建筑信息模型BIM (building information modeling) 是“以三维数字技术为基础, 集成建筑项目各种相关信息的产品信息模型, 是对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达”^[1,2]。基于完整BIM模型可描述建筑全生命期各阶段建筑实体及其建设、使用过程的所有数据和信息, 各参与方可随时查询、利用、更新和完善BIM模型信息, 提高工程管理及决策水平^[3,4]。BIM的提出为解决建筑全生命期面临的“信息孤岛”和“信息断层”问题带来了新的思路和方法。鉴于BIM技术的推广与应用涉及组织、流程、技术等各个层面, 既有建筑信息管理方法与应用难以形成完整的BIM模型, 实现BIM价值的最大化^[5], 国内外从政策、理论、方法及平台、工具等各方面均展开了深入的研究。国际上, building SMART international (b SI) 发布并维护着BIM数据标准industry foundation classes (IFC) , 为BIM数据表达和交换提供了开放的标准和格式^[5], 并相继发布了BIM交换过程描述标准information delivery manual (IDM) ^[6]以及国际术语字典框架international framework for dictionaries (IFD) ^[7], 构成支撑BIM应用的3大基础标准体系。美国结合IFC, IDM和IFD等国际标准发布了其国家BIM标准NBIMS用于指导BIM的实际应用^[8,9]。相关学者也对BIM技术发展的趋势、挑战、BIM技术实施方案等^[10,11,12]做了深入研究。国内, “十五”和“十一五”期间, 多个国家科技支撑项目对BIM的理论、方法、工具和标准进行了研究。其中, 清华大学土木工程系张建平教授课题组研究了面向全生命期的BIM建模技术和架构^[13], 研发了面向建筑全生命期的BIM数据集成平台^[1]。

政策层面, 2012年李云贵对国内外BIM标准、政策做了较为全面的调研与分析, 认为应充分利用我国在BIM技术研究方面的积累, 结合建筑业现状, 做好BIM标准、政策制定工作^[14]。王广斌等通过调研BIM应用现状及发达国家BIM政策情况, 指出应从战略上重视BIM技术推广应用, 充分发挥政府作用, 制定适合我国行业特点的BIM技术战略政策, 推动应用示范^[15]。随着BIM应用的逐渐深入, 有关学者也从BIM应用的经济政策^[16]、现状及障碍^[17]等方面做了很多研究探索。自我国住房与城乡建设部 (简称住建部) 发布《2011—2015年建筑业信息化发展纲要》, 将“加快BIM等新技术在工程中的应用”列入“十二五”规划以来, 有4部BIM标准纳入2012年国家工程标准制定计划^[18], 后又进一步扩展到6部, 部分标准至今也已发布。

近年来, BIM技术无论在软件平台、工程示范、管理模式等方面, 还是在标准、政策等方面都取得了长足的发展。尤其是2013年以来, 国家及各地政府、部门先后发布了大量相关政策, 互联网、物联网、云计算、人工智能等技术的发展从技术上为BIM的发展带来了新的变革, 同时, 互联网+、大数据、装配式建筑、一带一路等发展规划的提出也为BIM的发展提出了新的要求。本研究通过网络收集了2013年12月—2017年12月国家及各地政府、协会发布的BIM政策、标准与指南等资料, 对我国BIM政策发展现状进行综述分析, 并通过文本挖掘等手段分析行业政策制定、BIM等信息技术融合的特点和趋势。

本文采用如图1所示的综述分析与文本挖掘分析相结合的方法。文献综述分析方面主要通过文献阅读与分析, 概述我国2013年12月—2017年12月期间各年BIM政策的主要特点和内容, 辅助提取有关的关键词和概念。文本挖掘分析方面, 首先利用文字识别等手段将部分以图片或扫描文件发布的政策转换为计算机可处理的文本文件;然后, 利用分词、词频分析及关键词提取等手段, 提取各BIM政策的关键内容特征, 并与人工综述结果进行对比分析;在此基础上, 可分析某地历年BIM政策的变化过程以及不同地域BIM政策的差异性, 为全面理解我国BIM政策演进及其地域差异提供有价值的参考;最后, 可通过关键词关联挖掘等手段, 分析BIM技术与有关新技术和政策的集成及拓展应用关系, 辅助相关领域人员更好地认识BIM政策与行业相关政策的关系。

其中, 图像或扫描文件的处理过程采用在线文字识别技术, 文字识别后再进行人工格式与错漏检查, 减少文字识别带来的问题, 确保识别结果与图像或扫描原文文本内容一致。而文本处理过程主要采用jieba (https://www.github.com/fxsjy/jieba) 进行分词和词频分析。

经对收集的资料进行统计分析 (见图2) , 国家及地方政府、协会2013年12月—2017年12月期间共计发布BIM相关政策58项, 且从2013—2017年呈典型的指数增长趋势, BIM技术的热度可见一斑。从政策形式上来看, 以通知、意见的形式为主, 该两类政策占了政策总数的70%, 其他30%则包括标准、指南、发展纲要、行动计划、行动方案等形式的BIM政策。

进一步分析发现, 2013年12月—2017年12月BIM政策的制定与发布可分为3个典型的阶段和层次:试点推广政策、技术推进政策、行业发展政策。

第1阶段以住建部发布《2011—2015年建筑业信息化发展纲要》为标志, 首先以直辖市、长三角、珠三角发达省市为主, 率先发布BIM有关的标准政策。自2013年12月起, 北京率先发布地方标准DB11T-1069—2014《民用建筑信息模型设计标准》, 2014年上海、深圳等先后发布BIM相关政策。2014年BIM政策的重点任务以开展BIM相关推广战略、标准编制、应用示范、技术共享与完善政府监管为主, 其目的是从政策支持、示范引领角度推动BIM技术发展与落地。同时, 选择政府投资工程、政府样板工程及大型工程作为突破点进行BIM技术应用实践, 这方面与美国GSA、韩国、新加坡等地BIM初期政策导向比较类似。2015年, BIM政策的发布仍以上海、深圳等地为主, 在上一年度基础上进一步深化发布了有关应用指南、实施标准、实施纲要等文件, 对BIM技术的应用、实施做了更加细致的引导和推进。

第2阶段以住建部2015年6月发布的《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》 (简称《指导意见》) 和2016年8月发布的《2016—2020年建筑业信息化发展纲要》 (简称《纲要》) 为标志, 明确推进BIM技术应用。《指导意见》强调了BIM在建筑领域应用的重要意义, 指出BIM是实现全生命期、多参与方数据共享、产业链贯通、工业化建造的重要技术保障, 为项目全过程优化与科学决策提供依据, 可服务项目全过程优化、精细化管理、科学决策和建筑业提质增效、节能环保需求。考虑到当时BIM应用面临的政策标准不完善、发展不平衡、本土软件不成熟、技术人才不足等问题, 制定了2015—2020年的BIM技术应用发展目标, 要求甲级勘察设计单位及特级、一级建筑施工企业实现BIM、企业管理系统及其他信息技术的集成应用, 且国有资金投资的大中型建筑、申报绿色建筑的公共建筑等集成应用BIM的比例达到90%。同时, 《指导意见》也建议各级住房和城乡建设主管部门结合实际制定配套政策、推进BIM研发与集成应用、研究相应的质量监管及档案管理模式;各单位企业则要从BIM发展规划、软硬件配置、工程管理模式、人才培养等方面推进BIM技术落地应用。《纲要》以国家大数据战略、“互联网+”行动等要求及《国家信息化发展战略纲要》为背景, 指出“十三五”期间要全面提高建筑业信息化水平, 增强BIM、大数据、智能化、移动通讯、云计算、物联网等信息技术的集成应用, 初步建成一体化行业监督和服务平台, 形成一批信息化应用达到国际先进水平的建筑企业和具有关键自主知识产权的建筑业信息技术企业。在住建部《指导意见》和《纲要》各自发布之后, 云南、湖南、山东、广西、成都、黑龙江等地先后发布推进BIM应用的指导意见。相应地, 2016年上海、深圳等地也有少量BIM相关政策发布, 以推动BIM与装配式建筑、保障房等的结合应用和做好示范工程经验总结为主。

第3阶段以国务院办公厅2017年发布的《国务院办公厅关于促进建筑业持续健康发展的意见》 (简称《意见》) 为契机, 从行业发展的角度明确BIM的意义。《意见》在推进建筑产业现代化部分明确要求“加快推进建筑信息模型 (BIM) 技术在规划、勘察、设计、施工和运营维护全过程的集成应用, 实现工程建设项目全生命周期数据共享和信息化管理, 为项目方案优化和科学决策提供依据, 促进建筑业提质增效”, 该部分表述与住建部2015年6月发布的《指导意见》非常相似。自此之后, 广西、贵州、湖北、江西、吉林、福建、安徽、河南等地于2017年先后发布推进BIM技术应用工作的通知或指导意见。同时, 经过几年BIM技术在桥梁、铁路、公路等交通领域的应用探索, 2017年1月交通部也发布了《关于推进公路水运工程应用BIM技术的指导意见》。自此, BIM技术的应用在建设、交通领域全面铺开, 与大数据、物联网、云计算等其他信息技术融合发展, 服务工程方案优化、科学决策与行业提质增效、健康发展。

从上述综述中可以发现BIM技术与大数据、智能化、云计算、物联网、移动通讯等信息技术以及装配式、信息化、工业化、产业链、管理模式等密切相关, 其本身又涉及标准、指南、软件、平台、示范应用等方面。以这些词作为基础关键词, 结合文本分析手段可对BIM相关政策做更深入的分析和探索。

通常情况下, 文本文件关键词提取的常见方法有以下几种:基于词频统计的方法、基于逆向文件频率的方法、基于TextRank的方法等。其中基于词频统计的方法最简单, 就是单纯的计算词语在文本中出现的次数, 然后按照出现次数从大到小取一定数量的词语作为关键词。该方法通常会提取出很多常用词, 并不能很好地反映文本特征, 因此学者进一步提出基于逆向文件频率的方法, 即对在其他文本中出现较少而在本文本中出现次数多的词语给予更高的权重, 因此更好地反映文本特征^[19]。但这类算法并未充分考虑词语之间的共现关系, 因此有学者提出基于TextRank的方法, 考虑一定文本长度内容的词语共现关系, 并将词语及其共现关系处理为图结构, 采用PageRank算法计算词语重要性, 该方法往往准确率更高^[20]。

本研究在关键词过程中首先选择部分BIM政策对以上3类算法进行了试验, 并与人工提取结果对比, 以分析各算法在处理BIM政策有关文本方面的适应性和准确率。住建部2015年6月发布的《关于推进建筑信息模型应用的指导意见》关键词提取结果如表1所示。

其中, 人工提取结果选择了20个关键词, 其他方法为了体现更好的覆盖度则均提取了30个关键词。以人工提取的20个关键词为基准, 计算其他3种方法的命中比率, 可以看出单纯的词频统计命中比率为45%, 基于逆向文件频率可达到70%的命中率, 而TextRank方法则可达到85%的命中率。在其他文件的测试中也有类似结果, 因此本文采用该方法作为后续关键词提取与分析的基础。

以上述关键词提取为基础, 可通过分析某地区历年BIM政策的关键词的异同之处, 从而侧面反映政策的延续性以及历年侧重点和引导方向的变化。以上海市近几年BIM相关通知、指南、指导意见等政策为例进行分析 (见表2) , 并计算时间上先后2项BIM政策文本关键词的异同之处, 如表3所示。

由表3可以看出, 政策1, 2均强调BIM技术在建筑工程项目设计与施工管理中的应用, 相应地作为BIM技术应用指南, 政策2对设备等构件的基本信息如几何、位置数据等提出了更细致的要求, 也对各专业的实施方案及施工图出图做出了要求。类似地, 从关键词的变化可知政策3相比政策2更侧重项目示范试点工作、联席会议、应用深度等方面, 这正是政策3《关于在本市开展建筑信息模型技术应用试点工作的通知》的核心内容。而相比政策3, 除了仍然重视试点及联度会议的作用外, 政策4则突出了对示范工程验收、应用经验总结及推广机制等有关内容, 鲜明地体现了上海市政府对做好BIM技术应用试点与示范工作的要求。以此类推, 可以从关键词明显看出后续政策5, 6, 8分别在保障性住房及其成本、装配式建筑工艺及体系、建筑业发展及市场制度建设方面的侧重。

由此, 我们可以看出上海市BIM相关政策1, 2, 3, 4是依次递进和深入的, 首先在推进BIM应用的指导意见基础上, 发布BIM应用指南, 再进一步发布示范试点应用通知, 并在后续通知中对做好应用示范工作做更细致的要求, 确保效果落到实处。相应的后续政策则紧跟国家政策导向, 将BIM与保障房建设、装配式建筑、建筑业持续健康发展相结合, 起到政府政策的引导作用。

同时, 也要注意的是, 时间上先后相邻的政策相同内容可能并不多, 因此相同关键词有时并不够典型, 如表3中政策5, 6之间及政策6, 7之间。

采用同样方式分析湖南省近年的BIM相关政策, 可以得到类似结论, 即以示范应用、技术推广政策开头, 进而侧重BIM标准、企业整体能力提升, 之后与相关装配式建筑等政策融合发展。

近年来, 我国先后发布了“互联网+”、大数据、装配式建筑等一系列建筑行业相关政策, 云计算、物联网、移动通讯等信息技术也迅猛发展, 因此, 分析BIM相关政策与其他行业政策、技术的融合、演变对认识政策引导方向与行业发展趋势非常有意义。

以上述关键词提取及分析方法为基础, 本研究结合最近几年建筑行业政策内容, 选择BIM、互联网、装配式、建筑、建筑业等核心关键词, 同时采用TextRank方法从收集的所有BIM相关政策文本中提取一系列关键词, 并通过人为筛选, 在上述核心关键词基础上扩充了企业、应用、信息、系统、模式、标准、平台、数据、模型、行业、协同、软件、市政、指南等关键词。以这些关键词为核心, 研究采用词语共现关系分析来研究各关键词的相互关联。

简单来讲, 词语共现关系是指词语在同一段文字中同时出现这一关系, 它在一定程度上反映着不同词语的关联性, 通过统计学方法可对不同词语的相关性和关联性进行度量和分析, 反映不同词语的相关性差异^[21]。

基于词语共现关系分析, 研究基于收集到的2013年12月—2017年12月期间BIM相关政策文本得到如图3所示的词语共现关系。图3中节点表示不同关键词, 其大小表示该词语在文本中出现的次数, 不同节点的连线及其粗细则表示各关键词的相关性及其大小。由图3可知, 从标准、技术角度来看, BIM有关政策最关注的是信息、模型及标准层面, 次之是协同、软件、指南层面, 其中BIM与平台的关系也反映出未来BIM仍有很大的发展空间。而从行业角度看, 相关政策也非常强调BIM对行业和企业的价值, 其中BIM与有关工程管理模式的关联尚需更加深入的探索。此外, 也可看出BIM与建筑相关的内容要多于BIM与市政相关的内容, 这可能与市政方向涉及的专业和工程形态较多不无关系。最后, 图3也反映出BIM与相关装配式、互联网政策的关联, 但关联度并不是很高, 相信未来有关政策的融合会进一步增强。

进一步利用词语共现关系分析研究2016年BIM相关政策文本及2017年BIM相关政策文本, 如图4所示。由图4可知, 从2016—2017年BIM相关政策的核心关键词从BIM逐渐向建筑过渡, 同时建筑与装配式的关系迅速强化, 这与我国近2年发布的装配式建筑政策密切相关, 也与上文有关后期BIM政策与装配式建筑等行业政策融合的结论一致。

结合近年我国互联网、大数据、装配式建筑等大背景, 本研究收集了2013年12月—2017年12月期间各级部门发布的BIM有关政策, 并对其内容和发展趋势进行了综述。同时, 利用文本分析手段, 对BIM相关政策的地区演变和政策融合、发展关系进行了分析研究。结果表明, 当前BIM政策已从最初的示范应用与推广引导阶段发展到全面推进及多政策融合发展阶段, 未来BIM政策将与装配式建筑、互联网等相关政策进一步融合, 服务建设工程集成化管理、科学决策与提质增效, 共同助力建筑业健康发展。