盧 輝

(西安交通工程學(xué)院 土木工程學(xué)院， 西安 710300)

住建部《“十三五”裝配式建筑行動(dòng)方案》指出，到2020年全國(guó)新建裝配式建筑要占新建建筑的15%以上,且重點(diǎn)地區(qū)要達(dá)到20%以上[1]。裝配式建筑的建造過(guò)程與傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑有著很大區(qū)別，大量的復(fù)雜的建筑預(yù)制件需要在車間生產(chǎn)加工完成，預(yù)制件經(jīng)運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配作業(yè)。預(yù)制工廠投資大、預(yù)制件構(gòu)造及類型復(fù)雜、運(yùn)費(fèi)高、裝配施工組織管理困難等諸多因素，導(dǎo)致裝配式建筑成本居高不下，致裝配式建筑的發(fā)展頻頻受阻。

對(duì)于裝配式建筑成本風(fēng)險(xiǎn)管控，張第等[2]以上海市某項(xiàng)目為研究對(duì)象，分析了預(yù)制率為30%的一棟裝配式建筑與現(xiàn)澆建筑在土建成本上的區(qū)別, 提出了優(yōu)化過(guò)程控制、提高供配效率、利用信息化工具等裝配式建筑成本控制措施；朱穎等[3]對(duì)裝配式建筑整個(gè)建造過(guò)程的跟蹤調(diào)查，利用DEMATEL方法對(duì)裝配式建筑成本影響因素進(jìn)行定量分析，提出了降低裝配式建筑的成本的幾個(gè)方面。齊寶庫(kù)等[4]構(gòu)建了裝配式建筑的風(fēng)險(xiǎn)清單并運(yùn)用熵權(quán)法識(shí)別出了裝配式建筑各階段的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素。

本文通過(guò)熵權(quán)法識(shí)別裝配式建筑成本影響關(guān)鍵因素，基于BIM平臺(tái)建立類似工程成本影響關(guān)鍵因素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)用數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，訓(xùn)練的結(jié)果作為成本管控目標(biāo)值，同時(shí)基于BIM平臺(tái)收集在建項(xiàng)目實(shí)時(shí)成本數(shù)據(jù)，進(jìn)行成本分析，完成成本管控及成本考核。利用該方法以期提高裝配式建筑成本管控水平，降低成本，提高企業(yè)效益。

1 裝配式建筑成本管控

質(zhì)量、成本、進(jìn)度是建筑工程管理的三大目標(biāo)，國(guó)家大力推廣裝配式建筑，但裝配式建筑成本一直較高，因此降低裝配式建筑建造成本是推動(dòng)裝配式建筑發(fā)展的關(guān)鍵。

成本管控與考核是企業(yè)創(chuàng)效的關(guān)鍵，面對(duì)目前高度競(jìng)爭(zhēng)及高度信息化的市場(chǎng)環(huán)境，根據(jù)價(jià)值工程理論，企業(yè)若想在行業(yè)中占據(jù)領(lǐng)先地位，必須要在成本上下功夫。構(gòu)建一個(gè)高效的成本管理模式，基于成本考核，讓全體職員參與成本管理，提高成本管控水平，是企業(yè)走向行業(yè)領(lǐng)先的先決條件。

裝配式建筑的決策設(shè)計(jì)決定著裝配式建筑后續(xù)成果，直接影響著項(xiàng)目整體實(shí)施成本；構(gòu)件預(yù)制階段預(yù)制完成的構(gòu)件質(zhì)量、預(yù)制構(gòu)件的成本也同樣影響到后續(xù)項(xiàng)目的實(shí)施及成本管控；預(yù)制完成的構(gòu)件需要運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝。

裝配式建筑和傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑存在著很大的區(qū)別，傳統(tǒng)建筑施工成本主要集中在施工階段，而裝配式建筑構(gòu)件需要在構(gòu)件預(yù)制場(chǎng)預(yù)制完成，運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝，成本主要分布在預(yù)制、運(yùn)輸、裝配三個(gè)重點(diǎn)階段，所以在滿足質(zhì)量進(jìn)度要求的前提下，需要盡可能的節(jié)約成本，以期降低工程造價(jià)。

2 基于熵權(quán)法識(shí)別裝配式建筑成本影響關(guān)鍵因素

2.1 熵權(quán)法基本原理及分析過(guò)程

熵權(quán)法是一種利用各指標(biāo)熵值所提供的信息量大小來(lái)決定指標(biāo)權(quán)重的客觀賦權(quán)方法[5]。常用此方法來(lái)分析指標(biāo)的權(quán)重，本文使用熵權(quán)法分析裝配式建筑成本影響因素計(jì)算模型如下：

1)m個(gè)專家對(duì)n個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)打分，收集打分?jǐn)?shù)據(jù)，形成原始數(shù)據(jù)矩陣R；

3)根據(jù)熵原理，確定j指標(biāo)的熵值ej，計(jì)算j指標(biāo)的權(quán)重wj。

2.2 裝配式建筑成本影響因素清單構(gòu)建

裝配式建筑集“設(shè)計(jì)—生產(chǎn)—施工”為一體，在不同的階段建造成本受著不同因素的影響，因此可以把裝配式建筑成本視作一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)[6]。本文將裝配式建筑的建造過(guò)程分為決策設(shè)計(jì)、構(gòu)件預(yù)制、預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)施工四個(gè)階段，用ABCD表示。通過(guò)文獻(xiàn)查閱與研究，分析找出影響成本的具體因素，列出裝配式建筑影響成本的因素清單，如表1所示。

表1 裝配式建筑建造過(guò)程成本影響因素

2.3 基于熵權(quán)法確定裝配式建筑成本影響因素權(quán)重

2.3.1 原始數(shù)據(jù)矩陣構(gòu)造

通過(guò)對(duì)裝配式建筑設(shè)計(jì)、施工及研究領(lǐng)域內(nèi)有著豐富的工作經(jīng)驗(yàn)和研究的7名專家進(jìn)行調(diào)研，就以上確定的裝配式建筑成本影響因素清單中的各個(gè)影響因素進(jìn)行打分，1分為“極小影響”，2分為“較小影響”，3分為“中等影響”，4分為“較大影響”，5分為“極大影響”，相鄰區(qū)間取兩相鄰值的中間值。對(duì)打分?jǐn)?shù)據(jù)收集整理形成原始數(shù)據(jù)矩陣。用Rt(t=1,2,3,4,5)表示裝配式建筑設(shè)計(jì)決策、構(gòu)件預(yù)制、預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)施工四個(gè)階段的評(píng)價(jià)值矩陣。如決策設(shè)計(jì)階段評(píng)價(jià)值矩陣R1為：

2.3.2 原始數(shù)據(jù)矩陣歸一化處理

1)標(biāo)準(zhǔn)化處理。首先對(duì)原始數(shù)據(jù)矩陣R進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，形成矩陣Z=(aij)m×n，標(biāo)準(zhǔn)化公式有兩種，一是越大越好，二是越小越好，兩種類型的公式如下，其中i為第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象，j為第j個(gè)指標(biāo)。

(1)

(2)

由于裝配式建筑成本影響因素屬于越小越好的類型，則選擇公式(2)作為原始數(shù)據(jù)矩陣R標(biāo)準(zhǔn)化處理公式，得到矩陣Z。如決策設(shè)計(jì)階段矩陣Z1為：

2.3.3 指標(biāo)權(quán)重確定

根據(jù)以上公式，計(jì)算可得裝配式建筑建造過(guò)程成本影響因素熵值、權(quán)重以及各階段指標(biāo)權(quán)重排序，如表2所示。

表2 裝配式建筑建造過(guò)程成本影響因素熵值和權(quán)重

2.3.4 確定成本影響關(guān)鍵因素

若某個(gè)指標(biāo)的信息熵越小，表明指標(biāo)值的變異程度越大且提供的信息量越多，在綜合評(píng)價(jià)中所能起到的作用越大，其權(quán)重越大；某個(gè)指標(biāo)的信息熵越大，表明指標(biāo)值的變異程度越小，提供的信息量越少，在綜合評(píng)價(jià)中所起到的作用越小，其權(quán)重也就越小。綜合分析，得出裝配式建筑成本影響關(guān)鍵因素，如表3所示。

表3 裝配式建筑成本影響關(guān)鍵因素

3 建立基于BIM和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的裝配式建筑成本管理模型

3.1 BIM和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及基于BIM和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的裝配式建筑成本管理模型

BIM (Building Information Modeling)技術(shù)又稱為建筑信息模型技術(shù)，是一種從建筑投資、設(shè)計(jì)、施工到最后的竣工和運(yùn)營(yíng)管理的全階段新時(shí)代信息技術(shù)[7]。BP (Back Propagation)是Rrmlenhort提出的前饋網(wǎng)絡(luò)的誤差反傳算法[8]。本文首先基于BIM進(jìn)行建模，構(gòu)建協(xié)同平臺(tái)，同時(shí)建立類似裝配式建筑BIM數(shù)據(jù)庫(kù)，將以上基于熵權(quán)法確定的關(guān)鍵因素?cái)?shù)據(jù)作為訓(xùn)練 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的樣本數(shù)據(jù)來(lái)訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行新建裝配式建筑成本預(yù)測(cè)，將結(jié)果反饋至BIM平臺(tái)進(jìn)行成本分解，確定責(zé)任成本指標(biāo)，進(jìn)行成本管控及成本考核。構(gòu)建的基于BIM平臺(tái)的裝配式建筑成本管理模型如圖1所示。

圖1 基于BIM和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的裝配式建筑成本管理模型

3.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練

將基于熵權(quán)法篩選出8個(gè)裝配式建筑成本影響特征因素量化，量化指標(biāo)如表4所示。

表4 裝配式建筑成本影響關(guān)鍵因素量化

通過(guò)調(diào)查研究，匯總12個(gè)與擬建項(xiàng)目類似的裝配式高層建筑的成本影響指標(biāo)，如表5所示(T表示單方成本，m2·萬(wàn)元-1)。

表5 已完成裝配式建筑成本影響特征因素量化數(shù)據(jù)

將12個(gè)項(xiàng)目的成本影響指標(biāo)量化指標(biāo)導(dǎo)入BIM平臺(tái)裝配式建筑成本影響因素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入量，以成本值作為輸出量，訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，利用訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估算模型建立的關(guān)鍵是設(shè)置隱層和隱節(jié)點(diǎn)，同時(shí)要確定輸入輸出的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)[9]。 使用Matlab軟件BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，隱層和輸出層函數(shù)分別設(shè)為tansig和logsig函數(shù),網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練函數(shù)traingdx, 網(wǎng)絡(luò)性能函數(shù)為mse,輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)6個(gè)，隱層神經(jīng)元數(shù)初設(shè)為6。網(wǎng)絡(luò)迭代次數(shù)epochs為5 000次, 期望誤差goal為0.000 000 01,學(xué)習(xí)速率lr為0.01。訓(xùn)練圖像如圖2所示，模型預(yù)測(cè)結(jié)果如表6所示。

圖2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練圖像

表6 模型預(yù)測(cè)結(jié)果

3.3 成本控制與成本考核

基于工序的成本管理COA(Cost On Activity)已被廣為采用，通過(guò)WBS(工作分解結(jié)構(gòu))確定管理細(xì)度的COA成本管理可真正降低成本，獲取最大利潤(rùn)[10]?；谝陨项A(yù)測(cè)，將成本分解至以上分析的四個(gè)階段，劃分責(zé)任成本。在裝配式建筑建造過(guò)程中，基于BIM平臺(tái)實(shí)施收集基于熵權(quán)法確定的裝配式建筑關(guān)鍵因素?cái)?shù)據(jù)及項(xiàng)目成本，進(jìn)行成本分析，基于BIM平臺(tái)進(jìn)行成本管控及成本考核。

4 結(jié)論

1)通過(guò)運(yùn)用熵權(quán)法可以確定出裝配式建筑成本影響關(guān)鍵因素作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)特征向量。

2)通過(guò)收集已完工類似工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)，建立BIM數(shù)據(jù)平臺(tái)，運(yùn)用數(shù)據(jù)訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行成本預(yù)測(cè)，以預(yù)測(cè)值為基準(zhǔn)進(jìn)行成本分解，可以進(jìn)行成本管控與考核。

3)由于收集到的資料數(shù)據(jù)有限，本文分析結(jié)果仍存在一些誤差，隨著BIM數(shù)據(jù)庫(kù)中收集到的項(xiàng)目信息的增加，結(jié)果將會(huì)越準(zhǔn)確，以方便管理人員基于BIM平臺(tái)進(jìn)行成本管控，提高成本管理水平。