BIM-based cost estimation at early stages based on historical data

Abstract

The BIM methodology is revolutionising the way the construction market works, leading to the desired digitalisation and automatization throughout the whole life cycle of a project. It consists of the combination of three fields: technologies, policies and processes. Together, they work as a shared knowledge resource for information, allowing to manage it, forming a trustful source of data for decision making and also making it possible for all the stakeholders to collaborate along all the processes beginning from the very first step of the project. Besides, BIM also covers which data is managed in terms of creation, use, reuse and application into digital models aiming the development and improvement of the design, construction and operation of one or several projects. Among all the possible uses for the BIM methodology, there is support for cost management linking the cost information with the 3D Model. This use is commonly known as the 5D BIM. Project cost management is the process involved in planning, estimating, budgeting, financing, funding, managing and controlling costs, seeking to finish a specific project within the approved and desired budget from the client or sponsor. The cost estimation is among the most critical preliminary processes in any construction project. A high initial cost estimate can lead to a discouraging process for the client to proceed with the project. Alternatively, a too low-cost estimation could lead to financial problems during the subsequent stage. The floor area method is the most used method for preliminary cost estimates. However, it is a prediction and should not be considered as the final cost. During the early stages of the project, the quality and amount of data made available regarding the project are frequently low or not defined, leading to several assumptions. The use of historical data could fill the gap left by the lack of information. However, the traditional detailed cost estimation approach is a high demanding workload and time-consuming task. This dissertation proposes a BIM-based cost estimation for early stages of the project based on historical cost data provided by prior projects and its subsequent storage into a cost database. Through research in academic articles, master dissertation, PhD thesis, cost and BIM books and guidelines, challenges for cost management during the early stages of the project lifecycle were identified. Among the objectives were the easily updatable cost estimation according to layout changes and to provide the possibility of updating the cost estimate as the BIM model evolved. Therefore, a workflow was developed using an adaptation of the floor plan area method, dividing the total cost value in a classification system and classifying the areas according to their use. A hypothetical project was used for the initial demonstration. Afterwards, a real case study was also performed in collaboration with a construction company from Portugal. As a result, it was possible to generate a cost estimation within a BIM environment for early stages using a cost historical database as a source of cost information. Considerations were made regarding the modelling choices of the previous project and the wide possible use and benefits arising from the application of the proposed work.

A metodologia BIM está revolucionando a forma de trabalho do mercado de construção, levando à desejada digitalização e automatização ao longo de todo o ciclo de vida de um projeto. Ela consiste na combinação de três campos: tecnologias, políticas e processos. Juntos, funcionam como um recurso de conhecimento compartilhado para a informação, permitindo gerenciá-la, formando uma fonte confiável de dados para a tomada de decisões e possibilitando a todos os stakeholders colaborarem em todos os processos desde a primeira etapa do projeto. Além disso, o BIM também engloba quais dados são gerenciados em termos de criação, uso, reutilização e aplicação em modelos digitais visando o desenvolvimento e aprimoramento do projeto, construção e operação de um ou vários projetos. Dentre todos os usos possíveis para a metodologia BIM, está o suporte para a gestão de custos, vinculando as informações de custos ao modelo 3D. Esse uso é comumente conhecido como 5D BIM. Gerenciamento de custos de projetos são os processos envolvidos no planejamento, estimativa, orçamento, financiamento, gerenciamento e controle de custos, buscando finalizar o projeto dentro do orçamento aprovado e desejado do cliente ou investidor. A estimativa de custo está entre os processos preliminares mais críticos em qualquer projeto de construção. Uma estimativa de custo inicial elevada pode levar a um processo desestimulante para o cliente prosseguir com o projeto. Alternativamente, uma estimativa de custo muito baixa pode levar a problemas financeiros durante o estágio subsequente. O método da área superficial é o método mais usado para estimativas preliminares de custos. No entanto, é uma previsão e não deve ser considerada como o custo final. Durante as fases iniciais do projeto, a qualidade e a quantidade de dados disponibilizados sobre o projeto são frequentemente baixas ou não definidas, levando a várias suposições. O uso de dados históricos pode preencher a lacuna deixada pela falta de informação. No entanto, a abordagem de estimativa de custo detalhada tradicional demanda uma alta carga de trabalho. Esta dissertação propõe uma estimativa de custo baseada em BIM para os estágios iniciais do projeto com base em dados de custo históricos fornecidos por projetos anteriores e seu subsequente armazenamento em um banco de dados de custos. Por meio de pesquisas em artigos acadêmicos, dissertação de mestrado, teses de PhD, livros e diretrizes de custos e BIM, foram identificados desafios para o gerenciamento de custos durante os estágios iniciais do ciclo de vida do projeto. Entre os objetivos estavam a estimativa de custo facilmente atualizada de acordo com as mudanças de layout e possibilitar a atualização da estimativa de custo conforme o modelo BIM evolui. Para tanto, foi desenvolvido um workflow utilizando uma adaptação do método de área superficial, dividindo o valor do custo total em um sistema de classificação e classificando as áreas conforme seu uso. Um projeto hipotético foi usado para a demonstração inicial. Posteriormente, foi realizado um estudo de caso real em colaboração com uma construtora portuguesa. Como resultado, foi possível gerar uma estimativa de custo dentro de um ambiente BIM para os estágios iniciais utilizando banco de dados histórico de custos como fonte de informaçõe. Foram feitas considerações sobre as escolhas de modelagem do projeto anterior e do amplo uso e benefícios possíveis decorrentes da aplicação do trabalho proposto.