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）

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：

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：

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-1～1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：

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：

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

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。

图2 工程数据录入后的流向分析

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

3 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。