基于BIM 技術(shù)的綠色建筑工程造價快速估算模型

李海燕,任長江

1.鄭州財經(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

綠色工程造價估算，一直是工程估算領(lǐng)域的難點問題[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)活動成本科學(xué)原理建立的綠色建筑工程造價估算模型，針對簡單的工程造價有很好的估算效果，然而針對較為復(fù)雜的綠色建筑工程，估算結(jié)果存在一定的不準(zhǔn)確性，無法保證工程造價結(jié)果快速準(zhǔn)確地獲得[4,5]。

針對當(dāng)前工程造價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估算模型。經(jīng)實驗驗證，建立模型在實際應(yīng)用中有很好的造價估算可靠性，估算結(jié)果和實際接近。

1 綠色建筑工程造價快速估算模型

1.1 依據(jù)BIM 技術(shù)獲取統(tǒng)計序列

為了建立綠色建筑工程造價快速估算模型，需構(gòu)造綠色建筑工程造價統(tǒng)計序列，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)計綠色建筑工程造價估算過程中的統(tǒng)計分析模型[6]。

假設(shè)綠色建筑工程造價初始數(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信息測試數(shù)據(jù)集R的序列數(shù)量。在進(jìn)行綠色建筑工程造價管理時，需對綠色建筑工程進(jìn)度進(jìn)行規(guī)劃，對進(jìn)程可靠性進(jìn)行評估，對施工過程進(jìn)行維護(hù)[7,8]。綠色建筑工程造價估算約束參量在數(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個種類，用于描述綠色建筑工程造價信息的相應(yīng)模糊隸屬度屬性，針對綠色建筑工程造價信息種類屬性，利用模糊聚類分析技術(shù)對特征分類進(jìn)行區(qū)分，通過分塊信息特征檢測與數(shù)據(jù)融合技術(shù)完成對綠色建筑工程造價的合理分配。依據(jù)BIM 技術(shù)獲取綠色工程造價統(tǒng)計分析指數(shù)時間序列{Rn}m，通過綠色建筑工程造價信息融合處理，獲取造價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時間延遲。

對綠色建筑工程造價估算模型進(jìn)行統(tǒng)計，針對統(tǒng)計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BIM 信息C的奇異值，V、E用于描述綠色建筑工程造價統(tǒng)計序列特征分解矩陣。

通過關(guān)聯(lián)知識庫完成對綠色建筑工程造價序列的融合，從而可以看出綠色建筑工程造價統(tǒng)計序列特征分解矩陣V與E屬于正交矩陣[9]，同時有E=(e1,e2,…,en)。

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

其中，Lm用于描述綠色建筑工程造價最初統(tǒng)計樣本信息。

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

將綠色建筑工程造價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)完成對質(zhì)量效益的管理[12]，獲取綠色建筑工程造價統(tǒng)計序列分析模型：

利用上述分析獲取綠色建筑工程造價信息統(tǒng)計序列。

1.2 獲取工程造價特征向量

對綠色建筑造價信息進(jìn)行分析，同時依據(jù)分部工程完成對各樣本的造價數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，把不同分部工程造價當(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個待處理單元，所有單元均含h個指標(biāo)，則：

式中，i用于描述第i個樣本單元，j用于描述第j個指標(biāo)。

對相關(guān)系數(shù)矩陣Rela的特征根與特征向量進(jìn)行計算。相關(guān)系數(shù)矩陣Rela的特征方程可描述成|Rela-γI|=0，按照特征方程計算矩陣的m個特征根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)特征多項式Relaam=γmam，am=(a1,a2,…,am)計算對應(yīng)特征向量Li=(Li1,Li2,…,Lim)，把特征向量分量值當(dāng)成權(quán)數(shù)，完成對標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)的加權(quán)處理[14]，從而獲取第i個主成分：

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)行計算。

主成分分析主要是為了將數(shù)據(jù)原本的個變量經(jīng)處理變成少量的若干個綜合變量，同時經(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，因此通常不會選擇所有的m個主成分，而選擇l

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

計算得到的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 綠色建筑工程造價快速估算模型建立

在聯(lián)合參量限制下，將造價成本、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)合估計技術(shù)構(gòu)造綠色建筑工程造價快速估算模型：

2 結(jié)果及分析

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

2.1 實驗數(shù)據(jù)采集

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

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

2.2 與其它模型的對比結(jié)果

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

表2 工程造價估算結(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是15 m2的情況下，實際造價是1385.1 元，文獻(xiàn)[13]模型預(yù)測造價為1436.9 元，文獻(xiàn)[14]模型預(yù)測造價為1329.6 元，本文模型預(yù)測造價為1389.5 元，可以看出本文建立模型和實際結(jié)果更加接近。在工程造價不同的情況下，本文模型估測誤差一直最低，說明本文模型估測結(jié)果更加有效可靠。

按照工期進(jìn)行模擬，采用本文模型對研究的綠色建筑工程造價在不同工期估算結(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是3260 萬元內(nèi)完工的概率是98%，在造價是3325 萬內(nèi)完工的概率是99.9%，接近100%，該結(jié)果和實際結(jié)果間的差異很小，說明本文模型針對不同工期綠色建筑工程造價有很高的估算精度。

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)計綠色建筑工程造價估算過程中的統(tǒng)計分析模型。對綠色建筑造價信息進(jìn)行分析，依據(jù)分部工程完成對各樣本的造價數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，把不同分部工程造價當(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信息主成分分析結(jié)果，在聯(lián)合參量限制下，將造價成本、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)合估計技術(shù)構(gòu)造綠色建筑工程造價快速估算模型。

將《綠色建筑工程造價》的8 組不同類型的住宅數(shù)據(jù)當(dāng)成實驗數(shù)據(jù)，對上述數(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)雜的建筑造價因素值，為了驗證建立的基于BIM 技術(shù)的綠色建筑工程造價快速估計模型的有效性，將文獻(xiàn)[13]方法和文獻(xiàn)[14]方法作為對比進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)建立模型和實際結(jié)果更加接近。在工程造價不同的情況下，建立模型估測誤差一直最低，說明本文模型估測結(jié)果更加有效可靠。按照工期進(jìn)行模擬，采用建立模型對研究的綠色建筑工程造價在不同工期估算結(jié)果進(jìn)行模擬，該結(jié)果和實際結(jié)果間的差異很小，說明建立模型針對不同工期的綠色建筑工程造價有很高的估算精度。