面向人工智能的建筑工程造價計算性模式研究

王 瓊

(廣東海洋大學(xué)寸金學(xué)院，湛江 524094)

引言

工程造價管理是歷經(jīng)了上千年工程建設(shè)實踐后形成的一門獨立學(xué)科，隨著工程技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，工程造價計算性管理已成為建筑工程造價發(fā)展必然經(jīng)歷的過程?，F(xiàn)階段工程造價計算性的思維、流程和技術(shù)特征也在逐步轉(zhuǎn)型和深化，產(chǎn)生了一系列的科學(xué)方法和智能技術(shù)[1]。人工智能應(yīng)用到建筑造價行業(yè)就是對勞動力、材料、機(jī)械、資金以及其他資源進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃和分配，加強(qiáng)對生產(chǎn)要素的管理，降低建筑行業(yè)的建造成本，提高建筑企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和利潤。

1 工程造價計算性的歷史演化

1.1 工程造價計算模式演化

工程造價是對建筑進(jìn)行科學(xué)管理，統(tǒng)籌和規(guī)劃人力、物力、財力以及其他資源要素，提高分配和管理，降低成本提高收益的過程。在不同歷史時期和技術(shù)背景下，造價計算在工程預(yù)算中經(jīng)歷了針對不同內(nèi)容、依托不同運(yùn)算載體展開實際應(yīng)用，包括從手動計算、表格計算以及軟件計算方式的變化，從定額計算到清單計價形式的變化，再到人工智能，交互模擬計算的演化脈絡(luò)。

《大唐六典》把勞動定額分為了長中短工，通過制定嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)作為編制預(yù)算和施工組織的依據(jù)。北宋頒行的《營造法式》提出“材分制”多層級建筑構(gòu)件計算體系，形成了第一部由國家制定的建筑工程計算法則和建筑工程定額。清代政府設(shè)立了“算房”，這一部門專職負(fù)責(zé)施工設(shè)計和施工預(yù)算。新中國成立后，隨著工程建設(shè)的發(fā)展國家建設(shè)部門開始制定統(tǒng)一的預(yù)算定額，發(fā)展成為在明確定額基礎(chǔ)價上，動態(tài)調(diào)整價格幅度的模式[2]。2003年《建設(shè)工程工程量清單計價規(guī)范》頒布并開始實施，自此我國工程造價開始采用以市場為主導(dǎo)、工程量清單計價的模式。

1.2 工程造價計算方式演化

工程造價計算方式的發(fā)展主要可分為手工法算量、表格法算量、軟件算量以及智能算量幾個階段。20世紀(jì)80年代，當(dāng)時工程造價采用手工測繪圖紙計算結(jié)果，不僅造成計算工作量大、費時費力，且容易出現(xiàn)缺項、漏項、少算、重算等錯誤性情況，后來隨著辦公軟件的普及，工程量計算效率獲得大幅提升。21世紀(jì)初，以魯班、斯維爾、廣聯(lián)達(dá)算量軟件為代表的三維軟件快速發(fā)展，逐步代替表格算量的方式，三維軟件不僅可以通過繪制構(gòu)件，形成三維建筑模型，模擬真實工程構(gòu)造，自動識別不同構(gòu)件，通過三維模型的對比，能夠清楚地發(fā)現(xiàn)繪制構(gòu)件的錯誤所在并查找原因，并且有強(qiáng)大的清單庫以及相匹配的定額庫[3]。

BIM技術(shù)的發(fā)展是對靜態(tài)三維軟件算量的提升，其將信息建模內(nèi)容由圖形信息拓展為建筑材料、構(gòu)造等多層級信息，其不僅通過構(gòu)建三維模型來計算整棟樓的工程量，還可以與其他項目管理軟件進(jìn)行銜接，達(dá)到建筑價格與其他建筑資源的流程整合。BIM5D就是基于BIM技術(shù)三維建模+造價軟件+施工進(jìn)度軟件，BIM相關(guān)軟件的融合與銜接，能夠?qū)崟r反饋動態(tài)工程量[3]。隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步與工程難題的持續(xù)攻關(guān)，AI智能算量機(jī)器人出現(xiàn)，BIM的設(shè)計模型與現(xiàn)場實際相整合，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、數(shù)據(jù)信息應(yīng)用技術(shù)等多環(huán)境耦合和多性能權(quán)衡與工程造價計算相融合，推動了建筑工程造價計算方法和模式發(fā)展、演化，促使人工智能建筑造價的新篇章[4-5]。

2 工程造價計算性的思維、流程和特征

2.1 工程造價計算性思維的系統(tǒng)化特征

18世紀(jì)乘法機(jī)的發(fā)明者、二進(jìn)制的奠基人萊布尼茨提出符號思維和演算推論器是“思維的本質(zhì)是計算”的最早說明。1992年國內(nèi)學(xué)者黃崇福從人工智能視角最早定義了計算思維的概念[6]。在建筑工程造價領(lǐng)域，工程造價計算性思維主要具有以下特征。

(1)階段性

工程造價貫穿于建設(shè)工程策劃、設(shè)計、招投標(biāo)、施工以及最終驗收等各個階段，不同階段造價計算所研究的對象、依據(jù)的定額、采用的方法不同，計算結(jié)果的詳細(xì)程度及精確性也不同。

(2)系統(tǒng)性

工程造價主要體現(xiàn)在編制投資估算、設(shè)計概算、招標(biāo)控制價、投標(biāo)報價的計算過程中，如果不能全面系統(tǒng)地認(rèn)識和加強(qiáng)造價工作在建設(shè)全流程中的作用，任何一個環(huán)節(jié)的失誤都會導(dǎo)致工程造價的失真。

(3)精確性

工程造價是涉及到數(shù)字計算和金額確定的重要工作，其準(zhǔn)確率和精確性是工程造價的關(guān)鍵，直接影響到業(yè)主單位和施工單位對項目投資額和工程成本的控制，同時對于項目的后評估和審計也十分重要[7]。

(4)全壽命周期性

項目全壽命周期不僅包括建造階段，還有使用階段以及拆除階段。在建造階段，就應(yīng)該考慮到房屋未來的經(jīng)營成本、維護(hù)成本、拆除成本，取得經(jīng)營成本、維護(hù)成本、拆除成本之間的平衡，實現(xiàn)建設(shè)項目全壽命周期成本最小值。

2.2 工程造價計算性流程的組織模式特征

目前工程造價的主要兩種計價方式是定額計價和工程量清單計價。定額計價在轉(zhuǎn)入市場經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代社會就表現(xiàn)為平均主義，使企業(yè)由于不能按照自身情況進(jìn)行自主報價； 清單計價模式是市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然結(jié)果，招投標(biāo)機(jī)制是將競爭性引入了建筑工程領(lǐng)域中，市場上不同投標(biāo)人根據(jù)招標(biāo)文件編制工程量清單后，進(jìn)行自主投標(biāo)報價[3]。

目前計算機(jī)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于造價計算中，工程造價的計算主體由造價師轉(zhuǎn)為人工智能體，有效發(fā)揮了計算機(jī)大規(guī)模數(shù)據(jù)的運(yùn)算能力，因此工程經(jīng)濟(jì)技術(shù)人員應(yīng)該從系統(tǒng)工程角度出發(fā)，熟知工程造價在工程組織模式中發(fā)揮的作用，宏觀把握進(jìn)度，微觀掌控準(zhǔn)確性，充分利用人工智能系統(tǒng)，建立多項目之間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系，實現(xiàn)造價計算項目海量信息的高效處理和對多性能目標(biāo)的協(xié)同考慮。

2.3 工程造價計算性的信息化與智能化特征

目前已有部分行業(yè)和企業(yè)在逐步建立自己的造價信息數(shù)據(jù)庫，建立驅(qū)動數(shù)據(jù)和信息引導(dǎo)的智能計算平臺和方法，能夠更加智能化的計算工程量清單、投標(biāo)報價、設(shè)計變更、現(xiàn)場簽證、工程結(jié)算與索賠估價等數(shù)據(jù)。

通過人工智能體中大數(shù)據(jù)的融入，可以更快捷、準(zhǔn)確地判斷工程實施過程中各種因素的影響程度，然后減少建造過程中的冗余環(huán)節(jié)，從而降低成本，減少人為因素導(dǎo)致的工程成本的增加，提高工程造價的運(yùn)行效率以及實施精確性，并可提升了工程造價信息化水平，實現(xiàn)造價數(shù)據(jù)的互通、交融、共享。人工智能作為造價計算的支持技術(shù)，其在大數(shù)據(jù)分析、圖像識別、深度學(xué)習(xí)方面的技術(shù)發(fā)展將突破工程造價環(huán)境系統(tǒng)信息集成方面的大規(guī)模數(shù)據(jù)建模瓶頸，提高信息化和智能化水平。

3 人工智能工程造價信息管理平臺構(gòu)建分析

我國建筑業(yè)在大數(shù)據(jù)、信息化的應(yīng)用水平上還處于萌芽階段，亟需朝著信息化、智能化的方向轉(zhuǎn)型升級。隨著云技術(shù)、大數(shù)據(jù)及智能算法的逐步應(yīng)用，采用人工智能方式管理工程造價信息將得到進(jìn)一步發(fā)展，人工智能工程造價信息管理平臺的開發(fā)既有客觀需求，也具備技術(shù)基礎(chǔ)。

表1 部分訓(xùn)練樣本和測試樣本泛化值設(shè)置

人工智能工程造價信息管理平臺根據(jù)工程造價計算和信息管理建設(shè)需求，以工程造價信息數(shù)據(jù)庫和BIM為基礎(chǔ)，通過大數(shù)據(jù)整合及人工智能計算技術(shù)，構(gòu)建工程造價信息管理平臺的基本模塊和主要系統(tǒng)，以充分實現(xiàn)信息采集、智能開項、智能組價、智能決策與監(jiān)管等功能，服務(wù)于工程造價智能化的建設(shè)發(fā)展。人工智能工程造價信息平臺具有以下應(yīng)用特點：

(1)智能化

人工智能工程造價信息管理平臺以人工智能數(shù)據(jù)庫、BIM、大數(shù)據(jù)庫等模型為基礎(chǔ)，集成工程造價各要素信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)智能采集、清單智能列項、智能組價、智能決策及監(jiān)管，有效提升造價工作效率及成果質(zhì)量。

(2)開放性、共享性

人工智能工程造價信息管理平臺通過統(tǒng)一相關(guān)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行大數(shù)據(jù)集成，然后基于云端數(shù)據(jù)共享，建立工程造價各階段和所有參與方集成的、共享的和開放式的全生命周期工程造價信息管理系統(tǒng)。

(3)全周期性

人工智能工程造價信息管理平臺以BIM模型為基礎(chǔ)，可對項目過程中的決策、設(shè)計、招投標(biāo)、施工以及運(yùn)營管理等不同階段的綜合成本、質(zhì)量、工期、安全等要素進(jìn)行智能分析，打通全過程工程造價管理，實現(xiàn)各參與方實時協(xié)同工作，如圖1所示。

圖1 人工智能造價管理開放共享生態(tài)系統(tǒng)

4 工程造價中人工智能技術(shù)的計算性應(yīng)用

4.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

目前人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為人工智能技術(shù)應(yīng)用于工程造價中最為成熟和廣泛。以某公路工程造價估算為例，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法中的徑向基函數(shù)模型，構(gòu)建輸入層、隱層和輸出層，建立映射進(jìn)行造價計算，如圖1所示。該例中在輸入層選擇8個具有代表性的工程特征，如表1所示，通過節(jié)點數(shù)據(jù)的數(shù)字化處理，對測試樣本進(jìn)行造價計算模擬，如表2所示計算結(jié)果與實際值之間誤差極小，說明該模型泛化能力較好，且對比使用Matlab程序計算，該人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算方法節(jié)約大量計算時間。

圖2 徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)示意圖

表2 模擬結(jié)果與實際結(jié)果的比較

4.2 遺傳算法的應(yīng)用

遺傳算法是一種更為宏觀意義下的仿生智能算法，相對于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法該方法無需先驗知識，而且對初始參數(shù)不敏感，下面就針對4.1節(jié)案例中的徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)優(yōu)化的遺傳算法進(jìn)行設(shè)計計算。通過建立遺傳算法優(yōu)化RBF網(wǎng)絡(luò)模型，基于Matlab程序計算程序如圖3所示，工程特征樣本值設(shè)置如表3所示，檢測結(jié)果如表4所示。

表3 部分訓(xùn)練樣本和測試樣本泛化值設(shè)置

表4 遺傳算法優(yōu)化RBF模型檢測結(jié)果

圖3 遺傳算法優(yōu)化RBF網(wǎng)絡(luò)流程圖

從表4計算結(jié)果顯示，在第八次搜索后測試樣本的整體誤差最小，測試結(jié)果逼近真實值，誤差值遠(yuǎn)小于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的相對誤差值，表明遺傳算法優(yōu)化后的結(jié)果更符合真實值，計算結(jié)果更加準(zhǔn)確。

5 結(jié)語

工程造價計算性在發(fā)展過程中經(jīng)歷了思維系統(tǒng)化、流程組織模式特征、信息化與智能化等發(fā)展特征，其對行業(yè)就業(yè)也會產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)性和特殊性影響，目前人工智能在工程造價領(lǐng)域逐步開始應(yīng)用，其對工程造價計算的影響不僅體現(xiàn)在技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)生的效應(yīng)，對未來造價就業(yè)人員的知識結(jié)構(gòu)和技能提升更加重要，通過人工智能技術(shù)，促使造價各要素數(shù)據(jù)產(chǎn)生新的生產(chǎn)力，推動對工程造價信息管理技術(shù)與模式不斷革新，實現(xiàn)跨越式發(fā)展。