BIM賦能電網(wǎng)工程應(yīng)用研究演進(jìn)、熱點和趨勢分析

0 引言

2020年，國務(wù)院國資委辦公廳印發(fā)了《關(guān)于加快推進(jìn)國有企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作的通知》，旨在著力提高BIM技術(shù)覆蓋率，賦能企業(yè)提質(zhì)增效[1]以國家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司為代表的電網(wǎng)企業(yè)正在重點推行數(shù)字化設(shè)計技術(shù)，現(xiàn)階段已經(jīng)形成了一系列的工作文件和標(biāo)準(zhǔn)體系。大量采用數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的項目已實施落地。

隨著計算機軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的大型建筑項目采用數(shù)字化設(shè)計作為其智能制造的關(guān)鍵技術(shù)，促使計算機技術(shù)與建筑領(lǐng)域逐漸融合[2]。目前，國內(nèi)外BIM技術(shù)在電網(wǎng)工程中的應(yīng)用已取得顯著成效。在國內(nèi)，國家電網(wǎng)公司（以下簡稱“國網(wǎng)公司”）通過BIM技術(shù)實現(xiàn)了特高壓輸電線路的數(shù)字化設(shè)計與施工管理，顯著提升了電網(wǎng)工程效率與質(zhì)量。國網(wǎng)公司提出的數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)逐步形成了以設(shè)計、施工、管理為特點，貫穿項目全生命周期的先進(jìn)理念，被認(rèn)為是未來建筑行業(yè)的第二次革命[3]。在國外，美國、英國等國家已將BIM技術(shù)廣泛應(yīng)用于智能電網(wǎng)建設(shè)，該技術(shù)推動了電網(wǎng)工程的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。國內(nèi)外對BIM技術(shù)的應(yīng)用不僅凸顯了BIM技術(shù)在電網(wǎng)工程中的重要性，也為進(jìn)一步系統(tǒng)梳理其研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢提供了實踐基礎(chǔ)。因此，通過文獻(xiàn)計量法對BIM賦能電網(wǎng)工程領(lǐng)域的研究進(jìn)行系統(tǒng)性分析，具有重要的理論意義與實踐價值。

本研究采用文獻(xiàn)計量工具CiteSpace軟件進(jìn)行BIM賦能電網(wǎng)工程應(yīng)用研究的知識圖譜分析，對既有研究進(jìn)行分析、梳理和思考，對未來研究框架進(jìn)行梳理和初步展望。首先，以中國知網(wǎng)和WebofScience數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源，采集和統(tǒng)計了2010—2023年以BIM和電網(wǎng)工程為主題的408篇中英文期刊論文；其次，對既有研究文獻(xiàn)進(jìn)行可視化知識圖譜的定量分析；最后，全面梳理出BIM賦能電網(wǎng)工程領(lǐng)域的研究脈絡(luò)、研究熱點，并提出未來展望，以期對我國電網(wǎng)工程信息化建設(shè)提供參考。

1 研究方法概述與數(shù)據(jù)來源

1. 1 研究方法概述

文獻(xiàn)計量分析4是探索圖書情報學(xué)最為重要的分析方法之一，其運用數(shù)學(xué)方法分析某一領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[5]。該分析方法通常以關(guān)鍵詞、關(guān)鍵詞突現(xiàn)、發(fā)文作者、出版機構(gòu)與國家關(guān)系分析為主，將分析結(jié)果通過可視化圖譜呈現(xiàn)出來，旨在為未來研究人員提供研究方向和指導(dǎo)方針[6]。其中，關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析可以確定某一研究領(lǐng)域的熱點和知識結(jié)構(gòu)，當(dāng)幾個關(guān)鍵詞同時出現(xiàn)的頻率越高，表明各自的關(guān)聯(lián)更為密切[7]。此外，該方法也適用于分析文獻(xiàn)作者、出版機構(gòu)和國家間的合作關(guān)系。

以往學(xué)者可通過閱讀大量文獻(xiàn)深入了解研究領(lǐng)域的研究內(nèi)容，卻較難對研究熱點或主題進(jìn)行全面梳理[8]。CiteSpace 軟件可對文獻(xiàn)進(jìn)行深入挖掘和大數(shù)據(jù)的計量分析，其關(guān)鍵詞共現(xiàn)、聚類、時區(qū)視圖、合作網(wǎng)絡(luò)等功能可直觀追蹤研究熱點的動態(tài)變化，可顯著增強文獻(xiàn)綜述的科學(xué)性和可靠性。本研究借助CiteSpace軟件，通過繪制科學(xué)知識圖譜的方法，對檢索出的227篇中文有效文獻(xiàn)和181篇英文有效文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計分析。采用定量與定性相結(jié)合的分析方法，首先，通過逐年發(fā)文量和研究演進(jìn)脈絡(luò)分析BIM賦能電網(wǎng)工程的研究成果和研究熱度變化；其次，根據(jù)關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜，結(jié)合具體文獻(xiàn)內(nèi)容，逐層挖掘并解析其領(lǐng)域的研究熱點方向；最后，對未來發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。

1.2 數(shù)據(jù)來源

文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的采集渠道多為WoS、CNKI等文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫，同時也有針對特定領(lǐng)域的期刊源檢索獲取渠道。本研究為更好地比較該領(lǐng)域國內(nèi)外的研究進(jìn)展，分別針對中文文獻(xiàn)和外文文獻(xiàn)進(jìn)行量化分析。中文文獻(xiàn)均來源于CNKI，在高級檢索中以“電網(wǎng) + 變電站 + 環(huán)網(wǎng) + 中壓電網(wǎng) + 聯(lián)合電網(wǎng)”“BIM”作為主題檢索詞，文獻(xiàn)類型包括期刊論文、學(xué)位論文和會議論文，語言設(shè)置為中文。外文文獻(xiàn)均來源于WoS子領(lǐng)域數(shù)據(jù)庫，包括科學(xué)引文索引（SCI）和社會科學(xué)引文索引（SSCI）。選擇SCI和SSCI作為此次文獻(xiàn)計量分析的文獻(xiàn)類別。高級檢索中以 TS= （electricANDBIM）為檢索詞，語種選擇為English，時間跨度設(shè)置為2010—2023年，檢索時間截至2023年6月23日。

2 研究演進(jìn)過程、熱點與共被引分析

2.1年發(fā)文量及研究演變路徑分析

國內(nèi)外關(guān)于BIM賦能電網(wǎng)工程的文獻(xiàn)時間分布如圖1所示。由圖1可知，我國該領(lǐng)域的研究起源于2007年，此后年發(fā)文量不超過10篇，但總體呈上漲趨勢。2010年英文文獻(xiàn)開始出現(xiàn)，呈起伏式增長。2016年起國內(nèi)外相關(guān)研究發(fā)展迅速，并在2020年達(dá)到高峰。

中文文獻(xiàn)關(guān)鍵詞時間線圖譜如圖2所示，英文文獻(xiàn)關(guān)鍵詞時間線圖譜如圖3所示。通過查看每一個聚類中關(guān)鍵詞首次出現(xiàn)的年份，以及在聚類下的演變過程，可以從時間維度上探析領(lǐng)域知識的演進(jìn)變化趨勢。由圖2～圖3可知，“建筑協(xié)同設(shè)計”“BIM”“simulation”“變電站”等關(guān)鍵詞出現(xiàn)較早，隨后開始出現(xiàn)“變電工程”“三維設(shè)計”“augmented reality”“智慧型直流工程”等關(guān)鍵詞，最后出現(xiàn)“automaticwiring”“BIMrecon-struction”“artificial neural networks”等聚類關(guān)鍵詞。根據(jù)以上關(guān)鍵詞，可以歸納出電網(wǎng)工程全生命周期BIM賦能方式主要包括如下6類：

（1）電網(wǎng)建模和仿真應(yīng)用。BIM技術(shù)應(yīng)用于電網(wǎng)的三維建模和仿真，使得電力設(shè)施的規(guī)劃、設(shè)計和布局更加直觀和高效。工程師可以使用BIM技術(shù)模擬電力設(shè)施的運行情況，并預(yù)測可能出現(xiàn)的問題，從而優(yōu)化電網(wǎng)的設(shè)計和運行[9]

（2）基于數(shù)字孿生平臺的設(shè)施管理。BIM技術(shù)在電網(wǎng)設(shè)施管理中的應(yīng)用逐漸增多。電網(wǎng)運營商可以利用BIM技術(shù)建立設(shè)施管理的數(shù)字孿生平臺，實時監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)、維護(hù)記錄和設(shè)施更新，以提高設(shè)施管理的效率和可靠性。

（3）數(shù)據(jù)集成和協(xié)作共享。電網(wǎng)工程通常涉及電力、土木、通信等多個專業(yè)的合作。BIM技術(shù)有助于將不同專業(yè)的數(shù)據(jù)整合在一個平臺上，促進(jìn)各專業(yè)之間的協(xié)作和信息共享，以減少誤差和重復(fù)工作[10]

（4）智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。BIM技術(shù)與智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，為電網(wǎng)工程帶來更多可能性。通過BIM技術(shù)，電力設(shè)施可以與傳感器和控制系統(tǒng)連接，以實現(xiàn)智能化監(jiān)測和自動化運行。

（5）5G和云計算應(yīng)用。隨著5G技術(shù)和云計算的不斷發(fā)展，BIM技術(shù)在電網(wǎng)工程中的應(yīng)用也得到加強。高速的數(shù)據(jù)傳輸和強大的計算能力將為BIM技術(shù)的應(yīng)用提供更多支持，使其更加實用和普及。

（6）可持續(xù)能源的智能優(yōu)化。隨著可再生能源的增加，電網(wǎng)工程需要更加復(fù)雜的規(guī)劃和管理[1]。BIM技術(shù)可以結(jié)合人工智能技術(shù)，更好地協(xié)助工程師優(yōu)化電網(wǎng)布局與整合可持續(xù)能源，實現(xiàn)電力供應(yīng)的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展。

2.2 研究熱點

本研究運用CiteSpace的聚類功能，對408篇中英文文獻(xiàn)關(guān)鍵詞進(jìn)行共現(xiàn)頻次分析，得到BIM賦能電網(wǎng)工程領(lǐng)域關(guān)鍵詞共線聚類圖譜如圖4所示。關(guān)鍵詞共現(xiàn)聚類知識圖譜有助于研究熱點的可視化呈現(xiàn)，在CiteSpace中，將切片時間設(shè)置為1，選擇修剪切片網(wǎng)絡(luò)，使詞頻共現(xiàn)圖更加可視化。由圖4可知，圓形節(jié)點的大小表示關(guān)鍵詞出現(xiàn)的瀕次，關(guān)注度與頻次密切相關(guān)，頻次越高關(guān)注度也越高，節(jié)點間的連線表示關(guān)聯(lián)度，連線越粗越密則表明聯(lián)系越緊密[12]。選取共現(xiàn)圖譜上中文文獻(xiàn)共現(xiàn)頻次前15的關(guān)鍵詞和英文文獻(xiàn)共現(xiàn)頻次前10的關(guān)鍵詞進(jìn)行匯總，得出中英文高頻關(guān)鍵詞見表1，中心度表示節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中的重要程度。

聚類標(biāo)簽可以彰顯重要主題，在一定程度上表征該領(lǐng)域研究前沿[13]。如圖4a所示，中文文獻(xiàn)聚類結(jié)果得到6個主要集群，分別為“#0變電站”“#1應(yīng)用”“#2協(xié)同設(shè)計”“#3大數(shù)據(jù)”“#4電網(wǎng)工程”“#5智能電網(wǎng)”。如圖4b所示，英文文獻(xiàn)聚類結(jié)果得到10個主要集群，分別為“#0BIM”“#1 building information modeling”“#2 green buildingastudio”“#3 construction management”“ #4 energy efficiency”“#5building information modelling”“#6 porous crystal”“#7 renewable energy”“ #8milp 1 “#9borniterativemethod”。對各標(biāo)簽主題進(jìn)行分類 分析，具體如下：

（2）BIM技術(shù)在電網(wǎng)工程項目管理中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞“造價管理”“安全管理”“施工管理”“construction”都是電網(wǎng)工程項目管理中的重要環(huán)節(jié)。通過建立BIM，準(zhǔn)確掌握模型所包含的工程量信息，這將提高工程建設(shè)資金計劃和施工投入成本準(zhǔn)確性。同時，任何設(shè)計或者施工產(chǎn)生的數(shù)據(jù)變更，會引起模型中的工程量信息及造價信息同步變更，其良好的統(tǒng)計和輸出功能將一定程度上提高工程結(jié)算效率，進(jìn)而促進(jìn)工程項目造價目標(biāo)管理。BIM技術(shù)能夠?qū)ㄖＰ瓦M(jìn)行三維模擬施工及預(yù)演，及時糾正二維圖樣方案中不能完全表達(dá)和發(fā)現(xiàn)的施工安全隱患，進(jìn)而降低施工安全風(fēng)險[16]。同時，建筑模型幾乎包含工程項目所有的幾何、物理功能信息。任何設(shè)計、建造過程的變更，都能通過BIM進(jìn)行實時更新，能夠在電網(wǎng)工程的全生命周期中實現(xiàn)3D、4D，甚至是5D應(yīng)用，可極大地提高業(yè)主、設(shè)計、施工等參建單位溝通效率，使工程進(jìn)度能夠及時糾偏，如期完成施工進(jìn)度和實現(xiàn)安全目標(biāo)。

（1）BIM技術(shù)在電網(wǎng)工程規(guī)劃設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用。標(biāo)簽“#2協(xié)同設(shè)計”說明學(xué)者們對電網(wǎng)工程前期設(shè)計階段技術(shù)優(yōu)化的關(guān)注度較高。三維協(xié)同設(shè)計是基于BIM三維模型設(shè)計的協(xié)同效應(yīng)[14]根據(jù)BIM三維模型的特點，在協(xié)同平臺下各專業(yè)可從BIM三維模型中獲取項目信息，從而保證項目信息的連續(xù)性和成果的可積累性。BIM三維模型為設(shè)計的可視化、精準(zhǔn)性提供基礎(chǔ)平臺，同時

（3）技術(shù)集成。標(biāo)簽“#5智能電網(wǎng)”、關(guān)鍵詞“數(shù)字孿生”“智能化”等說明在電網(wǎng)工程中將BIM技術(shù)與其他技術(shù)手段相結(jié)合也是學(xué)者們的重要關(guān)注點[17]。數(shù)字孿生（Digital Twins，DT）解決的是數(shù)據(jù)到哪里去，發(fā)揮什么作用[18]，其指在計算機里創(chuàng)建一個建筑物的動態(tài)副本，可以通過持續(xù)的勘測，從而實現(xiàn)多源同步，還可實現(xiàn)項目預(yù)測及性能優(yōu)化。數(shù)字孿生技術(shù)是一項正在高速發(fā)展的新技術(shù)，在智能管理方面潛力較大，可為復(fù)雜動態(tài)系統(tǒng)的物理信息融合提供解決思路[19]。目前，數(shù)字孿生已應(yīng)用于工業(yè)、交通業(yè)等領(lǐng)域。通過將BIM與數(shù)字孿生技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)行物理實體與數(shù)字模型之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸和交互，最終實現(xiàn)變電站工程的信息化建設(shè)[20]

綜合中英文圖譜的聚類標(biāo)簽，BIM賦能電網(wǎng)工程領(lǐng)域的研究，以電網(wǎng)工程項目數(shù)字化設(shè)計與生產(chǎn)為中心，依托BIM技術(shù)提供的全方位、立體化、全過程的三維設(shè)計平臺[21]，以智能電網(wǎng)為導(dǎo)向，最終實現(xiàn)電網(wǎng)工程項目全過程、全專業(yè)、全生命周期的數(shù)字化精細(xì)管理。

2.3作者、期刊共被引分析

通過對不同國家和機構(gòu)的研究人員進(jìn)行合作網(wǎng)絡(luò)分析，可展現(xiàn)出BIM賦能電網(wǎng)工程領(lǐng)域的學(xué)術(shù)交流與協(xié)作情況，對該領(lǐng)域的發(fā)文作者采用CiteSpace軟件進(jìn)行分析，得到中文文獻(xiàn)作者合作網(wǎng)絡(luò)，如圖5所示，英文文獻(xiàn)作者合作網(wǎng)絡(luò)如圖6所示。結(jié)果表明共有15位作者在該領(lǐng)域發(fā)表了至少3篇高水平文獻(xiàn)，共展現(xiàn)出6大集群，中文文獻(xiàn)作者以呂征宇、周亮、闞竟生等為代表的三大集群，英文文獻(xiàn)作者以 Hu 為中心形成的合作交流較為密切和頻繁。

節(jié)點類型選擇Citedjournal，運行軟件后得到期刊共被引圖譜。期刊共被引圖譜如圖7所示。被引頻次前15位的期刊信息見表2。被引頻次最多的期刊為AutomationinConstruction，該期刊涉及方向為建筑工程與技術(shù)，影響因子為10.3。中心性最高的期刊是Energy，涉及方向為工程技術(shù)，影響因子為8.738。其次是期刊Advanced Engineer-ingInformatics，涉及方向為工程領(lǐng)域的信息與決策研究應(yīng)用，影響因子為3.772。根據(jù)綜合被引頻次與中心性，Automationin ConstructionEnergy和 Ad vancedEngineeringInformatics是BIM賦能電網(wǎng)工程領(lǐng)域的重要核心期刊。

3 結(jié)論

本文借助CiteSpace軟件，通過對408篇中英文文獻(xiàn)的梳理，探討近10年BIM賦能電網(wǎng)工程領(lǐng)域的研究動態(tài)和趨勢，得出以下結(jié)論：

（1）自2007年開始，BIM賦能電網(wǎng)工程領(lǐng)域發(fā)文量總體呈上升趨勢，研究成果逐漸豐富，結(jié)合關(guān)鍵詞演變時間線圖譜分析，可將領(lǐng)域發(fā)展劃分為探索期、適應(yīng)期、快速發(fā)展期三個階段。探索期側(cè)重對建筑協(xié)同設(shè)計的開發(fā)研究，將建筑設(shè)計帶入三維建模，賦能變電站工程，以在源頭上減少錯、漏、碰、缺，最終提升設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量。適應(yīng)期側(cè)重對電網(wǎng)工程施工管理、成本控制等方面進(jìn)行智能化技術(shù)創(chuàng)新?？焖侔l(fā)展期，研究寬度和廣度更加細(xì)化，強調(diào)運用數(shù)字孿生等理論體系，打造智慧型直流電網(wǎng)工程。

（2）研究成果的針對性與實用性尚待加強現(xiàn)有研究中有相當(dāng)數(shù)量的文獻(xiàn)重復(fù)研究BIM標(biāo)準(zhǔn)在電網(wǎng)工程領(lǐng)域的擴展，搭建的概念框架較多，內(nèi)容趨于同質(zhì)化。例如，諸多關(guān)于BIM標(biāo)準(zhǔn)的研究，只停留在標(biāo)準(zhǔn)框架搭建、工程體系結(jié)構(gòu)分解等層面，對于標(biāo)準(zhǔn)的適用性以及未來的擴展方向涉及較少，標(biāo)準(zhǔn)的實用性和有效性有待商榷。因此，未來研究應(yīng)在已搭建的標(biāo)準(zhǔn)框架下，重視標(biāo)準(zhǔn)的制定、驗證及推廣實施，進(jìn)一步編制完善電網(wǎng)工程BIM標(biāo)準(zhǔn)體系。針對已發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)，研究重點是如何在工程中進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的驗證以及后續(xù)修改完善。同時，若要全面推廣貫徹標(biāo)準(zhǔn)，就必須讓其在設(shè)計軟件中落地。因此，完善標(biāo)準(zhǔn)與BIM軟件應(yīng)用的結(jié)合也是一個重要的研究方向。

（3）數(shù)據(jù)集成管理、信息精準(zhǔn)傳遞等方面的研究尚待加強。BIM技術(shù)在電網(wǎng)工程中的應(yīng)用不斷成熟，為工程的信息化和三維實景化奠定重要基礎(chǔ)，同時也為三維數(shù)字化平臺的建設(shè)提供大量的基礎(chǔ)信息和資源，以BIM技術(shù)為核心的三維數(shù)字化管理平臺不僅可以實現(xiàn)海量工程數(shù)據(jù)的存儲與調(diào)用，還可以實現(xiàn)異源數(shù)據(jù)的融合與傳遞，提高工程參建各方信息共享效率。因此，未來需圍繞三維數(shù)字化平臺與其他應(yīng)用軟件高效對接、多原廠模型文件格式統(tǒng)一、模型高壓縮輕量化處理、數(shù)據(jù)云端高效存儲發(fā)布、跨瀏覽器可視化交互展示等方向開展研究，加強研究的前瞻性，提高綜合研判能力。

（4）通過對BIM賦能電網(wǎng)工程領(lǐng)域的學(xué)術(shù)交流與協(xié)作情況分析發(fā)現(xiàn)，該領(lǐng)域的研究合作網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出較為緊密的集群化特征。這種合作模式不僅促進(jìn)了知識的共享與創(chuàng)新，還推動了BIM技術(shù)在電網(wǎng)工程中的深人應(yīng)用。為進(jìn)一步加強該領(lǐng)域的研究合作，建議研究者們可以通過以下四種方式展開合作：一是建立跨機構(gòu)、跨國的合作平臺，促進(jìn)不同集群之間的交流與合作，打破地域和機構(gòu)的限制；二是鼓勵研究者參與國際學(xué)術(shù)會議和研討會，增加面對面交流的機會，深化合作內(nèi)容；三是利用現(xiàn)代信息技術(shù)，如應(yīng)用在線協(xié)作工具和開放獲取期刊，提高研究成果的可見性和可及性，吸引更多研究者加入合作網(wǎng)絡(luò)；四是加強產(chǎn)學(xué)研合作，推動理論研究與實際應(yīng)用的結(jié)合，提升BIM技術(shù)在電網(wǎng)工程中的實際效益。通過這些措施，可以進(jìn)一步優(yōu)化合作網(wǎng)絡(luò)，提升研究水平，推動BIM賦能電網(wǎng)工程領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展。

綜合本文對國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的計量分析，諸多學(xué)者和企業(yè)已經(jīng)對相關(guān)領(lǐng)域展開了較為深入的研究，并開展了諸多應(yīng)用探索。本研究通過對現(xiàn)有成果的梳理分析，厘清了BIM賦能電網(wǎng)工程領(lǐng)域的研究脈絡(luò)和熱點，為學(xué)者在未來進(jìn)行相關(guān)研究提供了參考借鑒。由于檢索策略選擇和軟件運行過程中未識別少量文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，本研究在研究對象的完整性上還存在局限性。未來，智能電網(wǎng)工程與BIM技術(shù)的研究與應(yīng)用不可分割，應(yīng)致力于電網(wǎng)工程信息化和三維實景化研究，從而提高工程的設(shè)計建造效率和管理水平。

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收稿日期：2025-02-20

作者簡介：

齊立忠（通信作者）（1968—），男，研究方向：電網(wǎng)工程規(guī)劃設(shè)計。

榮經(jīng)國（1988—），男，研究方向：電網(wǎng)工程數(shù)字化。

張?zhí)K（1989—），女，研究方向：電網(wǎng)工程數(shù)字化。

吳立志（1989一），男，研究方向：BIM數(shù)字化技術(shù)研究。

鮑駿成（1990—），男，研究方向：BIM數(shù)字化技術(shù)研究。