BIM 技术在建筑工程造价控制管理的应用研究

刘朦胧

随着科技的发展，建筑行业也在逐步融入新型技术以提高效率和质量，其中，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术是一个典型代表。BIM 技术通过综合利用图形化模型和相关数据来管理建筑项目，以提升生产效率和项目质量，对于建筑工程的各个阶段都产生了深远的影响，特别是在工程造价控制管理方面，BIM 技术的应用具有独特的优势[1]。如何在确保工程质量的前提下，有效控制工程造价，是每个项目管理者面临的挑战。传统造价控制方法往往依赖于人工的管理和判断，既耗时又不准确，并且难以满足复杂、大规模建筑工程的需求。

BIM 技术的出现为解决这一问题提供了全新的思路。基于BIM 的工程造价控制通过数字化、可视化、互动化的方式，为工程的各个阶段提供了实时、准确的信息，从而实现了精准的造价预测和控制。同时，BIM 技术还可以与其他现代技术如大数据、人工智能等结合，进一步提高工程造价控制的精度和效率。BIM 技术在工程造价控制管理方面具有广阔的应用前景，但目前在实际应用中仍面临一系列的问题和挑战[2]。本文将对BIM技术在建筑工程造价控制管理的应用进行深入研究，探讨如何更好地利用BIM 技术进行工程造价管理，以期为建筑业的发展提供有益的参考。

1 BIM 技术概述

1.1 BIM技术内涵

BIM 不仅仅是一种技术，更是一种新型的建筑工程管理方法论。BIM技术的核心在于通过数字化的信息模型，实现建筑物全生命周期的有效管理，从设计、施工到运维阶段，BIM均能提供支持。

在BIM 的思维框架下，建筑工程不再是静态的蓝图或是断层的技术文件，而是一个动态、多维的信息集合，并能够实时更新，反映出建筑项目在不同阶段的具体情况。BIM 技术使建筑工程变得更加可视化、互动化，为项目参与者提供了更丰富的信息和更直观的沟通方式[3]。通过BIM 技术，设计师、工程师、施工团队和业主可以在同一个平台上进行协作和交流，减少信息传递和沟通的误差，提高工程执行效率和质量。同时，BIM 技术还可以帮助项目管理者实时监控工程进度和成本，及时调整和优化方案，降低项目风险。

BIM 技术通过集成设计、分析、模拟和可视化工具，使项目参与者能够在项目的整个生命周期中进行更加高效和精准的决策[4]。BIM 技术关键特点之一是对建筑工程的每一个组成部分进行详细的数字化表征，包括建筑物的几何结构、材料属性、设备布局以及与建筑相关的时间和成本信息。详尽的信息使BIM 能够为建筑师、工程师、承包商和业主提供一个共享的知识基础，从而促进更好的沟通、协作和决策。通过BIM 技术，项目参与者可以更加直观地了解项目的各个方面，从设计到施工再到维护，都能够在同一个平台上进行有效的协作与交流[5]。这种集成的环境不仅加强了各方之间的合作，还提升了项目的执行效率和质量，有助于降低成本和减少风险。

1.2 BIM核心技术

模拟建造和参数化，不仅仅是工具和方法的简单集合，更是建筑工程数字化转型的关键推动力。本文进一步研究这两方面，以揭示它们在建筑工程造价控制管理中的丰富应用和重要作用。

在模拟建造中，数字环境的构建不仅包括建筑物的几何形状，还涉及建筑过程中的多个关键参数。通过详细模拟施工流程、人力资源、材料运输等方面的数据，模拟建造可以为项目团队提供全面的可视化信息，帮助其更好地理解整个建筑生命周期。此外，模拟建造还有助于优化资源利用，提前识别潜在的冲突和问题，从而在实际施工中降低风险。值得注意的是，模拟建造不仅仅局限于建筑的物理层面，还可以涵盖环境因素，如天气条件、季节变化等。通过考虑这些因素，项目团队可以更全面地评估施工过程中可能出现的挑战，制订相应的风险应对策略。这种全面性的模拟不仅提高了工程的可行性，还为工程的顺利进行提供了可靠基础。

参数化技术的进一步应用不仅限于简单的建筑元素调整。通过引入智能算法和优化方法，参数化可以实现更复杂的设计变更和优化。通过参数化实现建筑外形的自动优化，以满足特定的能源效益标准或环境友好要求。这种应用不仅提高了设计的灵活性，还为建筑工程在不同层面上的性能提供了更高水平的控制。此外，通过将不同领域的参数引入建筑模型，可以实现不同专业领域之间的数据交流和协同工作。这种跨学科的参数化应用有助于确保设计的一致性和综合性，提高整个项目团队的工作效率。

参数化技术的应用已经超越了简单的建筑元素调整，通过智能算法和优化实现了更复杂的设计变更和优化。这种应用不仅提高了设计的灵活性，还为建筑工程在各个方面的性能提供了更高水平的控制。跨学科的参数化应用也促进了不同专业领域之间的协作与交流，提升了整个项目团队的工作效率。

2 建筑工程概况

本文将某办公写字间作为建筑工程造价控制管理的研究对象，分析其工程造价的控制与管理。该写字间办公楼的总高度为23.5 m，总面积为9325.75 m2，基底层面积31896.26 m2。办公楼的工程结构整体为框架式，地上结构有5 层，均用作办公室与技术用房；地下结构有2 层，其中地下一层用作地下室，整体属于半地下室，地下二层用作车库。

整体工程结构满足2 级抗震构造需求，相应的环境分类为2b 类。该地区年均气温、降雨量分别为15.2 ℃与65 mm，无霜日为205 d，年度日照时间达到2300 h（四舍五入）。为了满足工程造价要求，该项目引入了BIM技术。

3 BIM 技术在建筑工程造价控制管理中的应用

3.1 建立工程造价效益预测函数

在建筑工程项目中，建立有效的造价效益预测函数是至关重要的一步，它可以帮助项目经理和决策者提前预测并控制项目的成本效益[6]。因高度的集成性和信息化，BIM 提供了建立和实施这些预测函数的新途径。

BIM 技术建立一个基于线性回归的造价效益预测函数：

式中：x1为工程规模（m2），x2为工程复杂性指数（一个量化的复杂性度量），x3为设计参数（如材料类型，建筑风格等），C为预测的工程造价，β0为截距，β1、β2、β3是对应每个输入变量的系数，它们表示各个变量对总成本的影响程度。

神经网络是一种模仿人脑神经元工作方式的计算模型，具有很强的非线性拟合能力。在工程造价预测中，可以使用神经网络来处理多元、非线性的数据关系[7]。在一个简单的3 层前馈神经网络模型中，有输入层、隐藏层和输出层。神经网络模型如下：

式中：n为输入变量，h为隐藏层神经元，wij为从输入层到隐藏层的权重，bj为隐藏层的偏置，σ为激活函数（Sigmoid 函数或ReLU 函数），Bj为从隐藏层到输出层的权重。

在BIM 环境中，可以使用大量的历史项目数据进行训练，并应用训练好的模型进行实时的造价预测。这种方法具有较高的预测准确性和适应性，尤其是在处理复杂、非线性的项目数据时。同时，它也需要相应的计算资源和专业知识来实现。

3.2 构建工程造价效益的控制模型

BIM 技术通过其高度的集成化和信息化，提供了构建和实施这些控制模型的新途径。对于建筑工程造价效益的控制模型，可以采用优化方法进行模型的建立，如线性规划、动态规划等[8]。这些模型可以处理多元、非线性的数据关系，并且更适用于大数据环境。

目标函数是总成本，表达式为：

式中：cij为任务i的策略j的成本。多目标优化模型权衡函数表达式为：

式中：x为决策变量，α、β、γ为权重系数，用于平衡不同目标之间的重要性，C（x）、T（x）、Q（x）分别为成本、时间和质量的函数，它们取决于决策变量。

多目标优化模型在BIM 环境中尤其有用，因为BIM 提供的大量详细和准确的数据可以更好地定义和计算这些目标函数。

3.3 BIM技术模型数据交互

BIM 技术提供了多维度的数据环境，能够有效地集成、管理并交互各类建筑项目相关的信息。在工程造价控制的过程中，这种模型数据交互的特性尤为显著，它不仅改进了工作流程，还提升了决策的准确率和效率。在BIM 环境中，设计、施工、运维等各个阶段的数据都能被有效集成。这种集成不局限于几何信息，还包括材料、施工方法、成本和时间等多个维度。这意味着造价控制不再是孤立的过程，而是涵盖项目全生命周期的综合管理活动。

BIM 模型的显著特点还包括动态性。设计变更和项目更新可以实时反映在模型中，从而使造价评估和控制更加及时和准确[9]。这种实时更新机制极大地提高了响应速度，有助于及时发现成本超支风险并采取措施。比如在施工过程中，由于现场条件或设计变更，实施方案可能需要调整，BIM 技术可以快速评估这些变更对总体造价的影响，为决策者提供支持。

BIM 技术的数据交互功能还提供了一种新的、更高效的工程造价控制方式，所有的造价控制活动都围绕着BIM 模型进行，可以直接在模型中进行各种分析和决策。比如，使用模型来模拟和优化施工过程，预测工程量和工期，分析成本和效益等。这种基于模型的工作方式不仅仅提高了工作效率，而且还提高了决策的准确性和可靠性。

此外，BIM 技术在施工成本设计环节可以推动主体之间的相互写作，保证信息的有效快速传递，防范后期施工成本出现明显改变，进而更好地对项目成本进行科学管理。

3.4 BIM软件统计工程量

在BIM 软件的支持下，工程量统计变得更加高效、更具准确性。在开始工程量统计之前，首先需要准备好一个完整、准确的BIM 模型，其中包含建筑元素的几何形状、属性信息以及关联数据。在这个阶段，工程师需要确保模型的完整性和数据的一致性，以确保后续的工作顺利进行。之后，利用BIM 软件的自动化识别功能，根据模型中的特定属性和参数对构件进行分类，并根据预设的规则和参数，自动识别分类这些构件，为数量统计做准备。一旦构件被识别和分类，工程师可以利用BIM 软件提取构件的尺寸、材料、数量等属性信息。基于BIM 模型中提取的构件信息，工程师可以进行数量计算和统计分析，不仅对每种构件的数量、尺寸、体积等进行计算，还能根据特定的公式和规则进行统计分析。BIM 软件能够自动进行这些计算，极大地提高了统计的效率和准确性。在Revi 信息模型的支持下，传统设计领域的元素和数据得以有机结合，形成了具有关联性的整体。在该模型中，构件信息显然是核心要素，通过利用该模型能够更有效地反映建筑实际情况，并凸显建筑的本质和特性。因此，在项目造价管控领域，建模成为重要的环节。

利用BIM 技术完成工程建模部分，并对不同构件的数据进行生成和分类。根据GMT 构建的工程主体结构模型，利用软件内置的计算工具，对施工所需的工程量进行科学计算。同时，对各个楼层施工所需的工程量进行详细计算（表1）。

表1 有关项目的工程量统计表

BIM 软件统计的工程量便于理解建筑工程的造价构成，进一步优化设计和施工方案，以实现更有效的造价控制。这样不但能对工程造价的成本进行有效管控，使管控水平得到明显提高，还可以解决工程造价管理中出现的问题。

4 结语

本文从BIM 技术的基本定义和核心技术出发，详细讨论了其在建筑项目中的应用，特别是如何通过建立工程造价效益预测函数和构建建筑工程造价效益的控制模型，实现更有效的工程造价控制。然而，技术的应用并非孤立存在，它需要在实践中不断验证和优化。BIM 技术提供了一种全新的视角来理解和管理建筑工程造价，将原本复杂的工程造价问题转化为可视化、可量化的模型，便于更加准确和有效地进行工程造价控制。希望本文能为建筑工程造价控制管理的实践者和研究者提供全面的视角，帮助其更好地理解和应用BIM 技术。