我國(guó)“GIS+BIM”技術(shù)研究進(jìn)展*
——基于CNKI 的文獻(xiàn)計(jì)量與可視化分析

鄒 宇，鄧仕雄，劉繼庚，周 彬，林國(guó)敏，何清平

（貴州水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 551400）

隨著科學(xué)技術(shù)和信息技術(shù)的快速發(fā)展，“智慧城市”概念應(yīng)運(yùn)而生。作為智慧城市建設(shè)管理的重要方法和手段，地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS） 和建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM） 能夠管理與現(xiàn)實(shí)世界相關(guān)的幾何對(duì)象及其屬性信息，但側(cè)重點(diǎn)各異[1-2]，二者技術(shù)對(duì)比分析見(jiàn)表1。

表1 GIS 與BIM 技術(shù)對(duì)比分析

將GIS 技術(shù)和BIM 技術(shù)進(jìn)行有效融合，把微觀領(lǐng)域的BIM 信息和宏觀領(lǐng)域的GIS 信息進(jìn)行交換和結(jié)合，對(duì)實(shí)現(xiàn)智慧城市建設(shè)發(fā)揮了不可替代的作用，圍繞二者的融合問(wèn)題，我國(guó)學(xué)者開(kāi)展了大量相關(guān)研究[3-5]，及時(shí)回顧和梳理其研究現(xiàn)狀、熱點(diǎn)和演變趨勢(shì)，對(duì)推動(dòng)智慧城市建設(shè)意義重大。

基于此，借助CNKI 文獻(xiàn)計(jì)量分析和CiteSpace可視化分析功能[6-7]，對(duì)我國(guó)“GIS+BIM”技術(shù)近10年（2013年1月至2022年12月） 的研究情況進(jìn)行系統(tǒng)梳理和分析，歸納總結(jié)出“GIS+BIM”技術(shù)的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)，以期為后續(xù)的相關(guān)研究與實(shí)踐提供參考。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究方法

本文通過(guò)采用CNKI 文獻(xiàn)計(jì)量分析及CiteSpace可視化分析方法，對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行發(fā)文量分析、共性分析、聚類(lèi)分析和突現(xiàn)分析等，深度剖析了國(guó)內(nèi)“GIS+BIM”技術(shù)的研究現(xiàn)狀、熱點(diǎn)及演變趨勢(shì)。以期系統(tǒng)、全面地展示該研究領(lǐng)域的發(fā)展全貌。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文研究數(shù)據(jù)全部來(lái)自CNKI 論文庫(kù)，通過(guò)關(guān)鍵詞和主題檢索的方式確定文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，以關(guān)鍵詞“GIS”和“BIM”以及主題“GIS+BIM”進(jìn)行檢索，初步檢索得到近10年相關(guān)文獻(xiàn)總計(jì)666 篇。同時(shí)為進(jìn)一步提高文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，在初步檢索結(jié)果基礎(chǔ)上，刪除征稿意見(jiàn)、會(huì)議稿件、特色期刊論文、科技成果等非學(xué)術(shù)文獻(xiàn)以及相關(guān)性較小的條目，最終整理得到有效文獻(xiàn)數(shù)604 篇，其中期刊論文527 篇、碩博論文77 篇，最后將有效文獻(xiàn)作為研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。

2 文獻(xiàn)計(jì)量與可視化分析

2.1 研究現(xiàn)狀分析

2.1.1 發(fā)文量分析

在國(guó)內(nèi)“GIS+BIM”技術(shù)研究的發(fā)展歷程基礎(chǔ)上，對(duì)發(fā)文量進(jìn)行年度統(tǒng)計(jì)分析，能夠很好地展現(xiàn)我國(guó)該領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀。對(duì)CNKI 中檢索得到的604 篇有效文獻(xiàn)進(jìn)行年度分布分析得到近10年“GIS+BIM”技術(shù)研究文獻(xiàn)年度分布圖（見(jiàn)圖1）。

圖1 2013—2022年“GIS+BIM”技術(shù)研究文獻(xiàn)年度分布圖

發(fā)文量的年度分布能夠間接反映某研究領(lǐng)域的發(fā)展情況，由圖1 可知，“GIS+BIM”領(lǐng)域近10年間的發(fā)文量呈先升高后平穩(wěn)發(fā)展的總體態(tài)勢(shì)。具體來(lái)看，2013—2015年為初步發(fā)展階段，在這期間年度發(fā)文量較少，均在10 篇左右，說(shuō)明對(duì)于該領(lǐng)域的研究有待提升；2016—2020年屬于快速發(fā)展階段，對(duì)“GIS+BIM”技術(shù)的關(guān)注度迅速上升，2020年發(fā)文量達(dá)到121 篇之多，說(shuō)明隨著我國(guó)智慧城市建設(shè)的推進(jìn)，GIS 與BIM 融合的研究得到學(xué)者們的廣泛關(guān)注，相關(guān)的研究也逐年增加；2021—2022年為穩(wěn)定發(fā)展階段，年度發(fā)文量略趨于穩(wěn)定，保持在120 篇左右，說(shuō)明隨著數(shù)字孿生、數(shù)字映射等概念的提出，學(xué)者們對(duì)于“GIS+BIM”技術(shù)的研究持續(xù)深入進(jìn)行。

2.1.2 發(fā)文作者分析

通過(guò)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析的方法統(tǒng)計(jì)出2013—2022年10年間對(duì)“GIS+BIM”技術(shù)研究發(fā)文量大于3 篇（包括第一作者、共同作者） 的作者（見(jiàn)表2），為該研究領(lǐng)域的重要核心作者，總計(jì)10 位。從表2可知，發(fā)文量最多的學(xué)者為中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司的倪葦（6 篇），表明該學(xué)者對(duì)“GIS+BIM”技術(shù)持續(xù)聚焦。除此以外，朱慶、湯圣君發(fā)文量達(dá)到4 篇，王立幼、馬瑞、何剛等學(xué)者發(fā)文量各自達(dá)到3 篇，為該領(lǐng)域的發(fā)展做出突出貢獻(xiàn)。

表2 2013—2022年“GIS+BIM”技術(shù)研究發(fā)文量3 篇以上作者統(tǒng)計(jì)

利用CiteSpace 對(duì)樣本文獻(xiàn)發(fā)文作者進(jìn)行可視化分析，得到2013—2022年10年間對(duì)“GIS+BIM”技術(shù)研究的發(fā)文作者共現(xiàn)圖譜（見(jiàn)圖2）。圖2 中節(jié)點(diǎn)字體大小代表作者中心性強(qiáng)弱，連線的粗細(xì)及多少代表合作關(guān)系的緊密度。該圖譜共形成274 個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（N=274） 和188 條網(wǎng)絡(luò)鏈接（E=188），共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的密度為0.005（Density=0.005）。從圖中可以看出，作者間聯(lián)系較小、合作關(guān)系不強(qiáng)。

圖2 2013—2022年“GIS+BIM”技術(shù)研究作者共現(xiàn)視圖

2.2 研究熱點(diǎn)分析

關(guān)鍵詞是對(duì)研究?jī)?nèi)容和觀點(diǎn)的高度概括，對(duì)其進(jìn)行可視化分析可追蹤某一領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[8]。

2.2.1 關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

在利用CiteSpace 對(duì)樣本文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析時(shí)，節(jié)點(diǎn)類(lèi)型選擇關(guān)鍵詞（Keyword），將時(shí)間切片設(shè)置為1年，生成“GIS+BIM”技術(shù)研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜（見(jiàn)圖3）。通過(guò)圖譜中節(jié)點(diǎn)的大小來(lái)判定該關(guān)鍵詞的出現(xiàn)頻次，連線的粗細(xì)表明關(guān)鍵詞關(guān)聯(lián)程度的強(qiáng)弱，連線越粗則關(guān)聯(lián)程度越強(qiáng)。圖3 中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)共有224 個(gè)（N=224），節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)線條有276 條（E=276），網(wǎng)絡(luò)密度值為0.0111。由圖3可知，“可視化”“綜合管廊”“智慧城市”“傾斜攝影”是節(jié)點(diǎn)圈層最大的幾個(gè)關(guān)鍵詞，表明這幾個(gè)關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次最多，是該領(lǐng)域研究的核心。此外，“物聯(lián)網(wǎng)”“數(shù)據(jù)融合”“運(yùn)維管理”“信息化”“融合”“數(shù)字孿生”“水利工程”“施工管理”等關(guān)鍵詞的節(jié)點(diǎn)圈層也相對(duì)較大，說(shuō)明上述這幾個(gè)領(lǐng)域是“GIS+BIM”技術(shù)研究的熱點(diǎn)。其他關(guān)鍵詞節(jié)點(diǎn)圈層相對(duì)較小，說(shuō)明不是研究的熱點(diǎn)。

圖3 2013—2022年“GIS+BIM”技術(shù)研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)視圖

2.2.2 關(guān)鍵詞聚類(lèi)分析

關(guān)鍵詞聚類(lèi)分析是通過(guò)對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行共現(xiàn)分析，獲取關(guān)鍵詞間的聯(lián)系結(jié)構(gòu)，以追蹤該領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。為了更好地追蹤“GIS+BIM”技術(shù)的研究熱點(diǎn)，在CiteSpace 中使用對(duì)高頻關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類(lèi)分析，得到“GIS+BIM”技術(shù)研究關(guān)鍵詞聚類(lèi)圖譜（見(jiàn)圖4）。圖中Q=0.7186，通常，當(dāng)Q 值大于0.5時(shí)，表明聚類(lèi)效果明顯，且數(shù)值越大聚類(lèi)效果越好，可見(jiàn)“GIS+BIM”技術(shù)的關(guān)鍵詞聚類(lèi)模塊劃分較為合理，可用作研究論證； S=0.9239，當(dāng)S 值超過(guò)0.7 時(shí)，顯示聚類(lèi)效果較好，說(shuō)明聚類(lèi)的模塊內(nèi)部聯(lián)系較強(qiáng)，每個(gè)聚類(lèi)中的文獻(xiàn)聯(lián)系緊密，可以用作聚類(lèi)分析。高頻關(guān)鍵詞聚類(lèi)分析共形成了9 個(gè)大的模塊，分別是“可視化”“物聯(lián)網(wǎng)”“傾斜攝影”、“建筑”“綜合管廊”“信息化”“運(yùn)維管理”“二次開(kāi)發(fā)”和“三維模型”，其中“可視化”“物聯(lián)網(wǎng)”“傾斜攝影”“建筑”“綜合管廊”“信息化”“運(yùn)維管理”模塊，模塊間聯(lián)系緊密，“二次開(kāi)發(fā)”和“三維模型”形成較為獨(dú)立的模塊。

圖4 2013—2022年“GIS+BIM”技術(shù)研究關(guān)鍵詞聚類(lèi)視圖

2.3 研究趨勢(shì)分析

關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析展現(xiàn)了某研究領(lǐng)域關(guān)注熱點(diǎn)在時(shí)間維度上的演變過(guò)程，反映某一熱門(mén)話題在特定時(shí)間段內(nèi)受到學(xué)術(shù)界的關(guān)注度。

借助CiteSpace 軟件的突現(xiàn)詞功能，對(duì)2013—2022年10年間“GIS+BIM”相關(guān)研究的關(guān)鍵詞進(jìn)行突現(xiàn)分析，得到10 個(gè)突顯詞（見(jiàn)圖5）。由圖5可知，2014—2015年突現(xiàn)的關(guān)鍵詞主要是“模型”，這是“GIS+BIM”技術(shù)研究中最早被關(guān)注的內(nèi)容。2016—2019年，主要強(qiáng)調(diào)“GIS+BIM”技術(shù)應(yīng)用集成與數(shù)據(jù)集成，“橋梁”“綜合管廊”“軌道交通”、“數(shù)據(jù)集成”“數(shù)字城市”“三維建模”“管理平臺(tái)”“模型轉(zhuǎn)換”成為關(guān)注的焦點(diǎn)。其中，“綜合管廊”的突現(xiàn)強(qiáng)度最高，說(shuō)明“GIS+BIM”技術(shù)在綜合管廊相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用較多。自2020 以來(lái)，“輕量化”受到的關(guān)注度越來(lái)越高，成為當(dāng)前的研究前沿和發(fā)展趨勢(shì)。

圖5 2013—2022年“GIS+BIM”技術(shù)研究關(guān)鍵詞突現(xiàn)視圖

3 結(jié)論與展望

3.1 結(jié)論

基于CNKI 文獻(xiàn)計(jì)量分析功能和CiteSpace 軟件可視化分析功能，以CNKI 收錄的2013—2022年的604 篇相關(guān)文獻(xiàn)作為研究對(duì)象，對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)“GIS+BIM”技術(shù)的研究現(xiàn)狀、研究熱點(diǎn)及演化趨勢(shì)進(jìn)行了梳理和分析，得出如下結(jié)論。

1） 從研究現(xiàn)狀來(lái)看，“GIS+BIM”技術(shù)的研究大致經(jīng)歷了初步發(fā)展階段（2013—2015年）、快速發(fā)展階段（2016—2020年） 和穩(wěn)定發(fā)展階段（2021—2022年） 三個(gè)階段。結(jié)果表明只有少數(shù)作者間形成了合作網(wǎng)絡(luò)，作者間合作關(guān)系較為松散，研究合作程度較低。

2） 從研究熱點(diǎn)來(lái)看，“GIS+BIM”技術(shù)的研究主要圍繞“可視化”“綜合管廊”“智慧城市”“傾斜攝影”等方面展開(kāi)，其中“可視化”受關(guān)注度最高。此外，“物聯(lián)網(wǎng)”“數(shù)據(jù)融合”“運(yùn)維管理”“信息化”“融合”“數(shù)字孿生”“水利工程”“施工管理”等也是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。

3） 從研究趨勢(shì)來(lái)看，“模型”是“GIS+BIM”技術(shù)研究中最早被關(guān)注的內(nèi)容，近年來(lái)，“輕量化”受到的關(guān)注度越來(lái)越高，成為當(dāng)前的研究前沿和發(fā)展趨勢(shì)。

3.2 展望

系統(tǒng)回顧“GIS+BIM”技術(shù)的研究進(jìn)展后發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有文獻(xiàn)為我國(guó)“GIS+BIM”技術(shù)領(lǐng)域的研究夯實(shí)了理論基礎(chǔ)，也為后續(xù)研究指明了方向。

1） 建立協(xié)同研究機(jī)制，加強(qiáng)研究機(jī)構(gòu)、學(xué)者之間的合作交流。“GIS+BIM”技術(shù)的研究者眾多，但現(xiàn)有學(xué)者及研究機(jī)構(gòu)相互之間合作交流不足，不利于學(xué)術(shù)傳播與研究發(fā)展。因此，需增強(qiáng)多方合作交流，從而提升“GIS+BIM”技術(shù)研究的整體水平和層次。

2） 實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的融合，建立多維度的信息表達(dá)方式。有效解決在數(shù)據(jù)融合過(guò)程中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)體積過(guò)大、幾何信息失真、語(yǔ)義信息丟失等問(wèn)題。