摘要：通過檢索Web of Science、中國知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫中2018—2024年2月建設(shè)項目數(shù)字孿生的相關(guān)文獻，利用CiteSpace軟件和文獻計量學方法對建設(shè)項目數(shù)字孿生研究主體、研究熱點、研究前沿進行可視化分析并繪制知識圖譜。研究結(jié)果表明：國內(nèi)外建設(shè)項目數(shù)字孿生共同的研究熱點包括智能建造、物聯(lián)網(wǎng)等；國內(nèi)研究熱點主要集中在智慧城市和建設(shè)管理等方面；研究前沿主要為數(shù)字孿生下的建設(shè)項目管理，主要包括運營維護管理、生命周期管理、風險管理和資產(chǎn)管理。

關(guān)鍵詞：建設(shè)項目數(shù)字孿生；CiteSpace；研究熱點；研究前沿

0 引言

數(shù)字孿生是一種以數(shù)字化技術(shù)構(gòu)建現(xiàn)實世界中物理實體的仿真模型，借助大量實時數(shù)據(jù)模擬物理實體在現(xiàn)實環(huán)境的全生命周期過程，通過一系列信息手段擴展物理實體綜合性能的創(chuàng)新技術(shù)^[1]。目前，數(shù)字孿生技術(shù)領(lǐng)域已有一些研究成果。國際上，學者們對數(shù)字孿生技術(shù)進行了大量的研究探索，如Rios等^[2]從工業(yè)化角度回顧數(shù)字孿生技術(shù)的起源和發(fā)展歷程，認為在未來的工業(yè)化發(fā)展歷程中數(shù)字孿生技術(shù)潛力巨大，應用前景十分廣闊；Tao等^[3-4]在以往的大型研究基礎(chǔ)上，重點研究如何生成和使用融合的網(wǎng)絡(luò)物理數(shù)據(jù)以更好地服務(wù)于產(chǎn)品生命周期，從而推動產(chǎn)品設(shè)計、制造和服務(wù)變得更加高效、智能和可持續(xù)。在國內(nèi)，莊存波等^[5]介紹了產(chǎn)品數(shù)字紐帶與數(shù)字孿生體的內(nèi)涵，從產(chǎn)品全生命周期的角度分析產(chǎn)品數(shù)字孿生體的數(shù)據(jù)組成、實現(xiàn)方式、作用及目標，提出產(chǎn)品數(shù)字孿生體的體系結(jié)構(gòu)；李柏松等^[6]從管道設(shè)計、調(diào)度優(yōu)化、管道設(shè)備運行維護、管道全生命周期管理4個方面分析數(shù)字孿生在油氣管道中的應用前景；周有城等^[7]從智能產(chǎn)品的模塊特性出發(fā)，基于數(shù)字孿生技術(shù)改善現(xiàn)有系統(tǒng)功能模型的構(gòu)建方法，創(chuàng)建信息和物理雙向反饋的交互體系，大幅提升了創(chuàng)新設(shè)計系統(tǒng)的效率。國內(nèi)有關(guān)數(shù)字孿生與城市建筑、基礎(chǔ)建設(shè)管理相結(jié)合的研究也有許多不同的思路^[8-11]，為建筑業(yè)的發(fā)展提供了可能性。

長遠來看，數(shù)字孿生技術(shù)的研究與發(fā)展與建筑業(yè)的創(chuàng)新進步密不可分，也為人類未來探尋未知科學領(lǐng)域提供了途徑與方法。因此，對建設(shè)項目數(shù)字孿生領(lǐng)域的研究成果進行科學分析，從而識別數(shù)字孿生領(lǐng)域的研究熱點、研究前沿，對推動我國建筑行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展具有重大意義。然而，從目前文獻計量角度來看，缺乏對建設(shè)項目數(shù)字孿生研究動態(tài)的分析與歸納，不利于整體把握建設(shè)項目數(shù)字孿生的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢?；诖耍疚囊?018—2024年2月建設(shè)項目數(shù)字孿生的相關(guān)文獻為研究樣本，采用文獻計量的研究方法，分析建設(shè)項目數(shù)字孿生相關(guān)文獻的時間分布及增加量，以及研究熱點、研究前沿與發(fā)展趨勢，并與我國有關(guān)政策相結(jié)合，以幫助相關(guān)研究者掌握該領(lǐng)域的研究方向。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文利用軟件對Web of Science核心合集及CNKI數(shù)據(jù)庫中與建設(shè)項目數(shù)字孿生相關(guān)的文獻進行多角度分析。分別在Web of Science中以“digital twin”“project construction”為關(guān)鍵詞、在CNKI中以“數(shù)字孿生”“建設(shè)項目”為關(guān)鍵詞進行高級檢索，并以期刊為檢索條件。因其最早研究出現(xiàn)于2018年，所以時間選取為2018—2024年2月，共檢索出336篇有效文獻。除去國際會議論文、報道及與研究主題不符的相關(guān)研究，篩掉重復、無用的文章后重新整理，共獲得331條文獻數(shù)據(jù)。所得文獻記錄均包含作者、標題、參考文獻等信息。

1.2 研究方法

科學引文可視化分析方法主要通過CiteSpace軟件來實現(xiàn)。CiteSpace是美國德雷克塞爾大學信息科學與技術(shù)學院教授于2004年9月開發(fā)的一款基于Java語言環(huán)境的引文分析信息可視化軟件。利用CiteSpace的可視化分析技術(shù)對建設(shè)項目數(shù)字孿生領(lǐng)域的文獻進行計量描述，基于共詞分析、聚類分析及共被引分析等方法繪制可視化知識圖譜，以探尋建設(shè)項目數(shù)字孿生領(lǐng)域的研究熱點和前沿動向。

2 研究主體分析

2.1 發(fā)文量

分別對從Web of Science和CNKI篩選出的共331篇文獻的發(fā)文年份進行分析，2018—2024年2月建設(shè)項目數(shù)字孿生研究文獻數(shù)量分布圖如圖1所示。由圖1可知，從2018年到2023年，建設(shè)項目數(shù)字孿生研究文獻的數(shù)量總體呈上升趨勢。2018年，這一新興領(lǐng)域開始受到學術(shù)界的關(guān)注，接下來的幾年，建設(shè)項目數(shù)字孿生的研究熱度不斷上升。2018年和2019年，由于剛剛進入起步階段，共發(fā)表不到20篇相關(guān)文章。2021年，發(fā)文量快速增長，達到54篇。2022年，建設(shè)項目數(shù)字孿生研究文獻數(shù)量迅速增加，共計109篇，表明建設(shè)項目數(shù)字孿生研究逐步成為研究熱點。2023年，發(fā)文量為113篇，逐漸趨于平穩(wěn)。

2.2 國家合作程度

國家合作知識圖譜如圖2所示。可以看出，以美國、德國、中國、英國為代表的國家已對建設(shè)項目數(shù)字孿生展開研究，中國、美國、英國、西班牙等國家已展開合作研究，建設(shè)項目數(shù)字孿生研究逐漸形成國際合作趨勢。近年來，數(shù)字孿生研究成果不斷，各國政府在戰(zhàn)略政策上的支持也是這些國家在數(shù)字孿生研究領(lǐng)域領(lǐng)先全球的根本。其中，美國作為最早提出數(shù)字孿生概念并大力發(fā)展此技術(shù)的國家，在該領(lǐng)域影響力卓越。

2.3 機構(gòu)合作程度

國際科研機構(gòu)合作知識圖譜如圖3所示?？梢钥闯觯骺蒲芯繖C構(gòu)以地區(qū)為劃分，局部范圍有初步合作，如英國的劍橋大學、倫敦大學、帝國理工學院，美國的賓夕法尼亞州立大學、俄亥俄州立大學等，但仍處于相對獨立的研究階段，發(fā)文量并未形成一定規(guī)模。機構(gòu)之間的合作主要是以“高校-高?！钡男问酱嬖冢貏e是在英國和美國的科研機構(gòu)合作中這種形式表現(xiàn)較為常見。

國內(nèi)科研機構(gòu)合作知識圖譜如圖4所示?？梢钥闯?，出現(xiàn)頻次較高的國內(nèi)科研機構(gòu)有中國工程院、南開大學商學院、中國石油大學、中國信息通信研究院等，其中，同濟大學、東南大學和華中科技大學等建筑實力較強的高校之間的合作關(guān)系較為密切，表明我國研究數(shù)字孿生的機構(gòu)以一些理工類的大學為主，且高校與企業(yè)之間也有一定的合作關(guān)系。合作單位多為同一地區(qū)的同類型機構(gòu)，各大科研機構(gòu)之間跨領(lǐng)域、跨地區(qū)的合作交叉程度有待進一步提高。

3 研究熱點分析

在CiteSpace中設(shè)置節(jié)點類型為keywords，國內(nèi)與國際建設(shè)項目數(shù)字孿生研究文獻時間切片范圍均為2018—2024年2月，網(wǎng)絡(luò)剪裁方式為Pruning Sliced Networks。將Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫及CNKI數(shù)據(jù)庫中的文獻數(shù)據(jù)導入，合并刪減同義詞和近義詞，最終得到國內(nèi)和國際建設(shè)項目數(shù)字孿生文獻研究的關(guān)鍵詞頻次及中心度列表。國際研究文獻熱點詞匯列表前10見表1，國內(nèi)研究文獻熱點詞匯列表前10見表2，國際研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜如圖5所示，國內(nèi)研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜如圖6所示。

國際建設(shè)項目數(shù)字孿生研究文獻關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜顯示的節(jié)點數(shù)量為N=164個，關(guān)鍵詞之間的連線數(shù)E=431，網(wǎng)絡(luò)密度為0.032 2；國內(nèi)建設(shè)項目數(shù)字孿生研究文獻關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜顯示的節(jié)點數(shù)量N=200個，關(guān)鍵詞之間的連線數(shù)E=418，網(wǎng)絡(luò)密度為0.021。提取關(guān)鍵詞中的名詞性術(shù)語對關(guān)鍵詞聚類進行命名，得到主題聚類。其中，國際建設(shè)項目數(shù)字孿生研究包括7個主題聚類，國內(nèi)包括11個主題聚類。

從圖5可以看出，國際建設(shè)項目數(shù)字孿生研究從2018年開始，主要聚焦于模型構(gòu)建，且集中在3D打印、經(jīng)濟效率等領(lǐng)域。此后，數(shù)字孿生的研究方向逐漸轉(zhuǎn)向智能制造領(lǐng)域。自2019年起，關(guān)鍵詞明顯增多，新增的關(guān)鍵詞主要有information virtual reality、internet of things等，表明國際建設(shè)項目數(shù)字孿生研究逐漸與大數(shù)據(jù)、AR、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，并與工業(yè)4.0戰(zhàn)略體系開始融合。2010年，較為顯著的新增關(guān)鍵詞有artificial intelligence、BIM、design，表明人工智能、BIM技術(shù)的進步為建設(shè)項目數(shù)字孿生的發(fā)展提供了空間，數(shù)字孿生在理論模型、設(shè)計仿真方法等方面的研究開始引起學者們的關(guān)注。數(shù)字孿生開始在建設(shè)項目設(shè)計上得到應用，同時建設(shè)項目數(shù)字孿生理論框架開始形成，逐步向更成熟的理論邁進。2021年，新增的關(guān)鍵詞為intergation、facility management、systematic literature review（slr） ，這表明建設(shè)項目數(shù)字孿生開始進入成熟階段，開始出現(xiàn)綜述性文章。2022年，出現(xiàn)了machine learning、optimization等關(guān)鍵詞，這表明建設(shè)項目數(shù)字孿生開始優(yōu)化性研究并與機器學習相結(jié)合。2023年，關(guān)鍵詞為intelligent construction，表明研究熱點為智能建造。

由圖6可以看出，國內(nèi)建設(shè)項目數(shù)字孿生研究于2019年開始。2020年，文獻發(fā)表數(shù)量開始增長，研究熱點逐漸擴展，出現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市等關(guān)鍵詞，大量學者已經(jīng)開始關(guān)注城市建設(shè)領(lǐng)域，建設(shè)項目數(shù)字孿生開始與智慧城市建設(shè)聯(lián)系起來，城市建設(shè)逐漸走向新階段；2021年，出現(xiàn)智慧工地、數(shù)字化、信息化等關(guān)鍵詞，表明建設(shè)項目數(shù)字孿生開始與大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，協(xié)助加速我國建設(shè)發(fā)展；2022年，研究文獻發(fā)表數(shù)量急劇增長，出現(xiàn)水利工程、施工管理、智慧建造等關(guān)鍵詞，表明建設(shè)項目數(shù)字孿生開始應用于實際建設(shè)過程；2023年，出現(xiàn)數(shù)據(jù)底板、運行管理、風險管控等關(guān)鍵詞，表明建設(shè)項目數(shù)字孿生開始應用于建筑安全檢測、風險管理等方面。

4 研究前沿分析

為分析建設(shè)項目數(shù)字孿生的研究前沿，將Wes of Science數(shù)據(jù)導入Citespace，得到建設(shè)項目數(shù)字孿生文獻共被引聚類圖譜（圖7）。聚類標簽是Citespace利用LLR算法從施引文獻的標題中提取而來的，該標簽可以代表整個聚類，因此可以將其看作建設(shè)項目數(shù)字孿生領(lǐng)域的研究前沿。參數(shù)設(shè)置如下：節(jié)點類型選擇Cited Reference，其余參數(shù)不變。得到如圖7所示的建設(shè)項目數(shù)字孿生文獻共被引聚類圖譜。節(jié)點數(shù)量N=186，連線數(shù)量E=502，Q值= 0.799 4，S值=0.913 2，其中S值表示聚類平均輪廓值，一般認為Sgt;0.5聚類是合理的，Sgt;0.7聚類是令人信服的。圖中S值均接近1，因此聚類是合理的。

文獻共被引圖譜六大聚類表見表3。從表3可以看出，其對應的主題聚類名詞分別為Asset management（資產(chǎn)管理）、Operation and maintenance management（運維管理）、Industrial Internet（工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)）、Reconfigurable machine tools（可重構(gòu)機床）、IOT（物聯(lián)網(wǎng)）、Data analytics（數(shù)據(jù)分析）。分析這些聚類不難看出，互聯(lián)網(wǎng)仍然是數(shù)字孿生的重要部分，如云計算、數(shù)據(jù)分析、物聯(lián)網(wǎng)等詞重復出現(xiàn)在多個聚類及標簽中。

結(jié)合以上建設(shè)項目數(shù)字孿生研究前沿分析可知，該領(lǐng)域研究趨勢主要為數(shù)字孿生下的建設(shè)項目管理，主要包括運維管理、生命周期管理、風險管理、資產(chǎn)管理。目前，數(shù)字孿生在建設(shè)項目管理中的應用尚未深入，只停留在概念和探討可能性階段。

5 結(jié)語

建設(shè)項目數(shù)字孿生是近年來全球興起的研究熱點，目前仍處在初步研究階段，缺乏系統(tǒng)的理論與政策，從規(guī)劃、建設(shè)、管理、運營的全生命周期來系統(tǒng)引導的法律性、制度性框架還比較欠缺。尤其是如何科學引導數(shù)字孿生貫穿規(guī)劃決策、監(jiān)測運營、實施評估等全過程配套政策的支持還比較欠缺，也由此帶來數(shù)字孿生體系框架缺失、模型構(gòu)建方法匱乏等一系列問題。國際研究文獻熱點詞匯中，system（系統(tǒng)）理論與framework（框架）構(gòu)建是未來研究趨勢。同時，也要正視當前數(shù)字孿生技術(shù)的局限性，根據(jù)城市的社會經(jīng)濟發(fā)展水平和實際場景需求統(tǒng)籌規(guī)劃建設(shè)，找到智慧解決方案與技術(shù)保障方案之間的成本平衡點。

參考文獻

[1]陳騫.國外數(shù)字孿生進展與實踐[J].上海信息化，2019（1）：78-80.

[2]RIOS J，HERNANDEZ-MATIAS J C，OLIVA M，et al. Product avatar as digital counterpart of a physical individual product：literature review and implications in an aircraft[J].Advances in Transdisciplinary Engineering，2015（2）：657-666.

[3]TAO F，QI Q L.Make more digital twins[J].Nature，2019，573（7775）：490-491.

[4]TAO F，ZHANG H，LIU A，et al.Digital twin in industry：state-of-the-art[J].IEEE Transactions on Industrial Informatics，2019，15（4）：2405-2415.

[5]莊存波，劉檢華，熊輝，等.產(chǎn)品數(shù)字孿生體的內(nèi)涵、體系結(jié)構(gòu)及其發(fā)展趨勢[J].計算機集成制造系統(tǒng)，2017，23（4）：753-768.

[6]李柏松，王學力，王巨洪.數(shù)字孿生體及其在智慧管網(wǎng)應用的可行性[J].油氣儲運，2018，37（10）：1081-1087.

[7]周有城，武春龍，孫建廣，等.面向智能產(chǎn)品的數(shù)字孿生體功能模型構(gòu)建方法[J].計算機集成制造系統(tǒng)，2019，25（6）：1392-1404.

[8]張新長，李少英，周啟鳴，等.建設(shè)數(shù)字孿生城市的邏輯與創(chuàng)新思考[J].測繪科學，2021，46（3）：147-152，168.

[9]袁烽，朱蔚然.數(shù)字建筑學的轉(zhuǎn)向——數(shù)字孿生與人機協(xié)作[J].當代建筑，2020（2）：27-32.

[10]謝琳琳，陳雅嬌.基于BIM+數(shù)字孿生技術(shù)的裝配式建筑項目調(diào)度智能化管理平臺研究[J].建筑經(jīng)濟，2020，41（9）：44-48.

[11]張格，孫軍，張哲宇，等.“新基建”助力自主創(chuàng)新，賦能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)健康高速發(fā)展[J].中國信息安全，2020（5）：51-54.

收稿日期：2024-03-01

作者簡介：

王秋平（1986—），男，高級工程師，研究方向：工程管理。