基于文献计量的装配式建筑数字技术应用研究现状分析

韦海民 梁鹏展(西安建筑科技大学管理学院，陕西 西安 710055)

0 引言

装配式建筑是指在工厂生产建筑构件，运输到施工现场进行组装的一种建筑体系[1]，具有节能环保、生产效率高等优点。发展装配式建筑契合国家新型建筑工业化发展要求，同时也是实现新型建筑工业化的重要举措。住房和城乡建设部在《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》中明确提出：新型建筑工业化是指通过新一代信息技术驱动，以工程全生命周期系统化集成设计、精益化生产施工为主要手段，整合工程全产业链、价值链和创新链，实现工程建设高效益、高质量、低消耗、低排放的建筑工业化。因此，装配式建筑的发展离不开相关数字技术(如BIM、大数据、物联网、区块链等)的支持。

当前，装配式建筑数字技术应用研究可以分为以下两个方面：①单一数字技术应用研究，如BIM[2-3]、区块链[4-5]、物联网[5-6]等技术在装配式建筑中的应用研究；②技术组合应用研究，如BIM+物联网[7-8]、CIM+区块链[9]、数字孪生+区块链[10]及BIM+VR[11]等技术的组合应用研究。此外，就同一技术而言，其具体应用也呈现多元化的特点，如高鹏等[12]通过BIM技术应用实现装配式混凝土结构设计环节的信息协同；张爱琳等[13]基于BIM和3D扫描技术，通过建立灰色预测模型实现对装配式建筑施工偏差预测；顾浩声等[14]结合实际项目对BIM正向设计在装配式建筑设计阶段的应用方法进行积极探索。总体而言，相关研究主要围绕单一技术或技术组合应用分析及实践展开，很少有学者从计量学视角对装配式建筑数字技术应用研究进行系统性分析。

因此，本文在文献计量学和科学知识图谱的基础上，利用可视化分析软件CiteSpace 6.1R6对CNKI和WOS核心合集数据库中装配式建筑数字技术应用研究相关文献进行计量分析，分析国内外数字技术应用研究现状和差异，明确研究热点，以期为装配式建筑数字技术应用研究提供参考。

1 研究方法和数据来源

1.1 数据来源

1.2 研究方法

文献计量分析是一种分析和研究某一学科领域的有效方法[15]。常用的文献计量分析软件有Vosviewer、CiteSpace、Bibexcel等，其中，CiteSpace是一款应用更为广泛的计量分析软件。本文基于文献计量分析法，利用CiteSpace软件对267篇装配式建筑数字技术应用研究文献进行计量分析。

2 研究概况分析

2.1 年度发文量

某一研究领域文献发文量能够展现该领域学术发展现状，而文献年度发文量的变化则能够反映该研究领域热度的动态趋势。2011—2023年数字技术应用研究发文趋势图如图1所示。图中的虚线是通过移动平均法计算得到，用以模拟国内外发文量变化趋势。

图1 2011—2023年数字技术应用研究发文趋势图

就国内而言，2012—2016年，数字技术在装配式建筑中的应用研究处于停滞阶段，发文量在4篇以下，研究成果较少。2016年，随着《关于大力发展装配式建筑的指导意见》的发布，诸多学者开始对装配式建筑进行研究，2017年文献数量增幅较大。2017—2021年是发文量稳步增长期，其中2020年和2021年的研究成果较为丰富。特别是在新冠肺炎疫情特殊时期，装配式建筑+数字技术(如BIM、大数据及物联网等)在应急设施建设中发挥了重要作用。此外，2020年发布的《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》也在一定程度上促进了研究进程。自2021年后，国内相关研究成果数量降低。

国外关于数字技术在装配式建筑中的应用研究早于国内。2011—2016年，国外相关研究文献量为1篇，研究近乎停滞。随着BIM、物联网、大数据及区块链等数字技术的应用日趋成熟，国外研究文献数量逐渐增长，2017—2022年发文量呈平滑增长趋势，2022年达到顶峰后相关研究文献数量有所减少，研究热度下降。

2.2 作者合作网络及机构分布

利用CiteSpace软件分别提取作者、发文量及研究机构等数据，构建合作关系网络图。图中节点大小与发文量成正比，节点之间连线表明节点之间存在合作关系。

(4)矿质混合料比例的确定。首先对组成材料进行筛分，收集原始数据，然后计算材料配合比，最后是配合比调整。混合料的级配应选择连续级配或合理的间断级配。

2.2.1国内研究概况

国内作者合作网络如图2所示。可以看出，国内关于数字技术在装配式建筑中的应用研究形成了24个作者合作群、24个作者合作对，其余作者之间没有合作。虽然国内作者形成了一定规模的合作网络，但是发文量在1～2篇，研究成果较少，研究不够深入。较大的作者合作群有侯本才团队、邓朗妮团队及曹新颖团队，其中，侯本才团队主要探索装配式建筑项目中BIM技术和RFID技术的应用，邓朗妮团队致力于研究BIM技术在装配式建筑深化设计阶段的作用，曹新颖团队主要研究BIM技术和RFID技术的应用对装配式建筑风险和质量管理的影响。此外，侯本才、张家春及刘平是早期发文量较多的学者，近期则以李小东、刘占省、刁璇和倪小磊发文居多。

图2 国内作者合作网络

基于CNKI数据的研究机构分布见表1。可以看出，东南大学发文数量最多，大多数研究单位发文量为2篇。另外，表中所显示的研究机构大部分是高校，表明高校是该研究领域的主力军，其他研究机构包括研究院、设计院、建筑企业等。

表1 基于CNKI数据的研究机构分布

2.2.2 国外研究概况

国外作者合作网络如图3所示。可以看出，国外学者已经形成了相对稳定的合作网络关系，学者之间的合作更为紧密，形成23个作者合作群、18个作者合作对。其中，文献数量较多的合作群有Zhong R Y团队、Al-hussein M团队和Xu Z团队。Zhong R Y团队主要基于BIM、物联网及区块链等技术组合对装配式建筑协作平台构建进行研究，Al-hussein M团队侧重于物料运输过程中RFID技术与GPS技术的应用研究，Xu Z团队主要探究装配式建筑三维图像构建与质量控制过程中激光扫描技术的应用。

图3 国外作者合作网络

基于WOS数据的研究机构分布见表2。其中，有9个是中国的研究机构，5个是国外的科研机构。从发文量来看，中国的研究机构发文总量远大于国外研究机构发文量。此外，表2中的研究机构均为高校。

表2 基于WOS数据的研究机构分布

基于WOS数据库对装配式建筑数字技术应用研究领域发文国家及文献量分布情况进行分析，可以分辨出不同国家对该领域的关注程度。国家合作网络如图4所示。发文数量通过节点大小表示，圆环宽度与年度发文量成正比。可以看出，发文数量较多的国家为中国、澳大利亚、美国、英格兰、加拿大、新加坡和韩国，且节点之间联系紧密。

图4 国家合作网络

3 关键词共现网络和研究热点分析

关键词是文献实质内容的高度概括。某一领域关键词频次能够反映该领域研究现状，而高频关键词则在一定程度上体现相关领域的研究热点[16]。关键词共现网络与聚类分析能够更好地显示关键词频次分布及关键词之间的共现关系[17]。因此，本文通过关键词共现网络和关键词聚类，分析装配式建筑数字技术应用研究现状和热点。

在共现网络图中，节点表示关键词，节点大小与关键词频次成正比，节点之间连线表示关键词之间存在共现关系。在关键词聚类图中，节点由不同颜色的圆环组成，颜色与年份相对应，每个圆环的厚度代表该关键词在对应年份出现的频次，厚度与频次成正比。聚类结构与清晰度主要通过模块值(Q)和平均轮廓值(S)评判。Q的取值范围为[0，1)，当Q>0.3时，表示聚类网络结构显著；当S>0.7时，表示聚类结果可信度高；当S>0.5时，表示聚类结果合理。

3.1 国内研究情况分析

3.1.1 关键词共现网络

在生成关键词共现网络时，将“keyword”中的“threshold”(节点出现的阈值)设为1。国内装配式建筑数字技术应用研究关键词共现网络图谱如图5所示。

图5 国内装配式建筑数字技术应用研究关键词共现网络图谱

由图5可知，国内装配式建筑数字技术应用研究涉及的相关技术有：BIM、SolidWorks集成技术、CIM(城市信息模型)、物联网(如二维码、RFID、NB-Iot)、BDS(北斗导航)、GPS、3D激光扫描、VR、区块链、建筑机器人、数字孪生和大数据。此外，在数字技术领域，BIM出现频率最高，其次是物联网、区块链和3D激光扫描，而其他数字技术应用研究发文量相对较少。总体而言，国内BIM技术在装配式建筑领域中的应用研究达到成熟阶段，其他数字技术应用研究还处于探索阶段。

3.1.2 关键词聚类分析基于CNKI的关键词聚类图谱如图6所示。其中，Q=0.853 5>0.3，S=0.979 7>0.7，表明整体聚类结果可信。基于CNKI关键词聚类信息见表3。每个聚类S值均在0.7以上，表明单个聚类可信度高。此外，关键词聚类时会筛掉容量较少的聚类，因此图6和表3中无标签14。

表3 基于CNKI的关键词聚类信息

图6 基于CNKI的关键词聚类图谱

由图6和表3可知，国内学者对装配式建筑数字技术应用研究集中体现在以下几个方面：①装配式建筑管理中的数字技术应用，如成本、风险、质量管理等；②装配式建筑不同阶段的数字技术应用，如设计、生产和施工阶段；③EPC模式下的数字技术应用；④基于精益思想的数字技术应用；⑤单一数字技术应用能力评估；⑥供应链协同平台打造。其中，管理领域和深化设计阶段中的数字技术应用是学者关注的重点。

不同数字技术的具体应用存在差异，例如，区块链技术侧重于协同管理平台打造[4]，[9]，物联网技术主要应用于项目信息搜集[6-7]，[18]，3D激光扫描技术应用于建筑模型构建与质量管理过程[19-20]。相较其他技术，BIM技术在装配式建筑中的应用范围最广泛且研究成果最丰富。这是由于BIM是最早应用于建筑领域的数字技术，其他数字技术(如物联网、区块链及大数据等)在建筑领域的应用研究刚刚兴起，加之技术壁垒的存在，在一定程度上阻碍了其他数字技术在装配式建筑中的应用与发展。

3.2 国外情况分析

3.2.1 关键词共现分析国外装配式建筑数字技术应用研究关键词共现网络图谱如图7所示。可以看出，国外装配式建筑数字技术应用研究涉及的技术有BIM、物联网(如RFID、传感器)、云计算、3D激光扫描、数字孪生、区块链、3D打印、建筑机器人、计算机视觉、VR。依据关键词频次分布情况可知，BIM出现频率最高，其次是物联网技术、云计算技术、3D激光扫描、数字孪生、3D打印和区块链，最后是计算机视觉技术、VR和建筑机器人技术。此外，国外有关数字孪生及3D打印技术在装配式建筑中的应用研究文献成果较多，与国内数字技术应用研究存在差异。

图7 国外装配式建筑数字技术应用研究关键词共现网络图谱

3.2.2 关键词聚类分析

基于WOS的关键词聚类图谱如图8所示。其中，Q=0.824 2>0.3，S=0.932 3>0.7，说明聚类结果可信度高。基于WOS的关键词聚类信息见表4。每个聚类的S值均大于0.7，表明聚类关键词关联度高，联系紧密。

表4 基于WOS关键词聚类信息

图8 基于WOS的关键词聚类图谱

国外有关数字技术在装配式建筑中的应用研究集中体现在以下几个方面：①装配式建筑管理中的应用(如成本、风险、安全、施工和供应链管理)；②装配式建筑碳排放及循环发展问题研究；③装配式建筑设计阶段的应用；④装配式建筑构件质量检测研究；⑤数字技术应用对装配式建筑项目绩效影响研究；⑥利益相关方协同平台打造；⑦数字技术应用障碍分析。其中，管理和设计阶段应用数字技术，以及数字技术应用对项目绩效影响的研究成果较多，是该领域研究热点。

在国外相关研究中，数字孪生与区块链技术主要应用于全生命周期信息交互平台打造[10]，[21]，物联网技术主要应用于基础数据搜集[22-23]，云计算技术通常与物联网技术相结合[24]，3D打印技术主要应用于基础构件生产[25-26]，3D激光扫描技术主要应用于建筑信息模型构建过程[27-28]。BIM技术在建筑领域应用最早。随着技术日趋成熟，BIM技术逐渐从建模软件向集成化方向发展，应用研究成果较为丰富。

4 结语

本文基于CNKI和WOS数据库，对装配式建筑数字技术应用研究文献进行计量分析，绘制知识图谱，阐述国内外装配式建筑数字技术应用研究现状，得出以下结论：

(1)从文献时间分布情况看，国内外装配式建筑数字技术应用研究发文量均呈现先增后减的发展趋势。国外相关研究早于国内，但国外研究顶峰时间滞后于国内；国内外文献研究成果较多的年份为2020—2022年，尽管随后文献数量出现一定下降，但年度发文量仍在18篇以上，表明数字技术在装配式建筑中的应用研究仍保持一定的热度。从作者合作关系来看，国外学者之间关系紧密，形成了一定规模的合作团体，国内学者尽管形成了一定数量的合作团体，但相互之间合著文献数量较少。从机构整体分布情况来看，国内外研究的主力军均为高校。从发文国家情况来看，中国是发文量最多的国家，其他发文量较多的国家是美国和澳大利亚。

(2)就数字技术本身而言，BIM是最早应用于装配式建筑的数字技术，国内外关于BIM技术在装配式建筑中的应用研究较为成熟，研究成果较为丰富。除BIM技术，国内外数字技术应用研究存在差异，国内侧重于物联网、区块链和3D激光扫描技术在装配式建筑中的应用研究，国外侧重于物联网技术、云计算技术、3D激光扫描、数字孪生、3D打印和区块链技术的应用研究。总体而言，其他类别的数字技术应用研究仍处于探索阶段，研究成果较少。此外，装配式建筑数字技术应用研究也由单一技术应用研究逐渐转向技术组合应用研究。

(3)就数字技术应用领域而言，国内学者重点关注以下几个方面：装配式建筑管理问题研究(成本、风险和质量管理)、装配式建筑深化设计及精益思想下的数字技术应用。国外学者主要关注点为：装配式建筑管理问题(风险、成本、质量和供应链管理)、碳排放和循环经济、装配式建筑深化设计、质量检测和绩效影响。由此可见，装配式建筑管理和深化设计是国内外学者关注的重点。

根据本文研究成果，针对当前研究现状，提出以下对策和建议：

(1)装配式建筑数字技术应用研究文献大多基于理论层面分析和模拟，今后应加强数字技术在实际项目的应用研究。同时，拓展其他数字技术(如RFID、二维码及激光扫描技术等)的应用研究。

(2)不同数字技术具有自身独特的应用优势，如RFID在数据搜集方面存在优势，3D激光扫描技术在模型构建方面存在优势。应依据不同数字技术特性，积极探索不同技术组合在装配式建筑中的应用。

(3)随着数字技术日趋成熟，数字技术的应用趋向于技术组合使用。当前，不同数字技术的文件兼容性较差，不利于技术组合使用，今后应加强软件技术开发，以提升软件适用性。

(4)积极开发数据效能，为装配式建筑高质量发展助力。同时，应增强数据信息安全意识，加大数据信息保护力度。