BIM 輕量化管理技術研究綜述

張少錦 張惠宇 王曉晶

（1.揚州大學 揚州大學建筑科學與工程學院，揚州 225127；2.交通運輸部公路科學研究所，北京 100088）

引言

建筑信息模型(BIM)就是在建設工程及設施全生命周期內，對其物理特性和功能特性進行數字化表達，并以此為基礎進行工程項目的設計、施工、運營的過程和結果[1]。

在近50 年的高速發展中，BIM 技術已經越發完善，但是由于其積淀較少、發展較快等因素，當下BIM 技術仍面臨許多問題。在應用方面，BIM 技術的應用過程中包含了許多分散、重復、低水平的工作，這些工作大大地降低了BIM 技術在使用過程中效率，增加了管理壓力，背離了管理的本質要求；在BIM 文件的交接方面，BIM 文件涉及了項目各階段的數據，雖然是基于IFC 標準格式下進行交接，但是丟失數據的頻次仍然很高[2]，這同樣也造成了管理工作中的資源浪費。

BIM 技術輕量化就是在基于模型信息、模型精度、模型使用等要求的前提下，利用云端化信息技術、面片化模型技術等相關技術，實現BIM 模型在文件儲存、幾何轉換與渲染優化等方便的簡化與轉換的過程。近年來，隨著建筑行業的發展，建筑信息集成化程度越來越高，工程項目的體量越來越大，這就導致了BIM模型中的數據信息冗雜。為了更加方便的運用BIM 技術，實現BIM 技術線上傳輸通暢，降低BIM 模型在計算機、移動工具等設備上的消耗，BIM 輕量化的構思應運而生[3]。

1 BIM 輕量化研究文獻綜述

1.1 概述

當下已經有眾多學者對BIM 技術輕量化領域進行了研究，主要涉及了BIM 技術中文件存儲、數據整合、模型轉化、渲染優化等方面。如馬金忠等[4]在云計算的基礎上從模型存儲格式轉換、模型渲染與顯示方法優化以及一種BIM 輕量化框架構思等方面著手研究BIM 輕量化處理的方法。秦昌鋒等[5]從構建BIM 輕量化協同平臺的方向出發，跳出了BIM 模型的局限性。姜玉龍等[6]則是基于GIS 的基礎上通過BIM 技術合作的方式，不僅提出了一種新的實現BIM 輕量化的形式，更是在原先BIM 技術的基礎上加強了BIM 技術的模擬真實性。而郭思怡。陳永鋒[7]則是將BIM 輕量化技術運用到實際建筑中，以建筑運維階段的信息模型為例，進行輕量化處理以驗證BIM 輕量化方法的可行性。但是很少有從文獻計量學的方向對BIM 技術輕量化領域的文獻進行整理、分析和研究。為了充分反應BIM 技術輕量化這一領域的研究進展與熱點前沿，本文以文獻計量技術與科學知識圖譜為輔助，對知網數據庫相關期刊中近十年有關BIM 技術輕量化的文獻進行了可視化分析與特征提取，總結了BIM 輕量化技術領域的現階段研究成果與研究方向并為該領域未來的研究熱點與可行性研究提出了建議與依據。

1.2 研究方法和數據處理

1.2.1 分析工具和研究方法

本研究采用了文獻計量學的方法，以知網數據庫相關期刊中與BIM 技術輕量化研究聯系緊密的文獻為研究對象，并基于可視化軟件Cite Space 與計量統計學方法對其特征、研究熱點、研究前沿進行分析。

1.2.2 數據采集及處理

知網是國家知識基礎設施的概念。本文利用中國知網高級檢索模式，選取范圍為“期刊”，以“BIM 技術輕量化”、“模型輕量化”、“輕量化”等為關鍵主題詞并選取時間范圍為2012～2022 年，檢測出981 篇相關文獻，從中對“BIM 輕量化”“管理技術”相關度進行篩選，去除相關度較低的文獻，最終確定271 篇期刊文獻為本文的數據支撐。

1.3 BIM 技術輕量化研究的文獻分析

1.3.1 文獻時序分析

2012～2022 年BIM 技術輕量化研究的文獻時序分部圖如圖1～圖2 所示。從圖中分析可得，國內對于BIM 技術輕量化的研究在2012 年之前還處于空白期。王立群于2012 年首次對輕量化BIM 在復雜曲面公建圍護系統的設計實踐進行研究。2012～2017 年對BIM 技術輕量化的研究發文年均為3 篇，對BIM 技術輕量化問題進行初步探究。2017～2019 年對BIM 技術輕量化問題的研究持續增長，研究領域進一步擴大。2019～2022 年由于新冠疫情對建筑業的沖擊，這段時間的BIM 技術輕量化研究進展較為平緩，并隨著新冠疫情逐漸接近尾聲有著繼續增長的趨勢。對此方面研究的文獻從2016 年開始逐年遞增并且增長速度也在不斷加快，各種BIM 技術輕量化的方法及實用理論涌現。隨后幾年關于BIM 技術輕量化的文獻平穩增長趨勢，BIM 技術輕量化研究逐年深入。

圖1 BIM 輕量化研究文獻時序分部

圖2 BIM 輕量化研究文獻時序分布

1.3.2 期刊領域分布分析

通過使用可視化工具，對BIM 輕量化領域的文獻進行了系統的分析，以確定最具代表性的期刊，其中包括20 本期刊，收錄的文獻數量達175 篇，占本文數據總數的65%。如圖3 所示，《土木建筑工程信息技術》《施工技術》《鐵路技術創新》《北京建筑大學學報》《中國建設信息化》是BIM 輕量化研究發文的主要期刊。除此以外，通過對上述BIM 輕量化所涉及的相關期刊的研究領域分布情況進行研究分析得出，信息技術、工程管理等方面是當前BIM 輕量化管理技術的主要研究方向。

圖3 BIM 輕量化研究的主要收錄文獻期刊

1.3.3 BIM 技術輕量化高被引頻次文獻分析

引用是為了使文章更具說服力，而文章被引用的次數則充分說明文章的質量與價值。被引頻次越高的經典文獻可以反映出BIM 技術輕量化領域的現狀與前景，如表1 所示，包含文章篇名、作者信息、發表年份、下載次數以及引用頻次。姜玉龍在橋梁工程領域將BIM 輕量化技術與GIS 軟件相結合對BIM 技術輕量化應用展開研究。王志偉[8]則是將BIM 輕量化技術與RFID 技術、ERP 系統融合協助并以此為基礎展開對預制裝配式隧道結構進行智能系統的建造。闕祖暉在實際建設項目中對BIM 技術輕量化進行了可行性實驗。陳慶財[9]從BIM 模型數據的方向出發研究BIM 技術輕量化的途徑。

表1 BIM 技術輕量化領域高被引經典文獻

通過對上述引用量前列的文獻題錄以及內容進行分析發現：

（1）BIM 技術的輕量化需要多個方向進行，針對BIM 技術的不同角度都可以找到輕量化的突破口；

（2）目前對BIM 技術輕量化的研究處于不斷上升階段，針對解決關于BIM 技術輕量化的問題，不斷涌現新的方法與建議；

（3）BIM 技術輕量化與各類工程都息息相關，不僅僅局限于單一工程的某個階段，且影響著整個工程的全生命周期；

（4）BIM 技術的輕量化處理不能單一地從自身的方面出發，應該結合實際并與新興技術相互合作；

（5）對于BIM 技術輕量化的研究不能止步于理論研究，應積極地應用到實際工程當中，在實踐中不斷摸索。

2 BIM 技術輕量化研究熱點及前沿分析

2.1 研究熱點分析

Cite Space 軟件可以將所選文獻進行可視化分析并以知識圖譜的形式共現出所選文獻中的主要關鍵詞，為BIM 技術輕量化研究熱點和前沿的研究分析提供強有力的幫助，如圖4 所示。

圖4 BIM 技術輕量化研究的關鍵詞共現圖譜

通過Cite Space 軟件對BIM 技術輕量化相關文獻數據庫的梳理與分析，得到的關鍵詞共現圖譜中形成了158 個節點，178 條連線，網絡密度為0.0 144。知識圖譜中每個節點都代表了不同的分析對象，節點的大小由其出現的頻率即其重要性所決定，而節點之間的線段則表示不同節點之間的關聯度。

如表2 所示，在對關鍵詞的重要性和中心性分析的結果下得到了前20 個高頻關鍵詞。

表2 BIM 技術輕量化研究的高頻關鍵詞

表2 清晰地展示出了BIM 輕量化研究領域的關鍵方向，其中“輕量化”以41 次的出現頻次高居第一關鍵詞；“可視化”“應用”均以9 次的頻次位列第二關鍵詞，為BIM 輕量化研究指明了主要前進方向；“信息化”“協同平臺”“工程管理”分別以3、4、6 的頻次出現在此次的文獻關鍵詞檢索中。根據關鍵詞共現分析，得出BIM 技術輕量化的熱點如下：

（1）新一代信息技術與智能化新興工具結合，如GIS 數據與BIM 模型相結合[10]，所謂的BIM 模型就是將項目的空間信息與建筑性能以數據化的形式呈現出來，可以方便、高效率、清晰地統領項目全生命周期的信息傳遞、共享、協同。而GIS 數據技術可以對項目的整體場景和地理信息進行監測，有利于構建更加真實的可視化BIM 模型，BIM+GIS 的融合不僅可以實現工程數據與工程環境在微觀與宏觀上的統一還可以對BIM模型的渲染進行優化，從而實現BIM 技術輕量化；

（2）構建BIM 輕量化協同平臺[11]，隨著建筑行業的進步與發展，BIM 模型的體量成幾何倍數的上升，這就導致了原有BIM 模型處理器跟不上BIM 模型體量的增長，提高BIM 平臺的信息處理能力以保障服務器的運用就顯得尤為迫切，這就顯示出了構建BIM 輕量化平臺并開發BIM 輕量化引擎的重要；

（3）BIM 模型存儲格式轉換[12]，IFC 格式是BIM模型數據信息存儲最常見的格式，也是國際標準中所規定的格式，但是IFC 格式卻限制了BIM 技術的進一步發展。因為IFC 格式的局限性，在面對實際的工程項目時，BIM 模型只能描述工程項目信息的主要部分而導致了BIM 模型的仿真模擬準確性降低，這就限制了BIM 技術在某些領域的進一步應用；

（4）BIM 技術幾何優化[13]，對BIM 模型中的三角面片進行合并處理，從而達到減少BIM 模型中三角面片的數量，對BIM 模型進行三角網重塑，以達到簡化BIM 模型的效果；

（5）BIM 技術渲染優化[14]，為了使得BIM 模型能夠在繪制與使用是流暢運行并達到使人滿意的效果必須對BIM 模型進行渲染優化的，而渲染會造成內存過大的問題，對電腦的配置要求高更不用說移動設備，所以對BIM 模型的渲染優化勢在必行。

2.2 研究前沿識別

為了識別科學研究的前沿，可以對Cite Space 軟件得到的圖譜中的突現詞進行研究并為BIM 技術輕量化的發展提供全面的分析。為了得到更為精準的BIM 技術輕量化相關的信息，將Cite Space 軟件的閾值K 調整為25，從而得到了突現詞如表3 所示。

表3 BIM 技術輕量化研究主要突現詞

從表中可知，2015 年，BIM 技術輕量化主要運用的范圍初步為廣聯達等BIM 軟件，總體來講，當期研究內容主要為BIM 軟件方面的輕量化研究等內容。在2017 年～2019 年，BIM 的應用、協同平臺的構建與云計算突現最為明顯，同時伴隨著二維碼的興起，BIM技術輕量化也開始借鑒二維碼技術實現輕量化。在2020 年～2022 年間，由于之前的積淀，這一時期關于BIM 技術輕量化的成果迎來了高潮，同時對BIM 技術輕量化的研究也更加成熟，研究的范圍已經擴大到了具體的項目運維階段的管理與整體項目信息的管理，同時對于BIM 技術協同平臺的研究也更加深入，將物聯網技術融入其中，推動了BIM 技術輕量化協同平臺的構建。

3 結論及對策建議

文章在基于對CNKI 數據庫中有關BIM 技術輕量化的文獻進行統計分析的過程中，繪制了相關的知識圖譜，并通過對圖譜中的熱點詞進行分析研究，充分反映了我國BIM 技術輕量化研究領域的現狀。主要研究成果有：

（1）從文獻發表的時間和期刊領域的分布情況看，自2019 年以來，在我國土木工程行業的推動力下，BIM 技術在實際應用中愈加廣泛，同時人們對于BIM技術的要求也越來越高，由此越來越多的人們展開了對于BIM 技術輕量化的研究，BIM 技術輕量化領域也是有了突破性的進展；

（2）通過對文獻的高被引分析和高頻關鍵詞分析，可以得出結論：“BIM 技術輕量化”“BIM 技術協同平臺”“物聯網”為三個熱點研究方向；構建BIM 技術輕量化協同平臺，優化BIM 幾何模型與渲染等是BIM技術輕量化的趨勢。

已掌握的文獻資料顯示，各位研究學者對于BIM技術輕量化的研究大多圍繞BIM 軟件之間的合作，或以單一工程為例論證實現BIM 技術輕量化的方法。從已經搜集到的資料來看，雖然眾多學者對于BIM 技術輕量化進行了多方面的研究，但在這些研究中也存在著欠缺和不足的地方。根據本文對相關文獻的研究成果，就針對目前的BIM 技術輕量化相關的研究現狀，提出以下三點對策和建議：

（1）在研究BIM 技術輕量化時要注意從兩個大方向出發，一方面是自身的完善與優化，如BIM 模型數據信息格式的轉換、BIM 幾何模型的優化、BIM 技術渲染處理的研究等，另一方面是積極地與新興技術之間進行合作，如與GIS、云計算、物聯網等相關新興方向進行融合既要進一步實現自身的仿真模擬性的提升，還要學習新興事物的研究方法融入自身，等等；

（2）要加強構建BIM 技術輕量化協同平臺，BIM技術輕量化的研究不應該局限于工程個性而應該針對BIM 技術輕量化的共性進行著手研究。單一地對某項工程的BIM 模型進行輕量化研究并不能涵蓋所有，構建BIM 技術輕量化協同平臺有利于對所有項目的BIM模型進行輕量化處理。同時，BIM 技術輕量化平臺的構建還能為各行各業的專業人才進行討論研究提供了平臺于案例，有利于促進BIM 技術的高速發展；

（3）要加強高校與機構之間的合作，做到知行合一，理論與實踐相結合。通過這種合作方式不僅可以進一步加強機構的科研力量，還提供給高校學生更多的實踐機會，為以后的研究工作打下了堅實的基礎。

4 管理學視角BIM 輕量化研究方向

4.1 新一代信息技術與智能化工具的合作

大多數BIM 軟件只能針對工程中的某一方面如Revit 針對建筑結構建模、GTJ 針對鋼筋土建、GCCP針對工程量等。而BIM 輕量化的研究可以為BIM 建模過程釋放大量的空間，這就給了其他軟件發揮作用的空間，也正是當下的“BIM+”工程。除了BIM 內部之間的軟件合作，在進行BIM 技術輕量化研究時還應向當前的新興技術學習，如云計算、物聯網等，學習其研究方法、功能特征等，嘗試拓展BIM 輕量化研究的方向，將新興事物融入BIM 輕量化的研究中，打破BIM 技術的局限性。

通過新一代信息技術與智能化工具的銜接來實現BIM 技術的輕量化不僅對于BIM 技術本身的發展指明了前沿方向，還為工程項目管理提供了有力地支持。管理的本質是協同，在工程項目的全過程中，由于大量的分散、重復、低水平的工作造成了資源浪費，將簡單的問題復雜化，使得在工程項目全過程中協調管理工作難以開展，而新一代信息技術與智能化工具之間的合作所指明的BIM 輕量化方法既降低了工程項目管理環節的工作量，還細化了BIM 技術特性[15]。

4.2 構建BIM 輕量化協同平臺

隨著BIM 用戶與BIM 數據信息體量的高速增長，傳統BIM 平臺所使用的服務器已經無法帶動如此龐大的BIM 用戶與冗雜的BIM 模型，BIM 輕量化的研究雖然緩解了這一現象，但隨著時間的推移，BIM 平臺仍會再次面對這一問題。而多服務器集群式構建BIM輕量化協同平臺，一方面從外部硬件方面提高了服務器的處理能力，保證BIM 數據信息使用的高效性與穩定性，另一方面多服務器集群式構建BIM 輕量化協同平臺，可以充分發揮協同平臺的優勢，用戶協同處理工程數據、信息和模型等BIM 數據信息，從內部增強了BIM 數據獲取、處理、存儲與使用的可靠性，以保障BIM 全過程使用流暢與便捷。而且BIM 輕量化協同平臺的構建為工程項目管理環節中的數據信息的處理、設計圖復盤與技術交流等內容提供了一個良好的平臺，以促進工程項目管理的進一步優化。

4.3 BIM 移動端建設

5G 時代的到來，給予了信息傳輸行業嚴重的沖擊，信息傳輸的趨勢已經逐漸從PC 端向手機等移動端開始轉變，這一趨勢的轉變推動著各行各業的管理模式也隨之更新。而建筑行業更是首當其沖，傳統建筑行業以其龐大冗雜的工程信息數據為難點，尤其是在工程信息數據傳輸等過程中，十分依賴高配置的硬件功能。通過BIM 移動端建設來實現BIM 輕量化，大大簡化了文件交接過程，能夠更好地貫穿工程項目的整個生命周期。在設計單位、建設單位、采購單位和業主等等工程項目的相關人員之間建立一條橋梁，提高了人員之間的溝通效率與工作效率，進一步避免了信息孤島現象從而減少了管理環節中重復冗雜的工作以提供整體的管理效率[16]。