基于文獻計量的裝配式建筑數字技術應用研究現狀分析

韋海民 梁鵬展(西安建筑科技大學管理學院，陜西 西安 710055)

0 引言

裝配式建筑是指在工廠生產建筑構件，運輸到施工現場進行組裝的一種建筑體系[1]，具有節能環保、生產效率高等優點。發展裝配式建筑契合國家新型建筑工業化發展要求，同時也是實現新型建筑工業化的重要舉措。住房和城鄉建設部在《關于加快新型建筑工業化發展的若干意見》中明確提出：新型建筑工業化是指通過新一代信息技術驅動，以工程全生命周期系統化集成設計、精益化生產施工為主要手段，整合工程全產業鏈、價值鏈和創新鏈，實現工程建設高效益、高質量、低消耗、低排放的建筑工業化。因此，裝配式建筑的發展離不開相關數字技術(如BIM、大數據、物聯網、區塊鏈等)的支持。

當前，裝配式建筑數字技術應用研究可以分為以下兩個方面：①單一數字技術應用研究，如BIM[2-3]、區塊鏈[4-5]、物聯網[5-6]等技術在裝配式建筑中的應用研究；②技術組合應用研究，如BIM+物聯網[7-8]、CIM+區塊鏈[9]、數字孿生+區塊鏈[10]及BIM+VR[11]等技術的組合應用研究。此外，就同一技術而言，其具體應用也呈現多元化的特點，如高鵬等[12]通過BIM技術應用實現裝配式混凝土結構設計環節的信息協同；張愛琳等[13]基于BIM和3D掃描技術，通過建立灰色預測模型實現對裝配式建筑施工偏差預測；顧浩聲等[14]結合實際項目對BIM正向設計在裝配式建筑設計階段的應用方法進行積極探索?？傮w而言，相關研究主要圍繞單一技術或技術組合應用分析及實踐展開，很少有學者從計量學視角對裝配式建筑數字技術應用研究進行系統性分析。

因此，本文在文獻計量學和科學知識圖譜的基礎上，利用可視化分析軟件CiteSpace 6.1R6對CNKI和WOS核心合集數據庫中裝配式建筑數字技術應用研究相關文獻進行計量分析，分析國內外數字技術應用研究現狀和差異，明確研究熱點，以期為裝配式建筑數字技術應用研究提供參考。

1 研究方法和數據來源

1.1 數據來源

1.2 研究方法

文獻計量分析是一種分析和研究某一學科領域的有效方法[15]。常用的文獻計量分析軟件有Vosviewer、CiteSpace、Bibexcel等，其中，CiteSpace是一款應用更為廣泛的計量分析軟件。本文基于文獻計量分析法，利用CiteSpace軟件對267篇裝配式建筑數字技術應用研究文獻進行計量分析。

2 研究概況分析

2.1 年度發文量

某一研究領域文獻發文量能夠展現該領域學術發展現狀，而文獻年度發文量的變化則能夠反映該研究領域熱度的動態趨勢。2011—2023年數字技術應用研究發文趨勢圖如圖1所示。圖中的虛線是通過移動平均法計算得到，用以模擬國內外發文量變化趨勢。

圖1 2011—2023年數字技術應用研究發文趨勢圖

就國內而言，2012—2016年，數字技術在裝配式建筑中的應用研究處于停滯階段，發文量在4篇以下，研究成果較少。2016年，隨著《關于大力發展裝配式建筑的指導意見》的發布，諸多學者開始對裝配式建筑進行研究，2017年文獻數量增幅較大。2017—2021年是發文量穩步增長期，其中2020年和2021年的研究成果較為豐富。特別是在新冠肺炎疫情特殊時期，裝配式建筑+數字技術(如BIM、大數據及物聯網等)在應急設施建設中發揮了重要作用。此外，2020年發布的《關于加快新型建筑工業化發展的若干意見》也在一定程度上促進了研究進程。自2021年后，國內相關研究成果數量降低。

國外關于數字技術在裝配式建筑中的應用研究早于國內。2011—2016年，國外相關研究文獻量為1篇，研究近乎停滯。隨著BIM、物聯網、大數據及區塊鏈等數字技術的應用日趨成熟，國外研究文獻數量逐漸增長，2017—2022年發文量呈平滑增長趨勢，2022年達到頂峰后相關研究文獻數量有所減少，研究熱度下降。

2.2 作者合作網絡及機構分布

利用CiteSpace軟件分別提取作者、發文量及研究機構等數據，構建合作關系網絡圖。圖中節點大小與發文量成正比，節點之間連線表明節點之間存在合作關系。

(4)礦質混合料比例的確定。首先對組成材料進行篩分，收集原始數據，然后計算材料配合比，最后是配合比調整?；旌狭系募壟鋺x擇連續級配或合理的間斷級配。

2.2.1國內研究概況

國內作者合作網絡如圖2所示?？梢钥闯?，國內關于數字技術在裝配式建筑中的應用研究形成了24個作者合作群、24個作者合作對，其余作者之間沒有合作。雖然國內作者形成了一定規模的合作網絡，但是發文量在1～2篇，研究成果較少，研究不夠深入。較大的作者合作群有侯本才團隊、鄧朗妮團隊及曹新穎團隊，其中，侯本才團隊主要探索裝配式建筑項目中BIM技術和RFID技術的應用，鄧朗妮團隊致力于研究BIM技術在裝配式建筑深化設計階段的作用，曹新穎團隊主要研究BIM技術和RFID技術的應用對裝配式建筑風險和質量管理的影響。此外，侯本才、張家春及劉平是早期發文量較多的學者，近期則以李小東、劉占省、刁璇和倪小磊發文居多。

圖2 國內作者合作網絡

基于CNKI數據的研究機構分布見表1?？梢钥闯?，東南大學發文數量最多，大多數研究單位發文量為2篇。另外，表中所顯示的研究機構大部分是高校，表明高校是該研究領域的主力軍，其他研究機構包括研究院、設計院、建筑企業等。

表1 基于CNKI數據的研究機構分布

2.2.2 國外研究概況

國外作者合作網絡如圖3所示?？梢钥闯?，國外學者已經形成了相對穩定的合作網絡關系，學者之間的合作更為緊密，形成23個作者合作群、18個作者合作對。其中，文獻數量較多的合作群有Zhong R Y團隊、Al-hussein M團隊和Xu Z團隊。Zhong R Y團隊主要基于BIM、物聯網及區塊鏈等技術組合對裝配式建筑協作平臺構建進行研究，Al-hussein M團隊側重于物料運輸過程中RFID技術與GPS技術的應用研究，Xu Z團隊主要探究裝配式建筑三維圖像構建與質量控制過程中激光掃描技術的應用。

圖3 國外作者合作網絡

基于WOS數據的研究機構分布見表2。其中，有9個是中國的研究機構，5個是國外的科研機構。從發文量來看，中國的研究機構發文總量遠大于國外研究機構發文量。此外，表2中的研究機構均為高校。

表2 基于WOS數據的研究機構分布

基于WOS數據庫對裝配式建筑數字技術應用研究領域發文國家及文獻量分布情況進行分析，可以分辨出不同國家對該領域的關注程度。國家合作網絡如圖4所示。發文數量通過節點大小表示，圓環寬度與年度發文量成正比?？梢钥闯?，發文數量較多的國家為中國、澳大利亞、美國、英格蘭、加拿大、新加坡和韓國，且節點之間聯系緊密。

圖4 國家合作網絡

3 關鍵詞共現網絡和研究熱點分析

關鍵詞是文獻實質內容的高度概括。某一領域關鍵詞頻次能夠反映該領域研究現狀，而高頻關鍵詞則在一定程度上體現相關領域的研究熱點[16]。關鍵詞共現網絡與聚類分析能夠更好地顯示關鍵詞頻次分布及關鍵詞之間的共現關系[17]。因此，本文通過關鍵詞共現網絡和關鍵詞聚類，分析裝配式建筑數字技術應用研究現狀和熱點。

在共現網絡圖中，節點表示關鍵詞，節點大小與關鍵詞頻次成正比，節點之間連線表示關鍵詞之間存在共現關系。在關鍵詞聚類圖中，節點由不同顏色的圓環組成，顏色與年份相對應，每個圓環的厚度代表該關鍵詞在對應年份出現的頻次，厚度與頻次成正比。聚類結構與清晰度主要通過模塊值(Q)和平均輪廓值(S)評判。Q的取值范圍為[0，1)，當Q>0.3時，表示聚類網絡結構顯著；當S>0.7時，表示聚類結果可信度高；當S>0.5時，表示聚類結果合理。

3.1 國內研究情況分析

3.1.1 關鍵詞共現網絡

在生成關鍵詞共現網絡時，將“keyword”中的“threshold”(節點出現的閾值)設為1。國內裝配式建筑數字技術應用研究關鍵詞共現網絡圖譜如圖5所示。

圖5 國內裝配式建筑數字技術應用研究關鍵詞共現網絡圖譜

由圖5可知，國內裝配式建筑數字技術應用研究涉及的相關技術有：BIM、SolidWorks集成技術、CIM(城市信息模型)、物聯網(如二維碼、RFID、NB-Iot)、BDS(北斗導航)、GPS、3D激光掃描、VR、區塊鏈、建筑機器人、數字孿生和大數據。此外，在數字技術領域，BIM出現頻率最高，其次是物聯網、區塊鏈和3D激光掃描，而其他數字技術應用研究發文量相對較少?？傮w而言，國內BIM技術在裝配式建筑領域中的應用研究達到成熟階段，其他數字技術應用研究還處于探索階段。

3.1.2 關鍵詞聚類分析基于CNKI的關鍵詞聚類圖譜如圖6所示。其中，Q=0.853 5>0.3，S=0.979 7>0.7，表明整體聚類結果可信?；贑NKI關鍵詞聚類信息見表3。每個聚類S值均在0.7以上，表明單個聚類可信度高。此外，關鍵詞聚類時會篩掉容量較少的聚類，因此圖6和表3中無標簽14。

表3 基于CNKI的關鍵詞聚類信息

圖6 基于CNKI的關鍵詞聚類圖譜

由圖6和表3可知，國內學者對裝配式建筑數字技術應用研究集中體現在以下幾個方面：①裝配式建筑管理中的數字技術應用，如成本、風險、質量管理等；②裝配式建筑不同階段的數字技術應用，如設計、生產和施工階段；③EPC模式下的數字技術應用；④基于精益思想的數字技術應用；⑤單一數字技術應用能力評估；⑥供應鏈協同平臺打造。其中，管理領域和深化設計階段中的數字技術應用是學者關注的重點。

不同數字技術的具體應用存在差異，例如，區塊鏈技術側重于協同管理平臺打造[4]，[9]，物聯網技術主要應用于項目信息搜集[6-7]，[18]，3D激光掃描技術應用于建筑模型構建與質量管理過程[19-20]。相較其他技術，BIM技術在裝配式建筑中的應用范圍最廣泛且研究成果最豐富。這是由于BIM是最早應用于建筑領域的數字技術，其他數字技術(如物聯網、區塊鏈及大數據等)在建筑領域的應用研究剛剛興起，加之技術壁壘的存在，在一定程度上阻礙了其他數字技術在裝配式建筑中的應用與發展。

3.2 國外情況分析

3.2.1 關鍵詞共現分析國外裝配式建筑數字技術應用研究關鍵詞共現網絡圖譜如圖7所示?？梢钥闯?，國外裝配式建筑數字技術應用研究涉及的技術有BIM、物聯網(如RFID、傳感器)、云計算、3D激光掃描、數字孿生、區塊鏈、3D打印、建筑機器人、計算機視覺、VR。依據關鍵詞頻次分布情況可知，BIM出現頻率最高，其次是物聯網技術、云計算技術、3D激光掃描、數字孿生、3D打印和區塊鏈，最后是計算機視覺技術、VR和建筑機器人技術。此外，國外有關數字孿生及3D打印技術在裝配式建筑中的應用研究文獻成果較多，與國內數字技術應用研究存在差異。

圖7 國外裝配式建筑數字技術應用研究關鍵詞共現網絡圖譜

3.2.2 關鍵詞聚類分析

基于WOS的關鍵詞聚類圖譜如圖8所示。其中，Q=0.824 2>0.3，S=0.932 3>0.7，說明聚類結果可信度高?；赪OS的關鍵詞聚類信息見表4。每個聚類的S值均大于0.7，表明聚類關鍵詞關聯度高，聯系緊密。

表4 基于WOS關鍵詞聚類信息

圖8 基于WOS的關鍵詞聚類圖譜

國外有關數字技術在裝配式建筑中的應用研究集中體現在以下幾個方面：①裝配式建筑管理中的應用(如成本、風險、安全、施工和供應鏈管理)；②裝配式建筑碳排放及循環發展問題研究；③裝配式建筑設計階段的應用；④裝配式建筑構件質量檢測研究；⑤數字技術應用對裝配式建筑項目績效影響研究；⑥利益相關方協同平臺打造；⑦數字技術應用障礙分析。其中，管理和設計階段應用數字技術，以及數字技術應用對項目績效影響的研究成果較多，是該領域研究熱點。

在國外相關研究中，數字孿生與區塊鏈技術主要應用于全生命周期信息交互平臺打造[10]，[21]，物聯網技術主要應用于基礎數據搜集[22-23]，云計算技術通常與物聯網技術相結合[24]，3D打印技術主要應用于基礎構件生產[25-26]，3D激光掃描技術主要應用于建筑信息模型構建過程[27-28]。BIM技術在建筑領域應用最早。隨著技術日趨成熟，BIM技術逐漸從建模軟件向集成化方向發展，應用研究成果較為豐富。

4 結語

本文基于CNKI和WOS數據庫，對裝配式建筑數字技術應用研究文獻進行計量分析，繪制知識圖譜，闡述國內外裝配式建筑數字技術應用研究現狀，得出以下結論：

(1)從文獻時間分布情況看，國內外裝配式建筑數字技術應用研究發文量均呈現先增后減的發展趨勢。國外相關研究早于國內，但國外研究頂峰時間滯后于國內；國內外文獻研究成果較多的年份為2020—2022年，盡管隨后文獻數量出現一定下降，但年度發文量仍在18篇以上，表明數字技術在裝配式建筑中的應用研究仍保持一定的熱度。從作者合作關系來看，國外學者之間關系緊密，形成了一定規模的合作團體，國內學者盡管形成了一定數量的合作團體，但相互之間合著文獻數量較少。從機構整體分布情況來看，國內外研究的主力軍均為高校。從發文國家情況來看，中國是發文量最多的國家，其他發文量較多的國家是美國和澳大利亞。

(2)就數字技術本身而言，BIM是最早應用于裝配式建筑的數字技術，國內外關于BIM技術在裝配式建筑中的應用研究較為成熟，研究成果較為豐富。除BIM技術，國內外數字技術應用研究存在差異，國內側重于物聯網、區塊鏈和3D激光掃描技術在裝配式建筑中的應用研究，國外側重于物聯網技術、云計算技術、3D激光掃描、數字孿生、3D打印和區塊鏈技術的應用研究?？傮w而言，其他類別的數字技術應用研究仍處于探索階段，研究成果較少。此外，裝配式建筑數字技術應用研究也由單一技術應用研究逐漸轉向技術組合應用研究。

(3)就數字技術應用領域而言，國內學者重點關注以下幾個方面：裝配式建筑管理問題研究(成本、風險和質量管理)、裝配式建筑深化設計及精益思想下的數字技術應用。國外學者主要關注點為：裝配式建筑管理問題(風險、成本、質量和供應鏈管理)、碳排放和循環經濟、裝配式建筑深化設計、質量檢測和績效影響。由此可見，裝配式建筑管理和深化設計是國內外學者關注的重點。

根據本文研究成果，針對當前研究現狀，提出以下對策和建議：

(1)裝配式建筑數字技術應用研究文獻大多基于理論層面分析和模擬，今后應加強數字技術在實際項目的應用研究。同時，拓展其他數字技術(如RFID、二維碼及激光掃描技術等)的應用研究。

(2)不同數字技術具有自身獨特的應用優勢，如RFID在數據搜集方面存在優勢，3D激光掃描技術在模型構建方面存在優勢。應依據不同數字技術特性，積極探索不同技術組合在裝配式建筑中的應用。

(3)隨著數字技術日趨成熟，數字技術的應用趨向于技術組合使用。當前，不同數字技術的文件兼容性較差，不利于技術組合使用，今后應加強軟件技術開發，以提升軟件適用性。

(4)積極開發數據效能，為裝配式建筑高質量發展助力。同時，應增強數據信息安全意識，加大數據信息保護力度。