基于BIM 技術(shù)的綠色建筑工程造價(jià)快速估算模型

李海燕,任長(zhǎng)江

1.鄭州財(cái)經(jīng)學(xué)院 土木工程學(xué)院,河南 鄭州 450000

2.南昌工程學(xué)院 水利與生態(tài)工程學(xué)院,江西 南昌 330000

綠色工程造價(jià)估算，一直是工程估算領(lǐng)域的難點(diǎn)問題[1,2]。由于綠色建筑內(nèi)在聯(lián)系復(fù)雜程度較高，所以工程快速估算的約束性較大[3]。當(dāng)前常見的依據(jù)活動(dòng)成本科學(xué)原理建立的綠色建筑工程造價(jià)估算模型，針對(duì)簡(jiǎn)單的工程造價(jià)有很好的估算效果，然而針對(duì)較為復(fù)雜的綠色建筑工程，估算結(jié)果存在一定的不準(zhǔn)確性，無法保證工程造價(jià)結(jié)果快速準(zhǔn)確地獲得[4,5]。

針對(duì)當(dāng)前工程造價(jià)估算模型存在的問題，提出一種基于BIM 技術(shù)的綠色建筑工程造價(jià)快速估算模型，建立的模型利用BIM 技術(shù)，通過主成分分析法對(duì)綠色建筑估算特征因素進(jìn)行提取，建立多因子聯(lián)合估算的綠色建筑造價(jià)估算模型。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，建立模型在實(shí)際應(yīng)用中有很好的造價(jià)估算可靠性，估算結(jié)果和實(shí)際接近。

1 綠色建筑工程造價(jià)快速估算模型

1.1 依據(jù)BIM 技術(shù)獲取統(tǒng)計(jì)序列

為了建立綠色建筑工程造價(jià)快速估算模型，需構(gòu)造綠色建筑工程造價(jià)統(tǒng)計(jì)序列，通過大數(shù)據(jù)采樣與BIM 技術(shù)，利用等效近似線性模型設(shè)計(jì)綠色建筑工程造價(jià)估算過程中的統(tǒng)計(jì)分析模型[6]。

假設(shè)綠色建筑工程造價(jià)初始數(shù)據(jù)集用R={x1,x2,…,xn}進(jìn)行描述，其中，n用于描述綠色建筑工程造價(jià)信息測(cè)試數(shù)據(jù)集R的序列數(shù)量。在進(jìn)行綠色建筑工程造價(jià)管理時(shí)，需對(duì)綠色建筑工程進(jìn)度進(jìn)行規(guī)劃，對(duì)進(jìn)程可靠性進(jìn)行評(píng)估，對(duì)施工過程進(jìn)行維護(hù)[7,8]。綠色建筑工程造價(jià)估算約束參量在數(shù)據(jù)集R中可通過m維矢量進(jìn)行描述，數(shù)據(jù)集中包含a個(gè)種類，用于描述綠色建筑工程造價(jià)信息的相應(yīng)模糊隸屬度屬性，針對(duì)綠色建筑工程造價(jià)信息種類屬性，利用模糊聚類分析技術(shù)對(duì)特征分類進(jìn)行區(qū)分，通過分塊信息特征檢測(cè)與數(shù)據(jù)融合技術(shù)完成對(duì)綠色建筑工程造價(jià)的合理分配。依據(jù)BIM 技術(shù)獲取綠色工程造價(jià)統(tǒng)計(jì)分析指數(shù)時(shí)間序列{Rn}m，通過綠色建筑工程造價(jià)信息融合處理，獲取造價(jià)估算信息融合分布矩陣：

上式中，τ用于描述分塊信息特征檢測(cè)時(shí)間延遲。

對(duì)綠色建筑工程造價(jià)估算模型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，針對(duì)統(tǒng)計(jì)特征量完成奇異值分解：

式中，A用于描述綠色建筑工程造價(jià)BIM 信息C的奇異值，V、E用于描述綠色建筑工程造價(jià)統(tǒng)計(jì)序列特征分解矩陣。

通過關(guān)聯(lián)知識(shí)庫(kù)完成對(duì)綠色建筑工程造價(jià)序列的融合，從而可以看出綠色建筑工程造價(jià)統(tǒng)計(jì)序列特征分解矩陣V與E屬于正交矩陣[9]，同時(shí)有E=(e1,e2,…,en)。

針對(duì)綠色建筑工程造價(jià)BIM 管理數(shù)據(jù)，建立綠色建筑工程造價(jià)信息參量采集模型，通過主成分分析法對(duì)綠色建筑工程造價(jià)BIM 信息完成回歸檢驗(yàn)[10,11]，獲取工程造價(jià)子空間分布矩陣：

其中，Lm用于描述綠色建筑工程造價(jià)最初統(tǒng)計(jì)樣本信息。

通過模糊聚類中心融合技術(shù)建立關(guān)聯(lián)知識(shí)庫(kù)，完成對(duì)綠色建筑工程造價(jià)信息的BIM 數(shù)據(jù)庫(kù)模型U的設(shè)計(jì)，公式描述如下：

將綠色建筑工程造價(jià)BIM 信息當(dāng)成數(shù)據(jù)載體，qri=rn-r1，依據(jù)綠色建筑工程質(zhì)量模糊貼近技術(shù)完成對(duì)質(zhì)量效益的管理[12]，獲取綠色建筑工程造價(jià)統(tǒng)計(jì)序列分析模型：

利用上述分析獲取綠色建筑工程造價(jià)信息統(tǒng)計(jì)序列。

1.2 獲取工程造價(jià)特征向量

對(duì)綠色建筑造價(jià)信息進(jìn)行分析，同時(shí)依據(jù)分部工程完成對(duì)各樣本的造價(jià)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，把不同分部工程造價(jià)當(dāng)成主成分分析的原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行降維處理[13]。

通過主成分分析方法對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行降維的詳細(xì)操作如下：

假設(shè)某樣本序列中含k個(gè)待處理單元，所有單元均含h個(gè)指標(biāo)，則：

式中，i用于描述第i個(gè)樣本單元，j用于描述第j個(gè)指標(biāo)。

對(duì)相關(guān)系數(shù)矩陣Rela的特征根與特征向量進(jìn)行計(jì)算。相關(guān)系數(shù)矩陣Rela的特征方程可描述成|Rela-γI|=0，按照特征方程計(jì)算矩陣的m個(gè)特征根γj，依據(jù)從小到大的順序?qū)μ卣鞲M(jìn)行排序處理，γ1≥γ2≥…≥γm，然后依據(jù)特征多項(xiàng)式Relaam=γmam，am=(a1,a2,…,am)計(jì)算對(duì)應(yīng)特征向量Li=(Li1,Li2,…,Lim)，把特征向量分量值當(dāng)成權(quán)數(shù)，完成對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)的加權(quán)處理[14]，從而獲取第i個(gè)主成分：

把經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理的數(shù)據(jù)(x1,x2,…,xm)代入上式中，從而獲取不同主成分得分，所有樣本單位在不同主成分領(lǐng)域的表現(xiàn)為按照主成分得分進(jìn)行計(jì)算。

主成分分析主要是為了將數(shù)據(jù)原本的個(gè)變量經(jīng)處理變成少量的若干個(gè)綜合變量，同時(shí)經(jīng)轉(zhuǎn)換獲取盡量含有原始數(shù)據(jù)絕大多數(shù)信息的若干綜合變量，從而降低變量數(shù)量，也降低了數(shù)據(jù)處理工作量，因此通常不會(huì)選擇所有的m個(gè)主成分，而選擇l

選擇的個(gè)主成分能夠涵蓋樣本數(shù)據(jù)的大多數(shù)信息，因此對(duì)主成分進(jìn)行分析可以看做處理所有樣本數(shù)據(jù)信息的過程，同時(shí)所有主成分均能夠反映樣本數(shù)據(jù)在某個(gè)方面的表現(xiàn)。把方差貢獻(xiàn)率當(dāng)成不同主成分的權(quán)數(shù)，完成對(duì)不同主成分的加權(quán)平均處理，公式描述如下：

計(jì)算得到的Fe為含有絕大多數(shù)樣本數(shù)據(jù)的條件下獲取的主成分綜合得分，其值體現(xiàn)了綜合樣本數(shù)據(jù)。

1.3 綠色建筑工程造價(jià)快速估算模型建立

在聯(lián)合參量限制下，將造價(jià)成本、綠色建筑工程施工質(zhì)量和施工效率當(dāng)成約束指標(biāo)，通過多因子聯(lián)合估計(jì)技術(shù)構(gòu)造綠色建筑工程造價(jià)快速估算模型：

2 結(jié)果及分析

為了驗(yàn)證本文提出的綠色建筑工程造價(jià)快速估算模型的有效性，需要進(jìn)行下述實(shí)驗(yàn)。

2.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集源于《綠色建筑工程造價(jià)》的8 組不同類型的住宅數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到有關(guān)特征因素，同時(shí)將其當(dāng)成復(fù)雜的建筑造價(jià)因素值，詳細(xì)數(shù)據(jù)用表1 進(jìn)行描述。

表1 綠色建筑工程造價(jià)數(shù)據(jù)表Table 1 Cost data sheet of green building project

2.2 與其它模型的對(duì)比結(jié)果

為了驗(yàn)證本文提出的基于BIM 技術(shù)的綠色建筑工程造價(jià)快速估計(jì)模型的有效性，將本文方法和IDM 的建筑能耗分析方法和BPNN 造價(jià)估算模型[14]方法作為對(duì)比進(jìn)行測(cè)試，得到的結(jié)果見表2。

表2 工程造價(jià)估算結(jié)果比較Table 2 Comparison of engineering cost estimation results

表3 綠色建筑工程造價(jià)在不同工期的估算結(jié)果Table 3 Estimation results of green building project cost in different construction period

分析表2 中的數(shù)據(jù)可知，在綠色建筑模型造價(jià)是15 m2的情況下，實(shí)際造價(jià)是1385.1 元，文獻(xiàn)[13]模型預(yù)測(cè)造價(jià)為1436.9 元，文獻(xiàn)[14]模型預(yù)測(cè)造價(jià)為1329.6 元，本文模型預(yù)測(cè)造價(jià)為1389.5 元，可以看出本文建立模型和實(shí)際結(jié)果更加接近。在工程造價(jià)不同的情況下，本文模型估測(cè)誤差一直最低，說明本文模型估測(cè)結(jié)果更加有效可靠。

按照工期進(jìn)行模擬，采用本文模型對(duì)研究的綠色建筑工程造價(jià)在不同工期估算結(jié)果進(jìn)行模擬，得到的結(jié)果如表3 所示。分析表3 可以看出，綠色建筑工程在造價(jià)是3260 萬元內(nèi)完工的概率是98%，在造價(jià)是3325 萬內(nèi)完工的概率是99.9%，接近100%，該結(jié)果和實(shí)際結(jié)果間的差異很小，說明本文模型針對(duì)不同工期綠色建筑工程造價(jià)有很高的估算精度。

3 結(jié)論

本文通過大數(shù)據(jù)采樣與BIM 技術(shù)，利用等效近似線性模型設(shè)計(jì)綠色建筑工程造價(jià)估算過程中的統(tǒng)計(jì)分析模型。對(duì)綠色建筑造價(jià)信息進(jìn)行分析，依據(jù)分部工程完成對(duì)各樣本的造價(jià)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，把不同分部工程造價(jià)當(dāng)成主成分分析的原始數(shù)據(jù)，并進(jìn)行降維處理。把方差貢獻(xiàn)率當(dāng)成不同主成分的權(quán)數(shù)，完成對(duì)不同主成分的加權(quán)平均處理，獲取可體現(xiàn)綜合樣本數(shù)據(jù)的主成分。按照綠色建筑工程造價(jià)信息主成分分析結(jié)果，在聯(lián)合參量限制下，將造價(jià)成本、綠色建筑工程施工質(zhì)量和施工效率當(dāng)成約束指標(biāo)，通過多因子聯(lián)合估計(jì)技術(shù)構(gòu)造綠色建筑工程造價(jià)快速估算模型。

將《綠色建筑工程造價(jià)》的8 組不同類型的住宅數(shù)據(jù)當(dāng)成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到有關(guān)特征因素，將其當(dāng)成復(fù)雜的建筑造價(jià)因素值，為了驗(yàn)證建立的基于BIM 技術(shù)的綠色建筑工程造價(jià)快速估計(jì)模型的有效性，將文獻(xiàn)[13]方法和文獻(xiàn)[14]方法作為對(duì)比進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)建立模型和實(shí)際結(jié)果更加接近。在工程造價(jià)不同的情況下，建立模型估測(cè)誤差一直最低，說明本文模型估測(cè)結(jié)果更加有效可靠。按照工期進(jìn)行模擬，采用建立模型對(duì)研究的綠色建筑工程造價(jià)在不同工期估算結(jié)果進(jìn)行模擬，該結(jié)果和實(shí)際結(jié)果間的差異很小，說明建立模型針對(duì)不同工期的綠色建筑工程造價(jià)有很高的估算精度。