基于BIM在項目全生命期內的造價模型設計

侯蘭

摘 要： 為了提高項目全生命周期管理內的造價預測精準性，進行造價模型設計，提出基于建筑信息模型（BIM）的項目全生命期內的造價模型，構建項目全生命期工程造價的約束參量模型，采用自適應均衡博弈進行造價的BIM控制目標函數構建，實現工程項目在質量?效率?成本指標參量上的均衡博弈，根據主成分分析方法求得造價BIM控制目標函數的最優解。實驗分析結果表明，采用該模型進行工程造價的預測精度較高，在相同的質量效益下能使得造價最低，節約了工程開銷。

關鍵詞： BIM； 造價； 全生命周期； 主成分分析

中圖分類號： TN911.1?34； TU723.3 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）07?0109?03

Design of BIM?based construction cost model in project life cycle

HOU Lan1， 2

（1. School of Management， Xihua University， Chengdu 610039， China；

2. Department of Engineering Management， Sichuan College of Architectural Technology， Deyang 618000， China）

Abstract： In order to improve the prediction accuracy of the construction cost in the project life cycle management， the construction cost model was designed. A construction cost model based on building information model （BIM） in project life cycle is put forward. The constraint parameter model of the construction cost in the project life cycle was constructed. The adaptive equilibrium game is used to construct the cost control objective function of the BIM to balance the engineering project in the aspects of quality， efficiency and cost. The optimal solution of the cost control objective function of the BIM was obtained accor?ding to the principal component analysis method. The experimental results show that the model has high prediction accuracy for the project cost， lowest construction cost under the condition of the same quality benefit， and has saved the project cost.

Keywords： BIM； construction cost； life cycle； principal component analysis

0 引 言

大型工程項目的造價管理是決定項目的質量、成本和工程進度的關鍵性因素，工程造價涵蓋建設工程造價、公路工程造價、水運工程等項目。在建筑項目的全生命周期內進行造價預測，工程項目的造價動態管理，根據圖紙、定額以及清單規范構建建筑信息模型（BIM），設計建造管理的數據化工具和模型，提高建筑工程項目的管理水平，研究項目的造價模型在建筑工程概算、預算、工程結算等方面具有重要意義[1]。

基于建筑信息模型的BIM技術進行在項目全生命期內的造價模型設計是利用造價約束參量的模板匹配方法進行參數信息融合，采用均衡博弈設計進行工程造價的建筑成本量化評估和施工精度的控制，在工程造價的信息管理中展示了較好的應用價值。傳統方法中，對造價模型的設計方法主要有修正概算方法、投資估計方法、成本造價與建筑生產效率的約束匹配方法等[2?3]，通過對工程造價的預測，執行工程結算、竣工決算，實現對項目施工線程的嚴格管理，在提高施工建設質量，避免工程浪費方面取得了一定的效益[4]，文獻[5]提出基于建筑成本量化評估和自適應均衡控制的造價控制模型，實現成本造價和建筑生產效率的優化配準和控制，改善了施工效率，但是該方法需要大量的前期先驗信息作為指導，在先驗知識缺乏時難以實現項目的全生命周期管理。

為了提高項目全生命周期管理內的造價預測精準性，提出基于建筑信息模型（BIM）的項目全生命期內的造價模型，實驗分析結果表明，采用該模型進行工程造價的預測精度較高，在相同的質量效益下能使得造價最低，節約了工程開銷。

1 項目全生命期內造價約束參量分析

大型建筑項目全生命期內的工程造價影響因素較多，約束參量彼此之間存在關聯性和耦合性，需要進行造價控制約束參量分析，采用建筑信息模型進行控制約束參量的信息評估和數據融合[6?7]，分析項目全生命期內的造價影響特征信息統計參量，得到主成分信息特征，進行工程造價預測，項目全生命期內的造價預測模型實現流程如圖1所示。

根據圖1所示的造價預測模型進行造價控制模型的約束參量分析，假設項目全生命期內造價控制的參考歷史數據表示為[xiNi=1，]根據BIM技術計算人工費、材料費、機械費等因素的不確定性，進行信息融合，根據《建設工程預算定額》按合理價格對工程造價的預測約束參量進行標準歸一化處理[8]，得到項目全生命期內的造價預測模型的控制約束參量描述如下：

[2ξT（t）Wx（t-d1（t））-x（t-h1）-t-h1t-d1（t）x（s）ds=0] （1）

[2ξT（t）Kx（t）-x（t-d1（t））-t-d1（t）tx（s）ds=0] （2）

[2ξT（t）Mx（t-d1（t））-x（t-d（t））-t-d（t）t-d1（t）x（s）ds=0] （3）

[2ξT（t）Lx（t-d（t））-x（t-h）-t-ht-d（t）x（s）ds=0] （4）

式中：[ξT（t）]表示項目進展過程中的不定開銷；[K]表示建筑材料費用；[d1（t）]表示模型的復雜度對工程造價的影響因子。

采用自適應均衡博弈進行造價和施工質量的線性約束矢量模型構建，計算工程造價開銷的BIM協方差矩陣[C]：

[C=1NX-XlX-XlT] （5）

式中：

[l=1，1，…，11×N] （6）

[xi=1Nk=1Nxik] （7）

[X=X1，X2，…，Xm] （8）

根據工程施工過程中的風險管理因素進行多元化影響因素的決策控制，構建項目造價的短期控制模型為：

[fk=fk-1-1n，1≤k

綜合考慮外部環境和資產回報等因素的影響，得到工程造價主要變量的統計性特征，通過構建測度回歸模型進行造價決策影響因素的顯著性特征分析，由此進行造價預測和控制模型設計。

2 造價控制目標函數構建

根據自適應回歸理論進行工程造價主要變量的描述性統計，得到效率測度模型的回歸結果為：

[EST1（vi，pq）=maxvj∈prnt（vi）p_available（q），EFT（vj，pm）+k?C（vj，vi）] （10）

根據BIM建筑信息融合模型進行內部控制質量的度量，得到項目全生命周期內的造價約束特征方程：

[（λl-S）U=0] （11）

求解[S]的特征值[λ]，通過非效率投資類型的相關性關系，得到與特征值[λ]對應的特征向量[U，]結合建設施工線中的造價控制變量，采用均衡博弈方法得到高質量內部控制下的項目全生命期建設的工程造價成本集的數學期望建模分析問題描述為：

[t-σty（s）f（y（s））TR1EETR2y（s）f（y（s））ds] （12）

把建筑BIM的評價標準與效益型指標看做如下狀態項：

[t-σtyT（s）R1y（s）+fTy（s）R2fy（s）ds] （13）

根據累計方差的貢獻程度進行建筑施工質量信息的內部控制質量度量[9?10]，得到造價控制的目標函數描述為：

[s.t. Qi≥QthEi≥EthCi≤CthQjk≥0，Ejk≥0，Cjk≥0j=1Njxjk=1，?i，1≤k≤M，1≤j≤Nj] （14）

對于項目全生命周期管理，以材料和工人施工費作為成本的經濟型指標，把成本開銷效益型指標和經濟型指標進行關聯性分解，分別表示為[BU]與[BV，]通過對建筑成本的描述性統計分析，得到BIM項目全生命周期內的生產質量?效率?成本控制模型表示為：

[BU=j=1MMaxj∈Nj（Bjk）] （15）

[BV=j=1MMinj∈Nj（Bjk）] （16）

采用內部控制激勵方法進行均衡博弈，提取項目造價預測的主成分特征信息，建筑造價的開銷和收益率呈正態分布，通過閾值加權進行全生命期建設的工程造價成本控制，其中閾值加權目標函數為：

[xjk=0≤xjk≤1， 選擇第k個建設組別進行第j項工程 建設的成本，且占任務比例為xjk0， 其他 ] （17）

另外，定義：[M]表示項目全生命期內施工的收益率；[S={S1，S2，…，Snum}]為BIM統計集合；[Np]表示第[p]項建筑項目的施工組別數量；[Nj]為參與第[j]項建設工程項目的約束關聯性因素；[Bjk]為生產組別[k]完成第[j]項工程的相關性收益。

根據上述造價控制約束參數的定義進行造價控制模型設計。

3 對目標函數優化求解

通過造價預測模型構建，實現工程項目在質量?效率?成本指標參量上的均衡博弈，在造價預測的訓練集上進行約束加權控制，假設項目建設中市場建筑材料的消耗成本定義為[Wkii=1，2，…，6；k=1，2，…，6]，定義一種新的損失函數[ξ，][ξ]對成本控制初始值具有不敏感性，因此對[ξ]采用主成分分析方法，得到成本造價約束控制的生產效率約束函數為：

[Lξ=f（x）-y-ξ， f（x）-y≥ξ0， f（x）-y<ξ] （18）

基于主成分分析的PCA分析方法進行BIM建筑信息模型構建，得到建筑成本量化評估優化模型為：

[minω，h，ζl，ζ*l=12ωTω+ci=1l（ζl+ζ*l）] （19）

式中：[ζl]和[ζ*l]表示松弛變量，通過主成分分析進行最優化求解，得到建筑造價模型的最優解為：

[f（x）=i=1l（ai+a*i）k（x-xi）+b] （20）

通過主成分分析方法求得造價BIM控制目標函數的最優解，由此實現對全項目周期內的造價模型設計。

4 實證數據仿真分析

采用實證數據分析方法進行項目造價預測分析，實驗的硬件平臺為Pentium Dual?Core，2.6 GHz，采用Matlab編程工具進行數據分析，項目工程分為5組測試集，分別記為工程代號1～5，工程項目造價約束中的財政投入的影響因子為0.43，建筑環境和建筑設施的關聯性約束因子為0.37，信貸資金的約束成分因子為0.056，采用質量?效率?成本指標參量上的均衡博弈方法進行造價預測控制的約束參量分析，得到各個工程項目下的質量水平、效率水平和單位成本，見表1。

分析表1中的結果得知，工程項目2和工程項目5的單位成本在控制范圍內有較大的波動，這是因為受到建筑工程造價的不確定因素的影響，采用本文方法進行項目的全生命周期內的造價模型預測控制，采用不同模型進行工程造價的預測，得到的結果如圖2所示。

分析圖2的仿真結果得知，采用本文模型進行造價模型設計，工程造價的振蕩范圍控制在[40，72]，而傳統模型對造價預測的振蕩范圍較大，從單位工程量下的造價分析來看，采用本文方法進行造價控制，成本更低，展示了本文模型的優越性。

5 結 語

為了提高工程項目造價的預測可靠性和可控性，提出基于建筑信息模型BIM的項目全生命期內的造價模型，構建項目全生命期工程造價的約束參量模型，采用自適應均衡博弈進行造價的BIM控制目標函數構建，實現工程項目在質量?效率?成本指標參量上的均衡博弈，根據主成分分析方法求得造價BIM控制目標函數的最優解。實證數據分析結果表明，采用該模型對工程造價的預測精度較高，在相同的質量效益下使得造價最低，節約了工程開銷，具有較好的工程應用價值。

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