BIM 背景下裝配式建筑可視化研究
——基于CiteSpace 分析

吳夢(mèng)甜

（沈陽(yáng)化工大學(xué)，沈陽(yáng) 110142）

0 引言

隨著科技的進(jìn)步和新的建設(shè)理念的提出，建筑業(yè)不斷向工業(yè)化、綠色化、智慧化方向發(fā)展。建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）通過(guò)輸入的工程數(shù)據(jù)建立立體模型，經(jīng)過(guò)碰撞檢查，解決建筑項(xiàng)目中存在的問(wèn)題。裝配式建筑作為推進(jìn)建筑業(yè)發(fā)展的主力軍，在提升建筑業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益方面具有重要的意義，且具有生產(chǎn)效率高、能耗和成本低、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。BIM 技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑能夠?qū)ㄖ芷诘倪M(jìn)度、質(zhì)量等進(jìn)行有效控制，使得裝配式建筑從設(shè)計(jì)到運(yùn)維整個(gè)過(guò)程的聯(lián)系密切，減少偏差。目前，相關(guān)研究多數(shù)以單一內(nèi)容為主，即從裝配式建筑領(lǐng)域的研究角度出發(fā)，很少有從文獻(xiàn)計(jì)量的角度對(duì)BIM 背景下裝配式建筑的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行分析。鑒于此，本文借助CiteSpace 軟件，梳理2011—2021 年間中國(guó)知網(wǎng)（China National Knowledge Infrastructure，CNKI）數(shù)據(jù)庫(kù)中BIM 背景下裝配式建筑的相關(guān)文獻(xiàn)，通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵詞繪制共現(xiàn)圖譜、聚類圖等，分析當(dāng)前該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)以及研究演進(jìn)方向，為今后的研究提供參考。

1 概念界定

1.1 BIM

BIM 是Building Information Modeling（建筑信息模型）的縮寫，在集成平臺(tái)中輸入建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息及數(shù)據(jù)，創(chuàng)建三維建筑模型，并通過(guò)數(shù)字信息進(jìn)行仿真模擬，呈現(xiàn)建筑物所具有的真實(shí)情況。BIM 在裝配式建筑中的應(yīng)用主要是將各種數(shù)據(jù)資料及平面圖紙模型以三維形式呈現(xiàn)出來(lái)，將建筑的各個(gè)屬性直觀地顯示，提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)改正，從而對(duì)裝配式建筑進(jìn)行建造過(guò)程模擬、優(yōu)化及管理。

1.2 裝配式建筑

裝配式建筑是指采用工廠化生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件，將其運(yùn)輸?shù)焦さ剡M(jìn)行組合拼裝的建筑物。根據(jù)裝配化的程度，裝配式建筑可分為半裝配式和全裝配式，半裝配式是將主要承重構(gòu)件的一部分進(jìn)行工廠預(yù)制生產(chǎn)，另一部分則采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑的形式；全裝配式則是將全部構(gòu)件在工廠進(jìn)行批量生產(chǎn)，再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)裝配。

2 研究方法和數(shù)據(jù)采集

2.1 研究方法

CiteSpace 通過(guò)可視化來(lái)呈現(xiàn)科學(xué)知識(shí)的結(jié)構(gòu)、規(guī)律和分布情況，通過(guò)其分析并繪制得到的可視化圖形也被稱為“知識(shí)圖譜”。利用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)的研究方法及CiteSpace 5.8.R3 軟件進(jìn)行有關(guān)研究主題的文獻(xiàn)之間交叉、互動(dòng)及聯(lián)系等多種復(fù)雜關(guān)系的可視化分析，主要包括關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析、中介中心性分析、關(guān)鍵詞突現(xiàn)、關(guān)鍵詞聚類和時(shí)間線圖等。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

以CNKI 數(shù)據(jù)庫(kù)為文獻(xiàn)來(lái)源，使用主題為裝配式建筑或者題名為裝配式建筑、關(guān)鍵詞為BIM 的檢索條件在數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行高級(jí)檢索，并設(shè)置時(shí)間范圍為2011—2021 年，最終經(jīng)過(guò)篩選得到1 542 篇相關(guān)文獻(xiàn)，各年份發(fā)文量如圖1 所示。其中，有關(guān)BIM 背景下裝配式建筑的文章發(fā)表量在2016 年急劇增長(zhǎng)，且在2019 年達(dá)到頂峰。

圖1 2011—2021 年文獻(xiàn)發(fā)表量

3 文獻(xiàn)可視化分析

下面主要針對(duì)文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞是一篇文獻(xiàn)的核心概括，能很好地反映出文獻(xiàn)和研究?jī)?nèi)容的關(guān)系，高頻關(guān)鍵詞在文獻(xiàn)計(jì)量中通常被視為識(shí)別特定研究領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，具有很高的分析價(jià)值。

3.1 關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

共現(xiàn)分析是指提取文獻(xiàn)中能夠表達(dá)文獻(xiàn)核心內(nèi)容的關(guān)鍵詞或主題詞，根據(jù)詞頻的高低分布，將詞組兩兩配對(duì)，統(tǒng)計(jì)它們?cè)谕唤M文獻(xiàn)中出現(xiàn)的次數(shù)，通過(guò)共現(xiàn)次數(shù)，呈現(xiàn)詞組之間的親疏關(guān)系。

將CiteSpace 中的節(jié)點(diǎn)類型設(shè)置為Keywords，選擇在每個(gè)時(shí)間切片內(nèi)提取前50 個(gè)被引次數(shù)最高的文獻(xiàn)進(jìn)行關(guān)鍵詞分析，關(guān)鍵詞分析的算法設(shè)置為尋徑網(wǎng)絡(luò)算法，對(duì)單個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行裁剪，以及對(duì)合并后的綜合網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行裁剪，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)并突出其重要的結(jié)構(gòu)特征，即結(jié)果的節(jié)點(diǎn)數(shù)不變且連線數(shù)大幅減少，保留顯著關(guān)系，并將可視化結(jié)果以靜態(tài)聚類視圖和整體網(wǎng)絡(luò)形式呈現(xiàn)，主要目的是將結(jié)果清晰、準(zhǔn)確地反映出來(lái)，然后將CNKI 數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索得到的相關(guān)文獻(xiàn)導(dǎo)入軟件進(jìn)行分析。

繪制得到的關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜如圖2 所示，節(jié)點(diǎn)數(shù)量N=155 個(gè)，關(guān)鍵詞之間的連線數(shù)E=166 條，網(wǎng)絡(luò)密度為0.013 9，聚類模塊值（Q 值）為0.816 9（＞0.3），意味著聚類結(jié)構(gòu)顯著；聚類平均輪廓值（S 值）為0.945（＞0.7），意味著聚類結(jié)果是令人信服的。圖2 展示了最大的關(guān)鍵詞子網(wǎng)，本文選取的文獻(xiàn)圍繞BIM 與裝配式建筑，除去“BIM”和“裝配式”兩個(gè)最中心的關(guān)鍵詞，“應(yīng)用”“預(yù)制構(gòu)件”“建筑設(shè)計(jì)”“質(zhì)量管理”“應(yīng)用價(jià)值”“施工”“施工管理”“深化設(shè)計(jì)”等也是研究熱點(diǎn)。從關(guān)鍵詞的熱度可見(jiàn)，BIM 技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用主要涉及裝配式建筑的設(shè)計(jì)階段和施工階段。

圖2 關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜

3.1.1 中介中心性分析

關(guān)鍵詞的中介中心性越高，說(shuō)明該關(guān)鍵詞越重要，越具有研究?jī)r(jià)值。選取中介中心性前10 的關(guān)鍵詞，結(jié)果如表1 所示。這些關(guān)鍵詞在BIM 背景下裝配式建筑的研究領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，由此可見(jiàn)，“物聯(lián)網(wǎng)”作為中心性最高的關(guān)鍵詞，其研究?jī)r(jià)值較高。物聯(lián)網(wǎng)將物品與互聯(lián)網(wǎng)連接，并進(jìn)行信息交換。裝配式建筑在BIM 技術(shù)的支持下，利用物聯(lián)網(wǎng)能夠加強(qiáng)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的管理追蹤，從而促進(jìn)裝配式建筑的工業(yè)化、智慧化發(fā)展。

表1 關(guān)鍵詞中心性統(tǒng)計(jì)表

3.1.2 關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析

與關(guān)鍵詞中心性分析相比，關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析可探測(cè)在某一時(shí)段相關(guān)研究主題的研究前沿和演進(jìn)情況等。在關(guān)鍵詞中介中心性分析完成的基礎(chǔ)上，對(duì)突現(xiàn)詞分析的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，選取得到14 個(gè)突現(xiàn)詞，結(jié)果如表2所示。由表2可知，BIM是在2014年發(fā)生突現(xiàn)，直至2016 年，這與圖1 顯示的2014 年相關(guān)文章發(fā)表量的增長(zhǎng)速度加快且在2016年出現(xiàn)急劇增長(zhǎng)相吻合。“施工模擬”“正向設(shè)計(jì)”“EPC”是近一年的突現(xiàn)詞，對(duì)以后的研究方向具有導(dǎo)向作用，需要密切關(guān)注。BIM技術(shù)在裝配式建筑工程中的應(yīng)用已成趨勢(shì)。例如，EPC模式在BIM 技術(shù)的支持下能夠促進(jìn)全過(guò)程的信息化管理，實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化和信息化的結(jié)合，從而提升裝配式建筑的品質(zhì)與效益。

表2 關(guān)鍵詞突現(xiàn)強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)表

3.1.3 關(guān)鍵詞聚類分析

關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)聚類圖譜如圖3 所示。采取最大似然算法（Log Likelihood Ratio，LLR）提取前10 的聚類標(biāo)簽詞，這些關(guān)鍵詞形成幾個(gè)不規(guī)則區(qū)域，每一個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)著一個(gè)標(biāo)簽。由圖3 可知，前10 的聚類標(biāo)簽分別為“物聯(lián)網(wǎng)”“BIM”“應(yīng)用”“應(yīng)用價(jià)值”“建筑設(shè)計(jì)”“裝配式”“質(zhì)量管理”“施工”“外圍護(hù)”“施工質(zhì)量”。因此，基于BIM 技術(shù)的裝配式建筑研究可歸納為應(yīng)用、設(shè)計(jì)、質(zhì)量、施工、信息化等。其中，應(yīng)用主要是指在實(shí)際建筑工程中將BIM 技術(shù)和裝配式建筑結(jié)合。例如，劉煉認(rèn)為基于EPC 模式的裝配式建筑更具優(yōu)勢(shì)，BIM 技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)等數(shù)字技術(shù)能夠提高建筑工程的質(zhì)量，推動(dòng)管理向智慧化方向發(fā)展；朱長(zhǎng)清等學(xué)者認(rèn)為BIM 技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用圍繞設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)等階段，能夠解決裝配式建筑建造過(guò)程中的某些問(wèn)題，從而推動(dòng)建筑產(chǎn)業(yè)化。由此可見(jiàn)，BIM 技術(shù)對(duì)推動(dòng)裝配式建筑的發(fā)展具有重要作用。

圖3 關(guān)鍵詞聚類圖譜

3.2 關(guān)鍵詞時(shí)間線圖分析

相較于時(shí)間區(qū)圖，本文選取能夠更清晰呈現(xiàn)隨著時(shí)間的推移各聚類之間關(guān)系的時(shí)間線圖。時(shí)間線圖基于關(guān)鍵詞聚類，右側(cè)為關(guān)鍵詞聚類結(jié)果，以連線形式呈現(xiàn)關(guān)鍵詞在不同時(shí)間切片內(nèi)的走向，繪制結(jié)果如圖4 所示。從圖4 中可以看出，信息技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了不同主體之間的信息交互與知識(shí)共享，以信息化促進(jìn)工業(yè)化；BIM 作為信息共享平臺(tái)，在此背景下不斷發(fā)展，與每個(gè)聚類都有聯(lián)系，同時(shí)也是最早出現(xiàn)的具有標(biāo)志性的關(guān)鍵詞；BIM 技術(shù)能夠優(yōu)化裝配化建筑的正向設(shè)計(jì)、深化設(shè)計(jì)、預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)等核心環(huán)節(jié)，裝配式建筑的發(fā)展離不開(kāi)BIM 技術(shù)的推廣應(yīng)用，且研究的演進(jìn)方向逐步從理論基礎(chǔ)層面向應(yīng)用實(shí)踐層面推進(jìn)，如從模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)向如何通過(guò)BIM 將研究理論應(yīng)用于實(shí)際工程施工過(guò)程中。

圖4 關(guān)鍵詞時(shí)間線圖

4 研究結(jié)論

通過(guò)對(duì)BIM 技術(shù)和裝配式建筑概念的界定，本文從中國(guó)知網(wǎng)選取以BIM 為關(guān)鍵詞及以裝配式建筑為主題的相關(guān)文獻(xiàn)作為分析數(shù)據(jù)，利用CiteSpace 軟件進(jìn)行可視化分析，得到以下結(jié)論。

（1）從概念應(yīng)用來(lái)看，BIM 技術(shù)能夠?qū)⒀b配式建筑工程的數(shù)據(jù)資料輸入信息集成平臺(tái)，建立建筑模型并進(jìn)行仿真模擬，提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)改正，從而對(duì)該工程進(jìn)行模擬、優(yōu)化、管理。隨著技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)BIM 和裝配式建筑的結(jié)合會(huì)更密切，“BIM+物聯(lián)網(wǎng)”“BIM+區(qū)塊鏈技術(shù)”“BIM+云計(jì)算”等新的技術(shù)融合模式將推動(dòng)裝配式建筑的工業(yè)化、信息化、智慧化發(fā)展。

（2）從研究熱點(diǎn)來(lái)看，我國(guó)近10 年間BIM 背景下裝配式建筑的研究正不斷偏向于工程應(yīng)用、項(xiàng)目管理等實(shí)踐層面，主要集中于預(yù)制構(gòu)件、設(shè)計(jì)、施工及質(zhì)量管理等方面，說(shuō)明BIM 和裝配式建筑的集成研究向設(shè)計(jì)階段、施工階段以及全過(guò)程管理控制方向延伸。另外，EPC 模式正成為裝配式建筑發(fā)展的主流方向，以提高對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度和質(zhì)量的把控水平，向精益建造發(fā)展。

（3）從研究演進(jìn)趨勢(shì)來(lái)看，我國(guó)近10 年間BIM背景下裝配式建筑的研究由基礎(chǔ)理論層面不斷向應(yīng)用實(shí)踐層面演進(jìn)，說(shuō)明國(guó)內(nèi)關(guān)于BIM 和裝配式建筑的研究注重工程的實(shí)際應(yīng)用，注重裝配式建筑全過(guò)程的質(zhì)量管理，同時(shí)注重物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等技術(shù)與BIM 技術(shù)的集成應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)全過(guò)程信息化管理。