賴華輝，侯 鐵，鐘祖良，馬 聰

(1. 深圳市市政設計研究院有限公司, 廣東 深圳 518029；2. 重慶大學 土木工程學院，重慶 400045；3. 中南大學 土木工程學院，湖南 長沙 410075)

為促進建筑項目各方之間數(shù)據(jù)的有效共享與交換，buildingSMART International(bSI，前身為International Alliance for Interoperability，IAI)致力于研究建筑領域的公共數(shù)據(jù)標準，即后來的IFC(Industry Foundation Classes)標準。IFC從1996年發(fā)布第一版本IFC1.0至今，得到國外業(yè)界專家的大量關注和投入，至今已正式發(fā)布至IFC4.1[1]。國外學者的IFC研究側重于底層數(shù)據(jù)結構及其數(shù)據(jù)交互，在不斷完善IFC數(shù)據(jù)標準的基礎上[2]，基于IFC標準在結構分析[3]、能耗模擬[4]、安全監(jiān)測[5]、運維管理[6]等領域開展大量的數(shù)據(jù)交互研究，促進了建筑項目全生命周期的數(shù)據(jù)應用[7]。

IFC作為建筑領域一個新興的數(shù)據(jù)標準，在我國建筑領域的研究與應用起步較國外晚，但隨著BIM(Building Information Modelling)技術的廣泛應用，開始逐漸得到研究學者和業(yè)界人士的關注。國內(nèi)現(xiàn)階段關于IFC的研究重點和發(fā)展趨勢與國外的不同，較多地關注工程項目中的IFC應用，且國內(nèi)研究涉及的內(nèi)容和方法與國外的不盡相同，有必要系統(tǒng)分析國內(nèi)IFC的研究熱點及其演進趨勢，以期為國內(nèi)學者和業(yè)界人士開展IFC研究與應用提供借鑒，也為國內(nèi)BIM應用的IFC發(fā)展提供指引。應說明的是，IFC標準起源于國外，國外在IFC方面開展了大量研究，從基于IFC的底層數(shù)據(jù)研究，到建筑領域不同方向的IFC應用。由于篇幅所限，本文聚焦分析國內(nèi)的IFC研究現(xiàn)狀，將在下一篇文章中深入分析國外的IFC研究，以期為國內(nèi)IFC發(fā)展提供參考。

1 研究方法

知識圖譜是“以知識域為對象，顯示科學知識的發(fā)展進程與結構關系的一種圖形”[8]。本文主要采用定量和定性相結合的方法分析所收集的文獻。定量分析方法主要采用文獻計量方法，通過研究關鍵詞、研究演進、研究分布等方面對國內(nèi)IFC研究文獻進行統(tǒng)計與分析，并采用CiteSpace軟件繪制相應的知識圖譜；定性分析方法主要基于定量分析結果，深入分析國內(nèi)IFC的研究熱點、演進等，并探討國內(nèi)IFC發(fā)展趨勢。其中，基于CiteSpace的文獻計量方法主要步驟如下：

(1)數(shù)據(jù)源的選取。本文主要分析國內(nèi)IFC研究，因此選取中國知網(wǎng)CNKI數(shù)據(jù)庫進行文獻數(shù)據(jù)的采集。

(2)數(shù)據(jù)采集及清洗。本文采用主題檢索方式檢索相應資料，主題包括“IFC”“Industry Foundation Classes”“工業(yè)基礎類”，并剔除“國際金融中心”等與IFC縮寫相同的詞匯，以減少后期的數(shù)據(jù)篩選工作。檢索的時間范圍從1996年到2019年(截止至2019年4月底)。經(jīng)CNKI的初步檢索，采集得到2003—2019年期間726條記錄。為排除征文通知、新聞報道等無效記錄，分別通過文獻摘要、文獻內(nèi)容等人工研讀方式清洗無效記錄，最終得到有效記錄465條。

(3)知識圖譜繪制。本文利用CiteSpace繪制相關知識圖譜。其中，模塊值Q(Modularity)和平均輪廓值MS(Mean Silhouette)可評估圖譜繪制的質(zhì)量[9]：模塊值Q表示圖譜網(wǎng)絡的模塊度，當Q>0.3時，表明圖譜的聚類效果顯著；平均輪廓值MS可用于評估網(wǎng)絡的同質(zhì)性，當MS>0.5時，表明聚類是合理的。

(4)關注點討論。本文根據(jù)繪制的知識圖譜，對國內(nèi)IFC研究和應用的關鍵領域、重要影響、發(fā)展趨勢、研究分布等方面進行討論。

2 研究熱點分析

關鍵詞是論文研究領域、思想、方法等方面的高度濃縮?？刹捎藐P鍵詞繪制知識圖譜，以分析IFC的研究熱點。圖1展示了采用CiteSpace繪制的研究熱點知識圖譜(類型為“Keyword”)。該知識圖譜的Q=0.6215，MS=0.5335，符合知識圖譜的聚類要求。

圖1 國內(nèi)IFC研究熱點知識圖譜

圖1的知識圖譜共有121個網(wǎng)絡節(jié)點以及222根連線。從圖1可見，IFC與BIM之間存在非常緊密的關系(圖1中，BIM技術與BIM、建筑信息模型、建筑信息模型(BIM)同義)。BIM的提出背景是建筑項目各方基于統(tǒng)一模型開展協(xié)同工作。IFC標準作為建筑領域的數(shù)據(jù)存儲標準，奠定了BIM應用的數(shù)據(jù)基礎。因此，二者在相關領域存在眾多交叉。為進一步分析IFC的研究熱點，除IFC，BIM及其同義詞匯，根據(jù)頻次得到前20個關鍵詞，如表1所示。

分析圖1和表1，除IFC和BIM，其它研究熱點分布較分散，頻次分布較均勻，各領域之間存在

表1 國內(nèi)IFC研究熱點高頻詞

多種交叉。在2003—2019年期間，國內(nèi)的IFC研究熱點可總結為以下四個方面：

(1)數(shù)據(jù)交互。IFC的提出背景是實現(xiàn)建筑領域各軟件之間的數(shù)據(jù)交互。國內(nèi)很多學者基于IFC研究建筑項目數(shù)據(jù)的共享與交換，“數(shù)據(jù)交換”“數(shù)據(jù)轉換”“信息交換”等高頻詞驗證了這一現(xiàn)象。特別地，IFC與城市數(shù)據(jù)(CityGML)[10,11]、地理信息(Geographic Information System，GIS)[12,13]之間的轉換研究，突顯了IFC在城市、建筑、地理之間數(shù)據(jù)交互過程中所起的重要作用。

(2)數(shù)據(jù)集成。IFC定義了建筑項目不同專業(yè)信息的表達方法，可用于存儲建筑項目全生命周期數(shù)據(jù)。由于三維模型數(shù)據(jù)量大、關系復雜，國內(nèi)部分學者研究“信息集成”“信息化”“數(shù)據(jù)庫”等[14～16]，以優(yōu)化IFC的集成效率與質(zhì)量。

(3)數(shù)據(jù)應用?；贗FC的BIM模型為不同業(yè)務應用提供了統(tǒng)一數(shù)據(jù)，如何有效地將這些數(shù)據(jù)運用在實際建筑項目的業(yè)務應用中，是IFC應用過程的重要問題之一。經(jīng)文獻分析，現(xiàn)階段已出現(xiàn)了基于IFC的“進度管理”“成本控制”“施工管理”等[17～19]應用方面的研究。

(4)新技術結合。隨著建筑項目數(shù)據(jù)量的不斷累積，如何更高效地存儲、交換、提取和管理這些數(shù)據(jù)，成為建筑項目信息化過程中必須解決的問題之一。通過分析圖1的關鍵詞，可發(fā)現(xiàn)國內(nèi)學者已開始基于“云計算”“神經(jīng)網(wǎng)絡”“本體”等[20～22]建筑領域的新技術和IFC標準開展建筑項目數(shù)據(jù)處理研究。

3 研究演進探討

本文搜索了1996—2019年范圍的IFC研究文章，最終得到2003—2019年期間的465條記錄。可見，盡管bSI在1996年已經(jīng)發(fā)布IFC1.0，但國內(nèi)從2003年才開始研究IFC標準。根據(jù)時間跨度整理分析所采集的文獻記錄，如圖2所示。從2003年開始，我國關于IFC的研究文獻數(shù)量逐年增多。由于采集數(shù)據(jù)截止至2019年4月，故2019年的文獻數(shù)量較少?？梢灶A期，隨著IFC的深入研究和應用，將有更多研究成果得到發(fā)布。進一步，根據(jù)不同時間段的突現(xiàn)詞分析IFC研究的演進趨勢，如圖3所示。此處同樣以關鍵詞作為突現(xiàn)詞，繪制關鍵詞時序圖。

圖2 國內(nèi)IFC研究文獻的年發(fā)表量

圖3 國內(nèi)IFC研究的關鍵詞時序圖

從圖3可知，我國關于IFC的研究可分為三個階段：基礎研究、深入研究、擴展應用。

2003—2010年是國內(nèi)IFC研究的第一個階段，即基礎研究階段。國家“十五”重點科技攻關項目專題“基于IFC標準的4D施工管理原型系統(tǒng)研究與示范應用”(2004—2005年)[23]是比較早期的研究課題之一，主要研發(fā)基于IFC的建筑結構CAD軟件系統(tǒng)、4D施工管理系統(tǒng)等原型系統(tǒng)。緊接著，國家科技部批復開展“十一五”科技支撐計劃項目“現(xiàn)代建筑設計與施工關鍵技術研究”[24]，并設立“建筑協(xié)同設計關鍵技術研究[25]”“建筑設計與施工一體化平臺信息共享技術研究[26]”“綠色建筑全生命周期信息模型研究[27]”等專題，這些專題研究均涉及了IFC研究?？梢钥吹剑撾A段的研究以國家政策推動為契機，圍繞IFC研究建筑項目數(shù)據(jù)共享與交換等方面的基礎問題，并探索性地研發(fā)相關的原型系統(tǒng)。

第二階段(2010—2015年)是關于IFC的深入研究。通過前期的積累，對IFC標準已經(jīng)有了更清晰的定位和關注點。住建部在2011年發(fā)布《2011—2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，明確要求“加快建筑信息模型(BIM)、基于網(wǎng)絡的協(xié)同工作等新技術在工程中的應用”，也促進了BIM數(shù)據(jù)標準IFC的研究。在此階段，國內(nèi)學者對IFC數(shù)據(jù)結構開展了深入研究，如“文本挖掘”“信息交付手冊(Information Delivery Manual，IDM)”“模型視圖定義(Model View Definition，MVD)”等[28～30]，為建筑項目多方基于IFC標準的數(shù)據(jù)共享與交換提供了技術支撐。

2015年至今的階段為擴展應用階段。國內(nèi)學者深入研究了IFC在建筑項目全生命周期過程中的應用問題，如“協(xié)同設計”“施工監(jiān)測”“運維管理”等[31～33]。應注意的是，IFC標準現(xiàn)階段主要針對一般建筑，國內(nèi)早期階段的研究主要集中在民用建筑。為滿足其它類型建筑項目的數(shù)據(jù)交互需要，部分學者開始研究IFC在其它建筑項目中的應用，如“軌道工程”“輸變電工程”“水利水電工程”等[34～36]。這些研究填補了IFC在其它建筑類型項目中應用的不足，為IFC成為完善的建筑領域數(shù)據(jù)標準奠定了基礎。

4 研究分布分析

4.1 核心文獻群

核心文獻是指具有權威性的經(jīng)典文獻，其它文獻以此為知識基礎形成自身的知識體系。根據(jù)被引頻次，表2整理了17篇被引頻次較高的核心文獻，每篇文獻的被引頻次均在96次以上(截止至2019年4月底)。

表2 國內(nèi)IFC研究核心文獻

經(jīng)分析，表2的文獻可分為三類：概念研究、基礎研究、原型系統(tǒng)研發(fā)。IFC剛引入國內(nèi)時，還缺乏相關的知識體系，邱奎寧[37]、何關培[38]等研究IFC的基礎知識及其體系，推動IFC標準在國內(nèi)的普及。隨著對IFC標準的逐漸認識，國內(nèi)學者開始研究基于IFC的BIM數(shù)據(jù)交互，如鄧雪原等[39]、李艷妮[40]采用IFC數(shù)據(jù)作為中間格式，研究建筑模型與結構模型之間的數(shù)據(jù)轉換；張建平等[41]、張洋[42]基于IFC標準開展建筑工程模型數(shù)據(jù)的集成、轉換。隨后越來越多的學者開始研發(fā)基于IFC的BIM原型系統(tǒng)，以期更高效地管理建筑項目全生命周期的信息。張建平等[23]基于IFC建立4D信息模型，并研發(fā)面向建筑施工的4D項目管理系統(tǒng)，可實現(xiàn)進度控制、資源管理、場地布置等；鄧雪原等[43]基于IFC標準開展建筑多專業(yè)協(xié)同設計管理的研究，并搭建BIM建筑協(xié)同管理平臺；劉照球等[44]通過分析建筑結構模型基本對象的表達，設計建筑結構信息模型集成框架，可轉換建筑結構信息模型。

4.2 論文來源分析

統(tǒng)計所采集的465條文獻記錄，可得到所有文獻的發(fā)布來源。根據(jù)類型可分為期刊論文、學位論文和會議論文。

經(jīng)統(tǒng)計，共有117種期刊發(fā)表了關于IFC研究的文獻，圖4匯總了主要的學術期刊(發(fā)表文獻數(shù)量≥3篇)。從圖中可見，IFC研究論文發(fā)表量最多的期刊包括《土木建筑工程信息技術》、《鐵路技術創(chuàng)新》等。其中，《土木建筑工程信息技術》創(chuàng)刊于2009年，主要刊登國內(nèi)土木工程行業(yè)信息技術方面的成果與動態(tài)，其創(chuàng)刊時間與BIM技術廣泛應用的時間較吻合，對BIM，IFC等方面的關注度較高?！惰F路技術創(chuàng)新》由中國鐵道科學研究院主辦，中國鐵路BIM聯(lián)盟在2014年正式成立，并借鑒IFC標準研究鐵路領域的BIM數(shù)據(jù)標準。因此，鐵路領域大量的IFC研究成果發(fā)布在該期刊上。其它期刊發(fā)表文獻的數(shù)量相對較少，說明IFC作為建筑領域信息化的新方向，仍需要投入更多的關注，以推動國內(nèi)的IFC發(fā)展。

圖4 國內(nèi)IFC研究的發(fā)表期刊

學位論文一般是課題團隊在某一階段研究得到的成果，在一定程度上可反映課題團隊對該領域發(fā)展的重視程度。經(jīng)統(tǒng)計，共有50個高校或研究院發(fā)表了與IFC相關的學位論文，表明IFC研究已得到國內(nèi)廣大學者的重視。其中，正式對外發(fā)布與IFC相關的學位論文較多的研究機構包括：清華大學(13)、華中科技大學(11)、大連理工大學(10)、天津大學(9)、哈爾濱工業(yè)大學(9)、上海交通大學(7)、東南大學(6)、北京建筑大學(5)。研究機構后的數(shù)字為學位論文數(shù)量，包括碩士和博士學位論文。上述機構形成較多的學位論文，一定程度上表明IFC研究已成為上述機構相關課題組在土木建筑領域發(fā)展的重要方向。

對于會議論文，共統(tǒng)計得到18項會議論文集收錄與IFC相關的論文。其中，全國BIM學術會議、全國工程建設計算機應用學術會議、工程建設計算機應用創(chuàng)新論壇、建筑業(yè)企業(yè)信息化應用發(fā)展研討會收錄的相關論文最多。上述會議主要以建筑領域信息化為主題，表明IFC研究在建筑業(yè)信息化發(fā)展中的重要作用。另一方面，在18項會議論文集的統(tǒng)計結果中，傳統(tǒng)主題的會議(如結構工程、巖土工程、綠色建筑等)收錄的IFC研究論文極少，說明傳統(tǒng)方向基于IFC的研究與應用仍相對較少。

5 結 論

本文以CNKI數(shù)據(jù)庫所得到的國內(nèi)IFC研究文獻為數(shù)據(jù)樣本(2003—2019年)，采用知識圖譜的方法分析IFC的研究熱點、研究演進和研究分布等問題。相關結論如下：

(1)在研究熱點方面，除BIM，IFC等緊密相關的關鍵詞，高頻詞還包括信息模型、數(shù)據(jù)交換、信息集成等。進一步分類，現(xiàn)階段IFC研究熱點主要集中在數(shù)據(jù)交互、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)應用等方面。同時，一些新技術(如云計算、人工智能)開始應用在建筑項目IFC數(shù)據(jù)研究上，成為IFC發(fā)展的新方向。

(2)在研究演進方面，國內(nèi)IFC發(fā)展經(jīng)歷了基礎研究、深入研究和擴展應用等階段。近年來，IFC的研究領域已從一般建筑項目擴展到軌道工程、電網(wǎng)工程、水利工程等市政基礎項目，促進了國內(nèi)更多建筑類型項目的IFC應用。

(3)在研究分布方面，IFC的核心文獻聚焦在概念研究、基礎研究和原型系統(tǒng)研發(fā)等方面，綜合性文獻成果相對較少。在論文發(fā)布方面，與建筑領域傳統(tǒng)方向相比，IFC的論文發(fā)布來源相對集中，主要分布在與信息化相關的期刊、會議等。

針對上述結論，本文提出以下建議以期促進國內(nèi)IFC的研究與應用：

(1)需要更多的學者關注基于IFC的BIM技術研究，以解決建筑項目應用的數(shù)據(jù)存儲、交換、管理等問題。同時，需進一步加強各學者之間的合作交流，形成更高效的研究發(fā)展生態(tài)圈。

(2)將一般建筑的IFC研究與應用經(jīng)驗推廣至其它類型項目(如市政工程)，加快其它項目的IFC發(fā)展，以實現(xiàn)建筑領域更廣泛的數(shù)據(jù)交互。

(3)在實際項目應用中，建筑領域各企業(yè)需加快落實工程項目的BIM/IFC應用，在實際應用過程中發(fā)現(xiàn)問題，以加強產(chǎn)學研用結合，加快解決BIM/IFC應用的核心問題。

國外對IFC標準開展了大量的、深入的基礎性研究，涉及建筑項目全生命周期各階段BIM應用，尤其在數(shù)據(jù)擴展、數(shù)據(jù)交互、數(shù)據(jù)轉換、數(shù)據(jù)驗證等底層數(shù)據(jù)研究方面。而國內(nèi)仍需進一步加強IFC標準底層數(shù)據(jù)方面的研究與應用。為比較分析國內(nèi)外研究IFC的異同，筆者將在下一篇文章中系統(tǒng)分析國外關于IFC的研究現(xiàn)狀，以期為國內(nèi)IFC研究與應用提供參考，推動IFC在國內(nèi)更廣泛、更深入的應用。