié)文獻(xiàn)研究，運(yùn)用Bicomb軟件進(jìn)行關(guān)鍵詞矩陣化處理，系統(tǒng)定量地分析了智慧建造的研究現(xiàn)狀，同時(shí)輔以SPSS軟件及Ucinet軟件進(jìn)行聚類分析和社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析，依據(jù)關(guān)鍵詞之間的共現(xiàn)關(guān)系展示其研究結(jié)構(gòu)、親疏關(guān)系及主次關(guān)系，以此對(duì)智慧建造學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)研究主題進(jìn)行科學(xué)化分類，并歸納出研究結(jié)構(gòu)、熱點(diǎn)問題和未來趨勢(shì)[6]。

1 數(shù)據(jù)來源及研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文以中國(guó)知網(wǎng)及SCI中有關(guān)國(guó)內(nèi)智慧建造研究的文獻(xiàn)作為數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)來源，以智慧建造、智慧建設(shè)及智慧建筑作為檢索詞，對(duì)期刊、碩博論文和會(huì)議論文進(jìn)行全面搜索，檢索時(shí)間范圍為2008～2018年，共檢索出1184條結(jié)果。由于該領(lǐng)域質(zhì)量論文利用NoteExpress對(duì)選擇出的1184篇文獻(xiàn)進(jìn)行處理，剔除重復(fù)、無作者及弱關(guān)聯(lián)的文獻(xiàn)，最終選出910篇文獻(xiàn)作為數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行下一步的分析研究。每年期刊論文數(shù)量及總體趨勢(shì)如圖1所示。

圖1 我國(guó)智慧建造研究論文發(fā)表數(shù)量統(tǒng)計(jì)

圖1顯示，據(jù)統(tǒng)計(jì)這11年來文獻(xiàn)數(shù)量總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。從2008年到2011年此領(lǐng)域的研究成果較少， 2012年開始進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段，有關(guān)智慧建造的研究穩(wěn)步增長(zhǎng)，在2016年加快了增長(zhǎng)速度，并在2017年數(shù)量激增到273篇，由于文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)時(shí)間為2018年12月，因此文獻(xiàn)篇數(shù)在2018年沒有完全統(tǒng)計(jì)。由此可見，智慧建造是一個(gè)新興領(lǐng)域，在2008年第一次出版《中國(guó)智能建筑行業(yè)發(fā)展報(bào)告》后，數(shù)字建造相關(guān)概念被提出并展現(xiàn)在業(yè)內(nèi)學(xué)者和行業(yè)部門面前，并從2012年開始越來越多的受到國(guó)內(nèi)學(xué)界的重視。通過2013年發(fā)布的第二版《中國(guó)智能建筑行業(yè)發(fā)展報(bào)告(2013-2018)》； 2016年住建部印發(fā)的《2016～2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》； 2017年國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布的《關(guān)于促進(jìn)建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見》和《中國(guó)建筑行業(yè)信息化發(fā)展報(bào)告——智慧工地的應(yīng)用與發(fā)展》等政策、報(bào)告的推動(dòng)，業(yè)內(nèi)學(xué)者、同行們對(duì)建筑業(yè)智慧化發(fā)展的研究在2016年迅速增長(zhǎng)并在2017年達(dá)到頂峰。

1.2 研究方法

本文采用共詞分析法對(duì)智慧建造的研究結(jié)構(gòu)及研究?jī)?nèi)容進(jìn)行可視化分析。“共詞分析”是指對(duì)某一學(xué)科領(lǐng)域的專業(yè)術(shù)語(yǔ)和熱點(diǎn)詞共現(xiàn)在同一篇文獻(xiàn)中的現(xiàn)象進(jìn)行定量研究，一方面揭示信息的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性，另一方面將隱性知識(shí)顯性化。由于關(guān)鍵詞是一篇文獻(xiàn)研究主題、內(nèi)容的高度凝練，可以代表這一研究成果的主要成分，因此本文利用文獻(xiàn)中的關(guān)鍵詞進(jìn)行共現(xiàn)分析。利用多元數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)技術(shù)如聚類分析按照詞之間的關(guān)聯(lián)度對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行分類，來展現(xiàn)此研究領(lǐng)域多維度的研究?jī)?nèi)容及研究熱點(diǎn)。

用共詞法分析建筑業(yè)領(lǐng)域智慧建造應(yīng)用的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)，主要包括四個(gè)步驟： ①篩選確定智慧建造相關(guān)文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞，作為以下分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)； ②構(gòu)造關(guān)鍵詞的詞篇矩陣、共詞矩陣和相異矩陣； ③運(yùn)用多元統(tǒng)計(jì)分析法對(duì)構(gòu)建的矩陣進(jìn)行可視化分析； ④對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的分析。整個(gè)分析過程主要應(yīng)用BICOMB、SPSS及UCINET可視化分析軟件[7]。本文研究方法具體實(shí)施步驟如圖2所示。

2 關(guān)鍵詞矩陣構(gòu)建

2.1 關(guān)鍵詞篩選

將選取的898篇文獻(xiàn)導(dǎo)入BICOMB，共獲得4201個(gè)關(guān)鍵詞，再將這4201個(gè)關(guān)鍵詞進(jìn)行預(yù)處理，以保證分析結(jié)果的有效性。首先進(jìn)行關(guān)鍵詞相似合并，如“BIM”和“BIM技術(shù)”合并為“BIM”； 其次對(duì)相似合并后的4201個(gè)關(guān)鍵詞進(jìn)行詞頻統(tǒng)計(jì)，選擇出詞頻大于7的73個(gè)關(guān)鍵詞，剔除不相關(guān)、于主題研究無益的關(guān)鍵詞，如“中國(guó)”、“上海”、“智慧旅游”； 再將用于檢索文獻(xiàn)的主題詞去掉，即“智慧建造”、“智慧建設(shè)”和“智慧建筑”，因?yàn)檫@三個(gè)詞用于檢索文章，是研究?jī)?nèi)容的總體概述，作為分析元素來進(jìn)行研究現(xiàn)狀、研究熱點(diǎn)的描述顯然意義不大。最終將處理后獲得的65個(gè)關(guān)鍵詞用于下一步分析，經(jīng)過處理的關(guān)鍵詞詞頻統(tǒng)計(jì)部分表格如表1所示。

圖2 研究步驟

表1 智慧建造研究文獻(xiàn)關(guān)鍵詞詞頻(部分)

序號(hào)關(guān)鍵詞頻次序號(hào)關(guān)鍵詞頻次1BIM21226系統(tǒng)集成142智慧城市14127全生命周期143智慧城市建設(shè)7528智能化144物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)6829地下管網(wǎng)145建筑業(yè)5730企業(yè)146工地5431綜合管廊147智能建筑4932智慧園區(qū)138智慧工地3733智能化系統(tǒng)139場(chǎng)地3334企業(yè)管理1310施工現(xiàn)場(chǎng)3335云平臺(tái)1311建筑信息模型2636節(jié)能1212云計(jì)算2537軌道交通1213信息化2538安全管理1214GIS2339信息化手段1215大數(shù)據(jù)2340物業(yè)管理1116建筑物2241綠色施工1017裝配式建筑2042建筑全生命周期1018綠色建筑2043建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化1019智慧社區(qū)1844建筑節(jié)能1020人工智能1845精益建造1021建筑施工行業(yè)1746建筑施工企業(yè)922數(shù)字化1747質(zhì)量安全監(jiān)督923建筑工業(yè)化1748頂層設(shè)計(jì)924運(yùn)維管理1649塔式起重機(jī)925“互聯(lián)網(wǎng)+”1550發(fā)展模式9

從表1中可以看出：1)BIM為智慧建造研究體系的核心，詞頻高達(dá)212次，表明BIM在建筑全壽命周期的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維中起著重要的作用，應(yīng)用十分廣泛；2)近年來智慧城市一直是研究熱點(diǎn)，但智慧城市的建設(shè)離不開智慧建造的產(chǎn)生，智慧建造是智慧城市發(fā)展的核心；3)在頻次統(tǒng)計(jì)排名前10的關(guān)鍵詞中，還包括建筑業(yè)、智慧工地、工地、場(chǎng)地及施工現(xiàn)場(chǎng)，這些關(guān)鍵詞的出現(xiàn)頻次均高于30。這表明在建筑業(yè)中，工地、施工現(xiàn)場(chǎng)的智慧化應(yīng)用是智慧建造關(guān)注的重點(diǎn)，這種基于信息化手段的工程施工階段管理理念已經(jīng)受到廣泛的重視；4)在頻次統(tǒng)計(jì)前15的關(guān)鍵詞中還包含物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算、信息化、GIS和大數(shù)據(jù)，表明以上技術(shù)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)智慧建造的核心要素，其應(yīng)用水平直接決定了工程建造的智慧化程度；5)裝配式建筑、綠色建筑、建筑施工行業(yè)、企業(yè)管理、全生命周期、互聯(lián)網(wǎng)、質(zhì)量安全、節(jié)能等術(shù)語(yǔ)也出現(xiàn)在高頻詞當(dāng)中，表明其同樣為智慧建造發(fā)展的核心建設(shè)內(nèi)容。

2.2 詞篇矩陣構(gòu)建

崔雷在《基于SPSS的共現(xiàn)聚類分析參數(shù)選擇的實(shí)例研究》中提到，在應(yīng)用SPSS進(jìn)行系統(tǒng)聚類時(shí)，詞篇矩陣所得到的聚類結(jié)果和穩(wěn)定性方面比共詞矩陣要好得多。因此，優(yōu)先選擇詞篇矩陣進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析[8]。詞篇矩陣的第一行為文章編號(hào)，第一列為高頻關(guān)鍵詞，若關(guān)鍵詞在一篇文獻(xiàn)中出現(xiàn)則標(biāo)1，否則標(biāo)0。將挑選出的文獻(xiàn)導(dǎo)入BICOMB進(jìn)行詞篇矩陣構(gòu)建，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行接下來的聚類分析，部分表格見表2。

表2 關(guān)鍵詞詞篇矩陣

12345678BIM00111000智慧城市00100000智慧城市建設(shè)00000000物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)00000000建筑業(yè)00001000工地00000010智能建筑00000000智慧工地01000001

2.3 共詞矩陣構(gòu)建

高頻詞可以直觀反映智慧建造領(lǐng)域近年來研究熱點(diǎn)和核心，但無法體現(xiàn)研究?jī)?nèi)容之間的應(yīng)用關(guān)系。將關(guān)鍵詞導(dǎo)入BICOMB軟件進(jìn)行兩兩配對(duì)，構(gòu)建65*65共詞矩陣，從而更為直觀地展現(xiàn)出研究熱點(diǎn)之間的親疏關(guān)系和結(jié)構(gòu)框架，也為后面的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析做準(zhǔn)備。

在共詞矩陣中，主對(duì)角線的數(shù)據(jù)為關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次，非主對(duì)角線上的數(shù)據(jù)為兩個(gè)關(guān)鍵詞出現(xiàn)在同一篇文獻(xiàn)中的次數(shù)[9]，部分共詞矩陣如表3所示。

2.4 相異矩陣的構(gòu)建

表3 關(guān)鍵詞共詞矩陣(部分)

BIM智慧城市智慧城市建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建筑業(yè)工地智能建筑智慧工地場(chǎng)地施工現(xiàn)場(chǎng)BIM21227191824813746智慧城市271411114709201智慧城市建設(shè)1911756319000物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)18146686112614建筑業(yè)2473657132111工地8011154013313智能建筑1399123049000智慧工地72062103701

表4 關(guān)鍵詞相異矩陣(部分)

其中，相關(guān)系數(shù)Oij的值在0-1之間，表示任意兩個(gè)關(guān)鍵詞同時(shí)出現(xiàn)的概率，數(shù)值越接近于1，兩個(gè)關(guān)鍵詞之間關(guān)系越密切； 數(shù)值越接近于0，則兩個(gè)關(guān)鍵詞之間相關(guān)性越小。Kij表示兩個(gè)關(guān)鍵詞同時(shí)出現(xiàn)的頻次，Ki和Kj代表這兩個(gè)關(guān)鍵詞各自在文獻(xiàn)中出現(xiàn)的頻次。以此得出的相關(guān)矩陣可以真正意義上地揭示熱點(diǎn)詞之間的關(guān)聯(lián)程度，有效避免了共詞矩陣中由于關(guān)鍵詞頻次相差過大使得得出的相關(guān)性過于表面、不夠準(zhǔn)確的問題。再利用EXCEL辦公軟件，用1減去相關(guān)矩陣的每一個(gè)數(shù)據(jù)，從而得到相異矩陣。部分相異矩陣如表4所示。

3 關(guān)鍵詞共詞分析

3.1 聚類分析

聚類分析是一種將變量按照相似度進(jìn)行分類的多元統(tǒng)計(jì)分析方法。系統(tǒng)聚類是目前應(yīng)用最廣泛、分析效果最好的算法，其原理是先將每一個(gè)關(guān)鍵詞看成一類，選擇“距離”最近的兩類合并為新的一類，重新計(jì)算各類之間的距離，再將距離最近的兩類合并，以此類推，直到合并為一類[7]。通過聚類分析，原有的關(guān)鍵詞被分為了幾大類，從而直觀展現(xiàn)了智慧建造研究領(lǐng)域的幾大分支和每一分支里的具體關(guān)注內(nèi)容。

圖3 聚類分析

表5 關(guān)鍵詞聚類結(jié)果

研究熱點(diǎn)分類包含的關(guān)鍵詞1、建筑行業(yè)、企業(yè)工業(yè)化、智慧化升級(jí)企業(yè),企業(yè)管理,建筑業(yè),項(xiàng)目管理,建筑工業(yè)化,裝配式建筑,轉(zhuǎn)型升級(jí),建筑施工企業(yè),建筑施工行業(yè),建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化,信息化手段,精益建造。2、基于互聯(lián)網(wǎng)的施工現(xiàn)場(chǎng)智慧化質(zhì)量安全監(jiān)管安全管理,應(yīng)急管理,互聯(lián)網(wǎng),監(jiān)管平臺(tái),工地,場(chǎng)地,施工現(xiàn)場(chǎng),云平臺(tái),質(zhì)量安全監(jiān)督,質(zhì)量管理。3、智慧工地建設(shè)人工智能,塔式起重機(jī),綠色施工,智慧工地,“互聯(lián)網(wǎng)+”,信息化。4、智慧化社區(qū)管理智慧社區(qū),物業(yè)管理,建筑信息化。5、智慧市政建設(shè)軌道交通,地下管網(wǎng),綜合管廊。6、基于BIM+GIS建筑全生命周期智慧化建設(shè)建筑信息模型,深化設(shè)計(jì),數(shù)字化,BIM,GIS,智慧園區(qū),運(yùn)維管理,建筑物,建筑全生命周期,全生命周期。7、綠色建筑及能源管控節(jié)能,建筑電氣,建筑節(jié)能,智能化,能源管控,綠色建筑。8、關(guān)鍵技術(shù)在城市智慧化建設(shè)中的應(yīng)用智慧城市,智慧城市建設(shè),新型城鎮(zhèn)化,頂層設(shè)計(jì),城市信息化,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),云計(jì)算,大數(shù)據(jù),智能建筑,智能化系統(tǒng),系統(tǒng)集成,研討會(huì)。9、智慧建造的發(fā)展模式及評(píng)價(jià)體系可持續(xù)發(fā)展,評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,發(fā)展模式。

將事先構(gòu)建的高頻詞相關(guān)矩陣導(dǎo)入SPSS 22，選擇分類—系統(tǒng)聚類，聚類方法選擇組間連接法，系數(shù)選擇Ochiai，得到聚類樹狀圖，如圖3所示。由樹狀圖可看出， 65個(gè)關(guān)鍵詞被細(xì)分為九大研究分支，每個(gè)分支及其細(xì)節(jié)研究?jī)?nèi)容如表5所示。其中有4類內(nèi)容較為豐富，分別是第1類，主要描述智慧建造在建筑業(yè)、企業(yè)現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型升級(jí)中的應(yīng)用； 第2類，主要描述智慧建造在施工現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用； 第6類，主要描述了智慧建造在建筑全生命周期的應(yīng)用； 第8類，主要描述了智慧建造在智慧城市發(fā)展中的應(yīng)用及關(guān)鍵信息化技術(shù)的應(yīng)用。其他類還包括智慧建造的發(fā)展體系； 智慧工地、智慧市政的開展； 智慧社區(qū)管理； 綠色建筑節(jié)能管理等。

3.2 多維尺度分析

多維尺度分析是一種降維分析法，它采用的是不相似的評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)或者相異性數(shù)據(jù)而非相似性數(shù)據(jù)。這種方法可將多維空間變量壓縮到二維空間里來，用相互距離和空間位置來直觀展示研究對(duì)象之間的關(guān)系強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)。

將相異矩陣導(dǎo)入SPSS 22中，度量模型選擇歐氏距離，形狀選擇正對(duì)稱，進(jìn)行高頻詞二維尺度分析，運(yùn)行后得出的信度評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)為 Stress=0.16240，RSQ=0.86188。一般來說若Stress<0.2，RSQ>0.6，則模型擬合良好，運(yùn)行結(jié)果可信[11]。因此，本模型結(jié)果數(shù)據(jù)可靠符合標(biāo)準(zhǔn)，如圖4所示。

圖4 二位尺度分析圖

由圖4可以看出，關(guān)鍵詞大致被分為四類：第一類有智慧工地、工地、場(chǎng)地、施工現(xiàn)場(chǎng)、質(zhì)量安全監(jiān)管、云平臺(tái)等，可以歸結(jié)為智慧工地應(yīng)用與發(fā)展。第二類有建筑施工企業(yè)、企業(yè)管理、項(xiàng)目管理、建筑施工行業(yè)、轉(zhuǎn)型升級(jí)、建筑工業(yè)化、建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化及信息化等，可以歸結(jié)為建筑產(chǎn)業(yè)信息化、工業(yè)化和現(xiàn)代化發(fā)展。第三類有建筑全生命周期、綠色建筑、智能建筑、智能化系統(tǒng)、深化設(shè)計(jì)、運(yùn)維管理、BIM、GIS、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)及人工智能等，可以歸類于基于數(shù)字技術(shù)的建筑全生命周期智能化管理。第四類有智慧城市建設(shè)、新型城鎮(zhèn)化、城市信息化、頂層設(shè)計(jì)、軌道交通、節(jié)能、能源管控、監(jiān)管平臺(tái)、可持續(xù)發(fā)展、評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及研討會(huì)等，可以歸類于智慧城市建設(shè)及發(fā)展研究。

3.3 社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析

相對(duì)于其他多元統(tǒng)計(jì)分析方法，社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析可更加直觀地展現(xiàn)關(guān)鍵詞之間的關(guān)系結(jié)構(gòu)，展示主題詞的中心性和詞與詞之間的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度，進(jìn)而確定該學(xué)科領(lǐng)域的研究核心、所處研究地位及各研究?jī)?nèi)容之間的關(guān)聯(lián)。將共詞矩陣導(dǎo)入U(xiǎn)CINET軟件中，用NetDraw繪制智慧建造應(yīng)用與發(fā)展的關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖如圖5所示。

圖5中這65個(gè)高頻關(guān)鍵詞之間形成了密切聯(lián)系的交錯(cuò)聯(lián)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的點(diǎn)代表關(guān)鍵詞，連線代表關(guān)鍵詞之間的聯(lián)系。連線越粗代表關(guān)鍵詞共現(xiàn)頻次越高、關(guān)系越近； 連線越細(xì)代表關(guān)鍵詞之間關(guān)系越遠(yuǎn)。節(jié)點(diǎn)大小表示與該點(diǎn)有直接關(guān)系的點(diǎn)的多少，用來測(cè)量該主題詞的中心度，中心度越大代表其越是該領(lǐng)域研究的重點(diǎn)[6]。

從圖中的節(jié)點(diǎn)大小來看：

(1)BIM處于網(wǎng)絡(luò)圖的核心位置，節(jié)點(diǎn)最大、中心度最高，連接著所有重要關(guān)鍵詞，可見BIM的應(yīng)用是智慧建造發(fā)展的核心技術(shù)。在工程建設(shè)領(lǐng)域，三維建筑模型技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在了建筑物的規(guī)劃策劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維中，建筑產(chǎn)品的模型化表達(dá)和信息集成化展示對(duì)項(xiàng)目的成功實(shí)施、精益建造有著十分關(guān)鍵的作用。

圖5 關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析圖

(2)中心度僅次于BIM的有智慧城市、智慧城市建設(shè)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和建筑業(yè)，可見智慧城市的發(fā)展是智慧建造應(yīng)用的主要目的，這離不開建筑業(yè)的發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用。

(3)中心度較高的主題詞還有人工智能，綠色建筑、智能建筑，表明建筑業(yè)智能化是當(dāng)前研究關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容。

(4)施工現(xiàn)場(chǎng)、信息化、工地、裝配式建筑、智慧工地等中心度也相對(duì)其他關(guān)鍵詞較高，說明施工工地是智慧建造的重點(diǎn)應(yīng)用對(duì)象，信息化手段、裝配式技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智慧工地的核心技術(shù)。

(5)建筑物、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)、GIS、建筑工業(yè)化及建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化同樣靠近中心位置，中心度較高，說明數(shù)字化技術(shù)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)智慧建造的關(guān)鍵所在，最終以實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化為目標(biāo)。

從圖中的連線粗細(xì)來看：BIM處于關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的核心，和靠近網(wǎng)絡(luò)中心的關(guān)鍵詞聯(lián)系均很密切，說明其一，建筑業(yè)和智慧城市的發(fā)展是基于BIM在工程建設(shè)全生命周期中的應(yīng)用； 其二，BIM與物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能和GIS等關(guān)鍵詞連線較粗、關(guān)系密切，說明將BIM與多種數(shù)字化、智能化技術(shù)的集成應(yīng)用是當(dāng)今建筑業(yè)向智慧化過渡的主要方法[12]。

4 智慧建造研究熱點(diǎn)透視

4.1 智慧建造核心技術(shù)研究

《2016～2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中明確指出：要通過增強(qiáng)BIM及“云大物智移”等信息技術(shù)的集成應(yīng)用能力來全面提高建筑業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平[2]。具體來說：

(1)建立建筑業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用框架，匯集從施工一線到整個(gè)建筑行業(yè)的市場(chǎng)、企業(yè)、項(xiàng)目、從業(yè)人員的完整信息數(shù)據(jù)，可用于建筑全生命周期的管控、分析和決策。建筑業(yè)應(yīng)充分利用大數(shù)據(jù)價(jià)值，在行業(yè)政策制定、態(tài)勢(shì)分析，市場(chǎng)行情動(dòng)態(tài)把握，企業(yè)科學(xué)決策、投資分析及風(fēng)險(xiǎn)控制等方面均有參考意義。

(2)云計(jì)算技術(shù)能夠改造提升企業(yè)信息化平臺(tái)及軟硬件資源，降低建筑行業(yè)、企業(yè)信息化辦公及管理成本。云計(jì)算不僅在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段能夠讓設(shè)計(jì)人員通過模型共享實(shí)現(xiàn)高效協(xié)同，也可以在施工現(xiàn)場(chǎng)管理中使現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員通過移動(dòng)設(shè)備實(shí)時(shí)獲取更新信息，已是建筑業(yè)信息化不可缺少的支撐技術(shù)。

(3)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與建設(shè)項(xiàng)目管理信息系統(tǒng)的集成應(yīng)用可有效進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管，利用生物識(shí)別系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)、無線射頻RFID、傳感設(shè)備等對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)料進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，可實(shí)現(xiàn)對(duì)質(zhì)量安全等目標(biāo)的有效控制。因此，結(jié)合建筑業(yè)發(fā)展需求，加強(qiáng)低成本、低功耗、智能化傳感器及配套軟件系統(tǒng)的研發(fā)，開展示范應(yīng)用對(duì)于建筑業(yè)智能化施工有著重大意義。

(4)智能化技術(shù)包括的硬件有無人機(jī)、智能穿戴設(shè)備、智能機(jī)器人、手持智能終端設(shè)備、智能監(jiān)測(cè)設(shè)備等，軟件系統(tǒng)包括自控技術(shù)、通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù)、傳感技術(shù)及數(shù)據(jù)處理技術(shù)等[13]。將智能化技術(shù)應(yīng)用于設(shè)計(jì)及施工過程，可便于工程交底、降低安全風(fēng)險(xiǎn)、提升施工質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)精益建造。

4.2 智慧城市的發(fā)展研究

近年來，隨著城市化進(jìn)程加快，城市發(fā)展由數(shù)字化、信息化逐漸向智慧化探索。通過國(guó)家、部委、地方層面發(fā)布的政策及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《新型智慧城市評(píng)價(jià)指標(biāo)》的發(fā)布，新型智慧城市建設(shè)受到了廣泛重視及政策支持。通過充分運(yùn)用新一代信息技術(shù)，如物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)，打造信息云平臺(tái)，著力提升城市網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施水平、信息處理及數(shù)據(jù)挖掘能力，拓寬信息獲取途徑，提高城市管理與服務(wù)決策能力[14]。構(gòu)建“城市大腦”，打造產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，提高城市智能化治理能力，以此來提高城鎮(zhèn)化質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)城市精細(xì)化和動(dòng)態(tài)管理。新型智慧城市理念對(duì)城市的規(guī)劃、建設(shè)和管理有著重要指導(dǎo)作用，是城市可持續(xù)發(fā)展的必然方向。

4.3 房建、市政智慧工地的建設(shè)研究

智慧工地是智慧建造的一大重要研究分支，即基于互聯(lián)網(wǎng)的施工信息化管理，綜合應(yīng)用多種數(shù)字化技術(shù)，以達(dá)到施工過程可視化集成監(jiān)管。通過基于物聯(lián)網(wǎng)的自動(dòng)識(shí)別、監(jiān)控?cái)z像、傳感、GPS定位及3D激光掃描等技術(shù)進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)智能化管控，動(dòng)態(tài)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的工作狀態(tài)、大型高危機(jī)械的安全施工情況及周邊環(huán)境的噪音揚(yáng)塵情況，實(shí)時(shí)進(jìn)行物料跟蹤及現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收管理[15-16]。將從工地一線獲取的數(shù)據(jù)通過內(nèi)網(wǎng)或者外網(wǎng)進(jìn)行傳輸，經(jīng)過分析處理之后可視化地展現(xiàn)在監(jiān)管平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目信息的高度協(xié)同[17]，以達(dá)到人機(jī)料法環(huán)的優(yōu)化管理，從而提高質(zhì)量安全成本進(jìn)度等目標(biāo)的控制水平，減少浪費(fèi)。同時(shí)，大量來自于施工現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)通過充分的收集整理和再利用，可幫助企業(yè)有效規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)、科學(xué)輔助決策，也可指導(dǎo)后續(xù)項(xiàng)目的估算。

4.4 建筑行業(yè)、企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)研究

智慧建造的應(yīng)用已經(jīng)上升到建筑行業(yè)、企業(yè)的戰(zhàn)略發(fā)展層面，隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)建筑產(chǎn)業(yè)的工業(yè)化、現(xiàn)代化和智慧化轉(zhuǎn)型升級(jí)成為打造企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的必要手段。

對(duì)建筑行業(yè)來說，傳統(tǒng)建筑業(yè)屬于勞動(dòng)密集產(chǎn)業(yè)，實(shí)行粗獷的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式，如果不提高工程的科技含量，就無法得到根本性的轉(zhuǎn)型升級(jí)。因此，要全面推進(jìn)施工技術(shù)的科技化、先進(jìn)化，推進(jìn)建筑業(yè)與工業(yè)化、信息化深度融合[18]。建筑工業(yè)化是指大工業(yè)生產(chǎn)，包括工廠化生產(chǎn)構(gòu)配件、機(jī)械化施工等建造方式，通過這種社會(huì)化大生產(chǎn)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化[19]。例如裝配式建筑的應(yīng)用，不僅有利于節(jié)約資源和能源、降低成本、提高質(zhì)量安全水平，還有利于環(huán)保、提高效率和縮短工期[20]。

對(duì)建筑企業(yè)來說，若想提升企業(yè)管理水平，就要充分應(yīng)用新技術(shù)，加快智慧化轉(zhuǎn)型升級(jí)步伐。企業(yè)活力來源于創(chuàng)新，其中就包括技術(shù)創(chuàng)新，也就是指綜合利用云平臺(tái)、傳感器、互聯(lián)網(wǎng)等手段，進(jìn)行大數(shù)據(jù)整合、分析和再利用。目前階段，企業(yè)普遍存在創(chuàng)新能力不足等問題，主要是由于新技術(shù)應(yīng)用人才短缺、軟硬件集成困難、平臺(tái)開發(fā)成本高、應(yīng)用效果差等等。因此，企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)不光要靠企業(yè)自身努力，還需要政府建立示范機(jī)制、發(fā)布政策以及相關(guān)部門研發(fā)低成本傳感設(shè)備等鼓勵(lì)措施的推動(dòng)，目的是達(dá)到企業(yè)業(yè)務(wù)自動(dòng)化、知識(shí)工作自動(dòng)化、先進(jìn)技術(shù)集成化、科學(xué)決策分析和優(yōu)化資源利用[21]。

4.5 綠色建筑與能源管控研究

建筑業(yè)有消耗量、排放量大，污染嚴(yán)重等特點(diǎn)。綠色建筑是指在建筑全生命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)水、節(jié)地、節(jié)能。這其中包括建筑材料的環(huán)保、保溫； 建筑設(shè)備的節(jié)能控制和熱能回收； 雨水污水、生活垃圾和建筑垃圾的回收再利用等?？偟膩碚f，綠色建筑是建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展必不可少的應(yīng)用手段。

在施工階段，智慧綠色施工管理不僅可以解放勞動(dòng)力、節(jié)約資源，也可減少對(duì)周邊環(huán)境的不良影響。如基于物聯(lián)網(wǎng)的場(chǎng)地?fù)P塵實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)超標(biāo)情況時(shí)自動(dòng)預(yù)警，啟動(dòng)噴淋系統(tǒng)等控制措施，可有效降低環(huán)境污染[22]； 基于GIS和物聯(lián)網(wǎng)的建筑垃圾分類管理，可控制垃圾的產(chǎn)生量以及提高垃圾資源化利用程度[23]； 在線下調(diào)研中獲知，中建八局一公司項(xiàng)目在建筑工人生活區(qū)應(yīng)用空調(diào)預(yù)充值系統(tǒng)，根據(jù)工人作息習(xí)慣，對(duì)每間宿舍進(jìn)行限時(shí)限電雙控措施，用電保證工人正常使用需求，多出的用電金額由工人自行支付，以此約束工人的用電浪費(fèi)行為。并通過售電管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)掌握工人用電狀態(tài)，避免出現(xiàn)超壓大功率用電等違規(guī)用電情況； 在建筑材料的選擇上，使用高效的保溫層和新型節(jié)能玻璃，可有效節(jié)約能源。以上技術(shù)對(duì)智慧工地的應(yīng)用與發(fā)展起到巨大推動(dòng)作用。

4.6 基于BIM的建筑全生命周期應(yīng)用研究

BIM技術(shù)在建筑全生命周期的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維階段應(yīng)用十分廣泛，具體來說：

(1)BIM技術(shù)應(yīng)用于設(shè)計(jì)階段可以集成各種參數(shù)化信息，實(shí)現(xiàn)深化設(shè)計(jì)，極大提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。如設(shè)計(jì)圖面產(chǎn)出，可便于將來現(xiàn)場(chǎng)施工的信息查詢、利用和設(shè)計(jì)交底； 可視化仿真模擬，可用于進(jìn)行需求分析、碰撞檢測(cè)及沖突分析、人員疏散模擬等，以優(yōu)化性能和減少未來的工程變更； 利用BIM能源分析軟件可進(jìn)行能源分析； 通過BIM輸出的工程量清單等材料可進(jìn)行成本估算等[24]?？偟膩碚f，BIM在設(shè)計(jì)階段主要作用為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的模型化集成展示。

(2)BIM技術(shù)應(yīng)用于施工階段可動(dòng)態(tài)管理各項(xiàng)控制目標(biāo)。運(yùn)用BIM進(jìn)行施工模擬可排除可能出現(xiàn)的質(zhì)量安全問題，如通過三維激光掃描收集測(cè)量物體的點(diǎn)云形成的構(gòu)筑物模型與設(shè)計(jì)階段的BIM模型做對(duì)比，結(jié)合GIS技術(shù)檢查每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)偏差值，并在BIM模型上作相應(yīng)調(diào)整，達(dá)到局部及重要區(qū)域精準(zhǔn)施工。將BIM與成本、進(jìn)度等要素進(jìn)行集成形成建筑5D模型，可在施工過程中動(dòng)態(tài)監(jiān)控造價(jià)及實(shí)際進(jìn)度[25]。在竣工交付階段，基于BIM的可視化施工文檔、圖紙、清單等資料的集成可為后面運(yùn)維階段的管理提供數(shù)據(jù)參考[26]。如今BIM技術(shù)逐漸呈現(xiàn)出與物聯(lián)網(wǎng)、智能設(shè)備、移動(dòng)等技術(shù)集成應(yīng)用的趨勢(shì)，將帶來更為精細(xì)化的施工現(xiàn)場(chǎng)管理。

(3)BIM技術(shù)在運(yùn)維階段可提供維護(hù)相關(guān)信息、設(shè)施管控信息等，以此實(shí)現(xiàn)智能建筑、智慧物業(yè)、智慧園區(qū)、智慧社區(qū)等社會(huì)保障服務(wù)[12]。

5 結(jié)論與討論

(1)2008～2018年間，智慧建造相關(guān)期刊論文數(shù)總體呈上升趨勢(shì)，尤其是在2012年以后受到了廣泛的關(guān)注和重視，可以看出智慧建造是一個(gè)新興領(lǐng)域。其中，智慧城市、智慧工地、建筑工業(yè)化、建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化、企業(yè)管理、綠色建筑、裝配式建筑是智慧建造領(lǐng)域的重點(diǎn)研究對(duì)象； BIM、GIS、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)和人工智能為該研究領(lǐng)域的核心技術(shù)支撐。若想真正實(shí)現(xiàn)信息化智慧化工程建設(shè)，就要突破現(xiàn)有的發(fā)展瓶頸，如施工現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境差、軟硬件選型集成難、培訓(xùn)成本及系統(tǒng)開發(fā)成本高等問題。這需要政府、建筑行業(yè)、企業(yè)及相關(guān)研發(fā)部門共同推動(dòng)，通過低成本智能化系統(tǒng)開發(fā)、數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)化、示范工程的建立、技術(shù)人員的培養(yǎng)等方法推動(dòng)建筑全生命周期數(shù)字建造，從而實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級(jí)。

(2)本文通過系統(tǒng)聚類、多維尺度分析和社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析，將關(guān)鍵詞的分類數(shù)量一步步減少，使得研究熱點(diǎn)、重點(diǎn)越來越突出，方向越來越明確。通過四種分析方法后附加的數(shù)據(jù)結(jié)果分析，智慧建造領(lǐng)域的研究分支被清晰地展示出來，以此來幫助領(lǐng)域?qū)W者和業(yè)內(nèi)人士理清智慧建造的研究框架、應(yīng)用手段和應(yīng)用對(duì)象，也能探索出該領(lǐng)域未來研究趨勢(shì)和發(fā)展方向。

(3)通過文獻(xiàn)篩選和關(guān)鍵詞剔除，本文選取累積出現(xiàn)頻次達(dá)到7以上的65 個(gè)關(guān)鍵詞作為高頻關(guān)鍵詞，其集中性和囊括范圍比較適中。但是，此65個(gè)關(guān)鍵詞并不能包含智慧建造領(lǐng)域的全部?jī)?nèi)容，也不排除有些詞雖然現(xiàn)在頻次較低沒有被選入高頻關(guān)鍵詞，但將來會(huì)成為研究熱點(diǎn)?；谖墨I(xiàn)關(guān)鍵詞的共現(xiàn)分析會(huì)受到學(xué)科門類、文獻(xiàn)數(shù)量、文獻(xiàn)質(zhì)量、文獻(xiàn)發(fā)表年限及關(guān)鍵詞統(tǒng)計(jì)完整度的限制，使得提取出的數(shù)據(jù)及分析結(jié)果的客觀性和精確性可能略有不當(dāng)。因此，這種研究方法對(duì)于未來智慧建造領(lǐng)域的的發(fā)展趨勢(shì)說服力不夠，還需要進(jìn)一步的政策解讀、調(diào)研及課題研究才能更好地詮釋研究對(duì)象的未來走向。