基于CiteSpace知識圖譜的城市軌道交通BIM技術研究進展可視化分析

劉義 楊清(.上海交通職業技術學院軌道交通學院，上海 00；.上海市隧道工程軌道交通設計研究院，上海 0035)

0 引言

2013年8月，住房和城鄉建設部工程質量安全監管司發布了《關于推進BIM技術在建筑領域內應用的指導意見(征求意見稿)》，明確了我國建筑領域BIM發展目標[1]。近年來，很多學者從投資規劃、施工組織、設備運維、技術研究、工程應用等方面對BIM技術進行了綜述分析，但缺乏從文獻計量學角度的研究。

基于此，本研究采用CiteSpace V5.8.R3軟件進行知識圖譜分析，通過對城市軌道交通BIM技術研究成果進行總結和梳理，歸納出研究現狀、研究熱點和發展趨勢，旨在為城市軌道交通BIM技術的深入研究提供理論參考。

1 研究方法

以CNKI為研究數據來源，以“主題=城市軌道交通+主題=BIM”為檢索字段進行高級檢索，時間跨度為2008年1月1日—2023年3月1日。剔除協會要聞、業界動態等無關文獻后，得到學術期刊文獻336篇。

CiteSpace軟件是由陳超美教授團隊研發的一款用于科學文獻數據計量和分析、識別和顯示科學發展新趨勢和新動態的信息可視化軟件，可用于分析某一學科或知識領域在一定時期內的研究進展和發展趨勢[2-3]。將檢索得到的336篇期刊文獻以RefWorks格式導出，通過CiteSpace軟件進行格式轉換并剔除重復數據，將“Time Slicing”設置為2008年1月—2023年3月，時間切片為1年，分別選擇Keyword、Author、Institution作為節點進行分析，探究城市軌道交通BIM技術研究熱點與發展趨勢。

2 基于發文量與文獻來源的研究現狀分析

2.1 發文量分析

發文量在一定程度可以反映城市軌道交通BIM技術研究現狀和發展趨勢?；谏鲜鰴z索條件，整理得到2008—2022年城市軌道交通BIM技術研究文獻發文量，如圖1所示?？梢钥闯?，2008—2013年，發文量為2篇[4]，其中2009—2011年和2013年發文量均為0；2014年開始，城市軌道交通BIM技術期刊發文量逐步增加，2021年達到68篇。而以“BIM”為主題進行文獻檢索，可得到3萬余篇學術期刊文獻。由此可見，國內城市軌道交通BIM技術研究起步較晚，且發文量不多，研究的廣度和深度不足。

圖1 2008—2022年城市軌道交通BIM技術研究文獻發文量

2.2 文獻作者與研究機構分析

2.2.1 文獻作者分析

城市軌道交通BIM技術研究文獻發文量排名前10的作者見表1。其中，發文量最大的作者是張志偉、張波和王輝。城市軌道交通BIM技術研究作者合作關系網絡圖如圖2所示。網絡中共有225個節點、143條連線，說明學者之間已經建立了合作，但整體較為分散，尚未形成密切的合作關系。其中，較為突出的是張志偉團隊。該團隊基于北京地鐵19號線工程，從城市軌道交通BIM總體管理體系、竣工交付、管理應用與實踐、BIM-GIS技術多角度展開了研究與實踐，為軌道交通領域BIM技術應用提供了參考[4-8]。

表1 城市軌道交通BIM技術研究文獻發文量排名前10的作者

圖2 城市軌道交通BIM技術研究作者合作關系網絡圖

2.2.2 研究機構分析

城市軌道交通BIM技術研究文獻發文量排名前10的機構見表2。其中，上海市隧道工程軌道交通設計研究院發文量最大，為13篇。

城市軌道交通BIM技術研究發文機構合作關系網絡圖如圖3所示。網絡中共有246個節點、280條連線，形成了以北京市軌道交通建設管理有限公司、上海市隧道工程軌道交通設計研究院為中心節點的合作網絡，但這兩個節點之間卻無連線，說明研究機構之間的合作具有一定的地域性。

圖3 城市軌道交通BIM技術研究發文機構合作關系網絡圖

同時，已形成一些小規模的合作網絡，如以中鐵南方投資集團有限公司為中心的合作網絡。

3 基于關鍵詞共現和聚類的研究熱點分析

3.1 關鍵詞共現和聚類

根據關鍵詞共現圖譜和統計數據得到頻次和中心度較高的關鍵詞，通過合并和剔除，用更具有代表性的關鍵詞“BIM+GIS”替代“無人機”，整理得到排名前10的關鍵詞，見表3。

表3 城市軌道交通BIM技術研究排名前10的關鍵詞

通過對關鍵詞之間的相關性進行統計和分組，反映該領域研究熱點與進展狀況。城市軌道交通BIM技術研究關鍵詞共現與聚類圖譜如圖4所示。通過計算可知，聚類模塊值Q=0.826 5>0.3，說明聚類結構顯著；聚類平均輪廓值S=0.980 5>0.5，說明聚類合理。

圖4 城市軌道交通BIM技術研究關鍵詞共現與聚類圖譜

3.2 文獻分類和研究熱點

基于關鍵詞共現和聚類分析結果梳理336篇期刊文獻，將城市軌道交通BIM技術研究分為七大類，見表4。

表4 城市軌道交通BIM技術文獻分類研究

(1)2008—2023年3月發表的城市軌道交通BIM技術研究文獻中，全生命周期綜述類研究、施工階段研究、工程應用實踐研究三個領域的文獻數量均在50篇以上，是該領域研究熱點。全生命周期綜述類研究主要是從前期規劃、設計階段、協同施工、運維階段、成本管理方面進行綜合論述，并提出發展建議[9-10]。施工階段的應用研究最多，涉及造價管理、施工進度、質量安全、風險識別等多個方面[11-14]。在工程應用實踐方面，BIM技術在國內多個城市、多條城軌線路的建設和運營中得到應用，如上海軌道交通17號線[15]、上海軌道交通9號線東延伸工程[16]、北京地鐵昌平線南延項目[17]、深圳軌道交通6號線支線項目[18]、武漢軌道交通12號線(江北段)工程[19]等。設計階段的應用研究文獻數量次之，共計33篇。

(2)從城市軌道交通全生命周期來看，BIM技術在運營階段的應用研究僅有15篇，遠遠少于設計與施工階段。通過分析可知，目前，城市軌道交通BIM技術在運營階段的研究包括可視化智能運維系統[20]、運營安全管理(設備安全、安全教育培訓、安全應急疏散模擬)[21]、運維階段BIM模型建設[22]、智能運維管理平臺開發等，說明BIM技術在運營階段的研究有待進一步深入。

(3)從城市軌道交通各專業領域看，BIM技術研究應用于城市軌道交通機電工程、供電系統、通信信號、車輛等多個專業。機電實施階段是城市軌道交通建設的重要階段，具有設備眾多、管線及接口復雜、參與方多且協調難度大等特點[23]，利用BIM技術可視化特點可將問題前置解決。因此，城市軌道交通機電工程領域相關研究最多，共計18篇[24-25]。值得關注的是，BIM技術以其三維可視化、高協調性、高模擬性、可優化性等獨特優勢為城市軌道交通供電、通信信號、車輛等專業的研究發展提供了支撐[26-30]。

(4)GIS技術一般用于處理海量地理空間信息數據，將其與BIM技術相結合，能夠利用各自優勢構建智能監測平臺[31]。目前，國內針對BIM+GIS集成技術在城市軌道交通領域的研究日益增多，已成為行業研究熱點。

4 基于關鍵詞突現的研究趨勢分析

通過對關鍵詞突現進行分析可以在一定程度上揭示某個研究領域主題發展趨勢[2]。采用CiteSpace軟件，在Control Panel對話框中點擊“Burstness”對突現詞進行檢測。為了更好地反映研究趨勢，將Y(切片年限)值設置為0.5。通過計算，得到城市軌道交通BIM技術研究文獻關鍵詞突現(前15)，如圖5所示。

圖5 城市軌道交通BIM技術研究文獻關鍵詞突現(前15)(截圖)

由圖5可知，2008—2015年的突現詞只有“信息管理”。該時間段的文獻研究內容主要是基于BIM技術的軌道交通項目全生命周期信息管理研究和闡述，尚未涉及技術和應用研究。2016—2018年的突出詞有“施工管理”“工程施工”“施工階段”“施工安全”等，突出強度較大，說明該時間段主要針對工程建設施工階段進行研究，如張軍等[19]以武漢軌道交通12號線(江北段)工程為例，對BIM技術城市軌道交通項目施工成本管控進行研究。從2020年起，“設計”作為關鍵詞逐漸突現，“正向設計”更是成為近兩年突現強度最大的關鍵詞，如李雙雙[32]以武漢地鐵5號線楊園車站為例，進行了基于Revit三維模型結構施工圖正向設計的應用探索；俞尚宇[33]基于深圳黃木崗綜合交通樞紐項目案例，利用自主研發的協同設計平臺，實現了正向設計在城軌工程中的應用?！叭S設計”“三維算量”“正向設計”“三維模型”是近年來的突現關鍵詞，代表了城市軌道交通BIM技術研究發展趨勢[34]。

5 結語

本文以CNKI為數據基礎，利用文獻計量學理論和CiteSpace知識圖譜軟件，對2008年1月1日—2023年3月1日發表的336篇期刊文獻進行了可視化分析，得出以下結論：

(1)城市軌道交通BIM技術研究起步較晚，從2014年開始發文量逐步增加，但總體發文量不多；城市軌道交通BIM技術研究已形成了一定規模的學者和研究機構合作網絡，但整個研究領域尚未形成密切的合作關系，且研究機構之間的合作存在一定的地域性。

(2)基于關鍵詞共現和聚類對336篇文獻進行梳理，將研究內容歸納為七大類?？梢钥闯?，BIM技術在城市軌道交通全生命周期及各階段的研究最多。值得注意的是：城市軌道交通BIM技術研究不應只停留在概念和技術研究階段，目前，BIM技術已經在國內多條軌道交通線路建設和運營中得到了應用和實踐；BIM技術研究不應局限于土建工程專業，目前，城市軌道交通機電、供配電、通信信號、車輛等多個領域均有BIM技術相關研究和應用，且機電設備安裝方面研究較多；目前，國內針對BIM+GIS集成技術在城市軌道交通領域的研究日趨增多，已成為研究熱點；BIM標準體系和管理模式等方面的綜合管理研究發文量較多。

(3)基于關鍵詞突現分析，對2016—2018年工程建設施工階段進行研究，發現研究趨勢逐步向“正向設計”和“三維模型”轉變。