人工智能技術(shù)在工程造價中的有效運(yùn)用

引言：面對不斷變化的外界環(huán)境，工程造價管理需要貫穿項(xiàng)目開展的全過程。項(xiàng)目工程涉及的造價項(xiàng)目較多，數(shù)據(jù)復(fù)雜。傳統(tǒng)的工程造價管理方式難以應(yīng)對龐大的數(shù)據(jù)量，單機(jī)預(yù)算軟件、手工算量的也難以滿足各個行業(yè)的發(fā)展步伐。工程造價迫切需要新的手段來進(jìn)行更有效的管理。在信息技術(shù)時代，人工智能技術(shù)的發(fā)展在項(xiàng)目建設(shè)全周期中起到了重要作用，它能夠在一定程度上優(yōu)化造價管理的工作流程，提高造價管理的計(jì)算效率，提升造價預(yù)估的準(zhǔn)確性，使建設(shè)成本、維護(hù)成本、運(yùn)營成本都在良好的控制范圍內(nèi)。1.人工智能技術(shù)的基本理論人工智能研究如何制造智能機(jī)器或智能系統(tǒng)來延伸人類的智慧，模擬人類的智能。人工智能系統(tǒng)擁有極強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，能夠應(yīng)對并解決各類實(shí)際問題。廣義上的人工智能，包括專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模式識別智能機(jī)器人等。人工智能擁有極強(qiáng)的感知能力，能夠模擬人類的感官感知外部世界，從外界獲取信息。其強(qiáng)大的記憶和思維功能，能夠模擬人腦，對信息進(jìn)行推理、聯(lián)想、判斷、分析、計(jì)算、決策，人工智能思維的過程便是將其記憶中的信息進(jìn)行工作人工智能的學(xué)習(xí)能力和自適應(yīng)能力讓他能夠不斷學(xué)習(xí)、增長知識，適應(yīng)環(huán)境，不自覺地接收新的信息，主動反映外部世界。當(dāng)面對外部刺激時，人工智能能夠及時做出反應(yīng)并解決問題。對人工智能的研究主要包括專家系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識別、自然語言理解、自動程序設(shè)計(jì)機(jī)器人學(xué)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、智能決策支持系統(tǒng)等。專家系統(tǒng)擁有特定領(lǐng)域的龐大知識量和專家經(jīng)驗(yàn)，能夠模擬專家對事物進(jìn)行分析和判斷，專家的師傅，求解某個領(lǐng)域內(nèi)的各種問題。由于融合了領(lǐng)域內(nèi)的多名專家經(jīng)驗(yàn)，專家系統(tǒng)的水平甚至可以超過人類專家的水平。機(jī)器學(xué)習(xí)是指計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)能力，讓計(jì)算機(jī)能夠主動向教師和書本進(jìn)行學(xué)習(xí)，在實(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，完善自我。模式識別主要研究機(jī)器感知，通過機(jī)器進(jìn)行自動的模式識別，在人類不干預(yù)的情況下，將模式自動歸類于計(jì)算機(jī)中對應(yīng)的模式中。2.影響工程造價的因素2.1工程造價的影響因素2.1.1設(shè)計(jì)及業(yè)主方工程造價的控制受到設(shè)計(jì)及業(yè)主方、宏觀經(jīng)濟(jì)政策、施工方、第三方因素等多方面因素的影響。施工階段會遇到各種臨時事故，施工設(shè)計(jì)需要變更設(shè)計(jì)，對部分設(shè)計(jì)計(jì)劃進(jìn)行修改，而修改工作必定會造成額外成本的增加。設(shè)計(jì)階段出現(xiàn)失誤會在施工階段體現(xiàn)，需要再次變更結(jié)構(gòu)符合工程需要，也因此會造成額外成本的增加。項(xiàng)目實(shí)施過程中，業(yè)主方的投資規(guī)劃不到位、建設(shè)手續(xù)不全，或是未能及時向施工方付款等情況，有可能延誤施工進(jìn)程，使工程造價的增加。在施工過程中，業(yè)主的目標(biāo)變化導(dǎo)致工期提前，在招標(biāo)過程中未能設(shè)定明確的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，過程中卻額外要求需要工程達(dá)到省級或國家級優(yōu)質(zhì)工程標(biāo)準(zhǔn)等情況，也會導(dǎo)致項(xiàng)目取費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)提高，增加工程造價。2.1.2宏觀經(jīng)濟(jì)政策宏觀經(jīng)濟(jì)因素對施工材料造成影響，直接影響工程造價材料價格的大幅度變化，導(dǎo)致實(shí)際造價和預(yù)算相差較遠(yuǎn)。有的項(xiàng)目工期較長相關(guān)稅率和匯率的波動也會影響進(jìn)口材料和設(shè)備購入時的成本。政策的影響，導(dǎo)致工程行業(yè)及上下游相關(guān)行業(yè)的市場波動，引起造價的偏差。除此之外，突發(fā)因素例如自然災(zāi)害等，會使工程陷入癱瘓，不僅延誤工期，還有可能造成不可挽回的損失。2.1.3施工方對于施工方來說，同一個施工項(xiàng)目可能有多個單位承包，而施工單位之間的配合問題、銜接問題等都有可能導(dǎo)致額外工程量的增加，工程量增加本身會增加造價，而該環(huán)節(jié)的額外工程量也會積累到下一工程環(huán)節(jié)，同樣對造價產(chǎn)生影響。施工過程中許多施工單位在組織設(shè)計(jì)時安排不當(dāng)，對各項(xiàng)資源的應(yīng)用不合理，資源沒能得到合理規(guī)劃而造成大量的浪費(fèi)，人員管理協(xié)調(diào)不到，勞務(wù)分包人數(shù)過多或不足，都有可能對工程進(jìn)度和造價產(chǎn)生影響；工程材料的不當(dāng)管理容易導(dǎo)致材料損耗和丟失，增加工程的額外損失，需要增加材料收尾支出來添置和更換新的材料設(shè)備；材料的缺失還會導(dǎo)致工期延誤，這些都會造成造價的增加；質(zhì)量控制和安全控制不足，出現(xiàn)質(zhì)量或安全事故都需支付額外成本翻修或賠償。2.2傳統(tǒng)工程造價的劣勢工程造價管理需要伴隨工程的全過程。傳統(tǒng)控制模式是對工程預(yù)期支付或?qū)嶋H支付的全部固定資產(chǎn)投資費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算和管理，在工程造價管理過程中跟隨項(xiàng)目進(jìn)展，進(jìn)行成本估算、信息收集與反饋、偏差分析和矯正等管理與控制，保障工程項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)高效開展。工程造價管理需要，在項(xiàng)目實(shí)施前確定造價的控制目標(biāo)和造價控制計(jì)劃，在項(xiàng)目實(shí)施過程中對計(jì)劃進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，判斷實(shí)際數(shù)據(jù)和計(jì)劃值之間的偏差，分析偏差存在的原因，及時修正工程造價目標(biāo)，提出針對性的解決措施，對下一階段進(jìn)行更好的控制和管理[1]。傳統(tǒng)的工程造價管理模式，采用定額計(jì)價的模式作為依據(jù)，而定額的編制速度無法滿足市場價格的實(shí)時變化，定額計(jì)價有較大的滯后性，難以反映真實(shí)狀況。對造價的分析同樣滯后，屬于事后控制，難以及時針對工程開展過程中造價的變法采取有效的預(yù)防措施。面對較大的工程量和龐大的數(shù)據(jù)量，傳統(tǒng)的計(jì)價模式導(dǎo)致項(xiàng)目各參與方之間的信息對稱程度不一致，工程造價難以全面收集信息，缺少精確的模型，也難以對各項(xiàng)目的支出費(fèi)用進(jìn)行及時控制。人工難以掌握工程計(jì)價的統(tǒng)計(jì)學(xué)特征，造價管理依靠，大量計(jì)算和個人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行控制反饋，工程造價管理的適應(yīng)性和調(diào)節(jié)能力較差。3.人工智能技術(shù)在工程造價中的運(yùn)用3.1人工智能在工程造價中主要運(yùn)用的技術(shù)3.1.1神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其應(yīng)用優(yōu)勢人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種高度復(fù)雜的非線性動力系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的每個神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和功能較為簡單，但大量神經(jīng)元共同構(gòu)成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)十分復(fù)雜，神經(jīng)元之間的相互連接，連接能夠形成具有多種功能的系統(tǒng)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)通過所在環(huán)境的刺激來調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)[2]。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在工程領(lǐng)域有較為廣泛的應(yīng)用，它能夠通過可實(shí)現(xiàn)的器具或模擬生物體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方式，開始形成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能，模仿人腦的生物神經(jīng)系統(tǒng)，對事物做出判斷。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用分布式處理方法，能夠大規(guī)模處理龐大體量的信息,如圖1所示。信息在計(jì)算單元上有層次地展開，系統(tǒng)對所有計(jì)算單元共同運(yùn)行，用來解決某一問題。每個單元承擔(dān)著相似的任務(wù)，任何一個單元的破壞，都不會對整個系統(tǒng)的功能造成影響。因此，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)除了擁有大規(guī)模并行處理能力外，還擁有較強(qiáng)的容錯能力。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對環(huán)境擁有較強(qiáng)的自適應(yīng)能力學(xué)習(xí)過程中不斷修改和調(diào)整神經(jīng)元之間的連接，使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)更加適應(yīng)現(xiàn)實(shí)情況，經(jīng)過訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)記錄了訓(xùn)練樣本的信息模式，就如同人類的長時記憶。而在新模式樣本的計(jì)算過程中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將新模式儲存并進(jìn)行處理，提取新模式中的，關(guān)鍵信息用于相近模式的聯(lián)想，形成外部數(shù)據(jù)的完整表述。圖1神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)示意圖3.1.2遺傳算法及其應(yīng)用優(yōu)勢遺傳算法是一種優(yōu)化搜索算法，能夠?qū)Ξ?dāng)前群體施加選擇、交叉、變異等一系列遺傳操作，從而產(chǎn)生出新一代群體，逐漸進(jìn)化到最優(yōu)解。傳算法能夠?qū)Y(jié)構(gòu)對象進(jìn)行直接操作，它能與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，規(guī)則集合和知識庫，對知識進(jìn)行更加高質(zhì)量的精煉。3.1.3數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性能夠有效提高工程造價的估算工作質(zhì)量，而工程各個領(lǐng)域也構(gòu)建了多個行業(yè)數(shù)據(jù)庫，且均應(yīng)用了人工智能技術(shù)，極大地提高了數(shù)據(jù)庫的信息數(shù)據(jù)采集速度和質(zhì)量。從現(xiàn)狀來看，工程建設(shè)領(lǐng)域已有的行業(yè)數(shù)據(jù)庫有慧訊網(wǎng)、廣聯(lián)達(dá)公司、上海定額管理總站等，此類數(shù)據(jù)庫主要提供材料價格以及信息價等。通過成本數(shù)據(jù)庫的建立，工程造價相關(guān)工作人員能夠以信息化的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的獲取和加工。在人工智能技術(shù)實(shí)際應(yīng)用過程中，主要是創(chuàng)建成本ERP系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)和處理，為測算和限額設(shè)計(jì)提供成本大數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)庫既能夠存儲工程成本數(shù)據(jù)，還能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分析、對標(biāo)、驗(yàn)證以及提煉，為工程造價相關(guān)工作人員的各項(xiàng)決策提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)工程造價成本的有效管控[3]。3.2人工智能在工程造價全生命周期的運(yùn)用3.2.1投資規(guī)劃階段的應(yīng)用人工智能能夠應(yīng)用在造價管理的全過程，參與項(xiàng)目全生命周期進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)、招投標(biāo)、施工、竣工和運(yùn)維。投資規(guī)劃階段，工程造價管理需要對資金的來源進(jìn)行分析和處理，重點(diǎn)關(guān)注項(xiàng)目造價的比選，編制項(xiàng)目建議書和可行性報告。而對于工程造價來說，最重要的便是完成投資預(yù)估，包括工程的建設(shè)費(fèi)用、設(shè)備及器具投資，預(yù)備費(fèi)、貸款利息的預(yù)估，并確定工程投資費(fèi)用。傳統(tǒng)模式下，投資預(yù)估需要對項(xiàng)目進(jìn)行可行性研究，而對建設(shè)地點(diǎn)、建設(shè)工藝等技術(shù)指標(biāo)的確定，需要耗費(fèi)較長的時間。人工智能技術(shù)能夠根據(jù)項(xiàng)目類型和工程特征，對項(xiàng)目全生命周期及龐大的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分類構(gòu)成結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫儲存著大量的工程項(xiàng)目，人工智能技術(shù)能夠在估算過程中提取與該項(xiàng)目匹配度最高的工程項(xiàng)目模型，顯示其關(guān)鍵性指標(biāo)，人工智能能夠根據(jù)具體情況自動修正造價指標(biāo)，幫助工程造價快速完成投資估算。在方案的選擇上，傳統(tǒng)模式需要人工對多個投資方案進(jìn)行造價對比，由于需要考慮和計(jì)算多個方面的內(nèi)容，人工計(jì)算需要耗費(fèi)較大的工作量，并且無法保證方案的選擇完全客觀。利用模型對建設(shè)方案的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和影響工程造價的主要因素進(jìn)行綜合考慮，展示不同方案的技術(shù)參數(shù)、工程量信息材料信息、進(jìn)度信息，計(jì)算各方案的工程量、造價、成本等指標(biāo)。將BIM技術(shù)和人工智能相結(jié)合，能夠更直觀、科學(xué)地展示方案的具體設(shè)計(jì)，通過模擬顯示項(xiàng)目5D模型，更直觀地了解項(xiàng)目的開展情況，實(shí)時反映項(xiàng)目的進(jìn)度和成本，更加清晰地展示不同時間節(jié)點(diǎn)的資金使用情況，減少部分業(yè)主籌集資金的壓力，最大化提高資金的利用效率和業(yè)主的投資效益[4]。3.2.2設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)階段工程造價主要包括工程的設(shè)計(jì)概算、施工圖預(yù)算和概算。人工智能系統(tǒng)能夠根據(jù)其學(xué)習(xí)成果，對工程進(jìn)行正向設(shè)計(jì)提高設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確性減少因設(shè)計(jì)變更而增加的造價。在規(guī)劃方案的模擬過程中，人工智能系統(tǒng)能夠快速整合項(xiàng)目的龐大數(shù)據(jù)，并且形成規(guī)劃方案的對比。對工程的多元化需求，人工智能系統(tǒng)能夠根據(jù)不同的模型來分析不同狀況下的工程設(shè)計(jì)，例如在考慮能耗情況時，使用能耗模擬來盡可能降低工程設(shè)計(jì)的能耗。人工智能與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)的云端審查功能，專業(yè)模型導(dǎo)入人工智能系統(tǒng)中，對模型進(jìn)行軟碰撞和硬碰撞檢查，全方位查找并解決設(shè)計(jì)存在的漏洞和沖突，改善設(shè)計(jì)質(zhì)量，避免因設(shè)計(jì)變更而導(dǎo)致工期延誤，造價成本增加。在數(shù)據(jù)庫的支持下，項(xiàng)目圖紙?jiān)O(shè)計(jì)時設(shè)計(jì)師可根據(jù)數(shù)據(jù)庫中以往積累的造價信息，將項(xiàng)目構(gòu)成要素和造價信息相關(guān)聯(lián)檢查設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是否處在工程造價的可控范圍內(nèi)，并最終確定方案設(shè)計(jì)的限額。3.2.3招投標(biāo)階段通過人工智能技術(shù)將設(shè)計(jì)模型轉(zhuǎn)換成算量模型，渲染模型包含項(xiàng)目全部信息而工程造價人員能夠直接提取工程量并套價，做出工程預(yù)算。提高預(yù)算的效率，減少了二次建模所花費(fèi)的時間，更充足的時間進(jìn)行風(fēng)險分析等成本控制項(xiàng)目。人工智能技術(shù)與BIM相結(jié)合，能夠在投標(biāo)方案中展示三維場景，更加豐富地對比信息，讓評標(biāo)人客觀評選各個方案的優(yōu)劣性，提高評審效率。3.2.4施工階段工程施工階段周期較長，過程中所需要的材料、人力資源價格容易受到市場和政策的影響，造價管理難以提前，提前對變動因素進(jìn)行全面控制。人工智能技術(shù)能夠?yàn)楸O(jiān)理單位提供更具協(xié)同性的交叉管理體系，根據(jù)現(xiàn)場施工情況、人力、材料、機(jī)具、設(shè)備等相關(guān)數(shù)據(jù)，做好施工現(xiàn)場的動態(tài)管理，更加直觀地在不同時間節(jié)點(diǎn)了解施工進(jìn)度和造價情況，獲取施工階段的工程進(jìn)度款支付情況，通過智能化手段對復(fù)雜的人員、龐大的工程數(shù)據(jù)、繁瑣的數(shù)據(jù)對接信息進(jìn)行整合，讓各方人員能夠及時了解工程量進(jìn)度，加快申請進(jìn)度撥款和業(yè)主撥款的進(jìn)程。在成本管理過程中，人工智能能夠?qū)こ淘靸r進(jìn)行跟蹤控制，分析因工程變更而實(shí)時產(chǎn)生的材料消耗、索賠費(fèi)用、人力消耗等，形成工程造價的變更成本統(tǒng)計(jì)。人工智能能夠?qū)こ讨腥魏卧靸r的變動做出及時反饋，對相應(yīng)的工程量也是自動分析，快速反饋和調(diào)整減少，工程量變更帶來的損失，使施工單位能夠快速完成索賠[5]。人工智能的動態(tài)成本分析收集和統(tǒng)計(jì)成本相關(guān)數(shù)據(jù)，并將實(shí)時數(shù)據(jù)和預(yù)算成本、合同成本等進(jìn)行對比，獲取項(xiàng)目的實(shí)施情況和盈虧情況，根據(jù)綜合分析對成本發(fā)生偏差的原因做出判斷，提出解決方案。人工智能系統(tǒng)的實(shí)時分析功能能夠滿足精細(xì)化成本分析的需求，真正實(shí)現(xiàn)動態(tài)分析。項(xiàng)目施工實(shí)施過程中，人工智能系統(tǒng)還可用于質(zhì)量安全的監(jiān)控，人工智能與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，夠監(jiān)測施工現(xiàn)場的環(huán)境，綜合施工的各項(xiàng)數(shù)據(jù)形成安全監(jiān)控體系，分析潛在不安全區(qū)域，對技術(shù)、組織、管理等層面存在的不足提出整改意見，再根據(jù)整改情況不斷反饋和修正，直到有效規(guī)避施工過程中存在的質(zhì)量和安全問題[6]。3.2.5竣工階段在竣工階段，造價人員需要進(jìn)行竣工驗(yàn)收，對各項(xiàng)設(shè)計(jì)變更、合同文件、現(xiàn)場簽證等進(jìn)行整理?？⒐を?yàn)收需要耗費(fèi)造價人員大量的時間和精力。人工智能系統(tǒng)的應(yīng)用能夠幫助造價管理人員，在施工過程中不斷調(diào)整和補(bǔ)充工程數(shù)據(jù)，速整理好相關(guān)文件和模型，形成完整的竣工報告。在施工的過程中，人工智能就已完成實(shí)時的數(shù)據(jù)核算，快速處理好進(jìn)度款和索賠費(fèi)用的支付，一切支付費(fèi)用都體現(xiàn)在造價工程的動態(tài)管理中，在編制竣工結(jié)算時，能夠快速準(zhǔn)確地核算工程