基于CiteSpace知識(shí)圖譜的城市軌道交通BIM技術(shù)研究進(jìn)展可視化分析

劉義 楊清(.上海交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院軌道交通學(xué)院，上海 00；.上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院，上海 0035)

0 引言

2013年8月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用的指導(dǎo)意見(jiàn)(征求意見(jiàn)稿)》，明確了我國(guó)建筑領(lǐng)域BIM發(fā)展目標(biāo)[1]。近年來(lái)，很多學(xué)者從投資規(guī)劃、施工組織、設(shè)備運(yùn)維、技術(shù)研究、工程應(yīng)用等方面對(duì)BIM技術(shù)進(jìn)行了綜述分析，但缺乏從文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)角度的研究。

基于此，本研究采用CiteSpace V5.8.R3軟件進(jìn)行知識(shí)圖譜分析，通過(guò)對(duì)城市軌道交通BIM技術(shù)研究成果進(jìn)行總結(jié)和梳理，歸納出研究現(xiàn)狀、研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)，旨在為城市軌道交通BIM技術(shù)的深入研究提供理論參考。

1 研究方法

以CNKI為研究數(shù)據(jù)來(lái)源，以“主題=城市軌道交通+主題=BIM”為檢索字段進(jìn)行高級(jí)檢索，時(shí)間跨度為2008年1月1日—2023年3月1日。剔除協(xié)會(huì)要聞、業(yè)界動(dòng)態(tài)等無(wú)關(guān)文獻(xiàn)后，得到學(xué)術(shù)期刊文獻(xiàn)336篇。

CiteSpace軟件是由陳超美教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的一款用于科學(xué)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)計(jì)量和分析、識(shí)別和顯示科學(xué)發(fā)展新趨勢(shì)和新動(dòng)態(tài)的信息可視化軟件，可用于分析某一學(xué)科或知識(shí)領(lǐng)域在一定時(shí)期內(nèi)的研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)[2-3]。將檢索得到的336篇期刊文獻(xiàn)以RefWorks格式導(dǎo)出，通過(guò)CiteSpace軟件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換并剔除重復(fù)數(shù)據(jù)，將“Time Slicing”設(shè)置為2008年1月—2023年3月，時(shí)間切片為1年，分別選擇Keyword、Author、Institution作為節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，探究城市軌道交通BIM技術(shù)研究熱點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)。

2 基于發(fā)文量與文獻(xiàn)來(lái)源的研究現(xiàn)狀分析

2.1 發(fā)文量分析

發(fā)文量在一定程度可以反映城市軌道交通BIM技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)?；谏鲜鰴z索條件，整理得到2008—2022年城市軌道交通BIM技術(shù)研究文獻(xiàn)發(fā)文量，如圖1所示。可以看出，2008—2013年，發(fā)文量為2篇[4]，其中2009—2011年和2013年發(fā)文量均為0；2014年開(kāi)始，城市軌道交通BIM技術(shù)期刊發(fā)文量逐步增加，2021年達(dá)到68篇。而以“BIM”為主題進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，可得到3萬(wàn)余篇學(xué)術(shù)期刊文獻(xiàn)。由此可見(jiàn)，國(guó)內(nèi)城市軌道交通BIM技術(shù)研究起步較晚，且發(fā)文量不多，研究的廣度和深度不足。

圖1 2008—2022年城市軌道交通BIM技術(shù)研究文獻(xiàn)發(fā)文量

2.2 文獻(xiàn)作者與研究機(jī)構(gòu)分析

2.2.1 文獻(xiàn)作者分析

城市軌道交通BIM技術(shù)研究文獻(xiàn)發(fā)文量排名前10的作者見(jiàn)表1。其中，發(fā)文量最大的作者是張志偉、張波和王輝。城市軌道交通BIM技術(shù)研究作者合作關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖如圖2所示。網(wǎng)絡(luò)中共有225個(gè)節(jié)點(diǎn)、143條連線，說(shuō)明學(xué)者之間已經(jīng)建立了合作，但整體較為分散，尚未形成密切的合作關(guān)系。其中，較為突出的是張志偉團(tuán)隊(duì)。該團(tuán)隊(duì)基于北京地鐵19號(hào)線工程，從城市軌道交通BIM總體管理體系、竣工交付、管理應(yīng)用與實(shí)踐、BIM-GIS技術(shù)多角度展開(kāi)了研究與實(shí)踐，為軌道交通領(lǐng)域BIM技術(shù)應(yīng)用提供了參考[4-8]。

表1 城市軌道交通BIM技術(shù)研究文獻(xiàn)發(fā)文量排名前10的作者

圖2 城市軌道交通BIM技術(shù)研究作者合作關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖

2.2.2 研究機(jī)構(gòu)分析

城市軌道交通BIM技術(shù)研究文獻(xiàn)發(fā)文量排名前10的機(jī)構(gòu)見(jiàn)表2。其中，上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院發(fā)文量最大，為13篇。

城市軌道交通BIM技術(shù)研究發(fā)文機(jī)構(gòu)合作關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖如圖3所示。網(wǎng)絡(luò)中共有246個(gè)節(jié)點(diǎn)、280條連線，形成了以北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司、上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院為中心節(jié)點(diǎn)的合作網(wǎng)絡(luò)，但這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間卻無(wú)連線，說(shuō)明研究機(jī)構(gòu)之間的合作具有一定的地域性。

圖3 城市軌道交通BIM技術(shù)研究發(fā)文機(jī)構(gòu)合作關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖

同時(shí)，已形成一些小規(guī)模的合作網(wǎng)絡(luò)，如以中鐵南方投資集團(tuán)有限公司為中心的合作網(wǎng)絡(luò)。

3 基于關(guān)鍵詞共現(xiàn)和聚類的研究熱點(diǎn)分析

3.1 關(guān)鍵詞共現(xiàn)和聚類

根據(jù)關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得到頻次和中心度較高的關(guān)鍵詞，通過(guò)合并和剔除，用更具有代表性的關(guān)鍵詞“BIM+GIS”替代“無(wú)人機(jī)”，整理得到排名前10的關(guān)鍵詞，見(jiàn)表3。

表3 城市軌道交通BIM技術(shù)研究排名前10的關(guān)鍵詞

通過(guò)對(duì)關(guān)鍵詞之間的相關(guān)性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分組，反映該領(lǐng)域研究熱點(diǎn)與進(jìn)展?fàn)顩r。城市軌道交通BIM技術(shù)研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)與聚類圖譜如圖4所示。通過(guò)計(jì)算可知，聚類模塊值Q=0.826 5>0.3，說(shuō)明聚類結(jié)構(gòu)顯著；聚類平均輪廓值S=0.980 5>0.5，說(shuō)明聚類合理。

圖4 城市軌道交通BIM技術(shù)研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)與聚類圖譜

3.2 文獻(xiàn)分類和研究熱點(diǎn)

基于關(guān)鍵詞共現(xiàn)和聚類分析結(jié)果梳理336篇期刊文獻(xiàn)，將城市軌道交通BIM技術(shù)研究分為七大類，見(jiàn)表4。

表4 城市軌道交通BIM技術(shù)文獻(xiàn)分類研究

(1)2008—2023年3月發(fā)表的城市軌道交通BIM技術(shù)研究文獻(xiàn)中，全生命周期綜述類研究、施工階段研究、工程應(yīng)用實(shí)踐研究三個(gè)領(lǐng)域的文獻(xiàn)數(shù)量均在50篇以上，是該領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。全生命周期綜述類研究主要是從前期規(guī)劃、設(shè)計(jì)階段、協(xié)同施工、運(yùn)維階段、成本管理方面進(jìn)行綜合論述，并提出發(fā)展建議[9-10]。施工階段的應(yīng)用研究最多，涉及造價(jià)管理、施工進(jìn)度、質(zhì)量安全、風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別等多個(gè)方面[11-14]。在工程應(yīng)用實(shí)踐方面，BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)多個(gè)城市、多條城軌線路的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)中得到應(yīng)用，如上海軌道交通17號(hào)線[15]、上海軌道交通9號(hào)線東延伸工程[16]、北京地鐵昌平線南延項(xiàng)目[17]、深圳軌道交通6號(hào)線支線項(xiàng)目[18]、武漢軌道交通12號(hào)線(江北段)工程[19]等。設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用研究文獻(xiàn)數(shù)量次之，共計(jì)33篇。

(2)從城市軌道交通全生命周期來(lái)看，BIM技術(shù)在運(yùn)營(yíng)階段的應(yīng)用研究?jī)H有15篇，遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于設(shè)計(jì)與施工階段。通過(guò)分析可知，目前，城市軌道交通BIM技術(shù)在運(yùn)營(yíng)階段的研究包括可視化智能運(yùn)維系統(tǒng)[20]、運(yùn)營(yíng)安全管理(設(shè)備安全、安全教育培訓(xùn)、安全應(yīng)急疏散模擬)[21]、運(yùn)維階段BIM模型建設(shè)[22]、智能運(yùn)維管理平臺(tái)開(kāi)發(fā)等，說(shuō)明BIM技術(shù)在運(yùn)營(yíng)階段的研究有待進(jìn)一步深入。

(3)從城市軌道交通各專業(yè)領(lǐng)域看，BIM技術(shù)研究應(yīng)用于城市軌道交通機(jī)電工程、供電系統(tǒng)、通信信號(hào)、車輛等多個(gè)專業(yè)。機(jī)電實(shí)施階段是城市軌道交通建設(shè)的重要階段，具有設(shè)備眾多、管線及接口復(fù)雜、參與方多且協(xié)調(diào)難度大等特點(diǎn)[23]，利用BIM技術(shù)可視化特點(diǎn)可將問(wèn)題前置解決。因此，城市軌道交通機(jī)電工程領(lǐng)域相關(guān)研究最多，共計(jì)18篇[24-25]。值得關(guān)注的是，BIM技術(shù)以其三維可視化、高協(xié)調(diào)性、高模擬性、可優(yōu)化性等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)為城市軌道交通供電、通信信號(hào)、車輛等專業(yè)的研究發(fā)展提供了支撐[26-30]。

(4)GIS技術(shù)一般用于處理海量地理空間信息數(shù)據(jù)，將其與BIM技術(shù)相結(jié)合，能夠利用各自優(yōu)勢(shì)構(gòu)建智能監(jiān)測(cè)平臺(tái)[31]。目前，國(guó)內(nèi)針對(duì)BIM+GIS集成技術(shù)在城市軌道交通領(lǐng)域的研究日益增多，已成為行業(yè)研究熱點(diǎn)。

4 基于關(guān)鍵詞突現(xiàn)的研究趨勢(shì)分析

通過(guò)對(duì)關(guān)鍵詞突現(xiàn)進(jìn)行分析可以在一定程度上揭示某個(gè)研究領(lǐng)域主題發(fā)展趨勢(shì)[2]。采用CiteSpace軟件，在Control Panel對(duì)話框中點(diǎn)擊“Burstness”對(duì)突現(xiàn)詞進(jìn)行檢測(cè)。為了更好地反映研究趨勢(shì)，將Y(切片年限)值設(shè)置為0.5。通過(guò)計(jì)算，得到城市軌道交通BIM技術(shù)研究文獻(xiàn)關(guān)鍵詞突現(xiàn)(前15)，如圖5所示。

圖5 城市軌道交通BIM技術(shù)研究文獻(xiàn)關(guān)鍵詞突現(xiàn)(前15)(截圖)

由圖5可知，2008—2015年的突現(xiàn)詞只有“信息管理”。該時(shí)間段的文獻(xiàn)研究?jī)?nèi)容主要是基于BIM技術(shù)的軌道交通項(xiàng)目全生命周期信息管理研究和闡述，尚未涉及技術(shù)和應(yīng)用研究。2016—2018年的突出詞有“施工管理”“工程施工”“施工階段”“施工安全”等，突出強(qiáng)度較大，說(shuō)明該時(shí)間段主要針對(duì)工程建設(shè)施工階段進(jìn)行研究，如張軍等[19]以武漢軌道交通12號(hào)線(江北段)工程為例，對(duì)BIM技術(shù)城市軌道交通項(xiàng)目施工成本管控進(jìn)行研究。從2020年起，“設(shè)計(jì)”作為關(guān)鍵詞逐漸突現(xiàn)，“正向設(shè)計(jì)”更是成為近兩年突現(xiàn)強(qiáng)度最大的關(guān)鍵詞，如李雙雙[32]以武漢地鐵5號(hào)線楊園車站為例，進(jìn)行了基于Revit三維模型結(jié)構(gòu)施工圖正向設(shè)計(jì)的應(yīng)用探索；俞尚宇[33]基于深圳黃木崗綜合交通樞紐項(xiàng)目案例，利用自主研發(fā)的協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了正向設(shè)計(jì)在城軌工程中的應(yīng)用?！叭S設(shè)計(jì)”“三維算量”“正向設(shè)計(jì)”“三維模型”是近年來(lái)的突現(xiàn)關(guān)鍵詞，代表了城市軌道交通BIM技術(shù)研究發(fā)展趨勢(shì)[34]。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以CNKI為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，利用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)理論和CiteSpace知識(shí)圖譜軟件，對(duì)2008年1月1日—2023年3月1日發(fā)表的336篇期刊文獻(xiàn)進(jìn)行了可視化分析，得出以下結(jié)論：

(1)城市軌道交通BIM技術(shù)研究起步較晚，從2014年開(kāi)始發(fā)文量逐步增加，但總體發(fā)文量不多；城市軌道交通BIM技術(shù)研究已形成了一定規(guī)模的學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)，但整個(gè)研究領(lǐng)域尚未形成密切的合作關(guān)系，且研究機(jī)構(gòu)之間的合作存在一定的地域性。

(2)基于關(guān)鍵詞共現(xiàn)和聚類對(duì)336篇文獻(xiàn)進(jìn)行梳理，將研究?jī)?nèi)容歸納為七大類?？梢钥闯?，BIM技術(shù)在城市軌道交通全生命周期及各階段的研究最多。值得注意的是：城市軌道交通BIM技術(shù)研究不應(yīng)只停留在概念和技術(shù)研究階段，目前，BIM技術(shù)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)多條軌道交通線路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)中得到了應(yīng)用和實(shí)踐；BIM技術(shù)研究不應(yīng)局限于土建工程專業(yè)，目前，城市軌道交通機(jī)電、供配電、通信信號(hào)、車輛等多個(gè)領(lǐng)域均有BIM技術(shù)相關(guān)研究和應(yīng)用，且機(jī)電設(shè)備安裝方面研究較多；目前，國(guó)內(nèi)針對(duì)BIM+GIS集成技術(shù)在城市軌道交通領(lǐng)域的研究日趨增多，已成為研究熱點(diǎn)；BIM標(biāo)準(zhǔn)體系和管理模式等方面的綜合管理研究發(fā)文量較多。

(3)基于關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析，對(duì)2016—2018年工程建設(shè)施工階段進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)研究趨勢(shì)逐步向“正向設(shè)計(jì)”和“三維模型”轉(zhuǎn)變。