BIM 轻量化管理技术研究综述

张少锦 张惠宇 王晓晶

（1.扬州大学 扬州大学建筑科学与工程学院，扬州 225127；2.交通运输部公路科学研究所，北京 100088）

引言

建筑信息模型(BIM)就是在建设工程及设施全生命周期内，对其物理特性和功能特性进行数字化表达，并以此为基础进行工程项目的设计、施工、运营的过程和结果[1]。

在近50 年的高速发展中，BIM 技术已经越发完善，但是由于其积淀较少、发展较快等因素，当下BIM 技术仍面临许多问题。在应用方面，BIM 技术的应用过程中包含了许多分散、重复、低水平的工作，这些工作大大地降低了BIM 技术在使用过程中效率，增加了管理压力，背离了管理的本质要求；在BIM 文件的交接方面，BIM 文件涉及了项目各阶段的数据，虽然是基于IFC 标准格式下进行交接，但是丢失数据的频次仍然很高[2]，这同样也造成了管理工作中的资源浪费。

BIM 技术轻量化就是在基于模型信息、模型精度、模型使用等要求的前提下，利用云端化信息技术、面片化模型技术等相关技术，实现BIM 模型在文件储存、几何转换与渲染优化等方便的简化与转换的过程。近年来，随着建筑行业的发展，建筑信息集成化程度越来越高，工程项目的体量越来越大，这就导致了BIM模型中的数据信息冗杂。为了更加方便的运用BIM 技术，实现BIM 技术线上传输通畅，降低BIM 模型在计算机、移动工具等设备上的消耗，BIM 轻量化的构思应运而生[3]。

1 BIM 轻量化研究文献综述

1.1 概述

当下已经有众多学者对BIM 技术轻量化领域进行了研究，主要涉及了BIM 技术中文件存储、数据整合、模型转化、渲染优化等方面。如马金忠等[4]在云计算的基础上从模型存储格式转换、模型渲染与显示方法优化以及一种BIM 轻量化框架构思等方面着手研究BIM 轻量化处理的方法。秦昌锋等[5]从构建BIM 轻量化协同平台的方向出发，跳出了BIM 模型的局限性。姜玉龙等[6]则是基于GIS 的基础上通过BIM 技术合作的方式，不仅提出了一种新的实现BIM 轻量化的形式，更是在原先BIM 技术的基础上加强了BIM 技术的模拟真实性。而郭思怡。陈永锋[7]则是将BIM 轻量化技术运用到实际建筑中，以建筑运维阶段的信息模型为例，进行轻量化处理以验证BIM 轻量化方法的可行性。但是很少有从文献计量学的方向对BIM 技术轻量化领域的文献进行整理、分析和研究。为了充分反应BIM 技术轻量化这一领域的研究进展与热点前沿，本文以文献计量技术与科学知识图谱为辅助，对知网数据库相关期刊中近十年有关BIM 技术轻量化的文献进行了可视化分析与特征提取，总结了BIM 轻量化技术领域的现阶段研究成果与研究方向并为该领域未来的研究热点与可行性研究提出了建议与依据。

1.2 研究方法和数据处理

1.2.1 分析工具和研究方法

本研究采用了文献计量学的方法，以知网数据库相关期刊中与BIM 技术轻量化研究联系紧密的文献为研究对象，并基于可视化软件Cite Space 与计量统计学方法对其特征、研究热点、研究前沿进行分析。

1.2.2 数据采集及处理

知网是国家知识基础设施的概念。本文利用中国知网高级检索模式，选取范围为“期刊”，以“BIM 技术轻量化”、“模型轻量化”、“轻量化”等为关键主题词并选取时间范围为2012～2022 年，检测出981 篇相关文献，从中对“BIM 轻量化”“管理技术”相关度进行筛选，去除相关度较低的文献，最终确定271 篇期刊文献为本文的数据支撑。

1.3 BIM 技术轻量化研究的文献分析

1.3.1 文献时序分析

2012～2022 年BIM 技术轻量化研究的文献时序分部图如图1～图2 所示。从图中分析可得，国内对于BIM 技术轻量化的研究在2012 年之前还处于空白期。王立群于2012 年首次对轻量化BIM 在复杂曲面公建围护系统的设计实践进行研究。2012～2017 年对BIM 技术轻量化的研究发文年均为3 篇，对BIM 技术轻量化问题进行初步探究。2017～2019 年对BIM 技术轻量化问题的研究持续增长，研究领域进一步扩大。2019～2022 年由于新冠疫情对建筑业的冲击，这段时间的BIM 技术轻量化研究进展较为平缓，并随着新冠疫情逐渐接近尾声有着继续增长的趋势。对此方面研究的文献从2016 年开始逐年递增并且增长速度也在不断加快，各种BIM 技术轻量化的方法及实用理论涌现。随后几年关于BIM 技术轻量化的文献平稳增长趋势，BIM 技术轻量化研究逐年深入。

图1 BIM 轻量化研究文献时序分部

图2 BIM 轻量化研究文献时序分布

1.3.2 期刊领域分布分析

通过使用可视化工具，对BIM 轻量化领域的文献进行了系统的分析，以确定最具代表性的期刊，其中包括20 本期刊，收录的文献数量达175 篇，占本文数据总数的65%。如图3 所示，《土木建筑工程信息技术》《施工技术》《铁路技术创新》《北京建筑大学学报》《中国建设信息化》是BIM 轻量化研究发文的主要期刊。除此以外，通过对上述BIM 轻量化所涉及的相关期刊的研究领域分布情况进行研究分析得出，信息技术、工程管理等方面是当前BIM 轻量化管理技术的主要研究方向。

图3 BIM 轻量化研究的主要收录文献期刊

1.3.3 BIM 技术轻量化高被引频次文献分析

引用是为了使文章更具说服力，而文章被引用的次数则充分说明文章的质量与价值。被引频次越高的经典文献可以反映出BIM 技术轻量化领域的现状与前景，如表1 所示，包含文章篇名、作者信息、发表年份、下载次数以及引用频次。姜玉龙在桥梁工程领域将BIM 轻量化技术与GIS 软件相结合对BIM 技术轻量化应用展开研究。王志伟[8]则是将BIM 轻量化技术与RFID 技术、ERP 系统融合协助并以此为基础展开对预制装配式隧道结构进行智能系统的建造。阙祖晖在实际建设项目中对BIM 技术轻量化进行了可行性实验。陈庆财[9]从BIM 模型数据的方向出发研究BIM 技术轻量化的途径。

表1 BIM 技术轻量化领域高被引经典文献

通过对上述引用量前列的文献题录以及内容进行分析发现：

（1）BIM 技术的轻量化需要多个方向进行，针对BIM 技术的不同角度都可以找到轻量化的突破口；

（2）目前对BIM 技术轻量化的研究处于不断上升阶段，针对解决关于BIM 技术轻量化的问题，不断涌现新的方法与建议；

（3）BIM 技术轻量化与各类工程都息息相关，不仅仅局限于单一工程的某个阶段，且影响着整个工程的全生命周期；

（4）BIM 技术的轻量化处理不能单一地从自身的方面出发，应该结合实际并与新兴技术相互合作；

（5）对于BIM 技术轻量化的研究不能止步于理论研究，应积极地应用到实际工程当中，在实践中不断摸索。

2 BIM 技术轻量化研究热点及前沿分析

2.1 研究热点分析

Cite Space 软件可以将所选文献进行可视化分析并以知识图谱的形式共现出所选文献中的主要关键词，为BIM 技术轻量化研究热点和前沿的研究分析提供强有力的帮助，如图4 所示。

图4 BIM 技术轻量化研究的关键词共现图谱

通过Cite Space 软件对BIM 技术轻量化相关文献数据库的梳理与分析，得到的关键词共现图谱中形成了158 个节点，178 条连线，网络密度为0.0 144。知识图谱中每个节点都代表了不同的分析对象，节点的大小由其出现的频率即其重要性所决定，而节点之间的线段则表示不同节点之间的关联度。

如表2 所示，在对关键词的重要性和中心性分析的结果下得到了前20 个高频关键词。

表2 BIM 技术轻量化研究的高频关键词

表2 清晰地展示出了BIM 轻量化研究领域的关键方向，其中“轻量化”以41 次的出现频次高居第一关键词；“可视化”“应用”均以9 次的频次位列第二关键词，为BIM 轻量化研究指明了主要前进方向；“信息化”“协同平台”“工程管理”分别以3、4、6 的频次出现在此次的文献关键词检索中。根据关键词共现分析，得出BIM 技术轻量化的热点如下：

（1）新一代信息技术与智能化新兴工具结合，如GIS 数据与BIM 模型相结合[10]，所谓的BIM 模型就是将项目的空间信息与建筑性能以数据化的形式呈现出来，可以方便、高效率、清晰地统领项目全生命周期的信息传递、共享、协同。而GIS 数据技术可以对项目的整体场景和地理信息进行监测，有利于构建更加真实的可视化BIM 模型，BIM+GIS 的融合不仅可以实现工程数据与工程环境在微观与宏观上的统一还可以对BIM模型的渲染进行优化，从而实现BIM 技术轻量化；

（2）构建BIM 轻量化协同平台[11]，随着建筑行业的进步与发展，BIM 模型的体量成几何倍数的上升，这就导致了原有BIM 模型处理器跟不上BIM 模型体量的增长，提高BIM 平台的信息处理能力以保障服务器的运用就显得尤为迫切，这就显示出了构建BIM 轻量化平台并开发BIM 轻量化引擎的重要；

（3）BIM 模型存储格式转换[12]，IFC 格式是BIM模型数据信息存储最常见的格式，也是国际标准中所规定的格式，但是IFC 格式却限制了BIM 技术的进一步发展。因为IFC 格式的局限性，在面对实际的工程项目时，BIM 模型只能描述工程项目信息的主要部分而导致了BIM 模型的仿真模拟准确性降低，这就限制了BIM 技术在某些领域的进一步应用；

（4）BIM 技术几何优化[13]，对BIM 模型中的三角面片进行合并处理，从而达到减少BIM 模型中三角面片的数量，对BIM 模型进行三角网重塑，以达到简化BIM 模型的效果；

（5）BIM 技术渲染优化[14]，为了使得BIM 模型能够在绘制与使用是流畅运行并达到使人满意的效果必须对BIM 模型进行渲染优化的，而渲染会造成内存过大的问题，对电脑的配置要求高更不用说移动设备，所以对BIM 模型的渲染优化势在必行。

2.2 研究前沿识别

为了识别科学研究的前沿，可以对Cite Space 软件得到的图谱中的突现词进行研究并为BIM 技术轻量化的发展提供全面的分析。为了得到更为精准的BIM 技术轻量化相关的信息，将Cite Space 软件的阈值K 调整为25，从而得到了突现词如表3 所示。

表3 BIM 技术轻量化研究主要突现词

从表中可知，2015 年，BIM 技术轻量化主要运用的范围初步为广联达等BIM 软件，总体来讲，当期研究内容主要为BIM 软件方面的轻量化研究等内容。在2017 年～2019 年，BIM 的应用、协同平台的构建与云计算突现最为明显，同时伴随着二维码的兴起，BIM技术轻量化也开始借鉴二维码技术实现轻量化。在2020 年～2022 年间，由于之前的积淀，这一时期关于BIM 技术轻量化的成果迎来了高潮，同时对BIM 技术轻量化的研究也更加成熟，研究的范围已经扩大到了具体的项目运维阶段的管理与整体项目信息的管理，同时对于BIM 技术协同平台的研究也更加深入，将物联网技术融入其中，推动了BIM 技术轻量化协同平台的构建。

3 结论及对策建议

文章在基于对CNKI 数据库中有关BIM 技术轻量化的文献进行统计分析的过程中，绘制了相关的知识图谱，并通过对图谱中的热点词进行分析研究，充分反映了我国BIM 技术轻量化研究领域的现状。主要研究成果有：

（1）从文献发表的时间和期刊领域的分布情况看，自2019 年以来，在我国土木工程行业的推动力下，BIM 技术在实际应用中愈加广泛，同时人们对于BIM技术的要求也越来越高，由此越来越多的人们展开了对于BIM 技术轻量化的研究，BIM 技术轻量化领域也是有了突破性的进展；

（2）通过对文献的高被引分析和高频关键词分析，可以得出结论：“BIM 技术轻量化”“BIM 技术协同平台”“物联网”为三个热点研究方向；构建BIM 技术轻量化协同平台，优化BIM 几何模型与渲染等是BIM技术轻量化的趋势。

已掌握的文献资料显示，各位研究学者对于BIM技术轻量化的研究大多围绕BIM 软件之间的合作，或以单一工程为例论证实现BIM 技术轻量化的方法。从已经搜集到的资料来看，虽然众多学者对于BIM 技术轻量化进行了多方面的研究，但在这些研究中也存在着欠缺和不足的地方。根据本文对相关文献的研究成果，就针对目前的BIM 技术轻量化相关的研究现状，提出以下三点对策和建议：

（1）在研究BIM 技术轻量化时要注意从两个大方向出发，一方面是自身的完善与优化，如BIM 模型数据信息格式的转换、BIM 几何模型的优化、BIM 技术渲染处理的研究等，另一方面是积极地与新兴技术之间进行合作，如与GIS、云计算、物联网等相关新兴方向进行融合既要进一步实现自身的仿真模拟性的提升，还要学习新兴事物的研究方法融入自身，等等；

（2）要加强构建BIM 技术轻量化协同平台，BIM技术轻量化的研究不应该局限于工程个性而应该针对BIM 技术轻量化的共性进行着手研究。单一地对某项工程的BIM 模型进行轻量化研究并不能涵盖所有，构建BIM 技术轻量化协同平台有利于对所有项目的BIM模型进行轻量化处理。同时，BIM 技术轻量化平台的构建还能为各行各业的专业人才进行讨论研究提供了平台于案例，有利于促进BIM 技术的高速发展；

（3）要加强高校与机构之间的合作，做到知行合一，理论与实践相结合。通过这种合作方式不仅可以进一步加强机构的科研力量，还提供给高校学生更多的实践机会，为以后的研究工作打下了坚实的基础。

4 管理学视角BIM 轻量化研究方向

4.1 新一代信息技术与智能化工具的合作

大多数BIM 软件只能针对工程中的某一方面如Revit 针对建筑结构建模、GTJ 针对钢筋土建、GCCP针对工程量等。而BIM 轻量化的研究可以为BIM 建模过程释放大量的空间，这就给了其他软件发挥作用的空间，也正是当下的“BIM+”工程。除了BIM 内部之间的软件合作，在进行BIM 技术轻量化研究时还应向当前的新兴技术学习，如云计算、物联网等，学习其研究方法、功能特征等，尝试拓展BIM 轻量化研究的方向，将新兴事物融入BIM 轻量化的研究中，打破BIM 技术的局限性。

通过新一代信息技术与智能化工具的衔接来实现BIM 技术的轻量化不仅对于BIM 技术本身的发展指明了前沿方向，还为工程项目管理提供了有力地支持。管理的本质是协同，在工程项目的全过程中，由于大量的分散、重复、低水平的工作造成了资源浪费，将简单的问题复杂化，使得在工程项目全过程中协调管理工作难以开展，而新一代信息技术与智能化工具之间的合作所指明的BIM 轻量化方法既降低了工程项目管理环节的工作量，还细化了BIM 技术特性[15]。

4.2 构建BIM 轻量化协同平台

随着BIM 用户与BIM 数据信息体量的高速增长，传统BIM 平台所使用的服务器已经无法带动如此庞大的BIM 用户与冗杂的BIM 模型，BIM 轻量化的研究虽然缓解了这一现象，但随着时间的推移，BIM 平台仍会再次面对这一问题。而多服务器集群式构建BIM轻量化协同平台，一方面从外部硬件方面提高了服务器的处理能力，保证BIM 数据信息使用的高效性与稳定性，另一方面多服务器集群式构建BIM 轻量化协同平台，可以充分发挥协同平台的优势，用户协同处理工程数据、信息和模型等BIM 数据信息，从内部增强了BIM 数据获取、处理、存储与使用的可靠性，以保障BIM 全过程使用流畅与便捷。而且BIM 轻量化协同平台的构建为工程项目管理环节中的数据信息的处理、设计图复盘与技术交流等内容提供了一个良好的平台，以促进工程项目管理的进一步优化。

4.3 BIM 移动端建设

5G 时代的到来，给予了信息传输行业严重的冲击，信息传输的趋势已经逐渐从PC 端向手机等移动端开始转变，这一趋势的转变推动着各行各业的管理模式也随之更新。而建筑行业更是首当其冲，传统建筑行业以其庞大冗杂的工程信息数据为难点，尤其是在工程信息数据传输等过程中，十分依赖高配置的硬件功能。通过BIM 移动端建设来实现BIM 轻量化，大大简化了文件交接过程，能够更好地贯穿工程项目的整个生命周期。在设计单位、建设单位、采购单位和业主等等工程项目的相关人员之间建立一条桥梁，提高了人员之间的沟通效率与工作效率，进一步避免了信息孤岛现象从而减少了管理环节中重复冗杂的工作以提供整体的管理效率[16]。