基于BIM提高工程概算准确性的方法研究_陈吉祥.pdf

10 2023 年第 2 期 总第 322 期收稿日期：2021-9-26作者简介：陈吉祥（1986-），男，本科，工程师,主要从事工程造价工作。建筑与预算CONSTRUCTION AND BUDGET2023 年第 2 期DOI:10.13993/ki.jzyys.2023.02.004基于 BIM 提高工程概算准确性的方法研究 陈吉祥（甘肃第一建设集团有限责任公司，甘肃，兰州 730070）摘要：为提高工程概算的准确性，将概算结果准确率提升作为目标，引入 BIM 技术，开展基于 BIM 的工程概算方法设计研究。通过工程概算数据准备与预处理、基于 BIM 建立工程概算模型、概算模型训练与概算结果输出，提出一种新的工程概算方法。通过与传统概算方法对比得出，针对相同的工程项目，新的概算方法得出结果的准确率更高，达到了提高工程概算准确性的目的。将新的概算方法应用实际可以有效提高工程概算规范性，进而为后续工作开展提供更可靠的数据资料。关键词：BIM；概算 中图分类号：F406 文献标志码：B 文章编号：1673-0402（2023）02-0010-03现阶段，市场内建筑工程项目大多呈现规模大、投资高、风险隐患多的特点，施工项目预算受多种因素的影响，存在不稳定的问题，此种问题使项目在建设中出现投资过高、效益较低等不足。这就要求工程总承包单位在施工过程中要做好预算编制，加强施工管理，合理控制项目投资，从而降低风险损失、提高经营效益。1 基于 BIM 的工程概算方法1.1 工程设计阶段概算数据准备与预处理鉴于当前阶段工程概算对计算机的利用情况，仅仅停留在数据的输入、编辑、计算等初级阶段，没有实现对数据规范的整编入库1。针对这一问题，为提高概算准确性，在工程设计阶段，完成对工程概算所需各项数据资料的采集后，将数据分类到工程量清单、措施项目费分析表等xls/doc格式的表格文件当中。针对文件当中数据型的数据，以总价为例，是指工程和安装工程的总和，其中施工工程包括工程量的计算和技术措施的计算 2。对于定性数据而言，如建造年代、地基结构、门窗结构、楼层结构等，均以定性的文字型数据来表达。针对各类隐含数据，需要通过探索相关数据的方式确定其关联，例如层数、单位价、平均高跨指数等，都可通过相应计算公式得出，如公式（1）中内容所示：（1）上述计算公式中：代表建筑层数，代表单位价；代表平均高跨指数；代表建筑面积；代表占地面积；代表总价；代表平均层高；代表平均跨度。按照上述内容，将所有获取到的 XLS/DOC 格式数据，按照统一的标准进行存储，建立一个工程项目数据库，原则上以影响土建工程概算的因素作为表的属性，按照规范的要求设计表格结构。在完成对工程概算数据的准备后，对数据进行预处理。预处理内容主要包括：空缺值补充、平滑噪声、数据过滤等3。工程中的原始数据，包含了几百到数千种不等的属性，这些属性大多都是与数据挖掘工作无关的冗余数据，这会造成数据挖掘的耗时和结果的畸变。因此，选择适当的属性集合进行模型构建，可以极大地改善挖掘结果的可理解性，并缩短数据访问的时间。在实际应用中可利用加权平均的方式，将多种属性数据转换成一个地基状况标准下的属性数值4。以地基状况标准为例，其标准数值可通过下述公式计算得出：（2）上述计算公式当中：代表地基状况标准数值；11 2023 年第 2 期 总第 322 期、和均代表相应的权系数；代表桩基础工程量；代表桩基础土方；代表带型基础工程量；代表场地平整。根据上述公式可确定一个地基状况的标准属性数值，以此实现对数据属性的规约。1.2 基于 BIM 建立工程概算模型针对具体工程项目，在完成对各项数据信息的获取后，利用 BIM 技术可以实现对工程三维模型的初步建立，通过各个数据为其提供支撑，确保模型的可靠性。在此基础上，对工程概算模型进行构建。将建立的 BIM 三维模型作为核心结构，为提高土建算量和安装算量的准确性，通过神经网络对不同来源数据进行处理。根据径向基神经网络可知，其输入与输出的有效认知在-11 范围内。因此输出的结果需要通过还原才能够得到最终的概算结果5。针对BIM 三维模型的输出结果，用最小最大公式实现量化：（3）上述计算公式中：代表土建算量或安装算量数据量化后的结果，代表在 BIM 三维模型中需要量化的某一样本的某一土建属性数值或安装属性数值；和分别代表对应属性中的最小值和最大值；和分别代表转换后区间中的最大值和最小值6。假设的取值为 1，的取值为-1，则不同工程类型对应的属性数值量化前后可表示为图 1 所示内容。12345-1-0.500.51量化前量化后工程类型商品房办公楼教学楼综合楼医院图1 工程属性量化前后对比按照上述逻辑思路对所有概算数据进行调整，并将调整后的数据汇总。将已备好的样本集中随机抽取 85%的样本，进行 RBN 训练；另外 15%的样本则被用作测试样本，以验证其预测的准确性和推广能力，以决定最后的网路做为估计模式。RBN 结构的确定主要是为了确定 RNN 在工程估计中的输入节点、输出节点、基函数的宽度和初始权重7。在 MATLAB 中，通过 RBN 工具包中的 RBN 函数库，将训练样本输入到模型中进行训练。分布常数 SC 代表隐层高斯基的宽度，根据宽度的不同，聚类中心也会有差异，从而确定隐层的数量。在概算过程中，利用穷举法求出较为适宜的基宽，并通过对各网路的预测结果与实测数据进行拟合，得出最近似值，以此实现对概算模型的初步建立。同时利用 BIM 模型可以实现对工程中各个施工设备、构件等具体数量的详尽展现，以此能够进一步提高对设备费用的计算准确性。1.3 概算模型训练与概算结果输出为进一步提高概算模型的准确性，对模型进行训练。将模型导入到RBF神经网络当中，利用 MATLAB 模拟模型运行，根据误差是否在预设范围内，实现对模型是否完成训练的衡量。为了充分发挥RBF神经网络的性能优势，并达到预期训练效果，严格控制模型训练样本的取量大小，并根据训练速度、训练精度和网络的泛化能力对模型进行评价8。在训练过程中，还需要按照下述公式确定隐含层中的节点数量：（4）上述计算公式中；代表隐含层中的节点数量；代表函数类容量；代表误差。利用上述方式实现对模型的训练，最后通过训练后的模型实现对工程的概算。对于概算结果的表达，将数据以 sav/xls 格式归档入库，并针对其程序代码以*.m 的格式保存在相同的文件夹中，方便后续工程进行中的各项工作对概算资料的获取和使用。2 实证分析以某房屋建筑工程项目为例，收集此项目的工程资料，使用 BIM 技术对项目进行概算。通过对各种工程项目信息的采集、处理和加工，利用先进的计算机技术进行工程施工数据与准备信息的聚类，为投资商提供科学、准确的决策依据，从而提高建筑的预算水平与投资决策水平。提出下述几个方面的概算目标。见表 1。表1 基于 BIM 的项目概算目标No.基于 BIM 的项目概算目标1计算机操作界面人性化设计目标用户界面简洁，便于操作，提高工作效率，同时也维护了用户的友好2概算过程智能化目标利用高级估计模型，准确地提供项目施工投资计算结果3隐私性数据安全目标概算中，确保用户数据、投资方个人信息的安全性4统计数据集成化目标为其他施工管理系统提供一体化的界面，方便对所有工程项目进行综合管理5市场网络化目标充分利用互联网共享资源，吸引更多的投资方、施工方、物料供应商参与概算工作6信息完整性目标所有数据的统计、整理、输出需具备完整性明确概算目标后，统计并整理现有资料，将其录入计算机操作系统进行概算。该系统采用了基于 BIM 技术的三级 B/S 架构。用户界 12 2023 年第 2 期 总第 322 期面层为系统和用户之间提供了交互接口，可实现在概算过程中与工程项目参与方之间实时互动，客户机通过普通的浏览器就可以建立与此计算机之间的连接。业务逻辑层可根据用户要求，进行工程数据的查询、估算、与数据库建立连接。数据存取层由数据库服务器和数据库组成，利用 ADO.NET 对数据进行操作，实现数据存储、组织、管理等功能。利用浏览器进行实时概算数据的登记，由输出层输出最终针对此项目的概算结果，完成数据输入、浏览与调查项目等相关资料的录入后，在输出层统计项目概算结果，对结果进行分析、发布。工程数据录入后的流向与网络拓扑结构见图 3。浏览器用户界面包（窗口组件）主要业务模块功能的后台代码数据库BIM客户端WEB服务器应用服务器数据服务器用户表示层UIL业务逻辑层BLL数据访问层DAL图 2 工程数据录入后的流向分析浏览器3浏览器1浏览器2BIM建模终端通信节点InternetWEB服务器应用服务器1应用服务器2DB服务器应用服务器3图 3 网络拓扑结构在进行工程概算时，概算人员要建立与设计人员之间的良好交流渠道，及时了解工程设计材料、施工设备与机械选用标准，并配合设计单位做好项目外业调查，了解项目施工场地与施工环境的基本情况。工程概算前期工作的重点是基础数据的搜集，为确保概算结果真实、可靠，应在保证数据准确性、完整性的基础上，正确理解现阶段建筑施工材料、设备机械的市场价格、价格波动幅度等，同时，根据设计的施工方案，对施工中所需要的材料进行深度分析，包括材料的产地、材料到施工现场的运输方式、施工中材料的装卸费用、材料运输距离等，通过此种方式，确保项目施工材料、设备等方面的成本概算上达到较高标准。若不能立即搜集所有市场调研数据，需要在完成初步概算后，根据工程实际情况，对概算资料进行实时补充，以增加项目概算的精确度。为确保预算计算的准确性，必须做好概算后的相关审核工作。在编制完各单位工程的概算文件后，由经验丰富、专业水平较高的行业专家，对概算文件的编制内容及概算结果进行检验、核实。例如，校验文字是否存在遗漏、重复列项；补充单价是否符合政策规定、工程量是否多计或少计等。通过强化概算审核工作，确保概算编制的质量，提高概算准确率。概算过程中，先使用 BIM 技术进行房屋建筑工程项目的建模，完成设计阶段中 BIM技术的集成与使用后，利用 BIM 模型，对工程量数据进行训练与统计，导出模型最终的数值，对各个分项工程学项目的概算结果进行统计，从而得到该建筑工程项目的概算结果。完成基于 BIM 技术的项目概算后，使用传统方法对项目造价进行统计与概算，对比基于 BIM技术的项目概算结果与传统方法对项目的概算结果，将竣工文件呈现信息作为参照，通过此种方式，检验基于 BIM 技术的概算方法在实际应用中的准确率，见表 2。表 2 工程概算准确率对比No.概算项目竣工文件呈现信息（项目施工实际支出）（万元）基于 BIM 技术的项目概算结果（万元）传统方法的项目概算结果（万元）1建筑桩基工程125.64127.62134.572建筑基础工程259.12261.94204.173主体建筑工程894.71898.94956.254建筑内墙装饰工程96.24102.54125.645建筑外墙装饰工程125.81128.47259.076施工材料269.46271.69286.647施工人力56.2357.5869.178投入机具28.9730.0535.899钢混工程348.40356.14378.6410其他（风险投资等）120.36121.14139.583 结语根据表 2 工程概算准确率对比结果，基于BIM 技术的项目概算结果与竣工文件呈现信息（项目施工实际支出）较为接近，传统方法的项目概算结果与竣工文件呈现信息（项目施工实际支出）差异较大。说明本文设计的方法可以有效提高工程概算准确率，通过此种方法，控制建筑施工中的合理化投资，为工程施工造价成本管理提供可靠的依据。参考文献：1 白红兰.建设工程概算指标数据库的创建及应用以中小桥梁工程为例 J.中国市政工程,2022(3):63-65,139.2 左雅萍.探讨基于超概问题的公路工程概算调整管理方法 J.工程建设与设计,2022(8):217-219.3 陈悦华,李帅莹,刘文路.基于改进 FOA-SVR 的电网工程概算预测研究 J.武汉理工大学学报(信息与管理工程版