BIM 技術在建筑工程造價控制管理的應用研究

劉朦朧

隨著科技的發展，建筑行業也在逐步融入新型技術以提高效率和質量，其中，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術是一個典型代表。BIM 技術通過綜合利用圖形化模型和相關數據來管理建筑項目，以提升生產效率和項目質量，對于建筑工程的各個階段都產生了深遠的影響，特別是在工程造價控制管理方面，BIM 技術的應用具有獨特的優勢[1]。如何在確保工程質量的前提下，有效控制工程造價，是每個項目管理者面臨的挑戰。傳統造價控制方法往往依賴于人工的管理和判斷，既耗時又不準確，并且難以滿足復雜、大規模建筑工程的需求。

BIM 技術的出現為解決這一問題提供了全新的思路。基于BIM 的工程造價控制通過數字化、可視化、互動化的方式，為工程的各個階段提供了實時、準確的信息，從而實現了精準的造價預測和控制。同時，BIM 技術還可以與其他現代技術如大數據、人工智能等結合，進一步提高工程造價控制的精度和效率。BIM 技術在工程造價控制管理方面具有廣闊的應用前景，但目前在實際應用中仍面臨一系列的問題和挑戰[2]。本文將對BIM技術在建筑工程造價控制管理的應用進行深入研究，探討如何更好地利用BIM 技術進行工程造價管理，以期為建筑業的發展提供有益的參考。

1 BIM 技術概述

1.1 BIM技術內涵

BIM 不僅僅是一種技術，更是一種新型的建筑工程管理方法論。BIM技術的核心在于通過數字化的信息模型，實現建筑物全生命周期的有效管理，從設計、施工到運維階段，BIM均能提供支持。

在BIM 的思維框架下，建筑工程不再是靜態的藍圖或是斷層的技術文件，而是一個動態、多維的信息集合，并能夠實時更新，反映出建筑項目在不同階段的具體情況。BIM 技術使建筑工程變得更加可視化、互動化，為項目參與者提供了更豐富的信息和更直觀的溝通方式[3]。通過BIM 技術，設計師、工程師、施工團隊和業主可以在同一個平臺上進行協作和交流，減少信息傳遞和溝通的誤差，提高工程執行效率和質量。同時，BIM 技術還可以幫助項目管理者實時監控工程進度和成本，及時調整和優化方案，降低項目風險。

BIM 技術通過集成設計、分析、模擬和可視化工具，使項目參與者能夠在項目的整個生命周期中進行更加高效和精準的決策[4]。BIM 技術關鍵特點之一是對建筑工程的每一個組成部分進行詳細的數字化表征，包括建筑物的幾何結構、材料屬性、設備布局以及與建筑相關的時間和成本信息。詳盡的信息使BIM 能夠為建筑師、工程師、承包商和業主提供一個共享的知識基礎，從而促進更好的溝通、協作和決策。通過BIM 技術，項目參與者可以更加直觀地了解項目的各個方面，從設計到施工再到維護，都能夠在同一個平臺上進行有效的協作與交流[5]。這種集成的環境不僅加強了各方之間的合作，還提升了項目的執行效率和質量，有助于降低成本和減少風險。

1.2 BIM核心技術

模擬建造和參數化，不僅僅是工具和方法的簡單集合，更是建筑工程數字化轉型的關鍵推動力。本文進一步研究這兩方面，以揭示它們在建筑工程造價控制管理中的豐富應用和重要作用。

在模擬建造中，數字環境的構建不僅包括建筑物的幾何形狀，還涉及建筑過程中的多個關鍵參數。通過詳細模擬施工流程、人力資源、材料運輸等方面的數據，模擬建造可以為項目團隊提供全面的可視化信息，幫助其更好地理解整個建筑生命周期。此外，模擬建造還有助于優化資源利用，提前識別潛在的沖突和問題，從而在實際施工中降低風險。值得注意的是，模擬建造不僅僅局限于建筑的物理層面，還可以涵蓋環境因素，如天氣條件、季節變化等。通過考慮這些因素，項目團隊可以更全面地評估施工過程中可能出現的挑戰，制訂相應的風險應對策略。這種全面性的模擬不僅提高了工程的可行性，還為工程的順利進行提供了可靠基礎。

參數化技術的進一步應用不僅限于簡單的建筑元素調整。通過引入智能算法和優化方法，參數化可以實現更復雜的設計變更和優化。通過參數化實現建筑外形的自動優化，以滿足特定的能源效益標準或環境友好要求。這種應用不僅提高了設計的靈活性，還為建筑工程在不同層面上的性能提供了更高水平的控制。此外，通過將不同領域的參數引入建筑模型，可以實現不同專業領域之間的數據交流和協同工作。這種跨學科的參數化應用有助于確保設計的一致性和綜合性，提高整個項目團隊的工作效率。

參數化技術的應用已經超越了簡單的建筑元素調整，通過智能算法和優化實現了更復雜的設計變更和優化。這種應用不僅提高了設計的靈活性，還為建筑工程在各個方面的性能提供了更高水平的控制。跨學科的參數化應用也促進了不同專業領域之間的協作與交流，提升了整個項目團隊的工作效率。

2 建筑工程概況

本文將某辦公寫字間作為建筑工程造價控制管理的研究對象，分析其工程造價的控制與管理。該寫字間辦公樓的總高度為23.5 m，總面積為9325.75 m2，基底層面積31896.26 m2。辦公樓的工程結構整體為框架式，地上結構有5 層，均用作辦公室與技術用房；地下結構有2 層，其中地下一層用作地下室，整體屬于半地下室，地下二層用作車庫。

整體工程結構滿足2 級抗震構造需求，相應的環境分類為2b 類。該地區年均氣溫、降雨量分別為15.2 ℃與65 mm，無霜日為205 d，年度日照時間達到2300 h（四舍五入）。為了滿足工程造價要求，該項目引入了BIM技術。

3 BIM 技術在建筑工程造價控制管理中的應用

3.1 建立工程造價效益預測函數

在建筑工程項目中，建立有效的造價效益預測函數是至關重要的一步，它可以幫助項目經理和決策者提前預測并控制項目的成本效益[6]。因高度的集成性和信息化，BIM 提供了建立和實施這些預測函數的新途徑。

BIM 技術建立一個基于線性回歸的造價效益預測函數：

式中：x1為工程規模（m2），x2為工程復雜性指數（一個量化的復雜性度量），x3為設計參數（如材料類型，建筑風格等），C為預測的工程造價，β0為截距，β1、β2、β3是對應每個輸入變量的系數，它們表示各個變量對總成本的影響程度。

神經網絡是一種模仿人腦神經元工作方式的計算模型，具有很強的非線性擬合能力。在工程造價預測中，可以使用神經網絡來處理多元、非線性的數據關系[7]。在一個簡單的3 層前饋神經網絡模型中，有輸入層、隱藏層和輸出層。神經網絡模型如下：

式中：n為輸入變量，h為隱藏層神經元，wij為從輸入層到隱藏層的權重，bj為隱藏層的偏置，σ為激活函數（Sigmoid 函數或ReLU 函數），Bj為從隱藏層到輸出層的權重。

在BIM 環境中，可以使用大量的歷史項目數據進行訓練，并應用訓練好的模型進行實時的造價預測。這種方法具有較高的預測準確性和適應性，尤其是在處理復雜、非線性的項目數據時。同時，它也需要相應的計算資源和專業知識來實現。

3.2 構建工程造價效益的控制模型

BIM 技術通過其高度的集成化和信息化，提供了構建和實施這些控制模型的新途徑。對于建筑工程造價效益的控制模型，可以采用優化方法進行模型的建立，如線性規劃、動態規劃等[8]。這些模型可以處理多元、非線性的數據關系，并且更適用于大數據環境。

目標函數是總成本，表達式為：

式中：cij為任務i的策略j的成本。多目標優化模型權衡函數表達式為：

式中：x為決策變量，α、β、γ為權重系數，用于平衡不同目標之間的重要性，C（x）、T（x）、Q（x）分別為成本、時間和質量的函數，它們取決于決策變量。

多目標優化模型在BIM 環境中尤其有用，因為BIM 提供的大量詳細和準確的數據可以更好地定義和計算這些目標函數。

3.3 BIM技術模型數據交互

BIM 技術提供了多維度的數據環境，能夠有效地集成、管理并交互各類建筑項目相關的信息。在工程造價控制的過程中，這種模型數據交互的特性尤為顯著，它不僅改進了工作流程，還提升了決策的準確率和效率。在BIM 環境中，設計、施工、運維等各個階段的數據都能被有效集成。這種集成不局限于幾何信息，還包括材料、施工方法、成本和時間等多個維度。這意味著造價控制不再是孤立的過程，而是涵蓋項目全生命周期的綜合管理活動。

BIM 模型的顯著特點還包括動態性。設計變更和項目更新可以實時反映在模型中，從而使造價評估和控制更加及時和準確[9]。這種實時更新機制極大地提高了響應速度，有助于及時發現成本超支風險并采取措施。比如在施工過程中，由于現場條件或設計變更，實施方案可能需要調整，BIM 技術可以快速評估這些變更對總體造價的影響，為決策者提供支持。

BIM 技術的數據交互功能還提供了一種新的、更高效的工程造價控制方式，所有的造價控制活動都圍繞著BIM 模型進行，可以直接在模型中進行各種分析和決策。比如，使用模型來模擬和優化施工過程，預測工程量和工期，分析成本和效益等。這種基于模型的工作方式不僅僅提高了工作效率，而且還提高了決策的準確性和可靠性。

此外，BIM 技術在施工成本設計環節可以推動主體之間的相互寫作，保證信息的有效快速傳遞，防范后期施工成本出現明顯改變，進而更好地對項目成本進行科學管理。

3.4 BIM軟件統計工程量

在BIM 軟件的支持下，工程量統計變得更加高效、更具準確性。在開始工程量統計之前，首先需要準備好一個完整、準確的BIM 模型，其中包含建筑元素的幾何形狀、屬性信息以及關聯數據。在這個階段，工程師需要確保模型的完整性和數據的一致性，以確保后續的工作順利進行。之后，利用BIM 軟件的自動化識別功能，根據模型中的特定屬性和參數對構件進行分類，并根據預設的規則和參數，自動識別分類這些構件，為數量統計做準備。一旦構件被識別和分類，工程師可以利用BIM 軟件提取構件的尺寸、材料、數量等屬性信息。基于BIM 模型中提取的構件信息，工程師可以進行數量計算和統計分析，不僅對每種構件的數量、尺寸、體積等進行計算，還能根據特定的公式和規則進行統計分析。BIM 軟件能夠自動進行這些計算，極大地提高了統計的效率和準確性。在Revi 信息模型的支持下，傳統設計領域的元素和數據得以有機結合，形成了具有關聯性的整體。在該模型中，構件信息顯然是核心要素，通過利用該模型能夠更有效地反映建筑實際情況，并凸顯建筑的本質和特性。因此，在項目造價管控領域，建模成為重要的環節。

利用BIM 技術完成工程建模部分，并對不同構件的數據進行生成和分類。根據GMT 構建的工程主體結構模型，利用軟件內置的計算工具，對施工所需的工程量進行科學計算。同時，對各個樓層施工所需的工程量進行詳細計算（表1）。

表1 有關項目的工程量統計表

BIM 軟件統計的工程量便于理解建筑工程的造價構成，進一步優化設計和施工方案，以實現更有效的造價控制。這樣不但能對工程造價的成本進行有效管控，使管控水平得到明顯提高，還可以解決工程造價管理中出現的問題。

4 結語

本文從BIM 技術的基本定義和核心技術出發，詳細討論了其在建筑項目中的應用，特別是如何通過建立工程造價效益預測函數和構建建筑工程造價效益的控制模型，實現更有效的工程造價控制。然而，技術的應用并非孤立存在，它需要在實踐中不斷驗證和優化。BIM 技術提供了一種全新的視角來理解和管理建筑工程造價，將原本復雜的工程造價問題轉化為可視化、可量化的模型，便于更加準確和有效地進行工程造價控制。希望本文能為建筑工程造價控制管理的實踐者和研究者提供全面的視角，幫助其更好地理解和應用BIM 技術。