基于BIM 技术的绿色建筑工程造价快速估算模型

李海燕,任长江

1.郑州财经学院 土木工程学院,河南 郑州 450000

2.南昌工程学院 水利与生态工程学院,江西 南昌 330000

绿色工程造价估算，一直是工程估算领域的难点问题[1,2]。由于绿色建筑内在联系复杂程度较高，所以工程快速估算的约束性较大[3]。当前常见的依据活动成本科学原理建立的绿色建筑工程造价估算模型，针对简单的工程造价有很好的估算效果，然而针对较为复杂的绿色建筑工程，估算结果存在一定的不准确性，无法保证工程造价结果快速准确地获得[4,5]。

针对当前工程造价估算模型存在的问题，提出一种基于BIM 技术的绿色建筑工程造价快速估算模型，建立的模型利用BIM 技术，通过主成分分析法对绿色建筑估算特征因素进行提取，建立多因子联合估算的绿色建筑造价估算模型。经实验验证，建立模型在实际应用中有很好的造价估算可靠性，估算结果和实际接近。

1 绿色建筑工程造价快速估算模型

1.1 依据BIM 技术获取统计序列

为了建立绿色建筑工程造价快速估算模型，需构造绿色建筑工程造价统计序列，通过大数据采样与BIM 技术，利用等效近似线性模型设计绿色建筑工程造价估算过程中的统计分析模型[6]。

假设绿色建筑工程造价初始数据集用R={x1,x2,…,xn}进行描述，其中，n用于描述绿色建筑工程造价信息测试数据集R的序列数量。在进行绿色建筑工程造价管理时，需对绿色建筑工程进度进行规划，对进程可靠性进行评估，对施工过程进行维护[7,8]。绿色建筑工程造价估算约束参量在数据集R中可通过m维矢量进行描述，数据集中包含a个种类，用于描述绿色建筑工程造价信息的相应模糊隶属度属性，针对绿色建筑工程造价信息种类属性，利用模糊聚类分析技术对特征分类进行区分，通过分块信息特征检测与数据融合技术完成对绿色建筑工程造价的合理分配。依据BIM 技术获取绿色工程造价统计分析指数时间序列{Rn}m，通过绿色建筑工程造价信息融合处理，获取造价估算信息融合分布矩阵：

上式中，τ用于描述分块信息特征检测时间延迟。

对绿色建筑工程造价估算模型进行统计，针对统计特征量完成奇异值分解：

式中，A用于描述绿色建筑工程造价BIM 信息C的奇异值，V、E用于描述绿色建筑工程造价统计序列特征分解矩阵。

通过关联知识库完成对绿色建筑工程造价序列的融合，从而可以看出绿色建筑工程造价统计序列特征分解矩阵V与E属于正交矩阵[9]，同时有E=(e1,e2,…,en)。

针对绿色建筑工程造价BIM 管理数据，建立绿色建筑工程造价信息参量采集模型，通过主成分分析法对绿色建筑工程造价BIM 信息完成回归检验[10,11]，获取工程造价子空间分布矩阵：

其中，Lm用于描述绿色建筑工程造价最初统计样本信息。

通过模糊聚类中心融合技术建立关联知识库，完成对绿色建筑工程造价信息的BIM 数据库模型U的设计，公式描述如下：

将绿色建筑工程造价BIM 信息当成数据载体，qri=rn-r1，依据绿色建筑工程质量模糊贴近技术完成对质量效益的管理[12]，获取绿色建筑工程造价统计序列分析模型：

利用上述分析获取绿色建筑工程造价信息统计序列。

1.2 获取工程造价特征向量

对绿色建筑造价信息进行分析，同时依据分部工程完成对各样本的造价数据的统计分析，把不同分部工程造价当成主成分分析的原始数据，进行降维处理[13]。

通过主成分分析方法对样本数据进行降维的详细操作如下：

假设某样本序列中含k个待处理单元，所有单元均含h个指标，则：

式中，i用于描述第i个样本单元，j用于描述第j个指标。

对相关系数矩阵Rela的特征根与特征向量进行计算。相关系数矩阵Rela的特征方程可描述成|Rela-γI|=0，按照特征方程计算矩阵的m个特征根γj，依据从小到大的顺序对特征根进行排序处理，γ1≥γ2≥…≥γm，然后依据特征多项式Relaam=γmam，am=(a1,a2,…,am)计算对应特征向量Li=(Li1,Li2,…,Lim)，把特征向量分量值当成权数，完成对标准化指标的加权处理[14]，从而获取第i个主成分：

把经标准化处理的数据(x1,x2,…,xm)代入上式中，从而获取不同主成分得分，所有样本单位在不同主成分领域的表现为按照主成分得分进行计算。

主成分分析主要是为了将数据原本的个变量经处理变成少量的若干个综合变量，同时经转换获取尽量含有原始数据绝大多数信息的若干综合变量，从而降低变量数量，也降低了数据处理工作量，因此通常不会选择所有的m个主成分，而选择l

选择的个主成分能够涵盖样本数据的大多数信息，因此对主成分进行分析可以看做处理所有样本数据信息的过程，同时所有主成分均能够反映样本数据在某个方面的表现。把方差贡献率当成不同主成分的权数，完成对不同主成分的加权平均处理，公式描述如下：

计算得到的Fe为含有绝大多数样本数据的条件下获取的主成分综合得分，其值体现了综合样本数据。

1.3 绿色建筑工程造价快速估算模型建立

在联合参量限制下，将造价成本、绿色建筑工程施工质量和施工效率当成约束指标，通过多因子联合估计技术构造绿色建筑工程造价快速估算模型：

2 结果及分析

为了验证本文提出的绿色建筑工程造价快速估算模型的有效性，需要进行下述实验。

2.1 实验数据采集

实验数据集源于《绿色建筑工程造价》的8 组不同类型的住宅数据，同时对上述数据进行预处理，得到有关特征因素，同时将其当成复杂的建筑造价因素值，详细数据用表1 进行描述。

表1 绿色建筑工程造价数据表Table 1 Cost data sheet of green building project

2.2 与其它模型的对比结果

为了验证本文提出的基于BIM 技术的绿色建筑工程造价快速估计模型的有效性，将本文方法和IDM 的建筑能耗分析方法和BPNN 造价估算模型[14]方法作为对比进行测试，得到的结果见表2。

表2 工程造价估算结果比较Table 2 Comparison of engineering cost estimation results

表3 绿色建筑工程造价在不同工期的估算结果Table 3 Estimation results of green building project cost in different construction period

分析表2 中的数据可知，在绿色建筑模型造价是15 m2的情况下，实际造价是1385.1 元，文献[13]模型预测造价为1436.9 元，文献[14]模型预测造价为1329.6 元，本文模型预测造价为1389.5 元，可以看出本文建立模型和实际结果更加接近。在工程造价不同的情况下，本文模型估测误差一直最低，说明本文模型估测结果更加有效可靠。

按照工期进行模拟，采用本文模型对研究的绿色建筑工程造价在不同工期估算结果进行模拟，得到的结果如表3 所示。分析表3 可以看出，绿色建筑工程在造价是3260 万元内完工的概率是98%，在造价是3325 万内完工的概率是99.9%，接近100%，该结果和实际结果间的差异很小，说明本文模型针对不同工期绿色建筑工程造价有很高的估算精度。

3 结论

本文通过大数据采样与BIM 技术，利用等效近似线性模型设计绿色建筑工程造价估算过程中的统计分析模型。对绿色建筑造价信息进行分析，依据分部工程完成对各样本的造价数据的统计分析，把不同分部工程造价当成主成分分析的原始数据，并进行降维处理。把方差贡献率当成不同主成分的权数，完成对不同主成分的加权平均处理，获取可体现综合样本数据的主成分。按照绿色建筑工程造价信息主成分分析结果，在联合参量限制下，将造价成本、绿色建筑工程施工质量和施工效率当成约束指标，通过多因子联合估计技术构造绿色建筑工程造价快速估算模型。

将《绿色建筑工程造价》的8 组不同类型的住宅数据当成实验数据，对上述数据进行预处理，得到有关特征因素，将其当成复杂的建筑造价因素值，为了验证建立的基于BIM 技术的绿色建筑工程造价快速估计模型的有效性，将文献[13]方法和文献[14]方法作为对比进行测试，发现建立模型和实际结果更加接近。在工程造价不同的情况下，建立模型估测误差一直最低，说明本文模型估测结果更加有效可靠。按照工期进行模拟，采用建立模型对研究的绿色建筑工程造价在不同工期估算结果进行模拟，该结果和实际结果间的差异很小，说明建立模型针对不同工期的绿色建筑工程造价有很高的估算精度。