基于BIM提高工程概算準確性的方法研究

陳吉祥

（甘肅第一建設集團有限責任公司，甘肅，蘭州 730070）

現(xiàn)階段，市場內建筑工程項目大多呈現(xiàn)規(guī)模大、投資高、風險隱患多的特點，施工項目預算受多種因素的影響，存在不穩(wěn)定的問題，此種問題使項目在建設中出現(xiàn)投資過高、效益較低等不足。這就要求工程總承包單位在施工過程中要做好預算編制，加強施工管理，合理控制項目投資，從而降低風險損失、提高經營效益。

1 基于BIM的工程概算方法

1.1 工程設計階段概算數(shù)據(jù)準備與預處理

鑒于當前階段工程概算對計算機的利用情況，僅僅停留在數(shù)據(jù)的輸入、編輯、計算等初級階段，沒有實現(xiàn)對數(shù)據(jù)規(guī)范的整編入庫[1]。針對這一問題，為提高概算準確性，在工程設計階段，完成對工程概算所需各項數(shù)據(jù)資料的采集后，將數(shù)據(jù)分類到工程量清單、措施項目費分析表等xls/doc格式的表格文件當中。針對文件當中數(shù)據(jù)型的數(shù)據(jù)，以總價為例，是指工程和安裝工程的總和，其中施工工程包括工程量的計算和技術措施的計算[2]。對于定性數(shù)據(jù)而言，如建造年代、地基結構、門窗結構、樓層結構等，均以定性的文字型數(shù)據(jù)來表達。針對各類隱含數(shù)據(jù)，需要通過探索相關數(shù)據(jù)的方式確定其關聯(lián)，例如層數(shù)、單位價、平均高跨指數(shù)等，都可通過相應計算公式得出，如公式（1）中內容所示：

在完成對工程概算數(shù)據(jù)的準備后，對數(shù)據(jù)進行預處理。預處理內容主要包括：空缺值補充、平滑噪聲、數(shù)據(jù)過濾等[3]。工程中的原始數(shù)據(jù)，包含了幾百到數(shù)千種不等的屬性，這些屬性大多都是與數(shù)據(jù)挖掘工作無關的冗余數(shù)據(jù)，這會造成數(shù)據(jù)挖掘的耗時和結果的畸變。因此，選擇適當?shù)膶傩约线M行模型構建，可以極大地改善挖掘結果的可理解性，并縮短數(shù)據(jù)訪問的時間。在實際應用中可利用加權平均的方式，將多種屬性數(shù)據(jù)轉換成一個地基狀況標準下的屬性數(shù)值[4]。以地基狀況標準為例，其標準數(shù)值可通過下述公式計算得出：

1.2 基于BIM建立工程概算模型

針對具體工程項目，在完成對各項數(shù)據(jù)信息的獲取后，利用BIM技術可以實現(xiàn)對工程三維模型的初步建立，通過各個數(shù)據(jù)為其提供支撐，確保模型的可靠性。在此基礎上，對工程概算模型進行構建。將建立的BIM三維模型作為核心結構，為提高土建算量和安裝算量的準確性，通過神經網絡對不同來源數(shù)據(jù)進行處理。根據(jù)徑向基神經網絡可知，其輸入與輸出的有效認知在-1～1范圍內。因此輸出的結果需要通過還原才能夠得到最終的概算結果[5]。針對BIM三維模型的輸出結果，用最小——最大公式實現(xiàn)量化：

圖1 工程屬性量化前后對比

按照上述邏輯思路對所有概算數(shù)據(jù)進行調整，并將調整后的數(shù)據(jù)匯總。將已備好的樣本集中隨機抽取85%的樣本，進行 RBN訓練；另外15%的樣本則被用作測試樣本，以驗證其預測的準確性和推廣能力，以決定最后的網路做為估計模式。RBN結構的確定主要是為了確定 RNN在工程估計中的輸入節(jié)點、輸出節(jié)點、基函數(shù)的寬度和初始權重[7]。在 MATLAB中，通過 RBN工具包中的 RBN函數(shù)庫，將訓練樣本輸入到模型中進行訓練。分布常數(shù) SC代表隱層高斯基的寬度，根據(jù)寬度的不同，聚類中心也會有差異，從而確定隱層的數(shù)量。在概算過程中，利用窮舉法求出較為適宜的基寬，并通過對各網路的預測結果與實測數(shù)據(jù)進行擬合，得出最近似值，以此實現(xiàn)對概算模型的初步建立。同時利用BIM模型可以實現(xiàn)對工程中各個施工設備、構件等具體數(shù)量的詳盡展現(xiàn)，以此能夠進一步提高對設備費用的計算準確性。

1.3 概算模型訓練與概算結果輸出

為進一步提高概算模型的準確性，對模型進行訓練。將模型導入到RBF神經網絡當中，利用MATLAB模擬模型運行，根據(jù)誤差是否在預設范圍內，實現(xiàn)對模型是否完成訓練的衡量。為了充分發(fā)揮RBF神經網絡的性能優(yōu)勢，并達到預期訓練效果，嚴格控制模型訓練樣本的取量大小，并根據(jù)訓練速度、訓練精度和網絡的泛化能力對模型進行評價[8]。在訓練過程中，還需要按照下述公式確定隱含層中的節(jié)點數(shù)量：

2 實證分析

以某房屋建筑工程項目為例，收集此項目的工程資料，使用BIM技術對項目進行概算。

通過對各種工程項目信息的采集、處理和加工，利用先進的計算機技術進行工程施工數(shù)據(jù)與準備信息的聚類，為投資商提供科學、準確的決策依據(jù)，從而提高建筑的預算水平與投資決策水平。提出下述幾個方面的概算目標。見表1。

表1 基于BIM的項目概算目標

明確概算目標后，統(tǒng)計并整理現(xiàn)有資料，將其錄入計算機操作系統(tǒng)進行概算。該系統(tǒng)采用了基于BIM技術的三級B/S架構。用戶界面層為系統(tǒng)和用戶之間提供了交互接口，可實現(xiàn)在概算過程中與工程項目參與方之間實時互動，客戶機通過普通的瀏覽器就可以建立與此計算機之間的連接。業(yè)務邏輯層可根據(jù)用戶要求，進行工程數(shù)據(jù)的查詢、估算、與數(shù)據(jù)庫建立連接。數(shù)據(jù)存取層由數(shù)據(jù)庫服務器和數(shù)據(jù)庫組成，利用ADO. NET對數(shù)據(jù)進行操作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、組織、管理等功能。利用瀏覽器進行實時概算數(shù)據(jù)的登記，由輸出層輸出最終針對此項目的概算結果，完成數(shù)據(jù)輸入、瀏覽與調查項目等相關資料的錄入后，在輸出層統(tǒng)計項目概算結果，對結果進行分析、發(fā)布。工程數(shù)據(jù)錄入后的流向與網絡拓撲結構見圖3。

圖2 工程數(shù)據(jù)錄入后的流向分析

圖3 網絡拓撲結構

在進行工程概算時，概算人員要建立與設計人員之間的良好交流渠道，及時了解工程設計材料、施工設備與機械選用標準，并配合設計單位做好項目外業(yè)調查，了解項目施工場地與施工環(huán)境的基本情況。

工程概算前期工作的重點是基礎數(shù)據(jù)的搜集，為確保概算結果真實、可靠，應在保證數(shù)據(jù)準確性、完整性的基礎上，正確理解現(xiàn)階段建筑施工材料、設備機械的市場價格、價格波動幅度等，同時，根據(jù)設計的施工方案，對施工中所需要的材料進行深度分析，包括材料的產地、材料到施工現(xiàn)場的運輸方式、施工中材料的裝卸費用、材料運輸距離等，通過此種方式，確保項目施工材料、設備等方面的成本概算上達到較高標準。若不能立即搜集所有市場調研數(shù)據(jù)，需要在完成初步概算后，根據(jù)工程實際情況，對概算資料進行實時補充，以增加項目概算的精確度。

為確保預算計算的準確性，必須做好概算后的相關審核工作。在編制完各單位工程的概算文件后，由經驗豐富、專業(yè)水平較高的行業(yè)專家，對概算文件的編制內容及概算結果進行檢驗、核實。例如，校驗文字是否存在遺漏、重復列項；補充單價是否符合政策規(guī)定、工程量是否多計或少計等。通過強化概算審核工作，確保概算編制的質量，提高概算準確率。

概算過程中，先使用BIM技術進行房屋建筑工程項目的建模，完成設計階段中BIM技術的集成與使用后，利用BIM模型，對工程量數(shù)據(jù)進行訓練與統(tǒng)計，導出模型最終的數(shù)值，對各個分項工程學項目的概算結果進行統(tǒng)計，從而得到該建筑工程項目的概算結果。完成基于BIM技術的項目概算后，使用傳統(tǒng)方法對項目造價進行統(tǒng)計與概算，對比基于BIM技術的項目概算結果與傳統(tǒng)方法對項目的概算結果，將竣工文件呈現(xiàn)信息作為參照，通過此種方式，檢驗基于BIM技術的概算方法在實際應用中的準確率，見表2。

表2 工程概算準確率對比

3 結語

根據(jù)表2工程概算準確率對比結果，基于BIM技術的項目概算結果與竣工文件呈現(xiàn)信息（項目施工實際支出）較為接近，傳統(tǒng)方法的項目概算結果與竣工文件呈現(xiàn)信息（項目施工實際支出）差異較大。說明本文設計的方法可以有效提高工程概算準確率，通過此種方法，控制建筑施工中的合理化投資，為工程施工造價成本管理提供可靠的依據(jù)。