利用模糊聚類算法分析預(yù)測輸水線路工程造價(jià)

關(guān)曉帆

(廣東省水利電力勘察設(shè)計(jì)研究院，廣州 510000)

0 引 言

粵東水資源優(yōu)化配置工程涉及粵東地區(qū)汕頭、潮州、揭陽、汕尾、深汕特別合作區(qū)和梅州豐順縣，區(qū)域總土地面積16345km2，總?cè)丝诩s1687萬人，是國家深化建設(shè)泛珠三角地區(qū)中重要的沿海經(jīng)濟(jì)帶區(qū)域，地處我國與21世紀(jì)海上絲綢之路沿線國家經(jīng)貿(mào)合作的前沿地帶，區(qū)位優(yōu)勢明顯，汕頭作為省域副中心、粵東作為沿海西翼增長極的定位更為凸顯[1]。粵東地區(qū)存在缺水問題，人均本地水資源量約為1155m3，接近世界公認(rèn)的缺水地區(qū)警戒線，特別是汕頭市，缺水程度嚴(yán)重。此外，粵東地區(qū)各市供水以本地水源為主，各供水系統(tǒng)相對獨(dú)立，各河流來水同豐同枯，易出現(xiàn)區(qū)域系統(tǒng)性旱情，區(qū)域供水應(yīng)急保障能力不足[2]。再者，粵東地區(qū)水污染嚴(yán)重、水生態(tài)環(huán)境惡化等問題日益突出，加快推動沿海經(jīng)濟(jì)帶一體化發(fā)展，對水資源量、質(zhì)和保障程度均提出了更高的要求。為落實(shí)省委省政府關(guān)于有效解決粵東地區(qū)缺水問題的工作部署，在對粵東地區(qū)現(xiàn)狀供水能力、供水工程布局、水資源條件等進(jìn)行充分分析研究的基礎(chǔ)上，提出“一干四支一中心”的供水格局，即以已建的三江連通工程為主線建設(shè)粵東地區(qū)水資源優(yōu)化配置骨干網(wǎng)絡(luò)，從韓江干流取水，通過主干線分別向潮陽、普寧和潮南、惠來、汕尾部分地區(qū)供水的四條輸水分干線分水，將韓江優(yōu)質(zhì)水資源調(diào)配至粵東沿海缺水區(qū)域[3]。在明確上述研究背景下，開展基于模糊聚類的韓江榕江練江水系連通輸水線路工程造價(jià)預(yù)測研究。

1 基于模糊聚類的韓江榕江練江水系連通輸水線路工程造價(jià)預(yù)測

1.1 明確輸水線路工程項(xiàng)目建設(shè)費(fèi)用構(gòu)成

輸水線路工程項(xiàng)目從籌建開始到最終完成施工，再到使用，這一過程涉及的費(fèi)用包含建筑工程費(fèi)用、臨時(shí)工程費(fèi)用、獨(dú)立費(fèi)和基本預(yù)備費(fèi)(不包含水保、環(huán)評、信息化等專項(xiàng)費(fèi)用)。工程盾構(gòu)法、TBM隧道工程、鉆爆隧洞及埋管等主要工程量的費(fèi)用按照設(shè)計(jì)工程量清單計(jì)算，單價(jià)可參考類似工程[4]。在明確項(xiàng)目所需建設(shè)費(fèi)用后，在對其進(jìn)行計(jì)算式，需要遵循針對性原則，針對臨時(shí)工程費(fèi)用在計(jì)算時(shí)應(yīng)當(dāng)參考類似供水工程按比例計(jì)取；針對獨(dú)立費(fèi)用在計(jì)算時(shí)應(yīng)當(dāng)參考類似供水工程按比例計(jì)取；針對基本預(yù)備費(fèi)在計(jì)算時(shí)應(yīng)按工程費(fèi)用及獨(dú)立費(fèi)用合計(jì)的12%計(jì)算[5]。結(jié)合其他相似線路工程項(xiàng)目的造價(jià)預(yù)測和管理經(jīng)驗(yàn)，通常情況下，工程費(fèi)用約占整個(gè)輸水線路工程項(xiàng)目總成本的80%以上，而在工程部分費(fèi)用當(dāng)中又具體包括了各類費(fèi)用、預(yù)備費(fèi)等，在計(jì)算的過程中，可通過計(jì)算工程費(fèi)用乘以各個(gè)分類所占比例確定。除此之外，在工程造價(jià)預(yù)測中，由于各項(xiàng)工程項(xiàng)目具備不同的特點(diǎn)，因此結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)分析進(jìn)一步得出，輸水線路工程項(xiàng)目建筑工程費(fèi)用在進(jìn)行造價(jià)預(yù)測時(shí)，通常能夠占比在60%-90%，平均約為75%。

1.2 構(gòu)建基于模糊聚類的工程造價(jià)估算模型

結(jié)合模糊聚類算法，針對輸水線路工程項(xiàng)目的造價(jià)成本進(jìn)行預(yù)測，并構(gòu)建造工程價(jià)估算模型。在詳細(xì)分析輸水線路工程特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用模糊分析對影響造價(jià)成本的關(guān)鍵因子進(jìn)行提取，并將其作為模型當(dāng)中的輸入量。針對獲取到的有關(guān)輸水線路工程項(xiàng)目的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將其轉(zhuǎn)化為能夠輸入到模型當(dāng)中的數(shù)據(jù)，結(jié)合模糊聚類將建模數(shù)據(jù)劃分為訓(xùn)練集和測試集，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理。為了確保構(gòu)件的輸水線路工程造價(jià)估算模型預(yù)備更好的預(yù)測性能，將測試集數(shù)據(jù)輸入到模型當(dāng)中，并得到造價(jià)成本的估算值。在得到輸水線路工程項(xiàng)目的費(fèi)用特點(diǎn)后，識別樣本集當(dāng)中各項(xiàng)特征數(shù)據(jù)的模糊度，其計(jì)算公式為：

(1)

式中：h∞(a)為樣本集當(dāng)中各項(xiàng)特征數(shù)據(jù)的模糊度；a為模糊信息在樣本集當(dāng)中的有效覆蓋率。根據(jù)上述公式，計(jì)算得出各個(gè)數(shù)據(jù)特征的模糊度，并將其匯總，構(gòu)成一個(gè)完整的集合。參照模糊聚類當(dāng)中的關(guān)聯(lián)性規(guī)則，針對獲取大的項(xiàng)目信息進(jìn)行模糊聚類，并提取與造價(jià)相關(guān)的數(shù)據(jù)，構(gòu)建如公式(2)所示的工程造價(jià)估算模型：

u(c)=Cn[f(X,c)+p(c)+L]

(2)

式中：u(c)為工程造價(jià)估算結(jié)果；Cn為項(xiàng)目信息的特征模糊度集合；X為樣本集中具體包含的信息數(shù)據(jù)；c為聚類時(shí)間點(diǎn)；L為項(xiàng)目信息當(dāng)中統(tǒng)計(jì)的費(fèi)用數(shù)值。

1.3 基于工程全生命周期的造價(jià)動態(tài)預(yù)測

在上述構(gòu)建的基于模糊聚類的工程造價(jià)估算模型基礎(chǔ)上，將輸水線路工程項(xiàng)目的全生命周期作為依據(jù)，開展對其造價(jià)的動態(tài)預(yù)測。圖1為輸水線路工程的全生命周期各階段劃分示意圖。

圖1 輸水線路工程的全生命周期各階段劃分示意圖

在確定輸水線路工程的全生命周期各階段的基礎(chǔ)上，選擇在項(xiàng)目可行性檢驗(yàn)階段，結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際特征和初步設(shè)計(jì)資料，運(yùn)用上述構(gòu)建的造價(jià)估算模型得到項(xiàng)目完工后的造價(jià)成本估算值。由項(xiàng)目決策者根據(jù)估算值的合理性預(yù)測具體的投資金額，以此保證預(yù)測結(jié)果合理、科學(xué)的同時(shí)，也能夠?yàn)楹罄m(xù)項(xiàng)目融資提供重要依據(jù)。

2 實(shí)例應(yīng)用分析

在文章上述論述基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步驗(yàn)證新的造價(jià)預(yù)測方法在實(shí)際應(yīng)用中是否能夠?qū)崿F(xiàn)對韓江榕江練江水系連通輸水線路工程項(xiàng)目的造價(jià)預(yù)測，選擇將該項(xiàng)目三江后續(xù)優(yōu)化工程為研究對象，結(jié)合文章上述預(yù)測需要，獲取該項(xiàng)目的相關(guān)資料信息：

三江后續(xù)優(yōu)化工程是在三江連通工程的基礎(chǔ)上，將水進(jìn)一步補(bǔ)充至沿線的大中型水庫，通過水庫調(diào)蓄供水，使大區(qū)域水資源連通，優(yōu)化粵東區(qū)域水資源時(shí)空分布不均的情況，破解部分地區(qū)水資源短缺的瓶頸制約，保障粵東沿海地區(qū)供水安全，是實(shí)現(xiàn)全區(qū)域水資源優(yōu)化配置、提升應(yīng)急供水能力、提升區(qū)域競爭力的重要戰(zhàn)略舉措。同時(shí)也補(bǔ)充粵東缺水地區(qū)生產(chǎn)生活用水，釋放當(dāng)?shù)乇簧a(chǎn)生活擠占的河道生態(tài)用水，促進(jìn)恢復(fù)河道生態(tài)。

古巷分水口至關(guān)埠取水口封閉管道從位于潮州市古巷鎮(zhèn)的鹿湖隧洞引水工程西山溪接收井引水，通過管道輸水至汕頭市潮陽區(qū)，與榕江關(guān)埠引水工程關(guān)埠取水口相連。輸水線路全長約29.4km，設(shè)計(jì)流量40m3/s，全線采用盾構(gòu)隧洞，洞徑5.1m。潮陽分干線從關(guān)埠取水口引水，輸水至潮陽區(qū)河溪水庫，全長約18.7km，設(shè)計(jì)流量9m3/s，應(yīng)急13m3/s。輸水線路由盾構(gòu)隧洞、TBM隧洞、鉆爆隧洞、埋管、頂管組成。普寧和潮南分干線自榕江關(guān)埠引水工程出水池引水，輸水至普寧湯坑水庫和潮南秋風(fēng)水庫、大龍溪二級水庫，全長約51.9km，設(shè)計(jì)流量17.5m3/s，其中湯坑水庫交水7.5 m3/s，秋風(fēng)水庫交水10 m3/s，大龍溪二級水庫3 m3/s。輸水線路由盾構(gòu)隧洞、鉆爆隧洞、埋管、頂管、引水渠組成。

已知三江后續(xù)優(yōu)化工程項(xiàng)目共設(shè)置了兩種投資方案，利用上述提出的造價(jià)預(yù)測方法對兩種方案進(jìn)行造價(jià)預(yù)測，并得到如表1和表2所示結(jié)果。

表1 三江后續(xù)優(yōu)化工程項(xiàng)目投資方案I造價(jià)預(yù)測結(jié)果

表2 三江后續(xù)優(yōu)化工程項(xiàng)目投資方案II造價(jià)預(yù)測結(jié)果

在結(jié)合兩種方案具體實(shí)施內(nèi)容的基礎(chǔ)上，對比表1和表2中得到的造價(jià)預(yù)測結(jié)果可以看出，普寧和潮南分干線整體造價(jià)預(yù)測結(jié)果方案I優(yōu)于方案II。具體而言，在征地移民方面，方案I征地移民安置費(fèi)用2554.6萬元，方案II為2729.15萬元，兩者相當(dāng)。在工程投資方面，方案I工程投資28.42億，方案II為32.86億元，推薦前者。除造價(jià)預(yù)測得出的結(jié)果以外，在地質(zhì)條件方面方案I地質(zhì)條件略優(yōu)方案II；施工條件和難度方面，方案II鉆爆隧洞難度大，推薦采用方案I；工期方面，兩種方案均滿足要求。因此，綜合上述分析，結(jié)合城鄉(xiāng)規(guī)劃、自然資源、基礎(chǔ)設(shè)施分布情況，對輸水線路進(jìn)行了充分比選，從線路布置、工程地質(zhì)、施工條件及難度、征地移民安置、工期、工程投資進(jìn)行綜合比較，在開展三江后續(xù)優(yōu)化工程項(xiàng)目時(shí)，推薦采用方案I。通過上述實(shí)例應(yīng)用的方式也能夠進(jìn)一步證明，文章提出的工程造價(jià)預(yù)測方法具有一定可行性，且能夠?yàn)檩斔€路工程項(xiàng)目的方案比選提供重要的數(shù)據(jù)依據(jù)。

3 結(jié) 語

文章選擇以韓江榕江練江水系連通輸水線路工程為例，為探究其工程設(shè)計(jì)方案的合理性和可行性，提出一種全新的造價(jià)預(yù)測方法。通過實(shí)例應(yīng)用分析，證明新的造價(jià)預(yù)測方法能夠?qū)崿F(xiàn)對該工程中三江后續(xù)優(yōu)化工程項(xiàng)目方案的比選，所選擇的方案為工程造價(jià)更低，但能夠達(dá)到預(yù)期建設(shè)目標(biāo)的方案。將該造價(jià)預(yù)測方法應(yīng)用到相類似項(xiàng)目當(dāng)中，可進(jìn)一步促進(jìn)輸水線路工程建設(shè)的不斷完善。