黃瀅 陳瑞兄 崔銀洪 孫丹陽

(江西科技師范大學，江西 南昌 330013)

0 引言

2020年，住房和城鄉(xiāng)建設部(簡稱住建部)等13個部門聯(lián)合發(fā)表指導意見[1]提出要推進建筑行業(yè)工業(yè)與數(shù)字智能化升級。我國的工業(yè)化建筑于20世紀50年代提出，但在大規(guī)模建設需求下現(xiàn)澆建筑占據(jù)市場，工業(yè)化建筑進程緩慢[2]。工業(yè)化建筑技術可以顯著降低對環(huán)境的破壞，同時提升建筑的生產(chǎn)率[3]。工業(yè)化建筑具有以工廠為基礎的性質(zhì)，可以充分利用新興技術[4]。新技術(如物聯(lián)網(wǎng)、優(yōu)化算法和傳感技術)的結(jié)合可以顯著改善工業(yè)化建筑項目中的管理實踐[5]。信息化與工業(yè)化建筑的聯(lián)系是高度密切相關的，融合應用可以最大限度地推動建筑業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展效率。

工業(yè)化建筑日益增多，同時信息技術在其中得到快速應用，學術界也越來越關注該領域的研究，但對于現(xiàn)有信息技術在該領域的應用研究情況還缺乏系統(tǒng)性的回顧總結(jié)。因此，本文基于CiteSpace軟件，對2010—2021年我國工業(yè)化建筑信息化領域的研究情況進行梳理，分析當前研究進展，以及研究熱點與趨勢，探索信息技術在工業(yè)化建筑發(fā)展背景下的潛力與方向。

1 研究方法與數(shù)據(jù)

本文的研究步驟主要有3個，具體見圖1：

第一步，數(shù)據(jù)收集。選擇中國知網(wǎng)(CNKI)數(shù)據(jù)庫核心及以上期刊文獻作為專業(yè)檢索對象，檢索區(qū)間為2010—2021(截止到2021年5月17日)。首先，檢索工業(yè)化建筑領域的研究文獻8973篇；其次，在第二次檢索時，只包括應用信息技術進入工業(yè)化建筑領域的論文，共有648篇文章；最后，通過人工閱讀刪減無關文獻，最終篩選確定293篇文章。

第二步，可視化分析。采用CiteSpace軟件對收集到的文獻進行清洗，生成系列知識圖譜，對文獻的發(fā)文時間、期刊、核心作者與機構(gòu)等基礎知識，以及當前的研究熱點、趨勢及前沿進行系統(tǒng)性分析。在CiteSpace中進行以下設置：時間范圍為2010—2021年，區(qū)間間隔為1年；節(jié)點類型根據(jù)不同分析情況進行選擇；網(wǎng)絡裁剪(Pruning)設為Pathfinder與Pruning sliced networks；其他為默認設置，并對圖譜合理性進行判斷[6]。

第三步，研究結(jié)論與展望。根據(jù)以上定量定性分析，對工業(yè)化建筑信息化研究領域進行整體性總結(jié)，并且探析未來的研究方向。

圖1 研究流程框架圖

2 研究可視化分析

2.1 發(fā)文量分析

按出版時間統(tǒng)計的研究文獻增長趨勢見圖2。2010—2012年工業(yè)化建筑尚未得到廣泛關注，因此相應的信息化研究文獻較少且增長緩慢。2011年住建部在《建筑業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》中指出應大力發(fā)展工業(yè)化建筑體系，提升信息化應用水平[7]。2013年，國家發(fā)改委與住建部共同制訂《綠色建筑行動方案》[8]，再次將其作為發(fā)展重點。2013—2016年，工業(yè)化建筑得到政府大力支持，信息化在該領域的研究也得到探索式發(fā)展，發(fā)文量上漲?！?016—2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》[9]使得信息化在工業(yè)化建筑中的研究得到重點關注，發(fā)表的文獻快速增長。

圖2 發(fā)文時間分布趨勢

2.2 期刊來源分析

經(jīng)整理，發(fā)現(xiàn)293篇文章分別發(fā)表在66種不同的核心期刊上，其中發(fā)表5篇及以上的期刊有12種。據(jù)圖3可知，收錄工業(yè)化建筑信息化研究文獻的重要核心期刊有《施工技術》(64篇)、《建筑結(jié)構(gòu)》(36篇)、《建筑經(jīng)濟》(26篇)?！妒┕ぜ夹g》對相關研究所設的欄目最多，對工業(yè)化建筑領域的信息化研究貢獻也最大。《建筑結(jié)構(gòu)》主要是對信息技術在各種工業(yè)化建筑中的應用進行實踐研究?！督ㄖ?jīng)濟》中收錄的文獻更側(cè)重于信息技術在預制裝配式建筑中的項目管理研究。其余20篇以下的期刊對于工業(yè)化建筑信息化研究的專欄設置種類較少，收錄較晚，并且學科主要集中于建筑科學與工程。

圖3 發(fā)文量5篇及以上核心期刊

2.3 作者與機構(gòu)分析

作者與機構(gòu)分析旨在調(diào)查文獻作者及其關系，包括作者和機構(gòu)的發(fā)文和合著作者網(wǎng)絡，以及基于文獻記錄的機構(gòu)網(wǎng)絡。根據(jù)對選定期刊文章的統(tǒng)計分析，確定了工業(yè)化建筑信息化研究領域最具發(fā)文貢獻水平的作者與機構(gòu)(圖4、圖5)。

在作者與機構(gòu)的合著網(wǎng)絡圖譜中，節(jié)點的大小表示發(fā)文量多少，連線表示在研究中建立的協(xié)作聯(lián)系。在圖4與圖5中，節(jié)點個數(shù)分別為276與222，連線在100～200之間，說明作者與機構(gòu)之間對該領域已經(jīng)有了一定的研究，但網(wǎng)絡密度都很小，這表明各學者間和各機構(gòu)間的合作關系并不密切，大都為獨立性研究。該領域的研究學者主要來自科研院所或建筑企業(yè)，科研機構(gòu)學者常與同地區(qū)建筑企業(yè)的研究人員開展合作，例如：北京工業(yè)大學及北京市建筑工程研究院的劉占省，清華大學的劉宇飛，中建三局綠色產(chǎn)業(yè)投資有限公司的盧仲興，湖北工業(yè)大學的王淑嬙等，以上專家學者在工業(yè)化建筑信息化研究領域具有突出貢獻。

圖4 作者發(fā)文與合著網(wǎng)絡圖譜(截圖)

2.4 研究熱點

近年來工業(yè)化建筑的信息化研究工作已經(jīng)在不同的專題和主題上進行。關鍵詞通常代表文章的研究內(nèi)容，關鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡可以代表這一領域的研究進展[11]。采用似然比檢驗法(LLR)，根據(jù)唯一性和覆蓋度進行聚類，最終得到關鍵詞共現(xiàn)與聚類圖譜(圖6)。網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)N=349，關鍵詞連線數(shù)E=659，網(wǎng)絡密度為0.009 2，Q值為0.760 6(>0.3)，S值為0.553 8(>0.5)，表明聚類的結(jié)構(gòu)顯著且合理。根據(jù)前10個聚類可將工業(yè)化建筑信息化研究分為以下幾個主題：

(1)不同類型建筑中的項目管理。其中包括聚類#0裝配式建筑(S=0.977，包括44篇文獻)，#1大型鋼結(jié)構(gòu)(S=0.994，包括38篇文獻)，#7高層建筑(S=0.908，包括17篇文獻)，#8特異型建筑構(gòu)件(S=0.98)。裝配式建筑中的信息化研究分為可持續(xù)性[12]，設計[13]與性能[14]，過程管理(包括施工管理[15]、質(zhì)量安全管理[16]、集成管理[17]、供應鏈管理[18]、信息管理[19]、成本控制[20]、資源調(diào)度[21]、風險控制[22]、生命周期評價[23]等)。鋼結(jié)構(gòu)建筑項目中的信息化研究有基于掃描技術的施工檢測[24]與變形監(jiān)測[25]，以及相應的數(shù)據(jù)分析[26]、測量定位[27]與損傷識別[28]、系統(tǒng)軟件開發(fā)[29]、設計[30]與項目管理應用[31]等。并且工業(yè)化建筑中高層建筑與異型化結(jié)構(gòu)增多，施工難度與精度要求高，因此對特殊結(jié)構(gòu)中的信息化研究也逐步深入，如BIM技術在異型鋼結(jié)構(gòu)設計中的找形[32]、三維激光掃描與點云技術在復雜構(gòu)件中掃描獲取精確定位的研究[33]。

(2)信息技術軟件的應用與開發(fā)。其中包括聚類#2 BIM(S=0.962，包括31篇文獻),#3 Autodesk Revit(S=0.941，包括28篇文獻),#6有限元(S=0.909，包括20篇文獻)。Revit常與Tekla Structure、有限元等BIM相關軟件在工業(yè)化建筑中進行參數(shù)化建模設計應用(包括信息檢索[34]、信息完整性[35]、設計建模[36]等)，施工應用[37]，管理應用[38]，與3D掃描[39]、數(shù)字孿生[40]、二維碼技術[41]的集成二次開發(fā)應用等。例如：余括[42]基于Revit、Staad、Tekla及Lumion多個BIM軟件，檢驗了多軟件在工業(yè)化建筑項目中進行協(xié)同設計的可行性。

圖6 關鍵詞共現(xiàn)與聚類圖譜(截圖)

(3)信息化和數(shù)字化的集成協(xié)作。其中包括聚類#4信息化(S=0.829，包括26篇文獻)，#5數(shù)字化(S=0.847，包括22篇文獻)，#9信息共享(S=0.924，包括13篇文獻)。在工業(yè)化建筑中信息化研究包含建筑項目與企業(yè)的信息化管理[43]，數(shù)字化建造與分析[44]，集成應用平臺的二次開發(fā)[45]，集成技術的實踐應用[46]。例如：占羿箭等[47]基于工業(yè)化建筑部品件的高要求趨勢，提出了一種將預制構(gòu)配件與三類內(nèi)裝部品相結(jié)合的智能化制造信息集成交互平臺。

2.5 研究趨勢與前沿分析

為觀察我國工業(yè)化建筑信息化領域研究階段的演變過程，以“Keyword”為分析節(jié)點，采用“Timezone”與“Burstness”的方式顯示，得到關鍵詞時序圖譜與突現(xiàn)詞(圖7)，分析研究熱點的變化以及前沿動態(tài)。從時間節(jié)點上看，國內(nèi)的工業(yè)化建筑信息化研究可以分為3個階段，每個階段的研究重點如下：

(1)第一階段(2010—2012年)。“信息化管理”突現(xiàn)強度最強，持續(xù)時間最久。根據(jù)時序圖譜可知，最初主要發(fā)展以鋼結(jié)構(gòu)為主的工業(yè)化建筑，對于鋼結(jié)構(gòu)建筑中的施工模擬與節(jié)點變形、結(jié)構(gòu)損傷識別等風險管理問題常利用神經(jīng)網(wǎng)絡、激光掃描、計算機模擬、傳感器等信息技術進行研究解決。BIM技術開始在鋼結(jié)構(gòu)與裝配式建筑項目中發(fā)揮設計、信息集成的作用，注重解決數(shù)據(jù)接口開發(fā)、數(shù)據(jù)采集等信息化管理問題。例如：季俊[48]為解決輕鋼門架結(jié)構(gòu)BIM中信息交互性障礙問題，利用編程優(yōu)化了軟件數(shù)據(jù)接口。

(3)第二階段(2013—2016年)。該階段側(cè)重于發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)建筑，其中高層建筑也受到廣泛關注。在項目管理中注重信息技術對于施工技術的優(yōu)化，利用數(shù)值模擬及監(jiān)測手段進行全生命周期的應用與管理，特別是深化設計與施工模擬。除此以外，鋼結(jié)構(gòu)變形、監(jiān)測與性能優(yōu)化的高精度和質(zhì)量安全管理依舊是重點。開始嘗試將BIM技術與AR、物聯(lián)網(wǎng)及P6(Primavera 6.0)等技術結(jié)合，進行多維集成化仿真模擬模型與技術開發(fā)的研究。例如：潘尚科等[49]將P6(Primavera 6.0)與BIM技術進行集成應用，為項目進行方案優(yōu)化、碰撞檢測、工期及成本控制提供了數(shù)據(jù)服務平臺。

(4)第三階段(2017—2021年)。該階段的復雜建筑與異型構(gòu)件增多，著重于裝配式建筑項目方面的研究。除了將BIM技術應用于工程設計和施工，更加注重物聯(lián)網(wǎng)、三維模擬仿真、點云技術的集成，增加了對建筑企業(yè)組織的信息化管理。最新的研究熱點是“BIM正向設計”“精益建造”“信息共享”“精細化管理”等。這說明主要關注信息化技術的深度融合應用、精益建造與精細化管理、信息技術間的互操作性、信息共享與協(xié)作能力，以及對于信息交互平臺與軟件的二次開發(fā)、信息技術的應用能力綜合評估等方面的探索。例如：在裝配式建筑方面，謝琳琳等[40]通過集成多項先進信息技術，構(gòu)建了基于BIM+數(shù)字孿生技術的項目調(diào)度智能化管理平臺；在BIM與射頻識別技術基礎上，王紅春等[50]構(gòu)建了供應鏈信息共享平臺；孫少楠等[51]構(gòu)建了評價BIM技術在設計階段協(xié)同能力的指標體系，并發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互偏差性問題。

圖7 關鍵詞時序圖譜與突現(xiàn)詞(截圖)

3 結(jié)語

本文運用CiteSpace可視化分析軟件，系統(tǒng)分析了2010—2020年核心及以上期刊的工業(yè)化建筑信息化領域的相關文獻，并進行了文獻計量與可視化分析，研究分析情況如下：

(1)研究分布方面。隨著工業(yè)化建筑的推廣和發(fā)展，工業(yè)化建筑信息化研究文獻逐漸深入，并受到政府有關部門支持力度的影響，2016年后該領域相關文獻呈快速增長之勢。研究學者大都來自科研機構(gòu)與建筑企業(yè)，現(xiàn)有文獻集中于建筑科學與工程學科，但跨區(qū)域程度與創(chuàng)新合作程度低，跨學科研究與交流合作較少。

(2)研究熱點方面。主要有以下幾個方向：項目管理實踐、信息技術平臺的開發(fā)與應用，以及數(shù)字化的集成協(xié)作。整體來看，目前研究更集中于信息技術在工業(yè)化建筑項目施工技術優(yōu)化、深化設計與仿真模擬、質(zhì)量安全問題識別監(jiān)測、過程精細化管理、數(shù)字化集成的開發(fā)與應用、信息技術數(shù)據(jù)交互性問題的探索。信息技術集成的應用開發(fā)尚處于初期，信息化主要圍繞BIM技術開展。

(3)研究前沿方面。工業(yè)化建筑的信息化研究從參數(shù)化設計、計算機仿真模擬和結(jié)構(gòu)節(jié)點監(jiān)測分析等基本理論與基礎應用開始，到關注信息化技術在工業(yè)化建筑工程中的深入實踐應用，再到信息化技術深度融合應用、精益建造與精細化管理、集成技術互操作性、信息共享與協(xié)作能力，研究分散且耦合性較低，應提升技術集成自動化和大數(shù)據(jù)分析、決策和知識管理系統(tǒng)開發(fā)等方面的研究。

針對以上分析，本文提出以下建議：緊密跟蹤國際研究動向，增強國際交流與合作；政府進一步完善工業(yè)化建筑發(fā)展戰(zhàn)略，為實踐項目提供政策支持，為管理研究提供實證案例；高等院?；蛳嚓P企業(yè)加強工業(yè)化建筑信息化的人才理論與技術培養(yǎng)，為研究提供智力支持；加強多學科、寬領域、大范圍的深層次交流合作，提升創(chuàng)新研發(fā)能力，擴展信息化技術的多樣化應用實踐，從而縱向深化我國的工業(yè)化建筑信息化領域的現(xiàn)有研究，橫向拓展系統(tǒng)化研究知識體系，逐步實現(xiàn)工業(yè)化建筑領域中的信息化集成高效應用。