侯蘭

摘 要： 為了提高項(xiàng)目全生命周期管理內(nèi)的造價(jià)預(yù)測(cè)精準(zhǔn)性，進(jìn)行造價(jià)模型設(shè)計(jì)，提出基于建筑信息模型（BIM）的項(xiàng)目全生命期內(nèi)的造價(jià)模型，構(gòu)建項(xiàng)目全生命期工程造價(jià)的約束參量模型，采用自適應(yīng)均衡博弈進(jìn)行造價(jià)的BIM控制目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目在質(zhì)量?效率?成本指標(biāo)參量上的均衡博弈，根據(jù)主成分分析方法求得造價(jià)BIM控制目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解。實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明，采用該模型進(jìn)行工程造價(jià)的預(yù)測(cè)精度較高，在相同的質(zhì)量效益下能使得造價(jià)最低，節(jié)約了工程開銷。

關(guān)鍵詞： BIM； 造價(jià)； 全生命周期； 主成分分析

中圖分類號(hào)： TN911.1?34； TU723.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）07?0109?03

Design of BIM?based construction cost model in project life cycle

HOU Lan1， 2

（1. School of Management， Xihua University， Chengdu 610039， China；

2. Department of Engineering Management， Sichuan College of Architectural Technology， Deyang 618000， China）

Abstract： In order to improve the prediction accuracy of the construction cost in the project life cycle management， the construction cost model was designed. A construction cost model based on building information model （BIM） in project life cycle is put forward. The constraint parameter model of the construction cost in the project life cycle was constructed. The adaptive equilibrium game is used to construct the cost control objective function of the BIM to balance the engineering project in the aspects of quality， efficiency and cost. The optimal solution of the cost control objective function of the BIM was obtained accor?ding to the principal component analysis method. The experimental results show that the model has high prediction accuracy for the project cost， lowest construction cost under the condition of the same quality benefit， and has saved the project cost.

Keywords： BIM； construction cost； life cycle； principal component analysis

0 引 言

大型工程項(xiàng)目的造價(jià)管理是決定項(xiàng)目的質(zhì)量、成本和工程進(jìn)度的關(guān)鍵性因素，工程造價(jià)涵蓋建設(shè)工程造價(jià)、公路工程造價(jià)、水運(yùn)工程等項(xiàng)目。在建筑項(xiàng)目的全生命周期內(nèi)進(jìn)行造價(jià)預(yù)測(cè)，工程項(xiàng)目的造價(jià)動(dòng)態(tài)管理，根據(jù)圖紙、定額以及清單規(guī)范構(gòu)建建筑信息模型（BIM），設(shè)計(jì)建造管理的數(shù)據(jù)化工具和模型，提高建筑工程項(xiàng)目的管理水平，研究項(xiàng)目的造價(jià)模型在建筑工程概算、預(yù)算、工程結(jié)算等方面具有重要意義[1]。

基于建筑信息模型的BIM技術(shù)進(jìn)行在項(xiàng)目全生命期內(nèi)的造價(jià)模型設(shè)計(jì)是利用造價(jià)約束參量的模板匹配方法進(jìn)行參數(shù)信息融合，采用均衡博弈設(shè)計(jì)進(jìn)行工程造價(jià)的建筑成本量化評(píng)估和施工精度的控制，在工程造價(jià)的信息管理中展示了較好的應(yīng)用價(jià)值。傳統(tǒng)方法中，對(duì)造價(jià)模型的設(shè)計(jì)方法主要有修正概算方法、投資估計(jì)方法、成本造價(jià)與建筑生產(chǎn)效率的約束匹配方法等[2?3]，通過對(duì)工程造價(jià)的預(yù)測(cè)，執(zhí)行工程結(jié)算、竣工決算，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目施工線程的嚴(yán)格管理，在提高施工建設(shè)質(zhì)量，避免工程浪費(fèi)方面取得了一定的效益[4]，文獻(xiàn)[5]提出基于建筑成本量化評(píng)估和自適應(yīng)均衡控制的造價(jià)控制模型，實(shí)現(xiàn)成本造價(jià)和建筑生產(chǎn)效率的優(yōu)化配準(zhǔn)和控制，改善了施工效率，但是該方法需要大量的前期先驗(yàn)信息作為指導(dǎo)，在先驗(yàn)知識(shí)缺乏時(shí)難以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的全生命周期管理。

為了提高項(xiàng)目全生命周期管理內(nèi)的造價(jià)預(yù)測(cè)精準(zhǔn)性，提出基于建筑信息模型（BIM）的項(xiàng)目全生命期內(nèi)的造價(jià)模型，實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明，采用該模型進(jìn)行工程造價(jià)的預(yù)測(cè)精度較高，在相同的質(zhì)量效益下能使得造價(jià)最低，節(jié)約了工程開銷。

1 項(xiàng)目全生命期內(nèi)造價(jià)約束參量分析

大型建筑項(xiàng)目全生命期內(nèi)的工程造價(jià)影響因素較多，約束參量彼此之間存在關(guān)聯(lián)性和耦合性，需要進(jìn)行造價(jià)控制約束參量分析，采用建筑信息模型進(jìn)行控制約束參量的信息評(píng)估和數(shù)據(jù)融合[6?7]，分析項(xiàng)目全生命期內(nèi)的造價(jià)影響特征信息統(tǒng)計(jì)參量，得到主成分信息特征，進(jìn)行工程造價(jià)預(yù)測(cè)，項(xiàng)目全生命期內(nèi)的造價(jià)預(yù)測(cè)模型實(shí)現(xiàn)流程如圖1所示。

根據(jù)圖1所示的造價(jià)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行造價(jià)控制模型的約束參量分析，假設(shè)項(xiàng)目全生命期內(nèi)造價(jià)控制的參考?xì)v史數(shù)據(jù)表示為[xiNi=1，]根據(jù)BIM技術(shù)計(jì)算人工費(fèi)、材料費(fèi)、機(jī)械費(fèi)等因素的不確定性，進(jìn)行信息融合，根據(jù)《建設(shè)工程預(yù)算定額》按合理價(jià)格對(duì)工程造價(jià)的預(yù)測(cè)約束參量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)歸一化處理[8]，得到項(xiàng)目全生命期內(nèi)的造價(jià)預(yù)測(cè)模型的控制約束參量描述如下：

[2ξT（t）Wx（t-d1（t））-x（t-h1）-t-h1t-d1（t）x（s）ds=0] （1）

[2ξT（t）Kx（t）-x（t-d1（t））-t-d1（t）tx（s）ds=0] （2）

[2ξT（t）Mx（t-d1（t））-x（t-d（t））-t-d（t）t-d1（t）x（s）ds=0] （3）

[2ξT（t）Lx（t-d（t））-x（t-h）-t-ht-d（t）x（s）ds=0] （4）

式中：[ξT（t）]表示項(xiàng)目進(jìn)展過程中的不定開銷；[K]表示建筑材料費(fèi)用；[d1（t）]表示模型的復(fù)雜度對(duì)工程造價(jià)的影響因子。

采用自適應(yīng)均衡博弈進(jìn)行造價(jià)和施工質(zhì)量的線性約束矢量模型構(gòu)建，計(jì)算工程造價(jià)開銷的BIM協(xié)方差矩陣[C]：

[C=1NX-XlX-XlT] （5）

式中：

[l=1，1，…，11×N] （6）

[xi=1Nk=1Nxik] （7）

[X=X1，X2，…，Xm] （8）

根據(jù)工程施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)管理因素進(jìn)行多元化影響因素的決策控制，構(gòu)建項(xiàng)目造價(jià)的短期控制模型為：

[fk=fk-1-1n，1≤k

綜合考慮外部環(huán)境和資產(chǎn)回報(bào)等因素的影響，得到工程造價(jià)主要變量的統(tǒng)計(jì)性特征，通過構(gòu)建測(cè)度回歸模型進(jìn)行造價(jià)決策影響因素的顯著性特征分析，由此進(jìn)行造價(jià)預(yù)測(cè)和控制模型設(shè)計(jì)。

2 造價(jià)控制目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建

根據(jù)自適應(yīng)回歸理論進(jìn)行工程造價(jià)主要變量的描述性統(tǒng)計(jì)，得到效率測(cè)度模型的回歸結(jié)果為：

[EST1（vi，pq）=maxvj∈prnt（vi）p_available（q），EFT（vj，pm）+k?C（vj，vi）] （10）

根據(jù)BIM建筑信息融合模型進(jìn)行內(nèi)部控制質(zhì)量的度量，得到項(xiàng)目全生命周期內(nèi)的造價(jià)約束特征方程：

[（λl-S）U=0] （11）

求解[S]的特征值[λ]，通過非效率投資類型的相關(guān)性關(guān)系，得到與特征值[λ]對(duì)應(yīng)的特征向量[U，]結(jié)合建設(shè)施工線中的造價(jià)控制變量，采用均衡博弈方法得到高質(zhì)量?jī)?nèi)部控制下的項(xiàng)目全生命期建設(shè)的工程造價(jià)成本集的數(shù)學(xué)期望建模分析問題描述為：

[t-σty（s）f（y（s））TR1EETR2y（s）f（y（s））ds] （12）

把建筑BIM的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與效益型指標(biāo)看做如下狀態(tài)項(xiàng)：

[t-σtyT（s）R1y（s）+fTy（s）R2fy（s）ds] （13）

根據(jù)累計(jì)方差的貢獻(xiàn)程度進(jìn)行建筑施工質(zhì)量信息的內(nèi)部控制質(zhì)量度量[9?10]，得到造價(jià)控制的目標(biāo)函數(shù)描述為：

[s.t. Qi≥QthEi≥EthCi≤CthQjk≥0，Ejk≥0，Cjk≥0j=1Njxjk=1，?i，1≤k≤M，1≤j≤Nj] （14）

對(duì)于項(xiàng)目全生命周期管理，以材料和工人施工費(fèi)作為成本的經(jīng)濟(jì)型指標(biāo)，把成本開銷效益型指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)型指標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分解，分別表示為[BU]與[BV，]通過對(duì)建筑成本的描述性統(tǒng)計(jì)分析，得到BIM項(xiàng)目全生命周期內(nèi)的生產(chǎn)質(zhì)量?效率?成本控制模型表示為：

[BU=j=1MMaxj∈Nj（Bjk）] （15）

[BV=j=1MMinj∈Nj（Bjk）] （16）

采用內(nèi)部控制激勵(lì)方法進(jìn)行均衡博弈，提取項(xiàng)目造價(jià)預(yù)測(cè)的主成分特征信息，建筑造價(jià)的開銷和收益率呈正態(tài)分布，通過閾值加權(quán)進(jìn)行全生命期建設(shè)的工程造價(jià)成本控制，其中閾值加權(quán)目標(biāo)函數(shù)為：

[xjk=0≤xjk≤1， 選擇第k個(gè)建設(shè)組別進(jìn)行第j項(xiàng)工程 建設(shè)的成本，且占任務(wù)比例為xjk0， 其他 ] （17）

另外，定義：[M]表示項(xiàng)目全生命期內(nèi)施工的收益率；[S={S1，S2，…，Snum}]為BIM統(tǒng)計(jì)集合；[Np]表示第[p]項(xiàng)建筑項(xiàng)目的施工組別數(shù)量；[Nj]為參與第[j]項(xiàng)建設(shè)工程項(xiàng)目的約束關(guān)聯(lián)性因素；[Bjk]為生產(chǎn)組別[k]完成第[j]項(xiàng)工程的相關(guān)性收益。

根據(jù)上述造價(jià)控制約束參數(shù)的定義進(jìn)行造價(jià)控制模型設(shè)計(jì)。

3 對(duì)目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化求解

通過造價(jià)預(yù)測(cè)模型構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目在質(zhì)量?效率?成本指標(biāo)參量上的均衡博弈，在造價(jià)預(yù)測(cè)的訓(xùn)練集上進(jìn)行約束加權(quán)控制，假設(shè)項(xiàng)目建設(shè)中市場(chǎng)建筑材料的消耗成本定義為[Wkii=1，2，…，6；k=1，2，…，6]，定義一種新的損失函數(shù)[ξ，][ξ]對(duì)成本控制初始值具有不敏感性，因此對(duì)[ξ]采用主成分分析方法，得到成本造價(jià)約束控制的生產(chǎn)效率約束函數(shù)為：

[Lξ=f（x）-y-ξ， f（x）-y≥ξ0， f（x）-y<ξ] （18）

基于主成分分析的PCA分析方法進(jìn)行BIM建筑信息模型構(gòu)建，得到建筑成本量化評(píng)估優(yōu)化模型為：

[minω，h，ζl，ζ*l=12ωTω+ci=1l（ζl+ζ*l）] （19）

式中：[ζl]和[ζ*l]表示松弛變量，通過主成分分析進(jìn)行最優(yōu)化求解，得到建筑造價(jià)模型的最優(yōu)解為：

[f（x）=i=1l（ai+a*i）k（x-xi）+b] （20）

通過主成分分析方法求得造價(jià)BIM控制目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)全項(xiàng)目周期內(nèi)的造價(jià)模型設(shè)計(jì)。

4 實(shí)證數(shù)據(jù)仿真分析

采用實(shí)證數(shù)據(jù)分析方法進(jìn)行項(xiàng)目造價(jià)預(yù)測(cè)分析，實(shí)驗(yàn)的硬件平臺(tái)為Pentium Dual?Core，2.6 GHz，采用Matlab編程工具進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，項(xiàng)目工程分為5組測(cè)試集，分別記為工程代號(hào)1～5，工程項(xiàng)目造價(jià)約束中的財(cái)政投入的影響因子為0.43，建筑環(huán)境和建筑設(shè)施的關(guān)聯(lián)性約束因子為0.37，信貸資金的約束成分因子為0.056，采用質(zhì)量?效率?成本指標(biāo)參量上的均衡博弈方法進(jìn)行造價(jià)預(yù)測(cè)控制的約束參量分析，得到各個(gè)工程項(xiàng)目下的質(zhì)量水平、效率水平和單位成本，見表1。

分析表1中的結(jié)果得知，工程項(xiàng)目2和工程項(xiàng)目5的單位成本在控制范圍內(nèi)有較大的波動(dòng)，這是因?yàn)槭艿浇ㄖこ淘靸r(jià)的不確定因素的影響，采用本文方法進(jìn)行項(xiàng)目的全生命周期內(nèi)的造價(jià)模型預(yù)測(cè)控制，采用不同模型進(jìn)行工程造價(jià)的預(yù)測(cè)，得到的結(jié)果如圖2所示。

分析圖2的仿真結(jié)果得知，采用本文模型進(jìn)行造價(jià)模型設(shè)計(jì)，工程造價(jià)的振蕩范圍控制在[40，72]，而傳統(tǒng)模型對(duì)造價(jià)預(yù)測(cè)的振蕩范圍較大，從單位工程量下的造價(jià)分析來看，采用本文方法進(jìn)行造價(jià)控制，成本更低，展示了本文模型的優(yōu)越性。

5 結(jié) 語(yǔ)

為了提高工程項(xiàng)目造價(jià)的預(yù)測(cè)可靠性和可控性，提出基于建筑信息模型BIM的項(xiàng)目全生命期內(nèi)的造價(jià)模型，構(gòu)建項(xiàng)目全生命期工程造價(jià)的約束參量模型，采用自適應(yīng)均衡博弈進(jìn)行造價(jià)的BIM控制目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目在質(zhì)量?效率?成本指標(biāo)參量上的均衡博弈，根據(jù)主成分分析方法求得造價(jià)BIM控制目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解。實(shí)證數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，采用該模型對(duì)工程造價(jià)的預(yù)測(cè)精度較高，在相同的質(zhì)量效益下使得造價(jià)最低，節(jié)約了工程開銷，具有較好的工程應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 梅紅，張智豐，賴歡歡.基于連續(xù)時(shí)間的生產(chǎn)過程優(yōu)化調(diào)度[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2010，44（7）：1423?1427.

[2] 韓淼，李守靜，劉健兵.設(shè)防水準(zhǔn)對(duì)典型框架結(jié)構(gòu)土建工程造價(jià)的影響[J].工程力學(xué)，2010，27（z1）：99?107.

[3] 楊喬莉.工程項(xiàng)目成本動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].成都：西南財(cái)經(jīng)大學(xué)，2011.

[4] HAN L H， HOU C C， ZHAO X L， et al. Behaviour of high?strength concrete filled steel tubes under transverse impact loading [J]. Journal of constructional steel research， 2014， 92（1）： 25?39.

[5] WANG R， HAN L H， HOU C C. Behavior of concrete filled steel tubular （CFST） members under lateral impact： experiment and FEA model [J]. Journal of constructional steel research， 2013， 80： 188?201.

[6] 閆磊，姜安印，馮治庫(kù).科技型中小企業(yè)投資價(jià)值的生命周期特征及融資匹配分析[J].當(dāng)代經(jīng)濟(jì)科學(xué)，2016（3）：114?123.

[7] AUTORE D M， BILLINGSLEY R S， KOVACS T. The 2008 short sale ban： liquidity， dispersion of opinion， and the cross?section of returns of US financial stocks [J]. Journal of banking finance， 2011， 35（9）： 2252?2266.

[8] BEBER A， PAGANO M. Short?selling bans around the world： evidence from the 2007?09 crisis [R]. Tinbergen： Tinbergen Institute， 2013.

[9] LOBANOVA O， HAMID S S， PRAKASH A J. Shot sales ban and stock market liquidity： the comparison of NYSE and NASDAQ?Listed stocks [J]. International journal of finance， 2011， 23（2）： 6750?6763.

[10] 于曉輝，呂大剛，鄭浩琴.基于結(jié)構(gòu)典型失效模式的地震側(cè)向倒塌易損性分析[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2014，35（8）：8?14.