BIM 背景下装配式建筑可视化研究——基于CiteSpace 分析

吴梦甜

（沈阳化工大学，沈阳 110142）

0 引言

随着科技的进步和新的建设理念的提出，建筑业不断向工业化、绿色化、智慧化方向发展。建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）通过输入的工程数据建立立体模型，经过碰撞检查，解决建筑项目中存在的问题。装配式建筑作为推进建筑业发展的主力军，在提升建筑业的经济效益和环境效益方面具有重要的意义，且具有生产效率高、能耗和成本低、绿色环保等优点。BIM 技术应用于装配式建筑能够对建筑全生命周期的进度、质量等进行有效控制，使得装配式建筑从设计到运维整个过程的联系密切，减少偏差。目前，相关研究多数以单一内容为主，即从装配式建筑领域的研究角度出发，很少有从文献计量的角度对BIM 背景下装配式建筑的相关文献进行分析。鉴于此，本文借助CiteSpace 软件，梳理2011—2021 年间中国知网（China National Knowledge Infrastructure，CNKI）数据库中BIM 背景下装配式建筑的相关文献，通过对文献数据的关键词绘制共现图谱、聚类图等，分析当前该领域的研究热点以及研究演进方向，为今后的研究提供参考。

1 概念界定

1.1 BIM

BIM 是Building Information Modeling（建筑信息模型）的缩写，在集成平台中输入建筑工程项目的各项相关信息及数据，创建三维建筑模型，并通过数字信息进行仿真模拟，呈现建筑物所具有的真实情况。BIM 在装配式建筑中的应用主要是将各种数据资料及平面图纸模型以三维形式呈现出来，将建筑的各个属性直观地显示，提前发现问题并及时改正，从而对装配式建筑进行建造过程模拟、优化及管理。

1.2 装配式建筑

装配式建筑是指采用工厂化生产的预制构件，将其运输到工地进行组合拼装的建筑物。根据装配化的程度，装配式建筑可分为半装配式和全装配式，半装配式是将主要承重构件的一部分进行工厂预制生产，另一部分则采用现场浇筑的形式；全装配式则是将全部构件在工厂进行批量生产，再进行现场装配。

2 研究方法和数据采集

2.1 研究方法

CiteSpace 通过可视化来呈现科学知识的结构、规律和分布情况，通过其分析并绘制得到的可视化图形也被称为“知识图谱”。利用文献计量学的研究方法及CiteSpace 5.8.R3 软件进行有关研究主题的文献之间交叉、互动及联系等多种复杂关系的可视化分析，主要包括关键词共现分析、中介中心性分析、关键词突现、关键词聚类和时间线图等。

2.2 数据来源

以CNKI 数据库为文献来源，使用主题为装配式建筑或者题名为装配式建筑、关键词为BIM 的检索条件在数据库中进行高级检索，并设置时间范围为2011—2021 年，最终经过筛选得到1 542 篇相关文献，各年份发文量如图1 所示。其中，有关BIM 背景下装配式建筑的文章发表量在2016 年急剧增长，且在2019 年达到顶峰。

图1 2011—2021 年文献发表量

3 文献可视化分析

下面主要针对文献的关键词进行分析。关键词是一篇文献的核心概括，能很好地反映出文献和研究内容的关系，高频关键词在文献计量中通常被视为识别特定研究领域的研究热点，具有很高的分析价值。

3.1 关键词共现分析

共现分析是指提取文献中能够表达文献核心内容的关键词或主题词，根据词频的高低分布，将词组两两配对，统计它们在同一组文献中出现的次数，通过共现次数，呈现词组之间的亲疏关系。

将CiteSpace 中的节点类型设置为Keywords，选择在每个时间切片内提取前50 个被引次数最高的文献进行关键词分析，关键词分析的算法设置为寻径网络算法，对单个网络进行裁剪，以及对合并后的综合网络进行裁剪，简化网络并突出其重要的结构特征，即结果的节点数不变且连线数大幅减少，保留显著关系，并将可视化结果以静态聚类视图和整体网络形式呈现，主要目的是将结果清晰、准确地反映出来，然后将CNKI 数据库中搜索得到的相关文献导入软件进行分析。

绘制得到的关键词共现图谱如图2 所示，节点数量N=155 个，关键词之间的连线数E=166 条，网络密度为0.013 9，聚类模块值（Q 值）为0.816 9（＞0.3），意味着聚类结构显著；聚类平均轮廓值（S 值）为0.945（＞0.7），意味着聚类结果是令人信服的。图2 展示了最大的关键词子网，本文选取的文献围绕BIM 与装配式建筑，除去“BIM”和“装配式”两个最中心的关键词，“应用”“预制构件”“建筑设计”“质量管理”“应用价值”“施工”“施工管理”“深化设计”等也是研究热点。从关键词的热度可见，BIM 技术在装配式建筑中的应用主要涉及装配式建筑的设计阶段和施工阶段。

图2 关键词共现图谱

3.1.1 中介中心性分析

关键词的中介中心性越高，说明该关键词越重要，越具有研究价值。选取中介中心性前10 的关键词，结果如表1 所示。这些关键词在BIM 背景下装配式建筑的研究领域发挥着重要的作用，由此可见，“物联网”作为中心性最高的关键词，其研究价值较高。物联网将物品与互联网连接，并进行信息交换。装配式建筑在BIM 技术的支持下，利用物联网能够加强对预制构件的管理追踪，从而促进装配式建筑的工业化、智慧化发展。

表1 关键词中心性统计表

3.1.2 关键词突现分析

与关键词中心性分析相比，关键词突现分析可探测在某一时段相关研究主题的研究前沿和演进情况等。在关键词中介中心性分析完成的基础上，对突现词分析的参数进行设置，选取得到14 个突现词，结果如表2所示。由表2可知，BIM是在2014年发生突现，直至2016 年，这与图1 显示的2014 年相关文章发表量的增长速度加快且在2016年出现急剧增长相吻合。“施工模拟”“正向设计”“EPC”是近一年的突现词，对以后的研究方向具有导向作用，需要密切关注。BIM技术在装配式建筑工程中的应用已成趋势。例如，EPC模式在BIM 技术的支持下能够促进全过程的信息化管理，实现建筑工业化和信息化的结合，从而提升装配式建筑的品质与效益。

表2 关键词突现强度统计表

3.1.3 关键词聚类分析

关键词共现网络聚类图谱如图3 所示。采取最大似然算法（Log Likelihood Ratio，LLR）提取前10 的聚类标签词，这些关键词形成几个不规则区域，每一个区域对应着一个标签。由图3 可知，前10 的聚类标签分别为“物联网”“BIM”“应用”“应用价值”“建筑设计”“装配式”“质量管理”“施工”“外围护”“施工质量”。因此，基于BIM 技术的装配式建筑研究可归纳为应用、设计、质量、施工、信息化等。其中，应用主要是指在实际建筑工程中将BIM 技术和装配式建筑结合。例如，刘炼认为基于EPC 模式的装配式建筑更具优势，BIM 技术、物联网技术、区块链技术等数字技术能够提高建筑工程的质量，推动管理向智慧化方向发展；朱长清等学者认为BIM 技术在装配式建筑中的应用围绕设计、施工、运营等阶段，能够解决装配式建筑建造过程中的某些问题，从而推动建筑产业化。由此可见，BIM 技术对推动装配式建筑的发展具有重要作用。

图3 关键词聚类图谱

3.2 关键词时间线图分析

相较于时间区图，本文选取能够更清晰呈现随着时间的推移各聚类之间关系的时间线图。时间线图基于关键词聚类，右侧为关键词聚类结果，以连线形式呈现关键词在不同时间切片内的走向，绘制结果如图4 所示。从图4 中可以看出，信息技术的发展促进了不同主体之间的信息交互与知识共享，以信息化促进工业化；BIM 作为信息共享平台，在此背景下不断发展，与每个聚类都有联系，同时也是最早出现的具有标志性的关键词；BIM 技术能够优化装配化建筑的正向设计、深化设计、预制构件生产等核心环节，装配式建筑的发展离不开BIM 技术的推广应用，且研究的演进方向逐步从理论基础层面向应用实践层面推进，如从模数化、标准化转向如何通过BIM 将研究理论应用于实际工程施工过程中。

图4 关键词时间线图

4 研究结论

通过对BIM 技术和装配式建筑概念的界定，本文从中国知网选取以BIM 为关键词及以装配式建筑为主题的相关文献作为分析数据，利用CiteSpace 软件进行可视化分析，得到以下结论。

（1）从概念应用来看，BIM 技术能够将装配式建筑工程的数据资料输入信息集成平台，建立建筑模型并进行仿真模拟，提前发现问题并及时改正，从而对该工程进行模拟、优化、管理。随着技术的发展，未来BIM 和装配式建筑的结合会更密切，“BIM+物联网”“BIM+区块链技术”“BIM+云计算”等新的技术融合模式将推动装配式建筑的工业化、信息化、智慧化发展。

（2）从研究热点来看，我国近10 年间BIM 背景下装配式建筑的研究正不断偏向于工程应用、项目管理等实践层面，主要集中于预制构件、设计、施工及质量管理等方面，说明BIM 和装配式建筑的集成研究向设计阶段、施工阶段以及全过程管理控制方向延伸。另外，EPC 模式正成为装配式建筑发展的主流方向，以提高对项目进度和质量的把控水平，向精益建造发展。

（3）从研究演进趋势来看，我国近10 年间BIM背景下装配式建筑的研究由基础理论层面不断向应用实践层面演进，说明国内关于BIM 和装配式建筑的研究注重工程的实际应用，注重装配式建筑全过程的质量管理，同时注重物联网、区块链等技术与BIM 技术的集成应用，从而实现全过程信息化管理。