國(guó)際建筑業(yè)數(shù)字化技術(shù)研究現(xiàn)狀與演化趨勢(shì)

王世明 李彩云

(遼寧工程技術(shù)大學(xué) 工商管理學(xué)院，葫蘆島 125105)

引言

當(dāng)前，數(shù)字經(jīng)濟(jì)已成為驅(qū)動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)又好又快增長(zhǎng)的新引擎和新動(dòng)能。在此背景下，紛繁復(fù)雜的數(shù)據(jù)和迅速發(fā)展的信息技術(shù)推動(dòng)了大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈和人工智能等新一代數(shù)字化技術(shù)的產(chǎn)生，各行業(yè)以數(shù)字化技術(shù)為工具不斷發(fā)展、轉(zhuǎn)型與進(jìn)步。特別在疫情之下，更突顯了數(shù)字化技術(shù)巨大的生機(jī)活力和廣闊的發(fā)展前景。

建筑業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱，它與整個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人民生活的改善有著密切的關(guān)系。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2017年以來(lái)建筑業(yè)增速逐漸放緩，但產(chǎn)業(yè)增加值仍呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢(shì)。在我國(guó)大力推進(jìn)“數(shù)字中國(guó)”建設(shè)的宏觀背景下，數(shù)字化技術(shù)的擴(kuò)散使當(dāng)代組織在受到影響的同時(shí)需要不斷適應(yīng)[1]，這也決定了傳統(tǒng)建筑業(yè)必須與數(shù)字化技術(shù)融合發(fā)展，以推動(dòng)行業(yè)加快轉(zhuǎn)型升級(jí)步伐，邁上高質(zhì)量發(fā)展之路。近年來(lái)，BIM技術(shù)成為我國(guó)建筑業(yè)數(shù)字化技術(shù)的重要基礎(chǔ)，主要用于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜造型建筑的設(shè)計(jì)、不同專(zhuān)業(yè)模型碰撞檢查等，但在中小型建設(shè)項(xiàng)目的應(yīng)用較少。而且BIM技術(shù)應(yīng)用并沒(méi)有覆蓋到建設(shè)項(xiàng)目全生命期，相對(duì)集中在建筑設(shè)計(jì)、施工階段[2]。同時(shí)，其它數(shù)字化技術(shù)也逐漸與BIM技術(shù)融合使用，如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)(AR)、VR技術(shù)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、3D打印技術(shù)等[3-5]，但我國(guó)相關(guān)研究較少，僅有的研究表明BIM技術(shù)與其他數(shù)字化技術(shù)融合的應(yīng)用水平仍處于初級(jí)階段，且存在理論和技術(shù)上的問(wèn)題。

放眼世界才能引領(lǐng)世界，建筑業(yè)數(shù)字化研究不僅要有中國(guó)特色，更需具備世界視野。目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)建筑業(yè)數(shù)字化的研究雖方興未艾，但尚缺乏國(guó)際化視野，尤其缺少對(duì)世界建筑業(yè)數(shù)字化的系統(tǒng)研究和整體研究。為此，本研究以“Web of science”核心數(shù)據(jù)庫(kù)為數(shù)據(jù)來(lái)源，利用CiteSpace對(duì)181篇相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行時(shí)空分布、知識(shí)基礎(chǔ)、研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)四部分文獻(xiàn)計(jì)量分析，通過(guò)可視化知識(shí)圖譜，揭示了國(guó)際建筑業(yè)關(guān)于數(shù)字化技術(shù)的演化趨勢(shì)、研究現(xiàn)狀與熱點(diǎn)前沿，從而為國(guó)內(nèi)建筑業(yè)數(shù)字化技術(shù)的研究與實(shí)踐提供有益的參考。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究方法

CiteSpace是近年來(lái)應(yīng)用較多的文獻(xiàn)計(jì)量分析軟件，是一款基于Java平臺(tái)開(kāi)發(fā)的科學(xué)知識(shí)圖譜分析軟件，能夠通過(guò)文獻(xiàn)共被引和耦合分析、科研合作網(wǎng)絡(luò)分析、主題和領(lǐng)域共現(xiàn)分析等梳理研究主題的脈絡(luò)、熱點(diǎn)、前沿和趨勢(shì)。本文借助CiteSpace軟件對(duì)國(guó)際建筑業(yè)近十年關(guān)于數(shù)字化技術(shù)的研究進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和計(jì)量分析，明確國(guó)際相關(guān)研究的演化路徑、研究熱點(diǎn)和未來(lái)趨勢(shì)。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文分析的國(guó)際文獻(xiàn)來(lái)自“Web of science”核心合集數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)收錄文獻(xiàn)類(lèi)型多、數(shù)量大、內(nèi)容豐富且影響力較強(qiáng)，能夠全面反映各學(xué)科學(xué)術(shù)研究的歷史和前沿動(dòng)態(tài)，而且CiteSpace分析的數(shù)據(jù)是以“Web of science”數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的，其他數(shù)據(jù)庫(kù)收集的數(shù)據(jù)都要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。研究資料的檢索方式參考陳超美教授提出的通用檢索策略[6]：首先在“Web of science”核心數(shù)據(jù)庫(kù)中輸入檢索式“construction industry or construction business”，然后輸入檢索式“digital technology or digital technique*”，兩次文獻(xiàn)類(lèi)型均選取“Article Or Review”，語(yǔ)種選擇English，將兩次檢索結(jié)果進(jìn)行and組配，得到315篇文獻(xiàn)，篩除與主題不相關(guān)研究，最終得到184條文獻(xiàn)。利用CiteSpace對(duì)檢索結(jié)果進(jìn)行除重處理，最終得到181篇有效文獻(xiàn)，本文基于這181篇文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析。

2 研究時(shí)空分布

2.1 時(shí)間分布

科學(xué)文獻(xiàn)數(shù)量的增長(zhǎng)反映科學(xué)知識(shí)和科學(xué)實(shí)踐的發(fā)展速度，利用“Web of science”的“Analyze Results”功能，得到年發(fā)文量變化趨勢(shì)如圖1所示。通過(guò)分析2010-2020年國(guó)際有關(guān)建筑業(yè)數(shù)字化技術(shù)研究文獻(xiàn)的時(shí)間分布，可以發(fā)現(xiàn)建筑業(yè)對(duì)數(shù)字化技術(shù)的研究工作整體呈上升趨勢(shì)。根據(jù)文獻(xiàn)數(shù)量增長(zhǎng)趨勢(shì)，可分為如下三個(gè)階段：

(1)2010-2014年。由圖1可知，該階段的文獻(xiàn)數(shù)量較少，年發(fā)文量均未超過(guò)5篇，而且其中2012年根本沒(méi)有相關(guān)研究，說(shuō)明此階段建筑業(yè)對(duì)于數(shù)字化技術(shù)的關(guān)注度非常低，傳統(tǒng)建造方式仍占據(jù)主導(dǎo)地位。

(2)2015-2016年。2015年發(fā)文量突然增長(zhǎng)至12篇，2016年又下降至9篇。這說(shuō)明有學(xué)者開(kāi)始關(guān)注建筑業(yè)的數(shù)字化技術(shù)問(wèn)題，但未產(chǎn)生穩(wěn)定持續(xù)的研究群體，所以年發(fā)文量呈現(xiàn)波動(dòng)態(tài)勢(shì)。詳細(xì)分析文獻(xiàn)可知，BIM技術(shù)在該階段出現(xiàn)的頻率最高，是該領(lǐng)域?qū)W者比較關(guān)注的話題，零星出現(xiàn)了大數(shù)據(jù)等[7]數(shù)字化技術(shù)的研究。

(3)2017年至今。該階段年發(fā)文量呈現(xiàn)大幅遞增趨勢(shì)，均超過(guò)20篇，與之前形成較大反差。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)分析可知，2018年出現(xiàn)了施工現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人[8]、精益建造技術(shù)[9]等數(shù)字化技術(shù)，2019年區(qū)塊鏈[10]技術(shù)、BIM5D[11]等逐漸在建筑業(yè)中出現(xiàn)，3D打印技術(shù)[12-14]、物聯(lián)網(wǎng)[15]等數(shù)字化技術(shù)也在2020年具體應(yīng)用到建筑業(yè)中。值得注意的是，BIM技術(shù)一直都是建筑業(yè)使用頻率最高的基礎(chǔ)數(shù)字化技術(shù)，其他新型數(shù)字化技術(shù)與建筑業(yè)融合使用僅處于萌芽或起步階段，這也說(shuō)明存在極大的理論與應(yīng)用空白。

2.2 空間分布

CiteSpace提供了三個(gè)層次的科學(xué)合作網(wǎng)絡(luò)分析，分別為微觀的學(xué)者合作網(wǎng)絡(luò)(Co-author)、中觀的機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)(Co-institutions)和宏觀的國(guó)家或地區(qū)合作網(wǎng)絡(luò)(Co-country/territory)。本研究從上述三個(gè)層次進(jìn)行空間分布分析。

(1)微觀層：作者合作網(wǎng)絡(luò)

作者合作網(wǎng)絡(luò)圖譜旨在識(shí)別為同一研究目的共同工作的學(xué)者，明確該領(lǐng)域的核心研究者，分析研究者之間的合作強(qiáng)度。為得到更準(zhǔn)確的結(jié)果，選取時(shí)間切片為4年，得到作者合作網(wǎng)絡(luò)圖譜如圖2所示，圖中共有100個(gè)節(jié)點(diǎn)和77條連線，網(wǎng)絡(luò)密度為0.0156。

圖2 作者合作網(wǎng)絡(luò)

從發(fā)文量角度來(lái)看，作者合作網(wǎng)絡(luò)圖譜中年輪大小表示研究者出現(xiàn)的頻次，按照普賴(lài)斯定律計(jì)算可知，發(fā)文量在2篇及2篇以上的可以看作是核心作者[16]。在國(guó)際現(xiàn)有相關(guān)研究中，發(fā)文量在2篇及以上的作者包括M REZA HOSSEINI、SAMAD M E SEPASGOZAR等36位作者。其中，僅發(fā)表2篇文獻(xiàn)的作者占比75%，說(shuō)明核心作者的研究產(chǎn)出仍然相對(duì)較少，研究者發(fā)文量仍有較大的提升空間。從連線密度來(lái)看，目前該領(lǐng)域以M REZA為中心形成了與MASOUD、DAVID等學(xué)者的合作研究網(wǎng)絡(luò)，連線強(qiáng)度系數(shù)在0.5左右，表明目前國(guó)際在建筑業(yè)數(shù)字化技術(shù)相關(guān)研究領(lǐng)域逐漸形成核心作者群，但核心學(xué)者之間的合作緊密程度一般，而分別以這三位學(xué)者為中心形成的合作網(wǎng)絡(luò)連線密度較強(qiáng)(均大于0.75)，由此說(shuō)明缺乏跨團(tuán)隊(duì)或跨機(jī)構(gòu)合作。其中，M REZA任職于澳大利亞迪肯大學(xué)，研究領(lǐng)域是施工管理和土木工程，目前研究興趣是數(shù)字工程、BIM、物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用； MASOUD GHEISARI是來(lái)自美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)的助理教授，他的專(zhuān)業(yè)研究領(lǐng)域?yàn)槭┕す芾?、土木工程和房屋建筑。其余作者之間的合作程度較低，僅形成了幾個(gè)較有影響的合作團(tuán)隊(duì)，如BORJA等四人形成的合作網(wǎng)絡(luò)連線密度較大，均大于0.8，說(shuō)明該團(tuán)隊(duì)合作程度較高； PAULO等四人也形成五條連線密度均為1的緊密合作網(wǎng)絡(luò)。整體來(lái)看，在建筑業(yè)數(shù)字化技術(shù)相關(guān)研究領(lǐng)域，國(guó)際學(xué)者之間的合作情況仍處于起步階段，雖然存在一定的合作關(guān)系，但緊密程度較差，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)科研團(tuán)隊(duì)與團(tuán)隊(duì)之間的交流合作，共謀建筑業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的發(fā)展。

(2)中觀層：研究機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)

在同一篇論文中，同時(shí)出現(xiàn)不同的研究機(jī)構(gòu)，那么它們之間就具有合作關(guān)系。研究機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)能夠清楚地了解當(dāng)前研究機(jī)構(gòu)的重要程度以及彼此之間的合作關(guān)系。利用CiteSpace的“co-institution”功能得到研究機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)，選取時(shí)間切片為4年，得到圖3圖譜，其中節(jié)點(diǎn)數(shù)有97個(gè)，65條連線，網(wǎng)絡(luò)密度為0.014。

圖3 研究機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)

在研究機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)圖譜中，節(jié)點(diǎn)大小與研究機(jī)構(gòu)發(fā)文量情況成正相關(guān)關(guān)系，連線粗細(xì)與研究機(jī)構(gòu)合作發(fā)文量也成正相關(guān)關(guān)系。從單一機(jī)構(gòu)發(fā)文量角度分析，節(jié)點(diǎn)Univ Florida(佛羅里達(dá)大學(xué))的顯著性最強(qiáng)，即該機(jī)構(gòu)發(fā)文量最多，MASOUD GHEISARI就在這所學(xué)校的建筑管理學(xué)院任職，其次是Deakin Univ(迪肯大學(xué))、UCL(倫敦大學(xué)學(xué)院)，這三所大學(xué)發(fā)文量都在5篇以上，該領(lǐng)域著名學(xué)者M(jìn) REZA是Deakin大學(xué)的副校長(zhǎng)，可見(jiàn)高校是建筑業(yè)數(shù)字化技術(shù)研究的主力軍。從研究機(jī)構(gòu)合作情況分析，Univ Florida雖然發(fā)文量最多，但其僅與Deakin Univ、Birmingham City Univ(伯明翰城市大學(xué))和Univ Teknol Malaysia(馬來(lái)西亞理工大學(xué))三所大學(xué)有合作，且合作強(qiáng)度較弱。發(fā)文量較多的Deakin Univ和UCL與其他科研機(jī)構(gòu)的合作較多，但二者相比，UCL與其他科研機(jī)構(gòu)的合作程度更緊密。除此之外，也有幾個(gè)合作比較緊密的科研機(jī)構(gòu)，如Univ Manchester(曼徹斯特大學(xué))與Polytechnic Inst Leiria(萊利亞理工學(xué)院)等三所大學(xué)形成的研究網(wǎng)絡(luò)； 還有中國(guó)的香港理工大學(xué)、華南理工大學(xué)與英國(guó)的布萊頓大學(xué)構(gòu)成的科研網(wǎng)絡(luò)等。由此可知，科研機(jī)構(gòu)之間合作的緊密程度還有很大的上升空間，而且現(xiàn)有合作基本都發(fā)生在高校之間，缺乏與社會(huì)企業(yè)等非高校機(jī)構(gòu)之間的合作。

(3)宏觀層：國(guó)家/地區(qū)合作網(wǎng)絡(luò)

國(guó)家/地區(qū)合作網(wǎng)絡(luò)是指不同國(guó)家/地區(qū)之間為同一研究目的所進(jìn)行的合作。通過(guò)國(guó)家/地區(qū)合作網(wǎng)絡(luò)圖譜，可以比較國(guó)家/地區(qū)發(fā)文數(shù)量以及不同國(guó)家/地區(qū)的合作關(guān)系及強(qiáng)度。利用CiteSpace的“co-country”功能得到國(guó)家/地區(qū)合作網(wǎng)絡(luò)，選取時(shí)間切片為4年，運(yùn)行結(jié)果如圖4所示，其中節(jié)點(diǎn)數(shù)有49個(gè)，54條連線，網(wǎng)絡(luò)密度為0.0459。

圖4 國(guó)家/地區(qū)合作網(wǎng)絡(luò)

由圖4可知，圖譜顯示的結(jié)果基本都是國(guó)家之間的合作，目前對(duì)于建筑業(yè)數(shù)字化技術(shù)的研究分布廣泛，但明顯集中在少數(shù)幾個(gè)國(guó)家。以發(fā)文數(shù)量為依據(jù)，可以看出英國(guó)發(fā)文量最多，其次是美國(guó)、中國(guó)和澳大利亞，論文發(fā)表量在20篇以上的國(guó)家只有這四個(gè)。從國(guó)家之間的合作情況角度分析，英國(guó)與14個(gè)國(guó)家有合作關(guān)系、美國(guó)與11個(gè)國(guó)家存在合作關(guān)系、中國(guó)與5個(gè)國(guó)家有合作、澳大利亞與7個(gè)國(guó)家存在合作關(guān)系，明顯可以看出中國(guó)與其他國(guó)家之間的合作程度較低，上述四個(gè)國(guó)家之間兩兩均有合作，但所有合作關(guān)系的連線密度均未超過(guò)0.5，說(shuō)明合作關(guān)系的緊密程度較弱。在圖中，合作緊密程度最高的是德國(guó)和挪威，他們之間的連線密度為1。對(duì)于節(jié)點(diǎn)的重要性，由圖可知，英國(guó)、美國(guó)、中國(guó)、瑞士和德國(guó)是關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)(紫色外圈)，他們的中介中心性分別為0.41、0.35、0.11、0.22、0.17，均大于0.1，表示在各國(guó)對(duì)于建筑業(yè)數(shù)字化技術(shù)研究的合作中處于關(guān)鍵地位。綜上所述，目前國(guó)家之間的合作范圍正在慢慢擴(kuò)大，隨著合作廣度的展開(kāi)，合作深度也應(yīng)逐步加深。

3 知識(shí)基礎(chǔ)

3.1 期刊共被引分析

期刊共被引分析能定位和評(píng)價(jià)學(xué)術(shù)期刊，識(shí)別研究領(lǐng)域的核心期刊。通過(guò)CiteSpace的“Cited Journal”功能進(jìn)行期刊共被引分析，得到圖5，其中共有節(jié)點(diǎn)398個(gè)，連線1 776條，網(wǎng)絡(luò)密度為0.0225。

圖5 期刊共被引網(wǎng)絡(luò)

由圖5可知，建筑業(yè)數(shù)字化技術(shù)相關(guān)研究大部分集中在《Automation In Construction》期刊中，高達(dá)123頻次，代表了該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和前沿。除此之外，《Journal of Information Technology in Construction》《Journal of Construction Engineering and Management》《Advanced Engineering Informatics》等期刊也是該領(lǐng)域的核心發(fā)表期刊。根據(jù)2020年中科院SCI分區(qū)表可知，《Automation in Construction》《Journal of Construction Engineering and Management》《Advanced Engineering Informatics》《International Journal of Project Management》期刊都屬于一區(qū)，影響因子分別為5.669、2.347、3.879、6.62，而且《Automation In Construction》是建筑工程信息化領(lǐng)域的國(guó)際頂級(jí)期刊之一，這說(shuō)明數(shù)字化技術(shù)的研究在建筑業(yè)領(lǐng)域是被高度認(rèn)可和關(guān)注的。根據(jù)結(jié)果的中介中心性來(lái)看，圖中有3個(gè)明顯的紫色外圈節(jié)點(diǎn)，中心度值均≥0.1，說(shuō)明這三種影響力較大的期刊在網(wǎng)絡(luò)中處于關(guān)鍵位置，所刊載的論文在目前建筑業(yè)數(shù)字化技術(shù)的研究中占有重要地位。

3.2 文獻(xiàn)共被引分析

文獻(xiàn)共被引分析是指兩篇文獻(xiàn)共同出現(xiàn)在第三篇施引文獻(xiàn)的參考目錄中，則這兩篇文獻(xiàn)形成共被引關(guān)系，通過(guò)文獻(xiàn)共被引網(wǎng)絡(luò)可以明確某一學(xué)科的發(fā)展和演進(jìn)動(dòng)態(tài)。本文從時(shí)間角度，通過(guò)CiteSpace的文獻(xiàn)共被引分析形成時(shí)區(qū)圖譜，設(shè)置時(shí)間切割為1年，探究國(guó)際建筑業(yè)數(shù)字化技術(shù)研究的發(fā)展歷程，明確關(guān)鍵研究成果和該研究領(lǐng)域的知識(shí)基礎(chǔ)。結(jié)果如圖6所示，其中共有節(jié)點(diǎn)381個(gè)，連線1235條，網(wǎng)絡(luò)密度為0.0171。

文獻(xiàn)共被引時(shí)區(qū)圖譜能反映研究領(lǐng)域的高被引論文、關(guān)鍵文獻(xiàn)節(jié)點(diǎn)以及研究的演化趨勢(shì)。從論文被引頻次角度分析，由圖6可知，Eastman C發(fā)表的《BIM Handbook：A Guide to Building Information Modeling for Owners， Managers， Designers， Engineers and Contractors》文獻(xiàn)被引頻次最高(20)該文章是對(duì)BIM手冊(cè)的書(shū)評(píng)，文中從BIM功能、技術(shù)展望、流程和業(yè)務(wù)等方面對(duì)BIM手冊(cè)內(nèi)容進(jìn)行了簡(jiǎn)短概括； 其次是Azhar S等人發(fā)表的《Building Information Modeling(BIM)：Trends， Benefits， Risks， and Challenges for the AEC Industry》(被引頻次為17)，該文獻(xiàn)中系統(tǒng)地討論了BIM技術(shù)在建筑工程行業(yè)的當(dāng)前趨勢(shì)、益處、可能的風(fēng)險(xiǎn)和未來(lái)挑戰(zhàn)，為該領(lǐng)域從業(yè)者提供有用的專(zhuān)業(yè)信息； Bryde D和Volk R發(fā)表的文章被引頻次都大于12次。具體分析文章內(nèi)容發(fā)現(xiàn)，上述四篇文章都是研究建筑業(yè)中的BIM技術(shù)，可見(jiàn)2011-2015年BIM技術(shù)是建筑業(yè)領(lǐng)域比較熱點(diǎn)的話題。

圖6 文獻(xiàn)共被引網(wǎng)絡(luò)的時(shí)區(qū)圖

分析文獻(xiàn)共被引的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，羅曉梅等[17]認(rèn)為通過(guò)梳理關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)文獻(xiàn)，能夠反映研究領(lǐng)域核心理論的發(fā)展脈絡(luò)，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)一般可以通過(guò)Sigma值或Centrality(中介中心性)等進(jìn)行識(shí)別。本文根據(jù)時(shí)區(qū)圖譜所得的Centrality進(jìn)行關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)判定，表1是以時(shí)間為序列，列舉了共被引圖譜中節(jié)點(diǎn)centrality≥0.1的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)文獻(xiàn)。除了關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)文獻(xiàn)，圖中也有幾個(gè)影響相對(duì)較大的節(jié)點(diǎn)，如作者Oesterreich TD(2016)Barlish K(2012)Eastman C(2011)Azhar S(2011)Bos F(2016)發(fā)表的文獻(xiàn)Centrality均在0.07以上且被引頻次在6篇以上。

表1 共被引圖譜中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)文獻(xiàn)

以關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)文獻(xiàn)為核心，其他相關(guān)文獻(xiàn)為輔助，梳理國(guó)際建筑業(yè)數(shù)字化技術(shù)研究的發(fā)展歷程。首先，隨著2010年第二版BIM Handbook 的出版，BIM技術(shù)被學(xué)者廣泛關(guān)注，Eastman C等學(xué)者從技術(shù)、未來(lái)發(fā)展、流程和業(yè)務(wù)等方面對(duì)BIM Handbook(second edition)進(jìn)行內(nèi)容概括和評(píng)價(jià)，肯定了該手冊(cè)的實(shí)用性[18]。在此基礎(chǔ)上，Azhar S等人從微觀層面探索BIM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，從宏觀層面明確BIM技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及挑戰(zhàn)[19]。Barlish K等進(jìn)行了更進(jìn)一步的研究，提出了一種衡量BIM技術(shù)價(jià)值的計(jì)算模型，以投資和回報(bào)兩個(gè)變量為測(cè)量指標(biāo)，利用三個(gè)獨(dú)立的案例驗(yàn)證模型的有效性，最后發(fā)現(xiàn)在半導(dǎo)體制造的工具安裝部門(mén)應(yīng)用BIM技術(shù)能使利益最大化[20]。由于項(xiàng)目的一次性、復(fù)雜性等特點(diǎn)，實(shí)際上項(xiàng)目的投資和回報(bào)是因項(xiàng)目而異，并非一概而論。由以上研究做鋪墊，Bryde D深化了Barlish K對(duì)項(xiàng)目績(jī)效的研究，通過(guò)35個(gè)使用BIM技術(shù)的建設(shè)項(xiàng)目收集數(shù)據(jù)，形成一組項(xiàng)目成功評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，并使用內(nèi)容分析來(lái)確定每個(gè)項(xiàng)目滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)的程度，探索BIM技術(shù)的使用給建設(shè)項(xiàng)目的各方面帶來(lái)了多大程度的實(shí)際效益，結(jié)果發(fā)現(xiàn)應(yīng)用BIM技術(shù)能有效地降低成本和時(shí)間，但BIM技術(shù)自身還需不斷改進(jìn)和完善，最后提出項(xiàng)目的成本/效益分析、提高員工認(rèn)識(shí)以及對(duì)員工的教育和培訓(xùn)是應(yīng)對(duì)BIM技術(shù)使用挑戰(zhàn)的重要活動(dòng)[21]。Bryde D的這篇研究既是對(duì)前人研究理論的深刻總結(jié)，也是為后續(xù)BIM技術(shù)相關(guān)實(shí)證研究打下基礎(chǔ)。雖然建筑業(yè)一直在大力發(fā)展BIM技術(shù)，但是其應(yīng)用情況并不樂(lè)觀。在接下來(lái)對(duì)BIM技術(shù)的研究中，Volk R綜述了關(guān)于BIM技術(shù)研究的180多種出版物，總結(jié)了現(xiàn)有建筑中較少應(yīng)用BIM技術(shù)的原因，指出過(guò)程自動(dòng)化和BIM技術(shù)適應(yīng)現(xiàn)有建筑要求是具有挑戰(zhàn)性的研究機(jī)會(huì)[22]。Miettinen將新技術(shù)得到充分實(shí)施時(shí)實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)稱(chēng)為BIM技術(shù)的“烏托邦”，提出了超越BIM技術(shù)“烏托邦”的開(kāi)發(fā)和實(shí)施途徑，即依賴(lài)不同級(jí)別的指南和需要響應(yīng)特定環(huán)境、項(xiàng)目規(guī)模、合作伙伴的組成以及所使用的軟件工具集的解決方案。通過(guò)開(kāi)發(fā)競(jìng)爭(zhēng)軟件平臺(tái)和工具及實(shí)踐的本地配置實(shí)現(xiàn)差異化，進(jìn)而進(jìn)行BIM技術(shù)的開(kāi)發(fā)與實(shí)施[23]。工業(yè)4.0最早出現(xiàn)在德國(guó)，旨在提高生產(chǎn)率和質(zhì)量，但Oesterreich觀察到了這一概念在建筑業(yè)并沒(méi)有得到太多關(guān)注，所以探討了工業(yè)4.0相關(guān)技術(shù)在建筑業(yè)中的現(xiàn)狀和實(shí)踐。他指出建筑行業(yè)4.0包括BIM、云計(jì)算或物聯(lián)網(wǎng)等核心技術(shù)，在建筑價(jià)值鏈的全生命期實(shí)現(xiàn)建筑過(guò)程的數(shù)字化、自動(dòng)化和集成化，這能提高生產(chǎn)率、效率、質(zhì)量、協(xié)作、安全行及可持續(xù)性[24]。該研究突破了建筑業(yè)對(duì)BIM技術(shù)的研究，提出了正在發(fā)展的新型數(shù)字化技術(shù)。Bos F等概述了建筑用添加劑制造(AMoC)的潛力后，詳細(xì)描述了3D混凝土印刷(3DCP)設(shè)施，該研究將3D打印運(yùn)用于混凝土建筑中，開(kāi)辟設(shè)計(jì)可能性的新途徑[25]。2014年“區(qū)塊鏈2.0”成為一個(gè)去中心化區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫(kù)的術(shù)語(yǔ)，逐漸被應(yīng)用到不同行業(yè)，其中最有趣的應(yīng)用是“智能合同”，Aggarwal和Kumar[26]將它們描述為嵌入條款和合同條件的計(jì)算機(jī)協(xié)議，這些條款和條件被編譯成在網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)代碼。在建筑業(yè)中，Shemov等[27]通過(guò)一個(gè)案例研究，從績(jī)效和安全兩層面說(shuō)明區(qū)塊鏈平臺(tái)能夠改善整個(gè)建筑業(yè)，尤其是建筑供應(yīng)鏈(CSC)，解決生產(chǎn)力和生產(chǎn)效率的問(wèn)題，同時(shí)加強(qiáng)利益相關(guān)者之間的聯(lián)系。Turk Z的研究[28]也是基于區(qū)塊鏈概念進(jìn)行的，他認(rèn)為區(qū)塊鏈有可能解決一些阻礙建筑業(yè)使用BIM技術(shù)的問(wèn)題，其更有可能被構(gòu)建到通用的信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施中，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建建筑應(yīng)用程序，并非直接使用建筑相關(guān)軟件。Jennifer Li等[29]做了這方面的實(shí)證研究，將BIM模型與區(qū)塊鏈技術(shù)融合使用后，發(fā)現(xiàn)這促進(jìn)了協(xié)作和信息共享，解決了建筑項(xiàng)目中的信任問(wèn)題，并鼓勵(lì)了BIM技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用。

通過(guò)上述對(duì)四篇關(guān)鍵文獻(xiàn)以及其他重要文獻(xiàn)的分析，國(guó)際建筑業(yè)數(shù)字化技術(shù)研究的發(fā)展歷程可以從研究對(duì)象和研究?jī)?nèi)容兩個(gè)角度進(jìn)行以下概括總結(jié):

從研究對(duì)象的角度出發(fā)，首先是BIM技術(shù)的采納與應(yīng)用，然后是3D打印技術(shù)在工程施工中的應(yīng)用，再是區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用。不斷涌現(xiàn)的新型數(shù)字化技術(shù)逐漸在建筑業(yè)中得到有效地應(yīng)用，傳統(tǒng)建筑業(yè)的生產(chǎn)方式將出現(xiàn)顛覆性的改變。

從研究?jī)?nèi)容的演進(jìn)來(lái)看，初期明確了BIM技術(shù)概念及內(nèi)涵，從理論方面分析了BIM技術(shù)在建筑業(yè)中應(yīng)用的適切性，然后以項(xiàng)目績(jī)效為落腳點(diǎn)實(shí)證分析了應(yīng)用BIM技術(shù)的實(shí)際意義，逐步擴(kuò)展到面臨的問(wèn)題和解決方案，直至新型數(shù)字化技術(shù)在建筑業(yè)中開(kāi)始嶄露頭角。

4 研究熱點(diǎn)分析

4.1 研究熱點(diǎn)分析方法

關(guān)鍵詞是文章研究核心的高度凝練和總結(jié)，所以通過(guò)CiteSpace的關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析功能可以發(fā)掘國(guó)際建筑業(yè)數(shù)字化技術(shù)的研究熱點(diǎn)問(wèn)題，為我國(guó)該領(lǐng)域的發(fā)展提供參考。

具體操作：時(shí)間切片設(shè)置為1年，Node Types選擇Keyword，連線強(qiáng)度選擇Cosine，網(wǎng)絡(luò)裁剪使用Pathfinder+Pruning sliced networks+Pruning the merged network，同時(shí)對(duì)重復(fù)涵義的關(guān)鍵詞進(jìn)行合并，如BIM與Building Information Modelling，最終得到關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜如圖7所示，其中共有節(jié)點(diǎn)281個(gè)、連線520條，網(wǎng)絡(luò)密度為0.0132。

圖7 關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)

關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)反映兩方面的信息，即關(guān)鍵詞的頻次和具有重要作用的關(guān)鍵詞，節(jié)點(diǎn)圓圈大小與關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次呈正比，外圈為紫色的節(jié)點(diǎn)表示關(guān)鍵詞在共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中占有重要地位。選取關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次不少于10的熱點(diǎn)詞語(yǔ)有19個(gè)，見(jiàn)表2所示。

表2 高頻關(guān)鍵詞

4.2 研究熱點(diǎn)分析結(jié)果

結(jié)合圖7和表2可知，關(guān)鍵詞頻次最高的為“bim”， 這表明建筑領(lǐng)域?qū)W者對(duì)BIM技術(shù)是十分重視的，其余高頻關(guān)鍵詞為：施工(construction)、設(shè)計(jì)(design)、技術(shù)(technology)等19個(gè)熱點(diǎn)關(guān)鍵詞，詳細(xì)分析關(guān)鍵詞對(duì)應(yīng)的施引文獻(xiàn)，可將現(xiàn)有研究歸納為數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用階段和數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值兩個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。

(1)數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用階段

BIM技術(shù)是最早出現(xiàn)在建筑業(yè)中的數(shù)字化技術(shù)，在建筑業(yè)中一直處于重要地位。隨著科技革命的發(fā)展，由圖7可知，近幾年大數(shù)據(jù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)(AR)、區(qū)塊鏈和3D打印技術(shù)等也逐漸成為建筑業(yè)數(shù)字化技術(shù)研究的熱點(diǎn)。在項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，數(shù)字化技術(shù)常被應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)(design)、施工(construction)和管理(management)等階段，傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)和施工階段具有利益相關(guān)者眾多、物資需求量龐雜、工序復(fù)雜等特點(diǎn)，數(shù)字化技術(shù)能夠有效地改進(jìn)傳統(tǒng)建造模式中存在的各類(lèi)問(wèn)題，所以目前建筑業(yè)領(lǐng)域?qū)τ跀?shù)字化技術(shù)在設(shè)計(jì)與施工階段的應(yīng)用研究是熱點(diǎn)問(wèn)題。

(2)數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

數(shù)字化技術(shù)不僅要有理論上的可行性，還要有實(shí)際意義。目前建筑業(yè)領(lǐng)域較多學(xué)者研究數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用對(duì)合作、創(chuàng)新和績(jī)效等結(jié)果變量的意義。對(duì)于合作指標(biāo)，學(xué)者認(rèn)為數(shù)字化技術(shù)作為連接虛擬和現(xiàn)實(shí)的橋梁，能實(shí)現(xiàn)利益相關(guān)者之間無(wú)處不在的數(shù)字信息共享，激活密集的組織間合作[30]。對(duì)于創(chuàng)新指標(biāo)，學(xué)者認(rèn)為新型數(shù)字化技術(shù)能夠幫助建筑企業(yè)形成自身的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，提高核心競(jìng)爭(zhēng)力，是建筑業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的基本保證。對(duì)于績(jī)效指標(biāo)，學(xué)者從建設(shè)項(xiàng)目角度考慮，數(shù)字化技術(shù)能直接對(duì)項(xiàng)目績(jī)效產(chǎn)生積極影響，從而間接地提升建筑企業(yè)績(jī)效[31]。

5 發(fā)展趨勢(shì)

桑基圖是一種特定類(lèi)型的流程圖，能夠展現(xiàn)數(shù)據(jù)的流動(dòng)情況，通常應(yīng)用于能源、材料成分、金融等數(shù)據(jù)的可視化分析。本文利用?；鶊D，從時(shí)間維度分析2010-2020年不同文獻(xiàn)中關(guān)鍵詞的活躍程度和變化流程，進(jìn)行建筑業(yè)數(shù)字化技術(shù)研究發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)，如圖8所示。

圖8 桑基圖

圖8中的柱形色塊表示關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次，色塊之間的連線表示研究的演化路徑。從整體來(lái)看，研究主題的數(shù)量隨著時(shí)間的變化表現(xiàn)出初始—增加—融合的趨勢(shì)。對(duì)于關(guān)鍵詞活躍程度，“設(shè)計(jì)(design)”、“績(jī)效(performance)”和“創(chuàng)新(innovation)”等初始關(guān)鍵詞較為活躍，說(shuō)明項(xiàng)目實(shí)踐的過(guò)程和結(jié)果是建筑業(yè)領(lǐng)域?qū)W者研究的根本問(wèn)題，以此為數(shù)字化技術(shù)發(fā)展的前提是十分必要的。隨著時(shí)間的變化，學(xué)者逐漸重視增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、BIM技術(shù)、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈等技術(shù)自身及其應(yīng)用價(jià)值，其中“bim”出現(xiàn)的頻次最高，由此可見(jiàn)BIM技術(shù)在建筑業(yè)中占有重要地位。在最新的研究中，“數(shù)字化轉(zhuǎn)型(digital transformation)”和“數(shù)字化(digitalisation)”概念的出現(xiàn)反映了全球建筑業(yè)的發(fā)展方向從傳統(tǒng)的建造模式轉(zhuǎn)向以數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)方式，同時(shí)“用戶(hù)采納(user acceptance)”等活躍關(guān)鍵詞也表明了學(xué)者將前期進(jìn)行的理論研究逐漸落到實(shí)處，從用戶(hù)視角探索數(shù)字化技術(shù)的具體采納問(wèn)題。由圖8可明確研究的變化流程，數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了從BIM-3D-AR-Big data-Blockchain-IoT的發(fā)展。通過(guò)查閱文章發(fā)現(xiàn)，近幾年建筑業(yè)領(lǐng)域相關(guān)研究呈現(xiàn)多種數(shù)字化技術(shù)融合使用的趨勢(shì)，而且研究?jī)?nèi)容整體呈現(xiàn)“數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展—數(shù)字化技術(shù)在建筑業(yè)不同階段(方面)的應(yīng)用—應(yīng)用價(jià)值以及挑戰(zhàn)—數(shù)字化技術(shù)融合使用”的循環(huán)模式。因此，隨著物聯(lián)網(wǎng)(IoT)等新興數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，必然會(huì)研究其在建設(shè)項(xiàng)目中的應(yīng)用以及應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題與瓶頸，進(jìn)而提出解決方案或融合使用新的數(shù)字化技術(shù)以解決現(xiàn)存問(wèn)題。

6 結(jié)論

為系統(tǒng)梳理國(guó)際建筑業(yè)數(shù)字化技術(shù)研究成果，以“Web of Science”核心數(shù)據(jù)庫(kù)中2010-2020年發(fā)表的181篇相關(guān)文獻(xiàn)為研究對(duì)象，通過(guò)CiteSpace文獻(xiàn)計(jì)量軟件進(jìn)行可視化分析，主要結(jié)論如下：

(1)目前建筑業(yè)領(lǐng)域的作者、研究機(jī)構(gòu)以及國(guó)家之間均形成了合作網(wǎng)絡(luò)，但網(wǎng)絡(luò)的緊密程度和聯(lián)接范圍仍有較大的提升空間；

(2)建筑業(yè)數(shù)字化技術(shù)的研究熱點(diǎn)除了以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)、不斷涌現(xiàn)出AR等新型數(shù)字化技術(shù)之外，還包括數(shù)字化技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)和施工等階段的具體應(yīng)用以及數(shù)字化技術(shù)對(duì)合作、創(chuàng)新和績(jī)效等評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響；

(3)當(dāng)前建筑業(yè)數(shù)字化領(lǐng)域相關(guān)研究呈現(xiàn)多種數(shù)字化技術(shù)融合使用的態(tài)勢(shì)，未來(lái)研究可能以“數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展—以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)的新型數(shù)字化技術(shù)在建筑業(yè)中的采納與應(yīng)用—應(yīng)用過(guò)程中的挑戰(zhàn)—提出解決方案”為主題循環(huán)發(fā)展。