市政工程造價(jià)估算方法研究

許民 付秋陽 董恩泉

為了提高市政工程施工全過程中的工程預(yù)造價(jià)穩(wěn)定性，首先梳理分析傳統(tǒng)定額計(jì)算造價(jià)法的計(jì)算過程和弊端，以引出相對精確的灰色理論估算法及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估算法，結(jié)合實(shí)例典型工程實(shí)例，分析不同計(jì)算方式下待估算工程造價(jià)的價(jià)格與實(shí)際造價(jià)誤差幅度，分析不同計(jì)算方法的特點(diǎn)，并得出最優(yōu)的估價(jià)計(jì)算方式。

隨著二十大落幕，本世紀(jì)中葉基本建成現(xiàn)代化國家的號角已然吹響，因此加快市政工程造價(jià)估算法提優(yōu)研究以促進(jìn)建筑工業(yè)化推動(dòng)國家基本現(xiàn)代化大有可為。傳統(tǒng)造價(jià)估算均采用定額計(jì)算方式，該方式雖簡單但不具備良好的適用性，逐漸淘汰。并且隨著環(huán)境的變化，我國正處于百年未有之大變局時(shí)期，市政工程是政府購買服務(wù)中的重要一項(xiàng)，其前期造價(jià)估算的準(zhǔn)確性一方面影響著政府民生專項(xiàng)資金的使用分配，另一方面也為施工單位在后續(xù)施工中控制經(jīng)濟(jì)效益的重要參考；市政工程實(shí)際操作過程中項(xiàng)目可能較為復(fù)雜，市政工程進(jìn)行造價(jià)估算研究勢在必行。

一、造價(jià)估算方法

1.傳統(tǒng)定額的估價(jià)方法

定額粗略估算基本步驟主要有6步，主要包括：①基本估算。計(jì)算項(xiàng)目清單包括人工勞力費(fèi)、施工設(shè)備燃料費(fèi)、折舊費(fèi)、修理費(fèi)以及材料費(fèi)；②計(jì)算單位工程造價(jià)。如土方開挖、混凝土澆筑等單位工程，將第一步基本估算下的單位價(jià)格，按照不同單位工程下的工序和消耗量計(jì)算，如根據(jù)料場位置、運(yùn)距等變化細(xì)化調(diào)整；③計(jì)算施工企業(yè)費(fèi)用。計(jì)算項(xiàng)目清單包括企業(yè)運(yùn)營利潤、風(fēng)險(xiǎn)損失費(fèi)、工程師現(xiàn)場服務(wù)費(fèi)。計(jì)算方式為在第二步各單位工程造價(jià)費(fèi)基礎(chǔ)上增加；④計(jì)算工程費(fèi)。該步驟分為主體工程費(fèi)用（通過第2步計(jì)算出單位工程價(jià)格乘以工程量所得）、臨時(shí)工程費(fèi)用（計(jì)算方式同主體工程費(fèi)）和其他不易詳細(xì)計(jì)算的工程費(fèi)用（隨設(shè)計(jì)階段不同而變化）；⑤計(jì)算不可預(yù)見費(fèi)。一般取第5步所得費(fèi)用10%；⑥工程造價(jià)。第1至5步費(fèi)用求和。

傳統(tǒng)定額估價(jià)法計(jì)算方便，但也存在著一定弊端，具體有：

（1）無法橫向區(qū)分不同施工企業(yè)間技術(shù)水平差距，不利于建筑市場均等化競爭，易滋生出價(jià)格戰(zhàn)。

（2）社會(huì)節(jié)奏快，已有定額、計(jì)價(jià)模式滯后，無法體現(xiàn)出建筑工程實(shí)際價(jià)值。

（3）不利于促進(jìn)建設(shè)承包市場均等化趨勢：定額編制過程中，遵循抓大放小原則，往往以主要工序、主要材料為外在表現(xiàn)形式以至于忽略次要材料及工序。全國不同省市區(qū)域流行定額計(jì)算規(guī)則存在差異，這就導(dǎo)致了區(qū)域間的數(shù)據(jù)壁壘，在跨區(qū)域承包工程時(shí)，需要聘請熟悉競標(biāo)區(qū)域定額書的人員進(jìn)行估算作業(yè)，從而加大造價(jià)人員作業(yè)工程量和復(fù)雜度。

2.灰色理論估算法

不同建筑工程之間都存在差異，但大部分不同工程之間差異性實(shí)際上又較小，存在較高相似性，貼近性，基于這一特殊情況，灰色理論估價(jià)應(yīng)運(yùn)而生。

我們將需要進(jìn)行估價(jià)的建筑項(xiàng)目定義為代估工程，將某些已知造價(jià)的已建工程稱為典型工程。類似于有限單元法，我們先從眾多工程實(shí)例中找出與代估工程吻合度高的典型工程進(jìn)行單位工程細(xì)分成多個(gè)母單元，然后將待估工程視作不同母單元的疊加整合，根據(jù)關(guān)聯(lián)度數(shù)值大小進(jìn)行排序，從該些母單元中，選出關(guān)聯(lián)度更高，即與待估工程更具相似性的單元，這樣可以保證估算價(jià)格與實(shí)際價(jià)格更接近。最后以典型工程造價(jià)為參考依據(jù)，結(jié)合指數(shù)平滑法計(jì)算出待估工程造價(jià)。該過程稱為灰色理論法。如表1所示。

表1 灰色理論造價(jià)估算模型流程

3.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估算法

圖1所示為一個(gè)完整的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)圖,每個(gè)處理單元中輸入若干自變量（Xi）,每一個(gè)輸入變量都有唯一個(gè)相關(guān)聯(lián)權(quán)重（Wi）。將輸入量 Xi與相應(yīng)的權(quán)重Wi相乘累加出唯一輸出量（Yi）。該函數(shù)運(yùn)算過程成為傳遞函數(shù)（f）。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行過程中保持選定傳遞函數(shù)不變，動(dòng)態(tài)修改適配選用相關(guān)聯(lián)權(quán)重Wi。從中不難看出，該“智能過程”中，處理信息最復(fù)雜部分且最重要部分為權(quán)重的選取作業(yè)。

圖1 處理單元模型

二、市政工程特征分析

市政工程包括市政道路工程、給排水工程、燃?xì)夤艿拦こ獭⒙窡艄こ痰取楹喕治觯P者在本論文中以市政排水工程及道路工程為研究對象,以定量和定性結(jié)合的分析方法為前提，分析該兩種不同的市政項(xiàng)目特征，選用現(xiàn)實(shí)中存在的典型實(shí)例模型為參考來估算市政工程項(xiàng)目的工程造價(jià)。

1.市政排水管道工程影響因素

為從定量角度出發(fā)分析影響市政排水工程造價(jià)的主要因素，本論文采用文獻(xiàn)中排水工程的樣本數(shù)據(jù)庫。如表2所示。

表2 排水管道工程造價(jià)影響因素

2.路基、路面工程的影響因素

從路基、路面的面層、基層、墊層三個(gè)特征出發(fā)，從定量和定性結(jié)合角度來分析影響其造價(jià)的因素。其中從定量分析角度出發(fā)，路基的主要工程量即為定量分析參考量。主要包括有路基挖填方量、路基高坡比、土運(yùn)距等；而對于路面來說，主要工程量有路面寬、厚度及其所用材料等。定性分析可以從土質(zhì)的種類、土質(zhì)的處理及其他干擾因素等方面出發(fā)。

三、市政工程造價(jià)實(shí)例估算

1.利用灰色理論估算排水工程造價(jià)

按照表1流程，在這14個(gè)典型工程中選取3個(gè)關(guān)聯(lián)度最大的三個(gè)項(xiàng)目來對待估工程進(jìn)行造價(jià)預(yù)估。

同理，另一待估工程造價(jià)為787.41。可得兩待估工程與實(shí)際造價(jià)誤差分別為4.3%及9.4%。誤差不超過10%，在容許范圍內(nèi)，符合精度要求。

2.利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估算排水工程造價(jià)

徑向基函數(shù)由兩層神盡元構(gòu)成其隱層，兩者都有神經(jīng)元傳遞函數(shù)、加權(quán)函數(shù)、輸入函數(shù)運(yùn)行。在使用軟件MATLAB進(jìn)行估算時(shí)，使用歸一化處理函數(shù)prestd以創(chuàng)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊，讓程序?qū)Φ湫凸こ淘靸r(jià)參數(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練。函數(shù)遵循迭代法則以建立網(wǎng)格，迭代計(jì)算第一步中，往徑向基層新添一神經(jīng)元，隨后進(jìn)行仿真運(yùn)算，此時(shí)第一次迭代后的計(jì)算結(jié)果或?yàn)樽畲筝敵稣`差，因此程序?qū)⒀h(huán)往復(fù)進(jìn)行多次迭代操作，并且每次迭代過程前，都會(huì)向徑向基層添加一個(gè)神經(jīng)元并把權(quán)值設(shè)為該輸入值，以此多次迭代，使得輸出值誤差達(dá)到最小。

通過MATLAB軟件進(jìn)行數(shù)值分析，可得RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練誤差變化曲線。程序共迭代運(yùn)行12次，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練12次，輸出量與目標(biāo)量的均方誤差為0.0002534，小于網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練目標(biāo)值的0.001，數(shù)據(jù)有效。

得到兩待估工程造價(jià)為781.45和707.09，誤差分別為3.1%，-1.7%。誤差均小于5%。

3.利用灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型估算排水工程造價(jià)

通過章節(jié)3.1和3.2可知，灰色理論估算及計(jì)算機(jī)運(yùn)行的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估算都有很好的精準(zhǔn)性，其中尤以徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型突出。但考慮實(shí)際生產(chǎn)過程中，建筑物的復(fù)雜性，所需學(xué)習(xí)的典型樣本數(shù)量過大，必然會(huì)使得計(jì)算機(jī)運(yùn)行內(nèi)存占用過多，同時(shí)不加篩選的進(jìn)行訓(xùn)練，前期迭代計(jì)算可謂是時(shí)間上的浪費(fèi)。故此結(jié)合灰色理論估算以彌補(bǔ)徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的缺陷，形成灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估算模型。其操作流程為首先運(yùn)用灰色理論計(jì)算與待估工程的關(guān)聯(lián)度，選取若干個(gè)與待估工程關(guān)聯(lián)度最高的典型工程作為母數(shù)據(jù)，最后將初篩后的數(shù)據(jù)輸入徑向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)，這樣即可解決徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前期無用功迭代的時(shí)間浪費(fèi)以及計(jì)算量過大的弊端。以此方法得出最終的輸出值作為待估工程造價(jià)。具體操作如下：

根據(jù)表1流程，篩選出與待估工程關(guān)聯(lián)度最高的5個(gè)典型工程，將這5個(gè)典型工程數(shù)據(jù)資料輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，功迭代計(jì)算5次，就滿足網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的目標(biāo)值，輸出值分別為742.45和731.01。誤差為-2.0%和1.6%。對比章節(jié)3.1和章節(jié)3.2計(jì)算結(jié)果，可以明顯看出本節(jié)方法計(jì)算速度和效果明顯提升。

4.市政路面工程造價(jià)估算

利用灰色理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法估算待估工程路面工程造價(jià)。如表3所示。

表3 路面工程造價(jià)表

5.估算模型結(jié)果比較

從上文可以發(fā)現(xiàn)，這三種計(jì)算方法所得估算造價(jià)數(shù)值與實(shí)際造價(jià)誤差在容許誤差內(nèi)，精度高。其中精度最高的是灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其次是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和灰色理論方法。灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)精度與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)精度接近，與灰色理論計(jì)算法相比，相差稍大。具體導(dǎo)致上述情況原因具體如下：第一，灰色理論存在誤差最大原因在于估算模型重要性權(quán)重確定過程中存在認(rèn)為主觀性，計(jì)算出的關(guān)聯(lián)度結(jié)果并不嚴(yán)格意義上的科學(xué)、獨(dú)立，因此最后選出的三個(gè)關(guān)聯(lián)度典型工程不一定是實(shí)際上的最優(yōu)解，這直接導(dǎo)致了估算模型精度偏差。故其計(jì)算精度比其他兩種方法相比稍差一些；第二，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過多次迭代計(jì)算，直至輸出結(jié)果為設(shè)置的規(guī)定均方差內(nèi)，這也就代表著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對典型工程參數(shù)進(jìn)行訓(xùn)練后，可以進(jìn)行逐漸細(xì)膩的計(jì)算，甚至可以無限逼近任意復(fù)雜的非線性計(jì)算結(jié)果，求得極限值，從而對待估工程進(jìn)行速度快，并且計(jì)算精度高的估算造價(jià)值；第三，灰色理論模型由灰色理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法組合計(jì)算的一種方式，通過前期選取與待估工程相似度最高的多個(gè)典型工程代表納入計(jì)算，從源頭發(fā)力，計(jì)算機(jī)經(jīng)過參數(shù)學(xué)習(xí)來迭代計(jì)算待估造價(jià)。選取的典型工程更具針對性、代表性，直接促成估算結(jié)果的高精度。故此其計(jì)算精度也比兩種方法單獨(dú)計(jì)算更高。

通過從量化及定性兩方面出發(fā)，綜合分析三種估算方法結(jié)果和原理，可以得出：灰色網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)法計(jì)算精度最高，并且在計(jì)算量、人力節(jié)省、時(shí)間效率上也是最優(yōu)，具有良好的普適性，值得推廣。

四、結(jié)語

本文介紹了傳統(tǒng)定額估算法及其弊端，由此引出三種造價(jià)估算方法，并依據(jù)搜集到的工程資料參數(shù)，以及市政工程特點(diǎn)，對市政排水管道工程和路面工程進(jìn)行造價(jià)估算，比較精度并分析原因，主要結(jié)論如下：（1）傳統(tǒng)定額估算計(jì)算簡單，但不具備普適性。（2）灰色理論計(jì)算法在權(quán)重選取步驟無法保持嚴(yán)格客觀性，易產(chǎn)生誤差。（3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法精度高，但不適用工程復(fù)雜的造價(jià)估算，易使計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)間久，占用內(nèi)存等問題。（4）灰色網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)法完美結(jié)合灰色理論與網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)法優(yōu)勢，預(yù)處理學(xué)習(xí)更具代表性的典型工程參數(shù)，提高計(jì)算精度同時(shí)加快計(jì)算機(jī)運(yùn)算效率。