1. 引言
建筑信息模型(Building Information Modeling, BIM)是对建筑物理信息、功能信息的数字化表达，具有可视化、可计算、可拓展等优势，是建筑业信息化的重要载体 [1]。2011年，我国住房和城乡建设部印发《2011~2015年建筑业信息化发展纲要》，首次提出“加快建筑信息模型(BIM)在工程中的应用”，极大激发了建筑业对BIM技术的应用热情。随着BIM在建筑业应用范围的日益扩大，也暴露出一些问题，如BIM人才数量缺乏 [2] 、软硬件成本较高 [3] 、参建单位重视不足 [4] 等，使得BIM应用不再是单纯的技术问题，而成为重要的管理问题。本研究采用知识图谱分析方法，基于CiteSpace软件，对2006~2021年国内外BIM应用的相关研究进行可视化分析，探索BIM应用的研究热点和研究趋势。
2. 研究方法与数据来源
2.1. 研究方法
知识图谱分析是利用可视化软件，通过对科学引文数据的搜集、筛选和分析，快速了解特定问题的研究热点及趋势的一种文献计量分析方法 [5]。常用的可视化软件有CiteSpace、VOSviewer、CitNetExploer、BibExcel等 [6]。以CiteSpace为例，该软件由陈超美教授团队开发并维护 [7]，支持对作者、机构、国家地区的合作网络分析，对主题词、关键词的共现分析，对文献、作者、期刊的共被引分析，对文献的耦合分析等多种功能 [8]。
2.2. 数据来源
本研究通过对“BIM应用”相关文献的检索，收集科学引文数据，并以CiteSpace 5.8.R3软件进行可视化分析。英文数据来自Web of Science核心数据库，检索式为TS = (“BIM appl*” OR “BIM implement*” OR “Building Information Model* appl*” OR “Building Information Model* implement*”)，PY = (2006-2021)，在筛除社论材料和非英语文献后，保留658篇文献。中文数据来自CNKI数据库，设置篇名为“BIM”并含“应用”，或“建筑信息模型”并含“应用”，出版时间为2006~2021年，来源类别为核心期刊，在筛除编辑部征稿和比赛通知等不相关文献后，保留890篇文献。
3. 结果分析
3.1. 研究动态分析
随着BIM技术在全球建筑业的广泛应用，BIM应用研究的数量也日益增长。从年度发文数量来看，中英文文献在2006~2011年对BIM应用的关注处于萌芽阶段，在2012~2017年处于迅速发展阶段，在2018~2021年处于成熟稳定阶段，年均发文量分别稳定在100~130篇、80~120篇，如图1所示。2016年，我国住房和城乡建设部印发《2016~2020年建筑业信息化发展纲要》，要求“加快BIM技术普及应用”，在一定程度上助推了BIM应用中文文献在2016~2017年的数量跃迁。
Figure 1. Analysis of annual publications
图1. 年度发文数量分析
从来源期刊来看，统计发文数量排名前十的中英文来源期刊，累计占比分别为59.7%、32.1%，表明中文文献的期刊集中度更高一些，如表1所示。英文来源期刊中排名前列的有Automation in Construction、Engineering Construction and Architectural Management、Journal of Construction Engineering and Management、Journal of Management in Engineering等工程管理领域的重要国际期刊。中文来源期刊中排名前列的有施工技术、建筑经济、建筑技术等工程管理领域的重要国内期刊。跟踪上述期刊，有助于学者及时了解掌握BIM应用的最新研究动态，把握跟踪研究热点的变化趋势。
3.2. 研究热点分析
关键词是研究主题的最核心、最直接的反映，因此分析关键词的共现规律能够帮助研究者快速定位特定领域的研究热点。统计中英文文献的关键词共现情况，排序前十的关键词如表2所示。中心性是源于社会网络分析的概念，分为度中心性、接近中心性、中介中心性 [9]，在CiteSpace所采用的中心性为中介中心性。中介中心性越高，该关键词在共现网络中的重要性越高 [10]。在英文文献中，关键词BIM虽然频率最高，但其中心性却只有0.03，而framework、design、system、construction的中心性分别高达0.15、0.12、0.10、0.10，表明BIM应用的研究热点强调框架性、系统性，并集中在设计、施工阶段。在中文文献中，关键词BIM的频次最高，且中心性高达1.23，处于核心地位，而信息化、深化设计、应用、施工管理、可视化的频率和中心性紧随其后，表明BIM应用的研究热点从理念层面的信息化、可视化，正在向实践层面的深化设计、施工管理逐步转变，将会拓展更多的实际应用场景。
Table 2. Keywords co-occurrence analysis
表2. 关键词共现分析
3.3. 研究趋势分析
关键词的突现分析、主题路径分析能够帮助研究者了解把握特定领域的研究趋势。统计中英文文献的关键词突现情况，按突现持续时间排序前十的关键词如表3所示。在英文文献中，2008~2010年突现关键词为system、3D、BIM、CAD，表明以BIM替代CAD，实现2D图纸向3D模型的转变，进而推动设计能力的系统性提升，是该阶段的研究热点；2014~2015年突现关键词为IFC standard、innovation、quality、safety management、exchange、LOD，表明随着BIM技术的深入推进，建筑业数字化变革进入深水区，BIM软件的数据格式和数据交换、BIM模型的质量和精细度、BIM与施工现场的安全联动等内容成为新的研究热点。在中文文献中，2012~2014年突现关键词为信息化、碰撞检测、钢结构、项目管理，表明在建筑业信息化背景下，基于BIM的碰撞检测成为研究热点，尤其在钢结构工程中得到更多关注；2015~2018年突现关键词为高层建筑、虚拟施工、深化设计、施工、施工管理，表明随着BIM技术的成熟，BIM技术在施工阶段的应用成为新的研究热点，尤其高层建筑因为投资规模大、施工技术高，采用BIM技术进行深化设计和虚拟施工，能够有效规避施工风险、降低工程成本。
Table 3. Keyword emergent analysis
表3. 关键词突现分析
英文主题路径分析如图2所示。通过对关键词的聚类分析，得到7个聚类主题：building information、building information modeling、communication technology、innovation diffusion、information representation、life cycle assessment、integrated practice。聚类模块值Q为0.373，大于0.3，表明聚类结构显著；平均轮廓值S为0.7326，大于0.7，表明聚类是高效率且令人信度的 [11]。按照时间演进，大致可以划分为5个阶段。第一阶段为2006~2009年，以BIM、施工、管理、项目为核心，聚焦在交流技术、集成实践、建筑信息等方面。第二阶段为2010~2013年，以设计、绩效为核心，聚焦在交流技术方面。第三阶段为2014~2016年，以创新、采用、生命周期、框架、效益、模型为核心，聚焦在建筑信息、BIM模型、信息表达等方面。第四阶段为2017~2019年，以信息模型、阻碍、挑战、关键成功因素为核心，聚焦在建筑信息、BIM模型、创新扩散等方面。第五阶段为2020~2021年，以建筑业、可持续性、安全、互联网为核心，聚焦在BIM模型、全生命周期评价等方面。
中文主题路径分析如图3所示。通过对关键词的聚类分析，得到10个聚类主题：BIM、深化设计、信息化、施工管理、设计、GIS、项目管理、可视化、信息模型、设计阶段。聚类模块值Q为0.4981，大于0.3，表明聚类结构显著；平均轮廓值S为0.8764，大于0.7，表明聚类是高效率且令人信度的。按照时间演进，大致可以划分为5个阶段。第一阶段为2007~2010年，以BIM、可视化、协同设计、施工管理为核心，聚焦在BIM、施工管理等方面。第二阶段为2011~2013年，以信息化、碰撞检查、深化设计、项目管理为核心，聚焦在深化设计、信息化、项目管理等方面。第三阶段为2014~2016年，以钢结构、施工模拟、GIS、参数化为核心，聚焦在深化设计、GIS、可视化等方面。第四阶段为2017~2019年，以地质工程、铁路工程、桥梁工程等为核心，聚焦在各类工程项目的BIM应用上。第五阶段为2020~2021年，以运维养管、轻量化、三维出图等为核心，BIM应用的方向被进一步拓展丰富。
4. 结论
为梳理国内外BIM应用的研究热点及研究趋势，本文对2006~2021年Web of Science核心数据库与CNKI核心期刊数据库中BIM应用的相关研究进行主题检索，分别得到658篇、890篇文献。基于CiteSpace5.8 R3软件，对引文数据进行发文数量、来源期刊、关键词共现、关键词突现、主题路径等分析，得到结论如下。
1) 在研究动态方面，将BIM应用研究分为三个阶段，即萌芽阶段(2006~2011年)、快速发展阶段(2012~2017年)、成熟稳定阶段(2018~2021年)，尤其2016年城乡和住房建设部加大对BIM应用的扶持，极大促进了中文文献数量的跃迁。在来源期刊方面，中英文来源期刊的集中度有明显差异，前十来源期刊的发文数量占比分别为59.1%、32.1%。
2) 在研究热点方面，中英文文献均以BIM为核心，但在中心性上存在较大差异。英文文献强调框架性、系统性，研究重点集中在设计、施工阶段。中文文献强调将BIM应用从理念层面的信息化、可视化，转向实践层面的深化设计、施工管理，强调不断拓展丰富BIM应用场景。
3) 在研究趋势方面，中英文文献均取得良好的关键词聚类效果。英文文献的关注重点从交流技术、集成实践，转向信息表达、创新扩散，并积极探索BIM与可持续性、全生命周期评价的联动。中文文献的关注重点从碰撞检测、深化设计等技术应用，转向与具体工程项目类型深度结合，并积极探索运维养管、轻量化、三维出图等新的发展方向。