基于BIM提高工程概算准确性的方法研究

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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。

1.1 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:

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

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。

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