郭婧娟，田 芳

(北京交通大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，北京 100044)

一、引 言

依托BIM(Building Information Modeling)實(shí)現(xiàn)協(xié)同管理和數(shù)據(jù)共享，是工程建設(shè)領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢(shì)。隨著BIM技術(shù)在國內(nèi)外的快速發(fā)展，與地理信息系統(tǒng)、空間定位技術(shù)、人工智能等技術(shù)的集成，已逐漸成為建設(shè)行業(yè)顛覆傳統(tǒng)建造方式、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的有效路徑。近年來，在軌道交通工程領(lǐng)域，特別是鐵路建設(shè)工程中，BIM的應(yīng)用呈快速增長趨勢(shì)。由于軌道交通工程的專業(yè)特殊性，BIM在房屋建筑等類工程中的應(yīng)用成果較難被直接采用，但在鐵路系統(tǒng)大力推廣工程信息化建設(shè)的驅(qū)動(dòng)下，對(duì)BIM技術(shù)的研究和應(yīng)用也獲得了較快發(fā)展。例如，中國國家鐵路集團(tuán)有限公司在2013年就提出了以BIM技術(shù)為核心的全壽命周期信息化管理理念，并在同年成立中國鐵路BIM聯(lián)盟，大力推廣BIM鐵路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)和應(yīng)用。與此同時(shí)，國內(nèi)學(xué)術(shù)界也涌現(xiàn)了大量相關(guān)研究成果。本文以國內(nèi)外BIM在鐵路及城市軌道交通領(lǐng)域應(yīng)用情況的相關(guān)研究為對(duì)象，借助CiteSpace軟件，基于文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)理論，對(duì)2008～2019年間相關(guān)研究的期刊文獻(xiàn)及會(huì)議文獻(xiàn)進(jìn)行了梳理和分析，總結(jié)BIM在軌道交通領(lǐng)域應(yīng)用的知識(shí)基礎(chǔ)、研究熱點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)，以期為BIM在鐵路及城市軌道交通領(lǐng)域的進(jìn)一步研究應(yīng)用提供參考。

二、研究方法與數(shù)據(jù)

(一)研究方法

本文采用定性與定量相結(jié)合的研究方法。定性分析是通過對(duì)研究領(lǐng)域內(nèi)重要文獻(xiàn)的梳理總結(jié)，分析文獻(xiàn)內(nèi)容對(duì)研究領(lǐng)域的推動(dòng)作用。定量分析是通過CiteSpace軟件，對(duì)作者、關(guān)鍵詞等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，用以分析研究領(lǐng)域內(nèi)的知識(shí)基礎(chǔ)、研究熱點(diǎn)、演進(jìn)趨勢(shì)等等。

(二)數(shù)據(jù)來源

本文研究對(duì)象為BIM在鐵路和城市軌道交通領(lǐng)域研究的相關(guān)文獻(xiàn)，具體包括：中國知網(wǎng)(CNKI)文獻(xiàn)650篇，web of science網(wǎng)站文獻(xiàn)105篇，2018年BIM聯(lián)盟會(huì)議論文6篇，2018年第四屆全國BIM學(xué)術(shù)會(huì)議文獻(xiàn)4篇。檢索關(guān)鍵詞為“BIM”、“GIS”、“鐵路”、“城市軌道交通”、“地鐵”、“地下鐵道”、“軌道交通”、“建筑信息模型”、“三維建模”、“信息化”，“rail”，“railway”，“building information modeling”等。發(fā)文時(shí)間為2008年9月至2019年5月，檢索時(shí)間為2019年6月15日。通過初步篩選(剔除與主題無關(guān)等記錄)，共選出765篇文獻(xiàn)，通過閱讀文獻(xiàn)摘要等方式進(jìn)行文獻(xiàn)識(shí)別(剔除征稿通知、新聞報(bào)道等)，最終篩選出596篇文獻(xiàn)。

三、知識(shí)圖譜分析

(一)研究機(jī)構(gòu)分析

在CiteSpace軟件界面中，選擇 “institution” 作為圖譜分析節(jié)點(diǎn)，為使圖譜結(jié)果更加清晰，對(duì)比性更強(qiáng)，將Threshold值設(shè)為5，運(yùn)行軟件，得到結(jié)果如圖1所示，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分析。

如圖1所示，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)軌道交通領(lǐng)域BIM應(yīng)用研究的研究機(jī)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)大小與該機(jī)構(gòu)發(fā)文數(shù)量成正比，統(tǒng)計(jì)共涉及28家研究機(jī)構(gòu)，其中，發(fā)文數(shù)量位于前三名的分別是鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司(簡稱鐵三院)，中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司(簡稱鐵四院)以及中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司(簡稱中鐵咨詢)。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，BIM的研究力量主要集中在鐵路系統(tǒng)設(shè)計(jì)院。首先，鐵三院、鐵四院和鐵一院是中國鐵路BIM聯(lián)盟的常任理事單位，承擔(dān)了大量BIM在鐵路及城市軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用研究項(xiàng)目。其次，BIM是應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)建造管理的數(shù)據(jù)化工具，目的是實(shí)現(xiàn)工程信息在項(xiàng)目的全生命周期過程中進(jìn)行傳遞，而信息傳遞的載體則是已被賦予參數(shù)的模型，因此，模型設(shè)計(jì)無疑是應(yīng)用BIM的重要基礎(chǔ)，也是BIM應(yīng)用的開端。在BIM研究的起步階段，來自鐵路設(shè)計(jì)單位的研究成果，為后續(xù)研究奠定了重要基礎(chǔ)。此外，圖中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間連線數(shù)量較少，合作關(guān)系網(wǎng)絡(luò)十分分散，表明研究機(jī)構(gòu)之間合作程度較低，學(xué)術(shù)共同體有待進(jìn)一步完善。

目前，設(shè)計(jì)單位對(duì)于BIM應(yīng)用的研究主要集中在BIM標(biāo)準(zhǔn)的制定以及BIM在各專業(yè)工程中的應(yīng)用兩個(gè)方面。在BIM標(biāo)準(zhǔn)的研究方面，成果主要集中于鐵路工程信息模型的分類、編碼以及存儲(chǔ)等領(lǐng)域。其中，鐵三院的研究數(shù)量較為突出，成果主要集中于兩個(gè)方面：一是根據(jù)對(duì)KML、City GML、IFC等標(biāo)準(zhǔn)格式的研究，提出對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展方案并進(jìn)行比選，進(jìn)而提出針對(duì)鐵路BIM的推薦擴(kuò)展方案；二是依照ISO 12006-2體系框架提出鐵路工程信息模型分類和編碼方案。李華良等[1](2015)在此基礎(chǔ)上應(yīng)用revit、達(dá)索系統(tǒng)對(duì)方案進(jìn)行了應(yīng)用試驗(yàn)，驗(yàn)證了方案的適用性和有效性。在BIM于鐵路各專業(yè)工程應(yīng)用方面，研究成果涵蓋了橋梁、隧道、四電、站場(chǎng)等主要專業(yè)工程。例如，孟曉健[2](2018)利用Revit平臺(tái)，對(duì)鐵路車站BIM資源庫的建設(shè)與管理、信息模型設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)同設(shè)計(jì)方法、交付標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研究，并利用阿房宮車站項(xiàng)目對(duì)研究成果進(jìn)行了應(yīng)用，取得了良好的成效。寇邦寧[3](2017)從三維參數(shù)化模型建立、信息模型和GIS平臺(tái)真實(shí)場(chǎng)景展示等方面研究了鐵路隧道勘察設(shè)計(jì)的技術(shù)路線，分析并提出了BIM+GIS技術(shù)在隧道應(yīng)用中存在的問題。

(二)知識(shí)基礎(chǔ)識(shí)別

1.研究作者分析

相關(guān)研究領(lǐng)域文獻(xiàn)的引文和共引軌跡可以反映該研究領(lǐng)域的知識(shí)基礎(chǔ)，但由于CNKI導(dǎo)出的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)中不包含引文數(shù)據(jù)，因此，在該部分利用作者發(fā)文數(shù)量統(tǒng)計(jì)以及文獻(xiàn)被引量來分析軌道交通領(lǐng)域BIM應(yīng)用研究的知識(shí)基礎(chǔ)。在CiteSpace中，運(yùn)用Author節(jié)點(diǎn)，繪制得出知識(shí)基礎(chǔ)圖譜(圖2)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分析。

結(jié)合知識(shí)基礎(chǔ)圖譜分析可知：楊緒坤、李華良等在鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)的研究領(lǐng)域成果頗豐。徐博、沙培洲以及陳富強(qiáng)、姬付全等對(duì)于BIM在鐵路橋隧工程中的應(yīng)用研究具有突出貢獻(xiàn)。楊緒坤[4](2015)以IFC標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，根據(jù)鐵路工程的實(shí)際情況，對(duì)鐵路工程的信息模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了擴(kuò)展，將IFC表達(dá)的工程結(jié)構(gòu)單元、構(gòu)件等組織為各專業(yè)的信息模型。徐博[5](2015)分析并實(shí)踐了BIM應(yīng)用于隧道工程的全過程，提出了現(xiàn)階段BIM應(yīng)用于隧道工程存在的問題。與國內(nèi)相比，英美等國家相關(guān)領(lǐng)域研究較少，方向分散，發(fā)文數(shù)量突出的作者較少。Tveit, Marit等[6](2018)指出基于云的新技術(shù)可以顯著改善基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的規(guī)劃，設(shè)計(jì)和實(shí)施方式；Reinhardt, Markus等[7](2018)提出可將BIM應(yīng)用于建筑的“預(yù)測(cè)性維護(hù)”，并利用聯(lián)邦鐵路管理局某一鋼筋混凝土橋梁裂縫的檢測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行了過程演示和可行性分析。

2.經(jīng)典文獻(xiàn)分析

通過對(duì)文獻(xiàn)被引量的統(tǒng)計(jì)，篩選出影響力較深的8篇國內(nèi)外文獻(xiàn)，見表1。在BIM技術(shù)應(yīng)用于鐵路工程的研究方面，朱江[8](2010)提出了應(yīng)用BIM技術(shù)的設(shè)想和規(guī)劃，為鐵路工程應(yīng)用BIM提供了指導(dǎo)，也為后續(xù)研究奠定了基礎(chǔ)。Amann，Julian等[9](2016)引入了被稱為IFC過程語言的IFCPL語言，使軟件開發(fā)人員能夠以獨(dú)立于軟件平臺(tái)的方式在不同軟件之間交換模型信息，為BIM應(yīng)用于造價(jià)等工程全壽命周期各個(gè)階段奠定了重要基礎(chǔ)。

表1 國內(nèi)外經(jīng)典文獻(xiàn)

在BIM應(yīng)用于城市軌道交通工程中的研究方面，祝嘉[10](2008)提出了BIM應(yīng)用于城市軌道交通工程的初步設(shè)想，并從前期規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營四個(gè)階段分別進(jìn)行了闡述，為后續(xù)研究奠定了基礎(chǔ)。Marzouk, Mohamed等[11](2014)將BIM應(yīng)用于監(jiān)測(cè)地鐵內(nèi)部的熱度狀況，指出基于BIM的模型可以提供地鐵空間中的空氣溫度和濕度水平的讀數(shù)，并通過案例研究說明了所開發(fā)系統(tǒng)的功能。Mahalingam, Ashwin等[12](2015)提出將精益建造模式與BIM結(jié)合，以解決BIM技術(shù)與工作流程的協(xié)調(diào)以及項(xiàng)目參與者之間的協(xié)調(diào)問題。

通過上述分析，可將知識(shí)基礎(chǔ)總結(jié)為如下幾個(gè)方面：

(1)BIM標(biāo)準(zhǔn)的建立研究。在ISO 12006-2體系框架的基礎(chǔ)上，現(xiàn)有研究構(gòu)建了適用于鐵路工程的BIM標(biāo)準(zhǔn)體系框架，分為兩大方向7個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋了鐵路工程的全壽命周期。在此基礎(chǔ)上，現(xiàn)有文獻(xiàn)重點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)以及語義標(biāo)準(zhǔn)展開了研究。

(2)BIM技術(shù)應(yīng)用于關(guān)鍵工程的研究。這一方面的研究主要集中在鐵路工程領(lǐng)域，圍繞橋梁、隧道及站場(chǎng)等工程展開BIM應(yīng)用研究較多，在橋隧工程中，大多數(shù)研究以具體項(xiàng)目作為試點(diǎn)，通過應(yīng)用BIM技術(shù)的實(shí)踐過程發(fā)現(xiàn)問題，研究從前期基于基本BIM軟件平臺(tái)的應(yīng)用發(fā)展到后期對(duì)于BIM軟件平臺(tái)的二次開發(fā)，使得BIM軟件平臺(tái)更加符合鐵路橋隧工程的設(shè)計(jì)需求。

(3)BIM技術(shù)應(yīng)用于項(xiàng)目管理的研究。在鐵路工程方面，基于BIM的鐵路工程管理平臺(tái)的架構(gòu)研究較多，平臺(tái)致力于讓工程信息在項(xiàng)目各參與方之間有效傳遞和共享，充分發(fā)揮BIM信息的作用，更高效地進(jìn)行工程管理等。在城市軌道交通工程方面，研究主要集中于項(xiàng)目建設(shè)全壽命周期的各個(gè)階段中如何應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行管理，例如，在資源籌劃階段，應(yīng)用BIM技術(shù)解決施工邏輯關(guān)系問題，達(dá)到對(duì)資源進(jìn)行合理有效的控制等。

(三)研究熱點(diǎn)分析

關(guān)鍵詞是對(duì)整篇文章主題思想的高度凝練，因此，對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析有助于把握某一研究領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在CiteSpace軟件中，以keyword為節(jié)點(diǎn)，在圖譜結(jié)果基礎(chǔ)上分析在軌道交通領(lǐng)域BIM應(yīng)用研究的熱點(diǎn)，如圖3所示。由于國外相關(guān)領(lǐng)域研究較少，且研究主題較為分散，因此，圖譜上聚類的國外研究關(guān)鍵詞較少。

在知識(shí)圖譜中，關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻率高低以節(jié)點(diǎn)大小來表示，關(guān)鍵詞之間的共現(xiàn)關(guān)系以節(jié)點(diǎn)間的連線來表示。繪制得出的圖譜(圖3)中共有56個(gè)節(jié)點(diǎn)，在出現(xiàn)頻率較高的關(guān)鍵詞中：BIM、BIM技術(shù)、建筑信息模型等關(guān)鍵詞詞義相近，針對(duì)性不強(qiáng)，因此排除；軌道交通、城市軌道交通、鐵路及鐵路工程屬于同一研究領(lǐng)域，軌道交通包括城市軌道交通和鐵路工程，鐵路以及鐵路工程屬于同一領(lǐng)域；信息化一詞較為籠統(tǒng)，涵蓋范圍較廣，可展開分析的意義不大。因此，根據(jù)關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻率的排序及綜合篩選，確定出如下三個(gè)研究熱點(diǎn)方向：

1.協(xié)同設(shè)計(jì)。鐵路工程涉及多個(gè)專業(yè)，基于BIM如何高效、規(guī)范地協(xié)同各專業(yè)之間的設(shè)計(jì)是鐵路BIM領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)方向。目前，針對(duì)基于BIM的鐵路工程協(xié)同設(shè)計(jì)的研究主要有兩種模式：一是在現(xiàn)有的BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)基礎(chǔ)上，探索鐵路工程協(xié)同設(shè)計(jì)的方法。例如，徐博[13](2018)以Bentley平臺(tái)為基礎(chǔ)，根據(jù)鐵路工程的設(shè)計(jì)流程，分別演示了各專業(yè)工程的設(shè)計(jì)方法以及信息管理和傳遞的方式，為基于BIM的鐵路工程正向設(shè)計(jì)提出了建議。朱晴晴等[14](2017)基于達(dá)索3DExperience平臺(tái)，從骨架驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方法、自上而下設(shè)計(jì)模式、人員組織管理以及平臺(tái)權(quán)限配置等幾個(gè)方面總結(jié)梳理了鐵路工程協(xié)同設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方式。二是基于BIM技術(shù)以及協(xié)同管理相關(guān)理論，構(gòu)建鐵路項(xiàng)目協(xié)同管理平臺(tái)。例如，周穎[15](2017)設(shè)計(jì)了基于BIM的鐵路工程數(shù)字化管理平臺(tái)，通過構(gòu)建BIM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并進(jìn)行持久化處理等一系列方式，完成了基于BIM的鐵路工程數(shù)字化協(xié)同管理平臺(tái)的構(gòu)建。在城市軌道交通領(lǐng)域，研究主要集中于城軌綜合體設(shè)計(jì)以及各專業(yè)工程的設(shè)計(jì)。張燦[16](2017)通過對(duì)提升城市軌道交通設(shè)計(jì)效率的BIM協(xié)作方案分析，創(chuàng)建了BIM協(xié)作導(dǎo)則。段勁夫[17](2017)提出并實(shí)踐研究了將BIM三維協(xié)同設(shè)計(jì)模式應(yīng)用于地鐵車站設(shè)計(jì)，針對(duì)實(shí)踐中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)提出了建議。

2.施工管理。在鐵路工程領(lǐng)域，研究主要圍繞各專業(yè)工程展開。例如，在信號(hào)工程中，BIM主要用于線路的布線設(shè)計(jì)以及碰撞檢查，對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行模型組建，實(shí)現(xiàn)施工成果的順利轉(zhuǎn)接。在路基工程中，通過在BIM的基礎(chǔ)上建立坡度控制系統(tǒng)，利用GNSS流動(dòng)站、無線電臺(tái)、壓實(shí)傳感器等一系列工具來實(shí)現(xiàn)BIM與路基填筑實(shí)際施工的對(duì)接，達(dá)到BIM精準(zhǔn)控制路基填筑施工質(zhì)量的效果。在隧道工程中，BIM主要被用于項(xiàng)目的4D施工管理，即在傳統(tǒng)的3D模型中加入時(shí)間維度，用以模擬實(shí)際施工過程，建立虛擬施工管理方案。在橋梁工程中，通過在BIM軟件(如 Revit)中預(yù)先定位、標(biāo)高測(cè)量以及特定拾取等功能，實(shí)現(xiàn)施工點(diǎn)位的精準(zhǔn)定位。在施工管理方面，研究焦點(diǎn)從最初的3D精準(zhǔn)建模，逐漸過渡到4D施工過程模擬，直至目前的5D探索研究。同時(shí)，研究愈發(fā)集中于BIM軟件中特定功能的應(yīng)用，如坐標(biāo)、高程的預(yù)設(shè)，特定標(biāo)高的拾取等。BIM與其他數(shù)字化工具結(jié)合應(yīng)用，共同指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工也成為了BIM應(yīng)用于施工管理的一大熱點(diǎn)。在地鐵工程領(lǐng)域，研究主要圍繞BIM應(yīng)用于機(jī)電安裝工程及車站工程展開。在機(jī)電安裝工程方面，研究大多集中于利用BIM對(duì)機(jī)電管線布置模擬，對(duì)管線安裝進(jìn)行碰撞監(jiān)測(cè)及可視化管理，從而進(jìn)行管線布置優(yōu)化，降低實(shí)際施工中的錯(cuò)誤率。在車站工程方面，研究大多集中在BIM應(yīng)用于地鐵三維施工模擬方面，例如，吳衛(wèi)民等[18](2019)以BIM三維建模技術(shù)與信息技術(shù)及計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)結(jié)合為基礎(chǔ)，提出了基于 BIM 的施工模型信息實(shí)時(shí)更新以及基于模型的地鐵車站實(shí)時(shí)施工模擬流程，以實(shí)現(xiàn)將現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)自動(dòng)識(shí)別到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通過特征提取、分類匹配形成參數(shù)化構(gòu)件，實(shí)時(shí)更新到BIM模型當(dāng)中，從而進(jìn)行實(shí)時(shí)的施工模擬。

3.運(yùn)維階段可視化管理。在鐵路工程領(lǐng)域，最具代表性的應(yīng)用為借助BIM的三維虛擬技術(shù)，增強(qiáng)采集信息的預(yù)處理能力，提高信息檢測(cè)的精準(zhǔn)度。例如，在高速鐵路變形監(jiān)測(cè)中，張婧宜等[19](2018)將 BIM 虛擬技術(shù)與高速鐵路變形監(jiān)測(cè)信息融合，利用Multi-Quadric 徑向函數(shù)，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值計(jì)算，構(gòu)建鐵路變形監(jiān)測(cè)的信息模式，再融合距離映射法獲得變形監(jiān)測(cè)信息競爭層神經(jīng)元和輸入模式矢量的相似度，將輸入矢量降維，并映射到二維平面，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路變形信息的可視化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；張宇昕等[20](2019)采用 Sketch Up建模軟件，根據(jù)軌道頂面的實(shí)際三維坐標(biāo)進(jìn)行建模，并加以軌道板、軌枕、鋼軌及其他高鐵構(gòu)件進(jìn)行實(shí)景化，將軌距誤差在模型中分級(jí)展示，直觀判斷軌距超限的里程分布狀況，從而實(shí)現(xiàn)軌道檢測(cè)數(shù)據(jù)的可視化分析；曲帥[21](2019)結(jié)合SHM(健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng))的原理，利用Navisworks Manage軟件，將鐵路站房的三維模型與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)工程健康監(jiān)測(cè)可視化。在地鐵工程方面，研究主要集中于如何應(yīng)用BIM提高對(duì)地鐵設(shè)備、安全、日常運(yùn)營維護(hù)的管理效率。趙玉林等[22](2018)在BIM與FM(設(shè)施管理)融合技術(shù)應(yīng)用于大型建筑案例的基礎(chǔ)上，提出了在地鐵項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)BIM與FM技術(shù)的融合，通過二者之間數(shù)據(jù)、信息的交換共享，共同形成一個(gè)有機(jī)整體，提高地鐵空間、設(shè)備、運(yùn)維管理的效率。李寬麗[23](2017)提出可通過將BIM模型與傳感器、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵內(nèi)部運(yùn)營狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)還可通過將BIM模型數(shù)據(jù)信息與各運(yùn)維管理系統(tǒng)(如CMMS, CAFM, EDMS, EMS等)相連接，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)之間的信息共享和業(yè)務(wù)協(xié)調(diào)。林云志等[24](2018)通過將地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)與BIM技術(shù)相結(jié)合，分析了構(gòu)建地鐵3D運(yùn)維管理平臺(tái)的方法，維護(hù)管理輔助決策、資產(chǎn)設(shè)備可視化管理、應(yīng)急指揮決策及運(yùn)維流程管理等功能。

從上述三個(gè)研究熱點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)，研究均圍繞著BIM在軌道工程全壽命周期中各階段的應(yīng)用展開，基于BIM技術(shù)對(duì)軌道工程進(jìn)行全壽命周期管理已成為領(lǐng)域內(nèi)學(xué)者及相關(guān)專業(yè)人士關(guān)注的重點(diǎn)。事實(shí)上，基于BIM實(shí)現(xiàn)的“一模到底”功能使得項(xiàng)目信息可以精確地傳遞到項(xiàng)目各階段，項(xiàng)目各參與方可以根據(jù)需要隨時(shí)補(bǔ)充、修正模型信息，并通過與新興科技的融合，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全生命周期的精準(zhǔn)化管理。例如，在勘察階段，BIM可與GIS、無人機(jī)實(shí)景建模技術(shù)、VR技術(shù)等相結(jié)合，建置地質(zhì)現(xiàn)況、道路沿線房屋分布情況等模型信息[25]，以提供各生命周期的作業(yè)所需地質(zhì)及周邊概況信息；在成本估算階段，可在勘察階段成果的基礎(chǔ)上進(jìn)行初始規(guī)劃、大致選定相應(yīng)輔助設(shè)施的位置[26]，分析和考慮交通運(yùn)輸狀況，進(jìn)行土方量分析、洪水分析等，確定較好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，并且，隨著信息的不斷補(bǔ)充以及BIM模型精度的不斷提高，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)能更加精準(zhǔn)的估算材料數(shù)量，以確保設(shè)計(jì)成本在原定的預(yù)算范圍內(nèi)，并視需要快速輸出更改設(shè)計(jì)后及施工預(yù)組件的數(shù)量，合理進(jìn)行成本的動(dòng)態(tài)控制。

(四)研究階段劃分

CiteSpace可根據(jù)某一段時(shí)間內(nèi)某一關(guān)鍵詞出現(xiàn)數(shù)量的突變來探測(cè)研究主題的變化[27]，并由此得出研究主題隨時(shí)間的演變趨勢(shì)[28]。選擇“keyword”作為節(jié)點(diǎn)，繪制出高頻突現(xiàn)關(guān)鍵詞時(shí)序圖(圖4)?？傮w來看，BIM在鐵路及城市軌道交通領(lǐng)域的研究發(fā)展可分為三個(gè)階段：基礎(chǔ)理論研究、初級(jí)應(yīng)用研究和深入應(yīng)用研究。

1.基礎(chǔ)理論研究階段

如圖4所示，2008～2012年，BIM在鐵路及城市軌道交通領(lǐng)域的研究處于基礎(chǔ)理論研究階段。在這一階段，BIM技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于房屋建筑工程，但在鐵路工程以及城市軌道交通領(lǐng)域中的應(yīng)用尚未成熟[29]。業(yè)內(nèi)專家學(xué)者針對(duì)鐵路及城市軌道工程的特點(diǎn)，結(jié)合BIM的基本理論，對(duì)BIM在鐵路及城市軌道工程中應(yīng)用的可行性進(jìn)行了設(shè)想與探究，研究主要圍繞應(yīng)用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，以及通過BIM與各種信息化手段結(jié)合，實(shí)現(xiàn)工程的信息化管理等內(nèi)容展開。該階段的研究，為后續(xù)研究的開展指明了方向。

2.初級(jí)應(yīng)用研究階段

2013年，中國國家鐵路集團(tuán)有限公司明確提出以BIM技術(shù)為核心的全壽命周期信息化管理理念，BIM的應(yīng)用得到越來越多的重視，在此期間也涌現(xiàn)出大量關(guān)于BIM應(yīng)用的研究。在這一階段，研究內(nèi)容在信息化、協(xié)同設(shè)計(jì)等主題的基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)化，“軌道交通”、“應(yīng)用”、“Revit”、“參數(shù)化”等主題成為新的研究重點(diǎn)，BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用研究已取得初步成果。2014年，BIM技術(shù)在施工管理中的應(yīng)用也成為熱門話題。隨著人們對(duì)于BIM技術(shù)認(rèn)識(shí)的不斷深入，對(duì)于BIM技術(shù)的應(yīng)用研究已不僅僅局限于設(shè)計(jì)階段[30]，研究重點(diǎn)開始從設(shè)計(jì)階段逐步向施工階段轉(zhuǎn)移。但在該階段，BIM技術(shù)在施工管理中的應(yīng)用研究尚停留在概念階段。由于軌道交通工程涉及的專業(yè)范圍較多，不同專業(yè)施工方法、特點(diǎn)差異較大，對(duì)于BIM技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)也各不相同[31]，因此，后續(xù)的研究也主要圍繞BIM技術(shù)在各專業(yè)工程中的應(yīng)用展開。

3.深入應(yīng)用研究階段

2015～2018年，隨著BIM標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展以及BIM技術(shù)在試點(diǎn)工程中的應(yīng)用不斷增多，研究進(jìn)入到了深入應(yīng)用研究階段。2015～2016年，研究高頻關(guān)鍵詞為“橋梁工程、質(zhì)量安全、施工模擬”等主題，這表明，研究在這一階段更加聚焦于BIM在軌道交通各專業(yè)工程領(lǐng)域以及施工管理中的應(yīng)用。BIM在施工技術(shù)中的應(yīng)用研究已逐漸發(fā)展成熟。2016～2018年，隨著BIM技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，其在工程全壽命周期管理中的應(yīng)用價(jià)值也得到了廣泛關(guān)注?！癎IS”、“全生命周期”等研究高頻關(guān)鍵詞表明，通過與GIS、無人機(jī)等一些新興信息管理技術(shù)的結(jié)合，將BIM技術(shù)擴(kuò)展應(yīng)用至工程全生命周期管理[32]，已成為學(xué)者們關(guān)注的另一個(gè)焦點(diǎn)。例如，在鐵路設(shè)計(jì)前期，利用無人機(jī)航拍采集地理信息并導(dǎo)入專業(yè)軟件(如Context Capture等)生成GIS模型，用以輔助BIM設(shè)計(jì)建模。而2018年的高頻研究關(guān)鍵詞“運(yùn)維”表明，對(duì)于BIM技術(shù)應(yīng)用的研究已延伸至項(xiàng)目運(yùn)維階段，真正意義上落實(shí)了對(duì)BIM應(yīng)用于工程全生命周期管理的研究。

總體來看，在BIM技術(shù)被引入國內(nèi)的早期階段，部分研究者抓住先機(jī)，主要著眼于如何將BIM技術(shù)應(yīng)用于軌道交通工程，扭轉(zhuǎn)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和信息管理模式。隨后研究主題不斷增加細(xì)化，研究者從早期著重探討B(tài)IM技術(shù)的應(yīng)用思路逐漸過渡到在工程設(shè)計(jì)階段的具體應(yīng)用方法，研究者也同時(shí)聚焦BIM技術(shù)在軌道工程施工管理中應(yīng)用的可行性及前景。隨著BIM技術(shù)的不斷發(fā)展以及人們對(duì)BIM技術(shù)認(rèn)識(shí)的不斷深入，研究者重點(diǎn)關(guān)注軌道交通各專業(yè)工程領(lǐng)域施工過程中對(duì)于BIM技術(shù)的應(yīng)用。同時(shí)，如何將BIM技術(shù)應(yīng)用于工程全生命周期管理也成為了學(xué)者們研究的重點(diǎn)。BIM技術(shù)的出現(xiàn)，改變的不僅僅是設(shè)計(jì)建模方式，更是工程信息的集成和管理手段，因此，如何將BIM技術(shù)與新興的信息收集、管理技術(shù)相結(jié)合，更好地服務(wù)于工程信息管理，也成為了新的研究熱點(diǎn)。這說明，國內(nèi)學(xué)者能緊跟時(shí)代步伐，抓住BIM技術(shù)應(yīng)用中的關(guān)鍵問題，為軌道交通工程的發(fā)展建言獻(xiàn)策。

四、總結(jié)與展望

(一)研究評(píng)價(jià)總結(jié)

通過上文分析，BIM技術(shù)在軌道工程領(lǐng)域的研究與應(yīng)用表現(xiàn)出如下特點(diǎn)：

1.研究發(fā)展方面。BIM技術(shù)在軌道工程領(lǐng)域的應(yīng)用研究關(guān)注度高，增長迅速。國內(nèi)學(xué)者與相關(guān)機(jī)構(gòu)能夠針對(duì)BIM應(yīng)用于軌道工程領(lǐng)域中的重難點(diǎn)問題，以全面推廣BIM在軌道工程全壽命周期管理中的應(yīng)用為導(dǎo)向進(jìn)行支持性研究，為軌道工程建設(shè)的信息化發(fā)展提供了科學(xué)依據(jù)和實(shí)質(zhì)性推進(jìn)。在研究歷程中，涌現(xiàn)了如朱江、徐博、楊旭坤、李華良等為代表的大量學(xué)者，以及鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院、中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司等為代表的研究機(jī)構(gòu)，產(chǎn)出較多具有廣泛影響力的學(xué)術(shù)成果，為推動(dòng)BIM在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用起到很強(qiáng)的支持作用。

2.研究熱點(diǎn)與難點(diǎn)方面。主要集中在以BIM技術(shù)為核心的協(xié)同設(shè)計(jì)、施工管理、運(yùn)維階段可視化管理、BIM技術(shù)在軌道工程全壽命周期管理中的應(yīng)用等主題；研究歷程方面，從早期注重BIM技術(shù)在軌道交通工程設(shè)計(jì)、施工階段的應(yīng)用向運(yùn)維階段、全壽命周期管理等更為深入、前沿的議題發(fā)展，抓住BIM應(yīng)用于軌道工程的重點(diǎn)領(lǐng)域，為BIM技術(shù)的全面推廣與應(yīng)用發(fā)揮重要的智力支撐作用。隨著BIM技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，從基礎(chǔ)理論研究到初步應(yīng)用探索，再發(fā)展到深入應(yīng)用，研究者對(duì)BIM技術(shù)應(yīng)用于軌道工程領(lǐng)域的意義和實(shí)現(xiàn)方式的認(rèn)識(shí)在不斷深化。

(二)前景展望

雖然國內(nèi)相關(guān)研究已取得豐碩成果,但從BIM技術(shù)應(yīng)用于軌道交通工程全壽命周期管理的實(shí)現(xiàn)來看,仍存在提升空間。

1.研究成果的針對(duì)性與實(shí)用性尚待加強(qiáng)?，F(xiàn)有研究中有相當(dāng)數(shù)量的文獻(xiàn)在重復(fù)研究IFC等BIM標(biāo)準(zhǔn)在軌道工程領(lǐng)域的擴(kuò)展，搭建的概念框架較多，內(nèi)容接近。如諸多研究在擴(kuò)展BIM標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，只停留在標(biāo)準(zhǔn)框架搭建、工程體系結(jié)構(gòu)分解、標(biāo)準(zhǔn)編制方法層面，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的適用性以及未來的擴(kuò)展方向涉及較少，標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)用性和有效性有待商榷。因此，未來研究應(yīng)在已搭建的標(biāo)準(zhǔn)框架下，重視標(biāo)準(zhǔn)的完善、驗(yàn)證及推廣實(shí)施，進(jìn)一步編制完善鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)體系[33]。針對(duì)已經(jīng)發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)，研究的重點(diǎn)是如何在工程中進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的驗(yàn)證以及驗(yàn)證后的修改完善。同時(shí)，若要全面推廣貫徹標(biāo)準(zhǔn)，就必須要讓標(biāo)準(zhǔn)在設(shè)計(jì)軟件中落地，因此，標(biāo)準(zhǔn)與BIM設(shè)計(jì)軟件的結(jié)合也是一個(gè)重要的研究方向。

2.數(shù)據(jù)集成管理、信息精準(zhǔn)傳遞等方面的研究尚待加強(qiáng)。BIM技術(shù)在鐵路及城市軌道交通工程中的應(yīng)用不斷成熟，為鐵路及城市軌道交通工程實(shí)現(xiàn)數(shù)字化施工奠定了重要基礎(chǔ)，同時(shí)也為建設(shè)管理平臺(tái)的建設(shè)提供了大量的基礎(chǔ)信息和資源，以BIM技術(shù)為核心的建設(shè)管理平臺(tái)不僅可以實(shí)現(xiàn)海量工程數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與調(diào)用，還可以實(shí)現(xiàn)異源數(shù)據(jù)的融合與傳遞，提高工程參建各方信息共享效率。目前，鐵路系統(tǒng)內(nèi)部的建設(shè)管理平臺(tái)已經(jīng)初步建成，但平臺(tái)信息無法全面滿足工程管理的需要，還存在著諸如接口標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不完善、多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合困難等問題，未充分實(shí)現(xiàn)BIM與新技術(shù)的融合。因此，今后需圍繞實(shí)現(xiàn)建設(shè)管理平臺(tái)與其他應(yīng)用軟件高效對(duì)接、多原廠模型文件格式轉(zhuǎn)換統(tǒng)一、模型高壓縮輕量化處理、數(shù)據(jù)云端高效存儲(chǔ)發(fā)布、跨瀏覽器可視化交互展、多平臺(tái)多應(yīng)用模式等問題開展研究[34]，加強(qiáng)研究的前瞻性，提高綜合研判能力和智力支撐水平。