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土建水利:基于案例模糊推理的土木工程造价估算方法研究
基于案例模糊推理的土木工程造价估算方法研究
| 文章出自:职称论文 | 编辑:标准论文格式 | 点击: | 2013-03-29 18:35:55 |

  项目策划和可行性研究阶段是土木工程造价控制的重要阶段,然而传统的造价估算方法难以满足估算精度和科技进步需要。本文运用模糊数学的有关理论,介绍了一个基于案例推理(CBR)的土木工程造价估算系统的主要结构和数学模型,并结合实际案例介绍了系统应用情况。
  一方面,由于该系统以土木工程工料消耗为基础,故可以减小时间、历史状况等因素对价格估算的影响,也有利于应用以工程量清单为基础的国际惯例。另一方面,系统具有的对案例库的更新功能,可适应土木工程科技不断发展的要求,这些都会提高系统计算结果的准确程度和系统的实用价值。
  利用案例推理系统估算住宅建筑主要工料消耗的计算实例表明,基于案例推理系统是有效的,它可为土木工程造价估算决策提供了有价值的参考依据。
  建设项目投资失控是我国固定资产投资领域存在的重要问题,其原因是多方面的,其中很重要的一个收稿日期:加皿目5-7方面是存在着造价控制重施工阶段而轻项目策划与可行性研究阶段和设计阶段的问题。
  建设项目实施包括项目可行性研究阶段、设计阶段、施工阶段、动用前准备与保修阶段。从投资与造价控制方面来看,节约投资的可能性在项目策划与可行性研究阶段由100%迅速下降,至施工阶段开始是已降至60%左右,其后变化就相当平缓仁。这一特征可用图1表示:以刃3年费用时间泥.三策划与可行性设计阶段施工{巡巴一-叫图1节约投资可能性曲线纯.1pOSSibiljtyto~investo笼11t图1表明,虽然建设项目的实际投资主要发生在施工阶段,但节约投资的可能性却主要在施工以前的阶段。
  其中投资目标是建设项目预计的最高限额,是项目全过程造价控制的最基本的依据。因此,投资目标的确定是否合理,直接关系造价控制工作能否有效进行。确定投资目标需要有一定的依据,我国目前主要是依靠可行性研究和定额指标。可是这两者有一定的缺陷,影响了投资目标的合理性。
  在土木工程项目策划、可行性研究、初步设计阶段,受设计深度以及其他客观条件的限制,无法进行施工图预算,难以使用定额法。同时定额的综合性强,不能反映具体项目特征;时效性强,滞后于技术经济发展,故在此阶段定额法不适用。
  另一方面,目前在可行性研究中常用的投资估算的方法过于简单,一般是按照已建成的类似项目来推算。由于对项目间的相似性无法定量推算,加上建设时间和市场条件不同,故直接采用价格指数或回归分析的修正方式过于粗糙,局限性和偏差大,难以满足造价控制精度要求。
  因此,笔者认为按照量一价分离的原理,以案例模糊推理方式建立数学模型进行工料消耗估算,然后结合市场参考价格进行造价估算的新型的造价估算系统是解决问题的一种有效手段,可较好地解决不同工程在建设时间和特点的差异性问题,满足新材料、新结构、新工艺的迅速发展的形势。由于是以工程量为基础,可配合工程量清单形式,便于与国际接轨。
  案例推理通常有基于规则推理、基于案例模糊推理及神经网络等几种演算模式。这些演算模式各有特点,都可以用来进行相似计算,但从工程造价估算方面而言,基于案例模糊推理的演算模式可能更适合。
  这是因为基于案例推理解决问题的思路是通过研究以往成功解决方案来解决当前问题。即系统在解决问题时,把待解决问题与系统中已存案例进行类比分析,找出与解决问题最相似的案例,通过分析修改相似案例解决问题的方法、模型,从而得到解决当前问题的方案。当前问题一旦解决,对问题的描述解决方法及结果又可作为一个案例存人案例推理系统中,为今后解决问题服务。
  该方法与其他方法相比有如下优点:由于问题的唯一精确表示是其本身。土木工程有诸多特点和复杂的影响因素,难以用函数关系方式表达,案例能比一组规则提供更多的信息。案例模糊推理是一种增量式学习方式,与神经网络方式有相似的优点,可随着案例的增加,案例库的覆盖度(求解问题的范围)和准确度可以提高。模糊系统和神经网络均属于非动力学系统,神经网络适合处理非结构化信息,而模糊系统对处理结构化知识更有效。
  由于案例推理是参考过去的案例经验,不需要完整的领域模型,避免了知识增加时知识库的完整性和一致性问题,实用性更好。从实现的角度来讲,案例模糊推理可以兼顾专家的知识和经验,例如确定特征因素和权重等,可更好适应土木工程单件性、多样性的特点,提高系统实用价值。
  目前,基于案例推理系统的研究国内外有关学者已开展了工作。例如EnriCplaZa图对案例的结构化表示进行了分析,DietrichWettschereck和DavidW.
  护对案例的特征变量的权值分配进行了研究,毛永朗hiIshikawa对用CBR建立专家系统提供了一定的理论基础,参考文献7也提出了CBR支持系统结构模型。然而,模糊系统在土木工程造价方面应用方面尚十分不足,国内虽然开展了一些针对已建工程进行相似计算的研究,但很多存在以下问题:由于工料机价格随时间变化波动复杂,修正困难,许多案例推理系统采用通过模糊推理计算直接估算造价的方式,由于价格受时间和市场的影响的复杂性易造成系统误差较大。
  由于保证系统实用性的技术关键在于系统设计和计算模型,但已开发的很多系统存在系统性不够强或计算模型过于简单粗略等问题,实用性差,难以适应不断发展的工程建设实际。为此,本文运用模糊数学的模式识别理论,按照量一价分离的原理,提出了基于案例推理系统的土木工程主要工料消耗估算的系统结构及数学模型。
  系统工作的基本程序基于案例推理系统解决一个问题经过问题描述、案例的模糊匹配、案例的修改与评价、新案例的存储等步骤。如图3所示。
  特征因素根据需要解决的问题及案例自身的特点确定。对于建设项目首先要按一定标准进行分类,然后再定出相应特征因素。中也将工程项目进行了分类,并分列了建筑环境、结构单元指标(平面形式、面积、层高等)、结构构件指标(屋面、楼地面、内外墙、门窗等)、室内外装修指标及附属设备、家具和附件指标。可以参考这些分类和指标,结合一些设计参数确定主要特征因素。
  由于要用特征因素及其贴近度来衡量问题与案例的相似程度,因此,贴近模式的选择和计算以及特征因素权重的确定是至关重要的。

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