王 葳

(天津大學(xué)水利工程仿真與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072)

1 前言

水利工程作為一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，規(guī)模大、工期長，在管理上有較大難度。在具體工程的實(shí)施中，由于工程項(xiàng)目自身的性質(zhì)和特點(diǎn)，或設(shè)計(jì)圖紙的深度不夠，或不可預(yù)見的自然因素與環(huán)境條件的變化，都可能引起工程變更。工程變更如果處理不當(dāng)，就可能引起承包商的施工索賠，造成工程投資的大幅增長和工程工期的延長。

決策支持系統(tǒng)最初是由Scott Mortan在20世紀(jì)70年代初期提出的，該系統(tǒng)是以運(yùn)籌學(xué)、行為科學(xué)和管理科學(xué)等科學(xué)為基礎(chǔ)，通過計(jì)算機(jī)、模擬和信息技術(shù)等手段，為決策活動(dòng)提供支持的具有智能的人機(jī)系統(tǒng)［1］。決策支持系統(tǒng)功能是為決策者制定決策提供支持，而不是替代決策者制定政策［2］。決策支持系統(tǒng)的概念被提出后，迅速在經(jīng)濟(jì)、軍事、交通、環(huán)境等多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用［3］。劉蕓蕓和胡文亮探討了運(yùn)用GIS技術(shù)來建立河北省“數(shù)字南水北調(diào)”工程［4］;鐘登華等人研制開發(fā)了調(diào)水工程三維可視化仿真系統(tǒng)［5］，并應(yīng)用于南水北調(diào)中線工程中;張陽等［6］基于南水北調(diào)工程，制定適用于大型工程建設(shè)的項(xiàng)目群管理方法和信息標(biāo)準(zhǔn)，提出適合南水北調(diào)工程的項(xiàng)目群規(guī)劃、管理技術(shù)及其實(shí)施方案;這些成果推動(dòng)了南水北調(diào)工程的數(shù)字化研究。

在國外，決策支持系統(tǒng)主要被應(yīng)用到水資源管理［7］、環(huán)境評(píng)估［8］和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估［9，10］等領(lǐng)域，在水利工程相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用很少。

根據(jù)工程建設(shè)管理實(shí)踐和需求，文章構(gòu)建了基于CBR(case-based reasoning，基于事例推理)和RBR(rule-based reasoning，基于規(guī)則推理)的施工索賠支持系統(tǒng)。利用索賠矩陣模型，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)化的施工索賠處理程序，建立了便于使用的儲(chǔ)存著大量結(jié)構(gòu)化案例的案例庫，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工索賠案例的相似檢索。該系統(tǒng)的應(yīng)用旨在共享索賠專家豐富的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，幫助用戶完成復(fù)雜的索賠工作。

2 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

針對(duì)大型調(diào)水工程建設(shè)管理的特點(diǎn)，以工程索賠為研究對(duì)象，基于智能決策系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)IDSDP(intelligent decision support system development platform)研制開發(fā)大型調(diào)水工程施工索賠決策支持原型系統(tǒng)，可利用計(jì)算機(jī)技術(shù)有效地將工程建設(shè)管理和施工索賠的寶貴經(jīng)驗(yàn)知識(shí)化，快速計(jì)算出工程變更可能出現(xiàn)的索賠項(xiàng)目及可能造成的索賠金額，并充分利用相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，從而在輔助決策、減少工程建設(shè)投資方面發(fā)揮重要作用。

采用IDSDP軟件平臺(tái)，結(jié)合二次開發(fā)，設(shè)計(jì)出某大型調(diào)水工程施工索賠決策支持系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)，如圖1所示。該系統(tǒng)由用戶系統(tǒng)和專家系統(tǒng)組成，包括對(duì)象庫、屬性庫、規(guī)則庫和推理控制系統(tǒng)等。

圖1 大型調(diào)水工程索賠決策支持系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)Fig．1 Function structure of claim decision support system for large-scale water transfer project

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

3．1 基于規(guī)則推理的施工索賠決策支持技術(shù)

重點(diǎn)研究如何在IDSDP軟件平臺(tái)上將導(dǎo)致施工索賠的工程變更的原理和規(guī)則轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)可以識(shí)別并使用的知識(shí)。根據(jù)《國際工程施工索賠》中通用索賠類型和原理進(jìn)行分析整理，結(jié)合我國目前水利工程索賠現(xiàn)狀，以數(shù)據(jù)矩陣的形式將施工索賠原理規(guī)則結(jié)構(gòu)化，便于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的識(shí)別和運(yùn)用。隨著數(shù)據(jù)庫的完善和實(shí)際工程變更、索賠經(jīng)驗(yàn)的積累，可以由具有工程施工索賠經(jīng)驗(yàn)的專家和知識(shí)工程師共同適當(dāng)調(diào)整或引入相關(guān)的索賠規(guī)則，對(duì)規(guī)則庫進(jìn)行豐富和調(diào)整。

使用的索賠矩陣由索賠的類型、可能發(fā)生的費(fèi)用、考慮利潤和工期等影響組成。索賠矩陣的確立是由索賠專家和知識(shí)工程師針對(duì)項(xiàng)目和合同條件分析研究后確定的。該矩陣的橫向參考了FIDIC(國際咨詢工程師聯(lián)合會(huì)出版的土木工程施工合同條件)摘要部分列舉總結(jié)的承包商可引用的索賠條款，我們認(rèn)為這就是索賠專家的意見。矩陣的縱向是考慮費(fèi)用、利潤、工期組成的索賠方案，索賠內(nèi)容費(fèi)用部分一般包括人工費(fèi)、材料費(fèi)、施工機(jī)械費(fèi)和間接費(fèi)(包括上級(jí)管理費(fèi)和現(xiàn)場(chǎng)管理費(fèi))。按照條款，費(fèi)用還可以進(jìn)一步細(xì)分，如材料費(fèi)的索賠又可細(xì)分為額外材料使用、材料運(yùn)雜費(fèi)的增加和材料采購及保管費(fèi)增加，施工機(jī)械費(fèi)可分為機(jī)械限制、機(jī)械使用費(fèi)的增加和機(jī)械作業(yè)效率降低產(chǎn)生的費(fèi)用等。索賠矩陣的列一般保持相對(duì)穩(wěn)定，不隨合同條件的變化而變化。

系統(tǒng)用特定、唯一的編號(hào)表示索賠矩陣的各行、列。R系列表示矩陣的行，C系列表示矩陣的列。矩陣中E表示存在此索賠項(xiàng)目，P表示可能存在此索賠項(xiàng)目，空格表示此索賠項(xiàng)目存在的可能性沒有或極小，通常不予考慮。

索賠矩陣中的E、P或空格是由索賠專家針對(duì)項(xiàng)目的合同條件綜合考慮各方面的因素而確定的。元素E、P、空格的準(zhǔn)確確定是索賠矩陣合理有效的關(guān)鍵，準(zhǔn)確程度決定了矩陣模型質(zhì)量高低及其是否具有實(shí)用價(jià)值。元素E、P、空格的確定是建立系統(tǒng)知識(shí)庫的主要工作之一，即向索賠專家獲取相關(guān)知識(shí)。

以此索賠矩陣為知識(shí)規(guī)則，以某大型調(diào)水工程變更索賠為例，其知識(shí)規(guī)則為:

If

業(yè)主違約

And

施工圖紙拖期交付

Then

可能存在的索賠:

人工費(fèi):勞動(dòng)效率降低;

材料費(fèi):材料采購及保管費(fèi)增加;

施工機(jī)械費(fèi):機(jī)械閑置、機(jī)械作業(yè)效率降低;

間接費(fèi):工期延長期間的上級(jí)管理費(fèi);工期延長期間的現(xiàn)場(chǎng)管理費(fèi);

……

必然存在的索賠:人工費(fèi):人員閑置;

工期:處于關(guān)鍵線路上的項(xiàng)目;

……

3．2 基于事例推理的施工索賠決策支持技術(shù)

基于事例推理(case-based reasoning，CBR)是一種起源于美國的決策和學(xué)習(xí)方法，它的推理過程是回憶以前曾經(jīng)成功解決過的相似問題，比較新、舊問題發(fā)生的背景和時(shí)間等差異，經(jīng)過一系列調(diào)整、修改后，重新使用以前的知識(shí)和信息來解決當(dāng)前要處理的問題的一套思維方法［11］。

施工索賠案例檢索是從索賠案例庫(claims case base)中找到一個(gè)或多個(gè)與當(dāng)前問題最相似的案例。施工索賠決策支持系統(tǒng)中的案例庫可以由索賠專家以前解決過的一些問題構(gòu)成，庫中的每一個(gè)問題狀態(tài)描述及求解策略用一個(gè)案例(case)表示，每一個(gè)案例由已有的特征和以前問題的一般描述組成，一個(gè)新案例入庫時(shí)，系統(tǒng)同時(shí)也建立了關(guān)于這個(gè)案例主要特征的索引［12］。當(dāng)求解問題時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)索引，從案例庫中檢索出相似案例，在案例足夠多的情況下，可以根據(jù)問題的相似度，對(duì)求解提出解決建議，供決策參考［13］，新求解問題和解決策略可以當(dāng)作一個(gè)新案例存入案例庫中，備以后使用。

施工索賠案例的決策支持是從相似索賠案例中參考求解方案，使之適于當(dāng)前求解問題，進(jìn)而得到當(dāng)前問題的求解方案。但大型水利工程建設(shè)的工程變更和索賠程序相對(duì)復(fù)雜，案例修正通過對(duì)案例描述的特征進(jìn)行調(diào)整、修改，使其能更準(zhǔn)確地接近反映問題的本質(zhì)特征，并向?qū)嶋H情況逼近。對(duì)于大型水利工程，案例的積累、保存和信息化程度對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)起到了至關(guān)重要的作用。

新索賠事件解決方式，索賠項(xiàng)目、金額，對(duì)工程的影響等對(duì)未來解決類似問題有重要的參考價(jià)值，必須要把它及時(shí)加入到案例庫中，案例的保存過程，也就是知識(shí)獲取過程。所需存儲(chǔ)的內(nèi)容(案例)一般包括:索賠案例的屬性描述、索賠結(jié)果等。建立適用于大型調(diào)水工程建設(shè)管理的索賠案例索引和適合的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)可以更好地提高索賠決策的效率。

4 應(yīng)用實(shí)例

1)進(jìn)入大型調(diào)水工程索賠決策支持系統(tǒng)。

2)推理運(yùn)行工具。進(jìn)入系統(tǒng)后，用戶看到的推理運(yùn)行界面如圖2所示，用戶根據(jù)系統(tǒng)提示進(jìn)行操作即可。

圖2 大型調(diào)水工程索賠決策支持系統(tǒng)推理運(yùn)行界面Fig．2 Reasoning operation interface of claim decision support system for large-scale water transfer project

3)打開界面，單擊推理機(jī)→運(yùn)行→索賠類型，包括業(yè)主違約、工程變更、工程師指令、暫停施工、業(yè)主風(fēng)險(xiǎn)、不利的客觀條件、合同缺陷等，選擇“工程變更”，如圖3所示。

圖3 大型調(diào)水工程工程變更決策支持系統(tǒng)選擇索賠類型對(duì)話框Fig．3 Claim type selection dialogue box of engineering change decision support system for large-scale water transfer project

4)選擇工程變更條款，推理機(jī)調(diào)用規(guī)則庫規(guī)則進(jìn)行工作，根據(jù)工程變更條款，因工程變更造成的索賠項(xiàng)目有:人工費(fèi)、材料費(fèi)，施工機(jī)械費(fèi)、間接費(fèi)等。

通過相關(guān)參數(shù)設(shè)定，即可得到本工程最終的索賠金額。某大型調(diào)水工程某標(biāo)段索賠類型、依據(jù)條款、已索賠費(fèi)用項(xiàng)目、未索賠費(fèi)用項(xiàng)目均可顯示在決策支持系統(tǒng)推理運(yùn)行界面上，方便管理者查看，如圖4所示。

圖4 大型調(diào)水工程變更決策支持系統(tǒng)推理結(jié)果界面Fig．4 Reasoning result interface of engineering change decision support system for large-scale water transfer project

5 結(jié)語

根據(jù)知識(shí)與知識(shí)獲取的理論和方法，對(duì)某大型調(diào)水工程建設(shè)項(xiàng)目施工索賠知識(shí)進(jìn)行研究，提出了基于知識(shí)的決策支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并對(duì)其主要功能的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了研究分析。將基于規(guī)則和基于案例的推理手段相結(jié)合，設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)化的索賠處理過程，建立了便于使用者儲(chǔ)存大量結(jié)構(gòu)化案例的案例庫，為決策用戶獲取所需的索賠知識(shí)，尤其是對(duì)索賠領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的獲取提供了重要途徑?；谒髻r的工程建設(shè)管理決策支持的的研究應(yīng)用，在大型調(diào)水工程信息的采集和數(shù)字化管理方面做出了有益的嘗試。

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