秦國蘭

(天津國土資源和房屋職業(yè)學院，天津 300270)

一、前言

BIM理念引入中國以來已有了若干年的歷史，通過不懈的努力和探索，BIM在國內也有了一定的發(fā)展和應用，中國建筑業(yè)進入“大數(shù)據(jù)”時代。BIM的應用為工程項目的成本控制提供了系統(tǒng)的、專門的信息服務機制，為工程項目控制的全過程提供了平臺，為成本控制工作提供了突破性的進展，開啟了工程項目成本控制宏觀分析與動態(tài)實時把握的新紀元，對工程項目的成功完成具有積極的價值。首先，廣泛的信息來源與動態(tài)外部鏈接為工程項目的全過程成本控制提供了最有效的數(shù)據(jù)，使得工程項目概算值、預算值等數(shù)值更加準確，為工程項目的全過程成本控制提供了有效保障。其次，集成化的信息管理解決了工程項目各參與方之間的溝通問題，為工程量數(shù)據(jù)的準確計算、工程項目變更的及時調整、各參與方的及時協(xié)調等全過程成本控制措施提供了條件。再次，模擬性的工程項目數(shù)字模型使得工程項目成本控制全過程中的設計、控制等方案的不斷優(yōu)化成為可能。最后，BIM的優(yōu)化性、可出圖性等功能特性也為工程項目的全過程成本控制提供了不小的輔助作用。BIM的發(fā)展及應用為工程項目成本的全過程控制提供了條件，使得工程項目成本控制真正地實現(xiàn)了系統(tǒng)化、全面化。BIM技術的系統(tǒng)統(tǒng)一信息服務，能實現(xiàn)信息實時共享,使得工程項目成本控制過程中的信息孤立現(xiàn)象消除，具體表現(xiàn)為成本控制總體情況的及時呈現(xiàn)、工程項目成本的實時計算等,非常有助于解決成本控制工作效率低、錯誤率高等問題，從根本上改變我國傳統(tǒng)成本控制技術手段中工作人員單打獨斗的局面。

然而,任何事情都有兩面性，BIM在成本控制中的應用也不例外。從工程項目建設角度看，BIM是對工程項目建設全生命周期的一種數(shù)字表達，參與方眾多，根據(jù)參與程度不同，有直接參與方和間接參與方之分，其中，直接參與方包括業(yè)主、設計單位、監(jiān)理單位、施工單位、運營單位以及材料供應商，間接參與方則包括政府部門、社會公眾、銀行、保險機構及其他，而各項目建設參與方所產(chǎn)生和需要應用的信息累加起來便是一個龐大的數(shù)據(jù)庫。從工程項目成本角度看，BIM應用全過程中產(chǎn)生的基礎數(shù)據(jù)庫主要有三大類，即BIM數(shù)據(jù)庫、價格動態(tài)數(shù)據(jù)庫和企業(yè)定額數(shù)據(jù)庫。其中，BIM數(shù)據(jù)庫是具體項目海量數(shù)據(jù)創(chuàng)建、承載、管理、共享支撐的管理平臺；價格動態(tài)數(shù)據(jù)庫是動態(tài)數(shù)據(jù)收集、分析和共享的結果，這些動態(tài)數(shù)據(jù)主要是基于互聯(lián)網(wǎng)的材料、機械設備、人工等；企業(yè)定額數(shù)據(jù)庫即企業(yè)消耗量指標數(shù)據(jù)庫。在BIM數(shù)據(jù)庫中，有的信息由于不同項目參與方在項目建設過程中管理方法和目標不同的，因而類型不相同；有的信息由于是兩個或兩個以上參與方共同參與某一相同過程而產(chǎn)生的，因而類型相同但用途不同；還有的信息由于是出于備份管理及報告等原因而產(chǎn)生，因而類型相同且用途也相同。綜合以上描述，在BIM數(shù)據(jù)庫中，工程基礎信息數(shù)據(jù)眾多，信息類型復雜，且信息重復、信息疊加及信息模糊等現(xiàn)象普遍存在，使得工程項目在實際建設過程中很容易發(fā)生信息模糊和信息誤用，影響著工程項目的成敗。不僅如此，在與BIM數(shù)據(jù)庫并稱三大基礎數(shù)據(jù)庫的價格動態(tài)數(shù)據(jù)庫和企業(yè)定額數(shù)據(jù)庫中，也包含了龐大、復雜的信息，且一直處于不斷變動的狀態(tài)。綜合以上描述，BIM平臺中集成了與成本控制相關的龐大、復雜、連動的數(shù)據(jù)，如何更有效的利用這些數(shù)據(jù)的問題成為工程項目成本控制需要解決的主要問題。

作為大數(shù)據(jù)處理常用方法之一的數(shù)據(jù)挖掘技術，能夠實現(xiàn)有效信息的準確提取，并且能將這些信息運用到預測、分類及關聯(lián)等領域。數(shù)據(jù)挖掘所具備的處理海量數(shù)據(jù)的特有能力正好可以用來解決BIM成本控制應用中數(shù)據(jù)利用效率低下的問題。數(shù)據(jù)挖掘技術與工程項目成本控制的結合研究也早有前人涉足，因此，為了取得數(shù)據(jù)挖掘技術與成本管理理論結合的最佳效果，實現(xiàn)現(xiàn)代工程項目成本控制中以最低成本完成工程項目的建設目標，聚集數(shù)據(jù)挖掘、BIM、成本控制三者之間的契合點，運用數(shù)據(jù)挖掘對BIM工程項目進行成本控制研究是成本管控研究領域的一個新方向。

二、數(shù)據(jù)挖掘技術概述

數(shù)據(jù)挖掘概念始于國外，廣義上的數(shù)據(jù)挖掘指的是數(shù)據(jù)知識的發(fā)現(xiàn)，是對大量數(shù)據(jù)的高度概括和抽象表達，即應用一定原理的科學算法，尋找大量數(shù)據(jù)中科學規(guī)律的技術，具體步驟如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)挖掘步驟流程圖

在實際應用過程中，數(shù)據(jù)挖掘的過程一般都是通過一定原理的科學算法來實現(xiàn)的，數(shù)據(jù)挖掘的主要算法總結如下：

(一)聚類分析算法

聚類分析就是將對象集合分組為多個類似對象簇的過程，聚類分析算法有很多,具體見表1。

表1 聚類分析算法分類

序號算法分類代表算法1基于分割的聚類分析K-均值法、Clara法2基于層次的聚類分析BIRCH法、Chameleon法3基于密度的主要分析方法DBSCAN法、DENCLUE法等4基于網(wǎng)格的主要分析方法STING法、Wave Cluster法及CLIQUE法5基于模型的主要聚類分析方法COBWEB法、競爭學習和自組織特性映射等。

(二)數(shù)據(jù)總結與預測方法

數(shù)據(jù)挖掘中的數(shù)據(jù)總結方法主要是根據(jù)概率論與統(tǒng)計學的原理發(fā)展而來，包括回歸分析、線性回歸預測、敏感性分析等等，在實際應用中，根據(jù)數(shù)據(jù)挖掘主題的不同，相應選擇應用。

(三)分類分析算法

分類分析算法即是通過技術特點將數(shù)據(jù)分類,具體包括決策樹類、Bayes類、基于關聯(lián)規(guī)則類以及利用數(shù)據(jù)庫技術類等算法，具體見表2。

表2 分類分析算法分類

序號算法分類代表算法1決策樹分類C4.5法、SLIQ法和SPRINT法2Bayes類分類NB法和TAN法3關聯(lián)規(guī)則類分類CBA法4數(shù)據(jù)庫技術類分類MIND法和GAC-RDB法

(四)關聯(lián)規(guī)則分析算法

關聯(lián)規(guī)則分析算法的作用是找相關性，其原理主要是頻集理論，關聯(lián)規(guī)則挖掘分析法的主要算法有APRIORI、APRIORITID及FP-growth等。其中，APRIORITID算法是APRIORI算法的改進方法，F(xiàn)P-growth算法比APRIORI算法高了一個數(shù)量級但不適宜于大型數(shù)據(jù)庫。

(五)異常分析方法及其他

異常分析算法主要以從檢測孤立點為任務，即從大數(shù)據(jù)集合中找出非常規(guī)數(shù)據(jù)，異常分析算法的分類也有很多，具體見表3。

表3 異常分析算法分類

序號算法分類代表算法1基于距離原理的嵌套循環(huán)算法、索引算法、單元算法2基于統(tǒng)計原理的確定替代分布算法、固有替代分布算法、混合替代分布算法3基于密度原理的以聚類算法為基礎4基于偏離模型原理的OLAP技術、序列技術

此外，其他方法還包括基于模糊數(shù)學及其模糊邏輯理論、遺傳算法等的具體計算方法。

三、國內外BIM工程項目成本控制

BIM，即Building Information Modeling，建筑信息模型的縮寫，簡單的可以理解為借助了計算機輔助技術而進行的建筑信息管理，BIM工程項目成本控制是建筑信息管理的一部分。BIM的發(fā)展可以理解為一個從1D發(fā)展到nD的過程，發(fā)展到4D的時候加入了進度控制目標，發(fā)展到5D的時候加入了費用控制目標。鑒于國外工程項目從設計到施工基本一體化的現(xiàn)狀，BIM在國外的發(fā)展相對于國內較快，基于5D的應用相對成熟，表現(xiàn)出的是已投入應用的軟件，例如Visual軟件系列(美國Innovaya公司)、Vico軟件系列(美國Vico公司)ITWO軟件(德國RIB集團)等等；2003年，BIM理念引入國內，經(jīng)過了若干年的應用和探索，雖然起步較晚，但也有了一定的發(fā)展。在理論方面，研究課題已深入到動態(tài)監(jiān)控、設計概預算、全過程管理、API接口、IFC標準等方方面面。在應用上，基于BIM的工程建設項目策劃、設計、招投標、施工、竣工及運營等各階段的已有實際案例，更加值得一提的是，專業(yè)的BIM 咨詢公司也已出現(xiàn)。在BIM工程項目成本控制領域，則表現(xiàn)為與此相關的軟件的出現(xiàn)和推廣，其中以廣聯(lián)達BIM-5D軟件、斯維爾BIM-5D軟件為代表。綜合國內外BIM工程項目成本控制研究現(xiàn)狀可了解到，基于BIM的工程項目成本控制在國外已得到了實現(xiàn)應用，引入國內后，針對工程項目實際情況而進行的關于開發(fā)、連接、實現(xiàn)、功能等方面的研究也層出不窮，但在BIM工程項目成本控制功能與應用面不斷擴大，大數(shù)據(jù)不斷集成的同時，與數(shù)據(jù)挖掘理論相結合的研究卻一直停留在初始階段。

四、基于數(shù)據(jù)挖掘技術的BIM工程項目成本控制應用

基于數(shù)據(jù)挖掘技術的BIM工程項目成本控制應用，一方面以實現(xiàn)項目成本的計劃值為目標，具體表現(xiàn)為通過科學算法實時監(jiān)控成本數(shù)值，如果發(fā)現(xiàn)超出計劃值，則在最短的時間內采取行動，從而保證實際成本始終保持在計劃內。另一方面，是將工程項目的成本控制效果做到最好，將預算人員、相關工作人員從煩瑣算量、核算、分析等工作中解救出來，從而達到節(jié)約資源、建設低碳社會的目的。主要的體現(xiàn)是通過數(shù)據(jù)挖掘算法來實現(xiàn)聚類定位、價格預測、風險細分及關聯(lián)規(guī)則四大功能。值得注意的是,工程項目成本控制全過程的各階段并不是相互獨立的，因而數(shù)據(jù)挖掘功能分析具有相對性，其作用并不只是僅僅停留在工程項目建設的某一階段，而是貫穿于工程建設的全過程，同一功能既能是企業(yè)工程項目歷史數(shù)據(jù)的分析，又能是企業(yè)待建項目建設階段的管理分析。

(一)工程項目成本定位

聚類分析算法運用的主要作用是工程項目類型聚類，運用企業(yè)歷史數(shù)據(jù)中工程項目的工期長度、建筑面積、設計變更率、成本超支額等特征數(shù)據(jù)作為聚類分析的特征值，將工程項目聚類為若干個簇類，根據(jù)各簇類的成本控制難度情況分別制定不同的有針對性的成本控制方案，并對照聚類的結果對待建項目進行歸類，從而形成待建項目的初步定位，借此把握工程項目成本控制的基本方向，為工程項目的具體成本控制計劃做參考的模型。

項目投資決策階段，相關人員下達聚類開始指令，設定好聚類分析特征指標后，BIM平臺首先從企業(yè)歷史項目數(shù)據(jù)庫中提取開工時間、竣工時間、工期長度、建筑面積、設計變更率、初期圖紙完整度、成本超值額等特征的數(shù)據(jù)值，并對與成本超值額小于等于0，或者數(shù)據(jù)搜集不完整的項目進行刪除、賦值等數(shù)據(jù)預處理操作；然后，根據(jù)相關人員輸入的聚類簇數(shù)目要求進行算法的計算過程；最后，根據(jù)聚類計算結果進行對各簇類項目特征分析，并根據(jù)待建項目特征與各簇類項目特征的對比分析，提供相應的參考建議。值得注意的是，相關工作人員在開始進行聚類定位分析的時候可能對聚類簇數(shù)的把握不是很準確，所以得出的聚類結果特征性不分明或意見參考性不大，相關人員根據(jù)自身經(jīng)驗對聚類分析結果和參考意見可用性進行大致判斷，可以選擇重設聚類個數(shù)，重復聚類過程，得出更準確的結論，也可以選擇接受待建項目成本控制規(guī)劃。

(二)價格預測

價格預測是指基于設計階段工程項目相關價格數(shù)據(jù)統(tǒng)計的基礎上，對工程項目施工階段相關價格進行數(shù)據(jù)挖掘預測，從而為成本計劃提供準確參考指數(shù)。工程項目的建設過程中少不了人才機的使用，人才機的價格及其變化對工程項目的成本有著直接的影響，于是，對工程項目涉及的相關價格進行分析、預測是設計階段必不可少的成本控制流程。

設計階段，相關人員根據(jù)自身經(jīng)驗及理論判斷設定好與建筑材料價格相關的極可能具有相關關系的兩個或若干變量指標后，BIM平臺迅速從價格數(shù)據(jù)庫中提取出相應指標數(shù)據(jù)，自動將指標統(tǒng)計值的趨勢進行對比，并對它們的關系進行初步假設，然后，運用一元回歸分析、多元回歸分析等模型對它們之間的假設相關關系進行驗證，若猜測成立，則通過變量中發(fā)展趨勢固定或比較好確定的變量值代入相應的相關關系函數(shù)，計算出不確定變量的參考值，從而為相應建筑材料的價格發(fā)展趨勢提供參考建議。若猜測不成立，則返回給相關工作人員進行變量指標的重新選擇。

(三)成本控制風險細分

風險細分是指在分析成本超支風險因素的基礎上，進一步深度挖掘風險因素之間的內在聯(lián)系，以達到將相關風險進行分類的目的，從而杜絕風險之間相互影響的現(xiàn)象，最終確保風險控制的精準性和有效性。進行階段性成本細項數(shù)據(jù)記錄的宏觀分析能挖掘出成本超支的內在原因，幫助相關工作人員了解項目實施過程中真正的風險所在，并自動提供成本控制的相關改進意見參考，在便于及時糾偏的基礎上，盡量避免下階段成本超支情況的再發(fā)生。

施工階段，當系統(tǒng)中實際記錄的成本細項超出已設定的計劃值時，系統(tǒng)自動將該記錄標記為異常數(shù)據(jù)，并鎖定該異常數(shù)據(jù)的發(fā)生原因及風險類型等屬性，例如當實際施工工程量比計劃工程量大時，系統(tǒng)會將該數(shù)據(jù)進行標記為異常數(shù)據(jù)，并附加發(fā)生原因為工程量偏差及風險類型屬于技術風險等。當工作人員開始風險細分操作時，系統(tǒng)自動提取出所有的成本數(shù)據(jù)記錄，經(jīng)過數(shù)據(jù)預處理后，依照分類分析算法步驟進行細分分析，并將分析結果與糾偏建議反饋給相關工作人員。

(四)成本超支事件項集關聯(lián)分析

關聯(lián)規(guī)則分析具體是指通過工程項目成本數(shù)據(jù)的關聯(lián)規(guī)則分析，找出容易出現(xiàn)成本超支事件項集之間的頻度關系，從而為后一階段的工程項目成本控制或企業(yè)的其他工程項目成本控制提供信息參考。建筑信息模型中，工程項目信息中的各字段之間(建筑面積、工期、造價、安全級別、質量級別等之間)可能存在著很大的相關關系，通過數(shù)據(jù)挖掘關聯(lián)規(guī)則分析算法，能夠實現(xiàn)成本超支事件項集關聯(lián)分析，為后一階段的工程項目成本控制或企業(yè)的其他工程項目建設提供參考。

竣工結算階段，相關人員下達關聯(lián)開始指令，設定好關聯(lián)分析特征指標后，BIM平臺首先從企業(yè)歷史項目數(shù)據(jù)庫中提取建筑面積、工期、造價、安全級別、質量級別、工程項目種類等屬性數(shù)據(jù)，并對與成本超值額小于等于0，或者數(shù)據(jù)搜集不完整的項目進行刪除、賦值等數(shù)據(jù)預處理操作，然后，BIM平臺開始運行關聯(lián)規(guī)則算法的計算過程，得出關聯(lián)規(guī)則結果，并根據(jù)相應的結果提供相應的參考建議。

五、結論

BIM技術的應用本質是運用所有相關數(shù)據(jù)的集成進行工程項目全面、系統(tǒng)管理，大數(shù)據(jù)的集成在為工程項目管理工作提供統(tǒng)一、全面信息服務機制的同時，也不可避免地產(chǎn)生了大數(shù)據(jù)利用效率問題。基于數(shù)據(jù)挖掘技術的BIM工程項目成本控制應用能夠深度挖掘建筑信息模型中的大量信息,實現(xiàn)工程項目成本定位、價格預測、風險細分和成本超支事件項集關聯(lián)分析等功能，在事前定位、預測，在事中發(fā)現(xiàn)偏差、糾正偏差，在事后分析成本超支源事件的全過程、全方位地對工程項目成本進行管控，在確保成本控制效果最佳、資源節(jié)約、低碳環(huán)保方面具有現(xiàn)實意義。