粒子算法在水利工程造價(jià)估算中的應(yīng)用

李　寧

(新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院(集團(tuán))有限責(zé)任公司,新疆 烏魯木齊 830052)

粒子算法在水利工程造價(jià)估算中的應(yīng)用

李寧

(新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院(集團(tuán))有限責(zé)任公司,新疆 烏魯木齊 830052)

摘要：水利工程“三超”問(wèn)題,即超估算概算、超概算預(yù)算以及超預(yù)算決算在我國(guó)水電工程建設(shè)項(xiàng)目中仍時(shí)有出現(xiàn)，并且其中的大多數(shù)存在著無(wú)法確定責(zé)任人的現(xiàn)象。工程造價(jià)是工程項(xiàng)目立項(xiàng)的重要依據(jù)，而工程造價(jià)估算則是項(xiàng)目前期開(kāi)發(fā)階段最為重要的工作任務(wù)之一?；诂F(xiàn)階段水利工程造價(jià)估算方法，構(gòu)建了一種工程造價(jià)動(dòng)態(tài)估算模型，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)該模型的適用性進(jìn)行了驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：粒子算法；造價(jià)估算；水利工程

作為水利工程成本管理工作的初始環(huán)節(jié)，工程造價(jià)估算對(duì)于實(shí)現(xiàn)成本控制目標(biāo)具有重要作用，水利工程參建各方對(duì)于造價(jià)的估算也普遍持重視態(tài)度。不過(guò)就以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,“三超”問(wèn)題(即超估算概算、超概算預(yù)算以及超預(yù)算決算)在我國(guó)水電工程建設(shè)項(xiàng)目中仍時(shí)有出現(xiàn)，并且其中的大多數(shù)存在著無(wú)法確定責(zé)任人的現(xiàn)象?！叭眴?wèn)題一旦發(fā)生，就有可能導(dǎo)致以下幾種后果：(1)水利工程項(xiàng)目建設(shè)實(shí)際耗費(fèi)的資金遠(yuǎn)超預(yù)算，投資額也因此大幅提升；(2)建設(shè)單位無(wú)力承擔(dān)預(yù)算外的資金負(fù)擔(dān)，項(xiàng)目建設(shè)的進(jìn)度大幅度拖慢或直接進(jìn)入停滯狀態(tài)；(3)參建方被迫通過(guò)降低質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的方法來(lái)解決建設(shè)資金，致使項(xiàng)目建成后因無(wú)法滿(mǎn)足功能需求而不能正常運(yùn)作，或因埋下質(zhì)量隱患而在運(yùn)行中發(fā)生安全事故。可以看出，無(wú)論出現(xiàn)哪一種后果，都會(huì)給國(guó)家?guī)?lái)經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重時(shí)則會(huì)威脅下游地區(qū)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。

水利工程“三超”問(wèn)題的產(chǎn)生既有政策和物價(jià)因素的影響，同時(shí)也有設(shè)計(jì)變更和自然災(zāi)害等因素的影響，從水利工程造價(jià)管理工作的特點(diǎn)來(lái)看，主要是因?yàn)榇祟?lèi)工程長(zhǎng)期采用非標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、經(jīng)費(fèi)未能及時(shí)到位、造價(jià)估算手段的先進(jìn)性與針對(duì)性不足，在這些因素的部分或共同影響下，水利項(xiàng)目造價(jià)長(zhǎng)期失真。值得一提的是，由于獲得詳細(xì)工程資料的難度較高，因此在項(xiàng)目建設(shè)的初期階段幾乎無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)條件下的定額辦法實(shí)施造價(jià)估算。在水利事業(yè)高速發(fā)展、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈的時(shí)代背景下，形成一套高效、科學(xué)且具有較強(qiáng)可操作性的造價(jià)估算方法已經(jīng)成為業(yè)界的熱門(mén)課題，本文構(gòu)建了一種動(dòng)態(tài)估算模型并對(duì)其可行性進(jìn)行了驗(yàn)證，希望能夠?yàn)樗こ淘靸r(jià)估算工作的有效開(kāi)展提供參考和借鑒[1]。

1水利工程造價(jià)的動(dòng)態(tài)估算模型

首先，確定比較層項(xiàng)目。在水利工程造價(jià)估算過(guò)程中，比較層項(xiàng)目主要指單位工程(也就是估算的對(duì)象)，造價(jià)估算的各類(lèi)操作均在其中進(jìn)行。由于水利工程項(xiàng)目具有規(guī)模大、種類(lèi)和管理主體繁多的特點(diǎn)，因此即便是待估算工程與某些已建工程屬于同一類(lèi)型，彼此間的相似度也很難得到保證。此時(shí)，我們可以將建水利工程拆解為若干子工程，再?gòu)囊呀ㄋこ讨袑ふ遗c之類(lèi)似的子工程進(jìn)行比較。在本文中，我們同樣應(yīng)用比較層項(xiàng)目構(gòu)建動(dòng)態(tài)估算模型，但需要對(duì)地區(qū)、時(shí)間等系數(shù)進(jìn)行針對(duì)性調(diào)整。

其次，確定候選工程。在構(gòu)建水利工程造價(jià)動(dòng)態(tài)估算模型的過(guò)程中，我們需要借助工程項(xiàng)目的特性，以工程項(xiàng)目的一致性作為基礎(chǔ)，參照模糊數(shù)學(xué)原理中的隸屬度，尋找與目標(biāo)項(xiàng)目工程存在最高相似度的待建水利工程項(xiàng)目作為候選工程。

第三，確定最優(yōu)方案。雖然候選項(xiàng)目的數(shù)量眾多，但只要滿(mǎn)足了約束條件，我們就可以將其視為種群個(gè)體。種群個(gè)體確認(rèn)后，即可采用進(jìn)化算法在眾多方案中評(píng)選最優(yōu)方案[2]。

最后，確定指標(biāo)體系。輸出評(píng)估對(duì)象的預(yù)測(cè)造價(jià)；對(duì)水利工程造價(jià)的影響因素進(jìn)行分析；以擋水工程作為比較層，對(duì)水利工程的特征因素(壩頂長(zhǎng)寬、壩址巖石、流域面積等)進(jìn)行確認(rèn)；基于已經(jīng)確認(rèn)的參數(shù)構(gòu)建多指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，以此衡量種群粒子的相似度。具體模型構(gòu)建如下：

將待評(píng)估水利工程項(xiàng)目特征向量的集合設(shè)定為W={w1,w2,…,wn}，將各指標(biāo)要素的隸屬度設(shè)定為{l1,l2,…,ln}，則待評(píng)估項(xiàng)目的模糊特征量W為：

(1)

將待評(píng)估水利工程項(xiàng)目的模糊子集設(shè)定為U={u1,u2,…,un}，則其模糊數(shù)學(xué)模型為：

(2)

評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的各項(xiàng)參數(shù)對(duì)造價(jià)估算的影響不盡相同，依據(jù)這種差異性以及粗糙集中的屬性重要度，我們就可以得出相應(yīng)參數(shù)的權(quán)重值。隨后，對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行加權(quán)，即可獲得該項(xiàng)目的造價(jià)評(píng)估模型，具體如下：

(3)

2水利工程造價(jià)估算

在解決水利工程造價(jià)估算的問(wèn)題時(shí)，本次研究采用了感知粒子群算法。在粒子群慣性系數(shù)賦值時(shí)，若映射函數(shù)呈線性遞減，則所得極值點(diǎn)與實(shí)際極值點(diǎn)存在差異。究其原因，主要是粒子速度mij將在較大的指標(biāo)權(quán)重值的影響下發(fā)生變化，極值點(diǎn)也會(huì)因此發(fā)生偏離。值得慶幸的是，這種變化可以?xún)?yōu)化整個(gè)算法的極值(局部極值搜索速度提升)，相應(yīng)的約束條件為：

(4)

(5)

(6)

在對(duì)任意迭代粒子慣性函數(shù)進(jìn)行計(jì)算時(shí)有：

(7)

式中：vs tart、vend、dmax的值分別為0.95、0.05、1000。如果在實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)粒子聚類(lèi)度不足，則應(yīng)對(duì)粒子系數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)低，以此提高算法自適應(yīng)的收斂效度：

(8)

式中：gmea(d)、gmax(d)、p(取值范圍[0,1])分別指粒子群平均的粒子距、最大粒子距、粒子聚類(lèi)度。在計(jì)算粒子權(quán)重時(shí)，應(yīng)對(duì)其慣性系數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，具體為：

(9)

式中：θ、?為相應(yīng)的調(diào)整系數(shù)。

在實(shí)際工作中應(yīng)用粒子算法，需要輸入待評(píng)估項(xiàng)目相應(yīng)參數(shù)值，將會(huì)得到與該項(xiàng)目最為接近的造價(jià)方案。具體來(lái)說(shuō)，整個(gè)操作分為六步[3]：

(1)粒子初始化。完成候選項(xiàng)目方案的粒子映射，同時(shí)在參數(shù)目標(biāo)的約束范圍內(nèi)進(jìn)行初始化操作(對(duì)象為粒子位置和速度)。

(2)粒子權(quán)系數(shù)賦值。對(duì)粒子進(jìn)行粒子距聚類(lèi)(依據(jù)速度變化狀況)、核算粒子權(quán)系數(shù)(依據(jù)粒子權(quán)重映射函數(shù))。

(3)粒子權(quán)系數(shù)修正。在核算粒子信息熵、粒子距聚集程度的基礎(chǔ)上對(duì)粒子權(quán)系數(shù)進(jìn)行修正。

(4)粒子適應(yīng)度值計(jì)算。參照前文公式(3)對(duì)粒子適應(yīng)度值(即f(x))進(jìn)行計(jì)算。

(5)對(duì)單個(gè)粒子極值進(jìn)行更新。

(6)對(duì)整體粒子群極值進(jìn)行更新。

3仿真實(shí)驗(yàn)

基于實(shí)際工程數(shù)據(jù)，本次研究使用計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)展仿真實(shí)驗(yàn)，分析并最終確定水利工程造價(jià)評(píng)估影響要素的參數(shù)指標(biāo)，將其視為所構(gòu)建水利工程造價(jià)動(dòng)態(tài)估算模型的特征向量集合。粒子種群賦值100，8維的解空間，500次迭代，粒子權(quán)值區(qū)間[0.3,0.9]。兩種算法各運(yùn)行30次，對(duì)均值多樣性變化程度進(jìn)行度量，借助動(dòng)態(tài)估算模型進(jìn)行造價(jià)估算[4]。適應(yīng)度值變化情況如圖1所示。

圖1　適應(yīng)度值變化示意圖

由圖1可以看出，在前20次迭代中曲線增幅相對(duì)較大，100次迭代后曲線增幅放緩，120次迭代后適應(yīng)度值開(kāi)始表現(xiàn)出收斂趨勢(shì)，而在曲線達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，迭代模型也將擁有最優(yōu)的適應(yīng)度。

為進(jìn)一步驗(yàn)證所構(gòu)建水利工程造價(jià)動(dòng)態(tài)估算模型的適用性，對(duì)動(dòng)態(tài)估算模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、遺傳模型的核算結(jié)果進(jìn)行了比較(比較結(jié)果見(jiàn)圖2)?？梢钥闯?，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的優(yōu)勢(shì)在于較為理想的評(píng)估結(jié)果，缺點(diǎn)在于較大的誤差；遺傳模型的優(yōu)勢(shì)在于其穩(wěn)定狀態(tài)在不同測(cè)試區(qū)間均能得到很好的保持，缺點(diǎn)在于搜索全局的能力無(wú)法與動(dòng)態(tài)估算模型相比。相對(duì)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和遺傳模型，動(dòng)態(tài)估算模型的誤差較小、搜索全局能力較強(qiáng)，適用性較為理想[5]。

圖2　誤差比較圖

4結(jié)論

為了解決水利工程造價(jià)估算的“三超”問(wèn)題，本文分析了水利工程造價(jià)的動(dòng)態(tài)估算模型，并通過(guò)對(duì)水利工程造價(jià)候選方案與粒子群算法進(jìn)行動(dòng)態(tài)映射，變參數(shù)約束問(wèn)題為函數(shù)，形成并驗(yàn)證了動(dòng)態(tài)模型的適應(yīng)度。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該模型在水利工程造價(jià)估算的過(guò)程中誤差較小，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：李寧(1984-)，女，工程師，主要從事水利工程造價(jià)工作。

中圖分類(lèi)號(hào)：TU723.3;TP301.6

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2096-0506(2016)04-0071-03