基于模糊Petri網(wǎng)的路橋工程造價(jià)智能評(píng)估方法研究

摘要：路橋工程評(píng)估過程中只能獲取造價(jià)靜態(tài)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致評(píng)估效率較低，因此設(shè)計(jì)一種基于模糊Petri網(wǎng)的路橋工程造價(jià)智能評(píng)估方法。利用模糊Petri網(wǎng)，計(jì)算特征關(guān)聯(lián)性強(qiáng)度，確定特征得分。結(jié)合特征得分，利用模糊Petri網(wǎng)確定評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重。引入多個(gè)模糊Petri決策樹，結(jié)合評(píng)估指標(biāo)權(quán)重，并利用模糊Petri網(wǎng)更新實(shí)際造價(jià)值，得到路橋工程造價(jià)智能評(píng)估結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)方法造價(jià)平均評(píng)估時(shí)間為18.75 s，可以有效提高評(píng)估效率。

關(guān)鍵詞：模糊Petri網(wǎng) 路橋工程 特征得分 造價(jià)智能評(píng)估 評(píng)估指標(biāo)權(quán)重

中圖分類號(hào)：TP391.41" " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Research on Intelligent Cost Evaluation Method of Road and Bridge Engineering Based on Fuzzy Petri Net

XIE Yuan

Foshan Road and Bridge Maintenance Co.， Ltd.， Foshan， Guangdong Province， 528000 China

Abstract： In the process of road and bridge engineering evaluation， only static cost data can be obtained， which leads to low evaluation efficiency. Therefore， an intelligent evaluation method of road and bridge engineering cost based on fuzzy Petri net is designed. Using fuzzy Petri net， the feature correlation strength is calculated and the feature score is determined. Combined with the feature score， the weight of evaluation index is determined by fuzzy Petri net. A number of fuzzy Petri decision trees are introduced， combined with the weight of evaluation indexes， and the actual cost is updated by using fuzzy Petri nets， and the intelligent evaluation results of road and bridge engineering cost are obtained. The experimental results show that the average cost evaluation time of the designed method is 18.75s， which can effectively improve the evaluation efficiency.

Key Words： Fuzzy Petri net; Road and bridge engineering; Feature score; Cost intelligent evaluation; Evaluation index weight

路橋工程作為基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分之一，對(duì)于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、改善交通條件具有重要意義。然而，路橋工程的造價(jià)評(píng)估一直是項(xiàng)目管理中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其復(fù)雜性和不確定性使傳統(tǒng)的評(píng)估方法難以準(zhǔn)確地反映工程真實(shí)成本。模糊Petri網(wǎng)作為一種結(jié)合了模糊理論和Petri網(wǎng)的方法，為路橋工程造價(jià)評(píng)估提供了新的解決方案。通過引入模糊理論，擴(kuò)展了其適用范圍，使其能夠處理具有模糊性和不確定性的問題。在路橋工程造價(jià)評(píng)估中，模糊Petri網(wǎng)可以作為一種有效的工具，用于模擬和評(píng)估各種因素對(duì)造價(jià)的影響。

相關(guān)學(xué)者對(duì)路橋工程造價(jià)評(píng)估提出了不同的看法[A2] 。陳鋒燁[1][A3] 通過聚類分析歷史數(shù)據(jù)，構(gòu)建造價(jià)影響因素集，并基于決策樹算法建立預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)路橋工程全生命周期造價(jià)的精準(zhǔn)預(yù)測。李姣姣[2][A4] 通過實(shí)時(shí)跟蹤、監(jiān)控和調(diào)整工程造價(jià)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)工程造價(jià)的動(dòng)態(tài)管理和控制。然而，這兩位學(xué)者提出的方法在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)和復(fù)雜關(guān)系方面仍存在一定的挑戰(zhàn)。為此，本文提出了一種基于模糊Petri網(wǎng)的路橋工程造價(jià)智能評(píng)估方法。該方法結(jié)合了模糊Petri網(wǎng)的建模能力和智能推理能力，能夠更準(zhǔn)確地描述和推理工程造價(jià)評(píng)估過程中的各種因素、關(guān)系和規(guī)則。通過構(gòu)建模糊Petri網(wǎng)模型，將工程造價(jià)評(píng)估過程中的各種因素、關(guān)系和規(guī)則進(jìn)行形式化描述和推理，從而實(shí)現(xiàn)工程造價(jià)的智能化評(píng)估。

1 基于模糊Petri網(wǎng)計(jì)算路橋工程造價(jià)特征得分

基于模糊Petri網(wǎng)的特征得分計(jì)算方法利用模糊Petri網(wǎng)對(duì)路橋工程樣本特征進(jìn)行聚類分析，形成n個(gè)特征子集，計(jì)算特征與之間的關(guān)聯(lián)性強(qiáng)度，公式如下。

式（1）中：、表示權(quán)重系數(shù)；表示特征與之間的夾角。

將收集的n[A5] 個(gè)特征子集，分為路橋工程造價(jià)訓(xùn)練樣本集和獨(dú)立的驗(yàn)證集，通過對(duì)所有特征關(guān)聯(lián)性強(qiáng)度執(zhí)行隨機(jī)置換操作，構(gòu)建置換后的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集[3]。針對(duì)每一個(gè)特征重要性，將其在原始訓(xùn)練集上所得模型的驗(yàn)證準(zhǔn)確率與經(jīng)過該特征置換后的訓(xùn)練集上模型的驗(yàn)證準(zhǔn)確率進(jìn)行對(duì)比，利用差異度來衡量該特征的特征得分，公式如下。

式（2）中：、分別表示原始訓(xùn)練集和置換后的訓(xùn)練集對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)確率；表示關(guān)聯(lián)性強(qiáng)度的重要性值。特征得分的高低直接反映了其對(duì)路橋工程造價(jià)評(píng)估的重要性，得分越高，表明該特征在評(píng)估過程中對(duì)結(jié)果的貢獻(xiàn)和影響越顯著。

2 基于特征得分確定路橋工程造價(jià)評(píng)估指標(biāo)權(quán)重

在路橋工程造價(jià)評(píng)估中，各指標(biāo)權(quán)重的確定存在不確定性，由此通過模糊Petri網(wǎng)結(jié)合路橋工程造價(jià)特征得分描述[3]。路橋工程造價(jià)特征得分的權(quán)重隸屬度函數(shù)表示為

式（3）中：、、分別表示路橋工程造價(jià)特征得分的下界、最可能值和上界。從權(quán)重隸屬度函數(shù)中提煉信息，利用模糊Petri網(wǎng)的推理機(jī)制，可得出評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重向量，公式如下。

式（4）中：表示個(gè)路橋工程項(xiàng)目。

3 實(shí)現(xiàn)路橋工程造價(jià)智能評(píng)估

在實(shí)現(xiàn)路橋工程造價(jià)智能評(píng)估的過程中，以提升評(píng)估精度與效率為目標(biāo)，構(gòu)建了一種基于模糊Petri網(wǎng)的智能評(píng)估體系。這一體系全面考慮了路橋工程的全生命周期成本，即從項(xiàng)目啟動(dòng)的規(guī)劃階段，到設(shè)計(jì)的藍(lán)圖階段，再到緊張施工的現(xiàn)場階段，直至后期運(yùn)維的持久階段，所有環(huán)節(jié)的成本都被納入考量中，旨在實(shí)現(xiàn)造價(jià)的最優(yōu)化控制[4]。

設(shè)定一路橋工程的項(xiàng)目編號(hào)為，其全生命周期內(nèi)的成本估算通過以下公式進(jìn)行。

式（5）中：、、、分別表示項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)階段的成本。

為了進(jìn)一步提升評(píng)估的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，引入模糊Petri網(wǎng)，通過構(gòu)建多個(gè)模糊Petri決策樹[5]，并結(jié)合評(píng)估指標(biāo)權(quán)重的方法，捕捉和評(píng)估影響工程造價(jià)的各種因素[6]。對(duì)于項(xiàng)目，利用模糊Petri決策樹的預(yù)測值，通過加權(quán)平均的方式，得出項(xiàng)目的造價(jià)預(yù)測值，公式如下。

式（6）中：表示模糊Petri決策樹的數(shù)量；表示第棵樹對(duì)項(xiàng)目的評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重向量的預(yù)測值。

對(duì)于造價(jià)預(yù)測值，利用模糊Petri網(wǎng)更新其實(shí)際造價(jià)值，得到路橋工程造價(jià)智能評(píng)估結(jié)果，公式如下。

式（7）中：和分別表示模糊Petri網(wǎng)遺忘門和輸入門的輸出，表示偏置項(xiàng)。

4實(shí)驗(yàn)分析

選定一項(xiàng)路橋工程作為基于模糊Petri網(wǎng)的智能造價(jià)評(píng)估方法的研究案例，設(shè)置實(shí)驗(yàn)環(huán)境，如圖1所示。

項(xiàng)目范圍內(nèi)已建橋梁總長200 m，臨時(shí)施工設(shè)施占地800 m2，配套維護(hù)站及其附屬設(shè)施完善。具體配置參數(shù)如表1所示。

為了驗(yàn)證基于模糊Petri網(wǎng)的路橋工程造價(jià)智能評(píng)估方法的實(shí)用性，在Matlab 2020a平臺(tái)上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，將本文方法與陳鋒燁[1]所提出的[A8] 方法、李姣姣[2]提出的方法進(jìn)行對(duì)比。通過對(duì)比3種方法在各種特征得分下的表現(xiàn)，分析評(píng)估性能特點(diǎn)，結(jié)果如圖2所示。

通過圖2得到，本文方法在評(píng)估速度上表現(xiàn)優(yōu)異，平均評(píng)估時(shí)間為18.75 s，相較于陳鋒燁[1]（31.25 s）和李姣姣[2]（26.5 s），分別提高了12.5 s和7.75 s。展示了本文方法在提升評(píng)估效率方面的顯著優(yōu)勢。隨著特征得分的增加，三種方法的評(píng)估時(shí)間均有所延長，本文方法的增長速度相對(duì)較慢，表明其在處理更復(fù)雜或更大規(guī)模的數(shù)據(jù)集時(shí)具有更好的可擴(kuò)展性和穩(wěn)定性。

5結(jié)語

本研究提出的基于模糊Petri網(wǎng)的路橋工程造價(jià)智能評(píng)估方法，通過融合模糊邏輯與Petri網(wǎng)的優(yōu)勢，提高了評(píng)估的準(zhǔn)確性和效率。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的深入，未來將繼續(xù)探索和完善該方法，以適應(yīng)不斷變化的市場需求和工程環(huán)境。

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