賴宇卉

(廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,廣州 510635)

0 引 言

水資源受到季節(jié)和地域的影響,具有很強(qiáng)的不確定性,導(dǎo)致水資源分布不均衡,有的地區(qū)水資源過多,造成洪澇災(zāi)害;有的地區(qū)水資源較少,造成干旱災(zāi)害。無(wú)論水資源過多,還是過少,都不利于地區(qū)的農(nóng)業(yè)、工業(yè)和居民生活的發(fā)展。面對(duì)這種情況,進(jìn)行水資源合理配置勢(shì)在必行[1]。要想實(shí)現(xiàn)對(duì)水資源的有效控制,水資源配置工程必不可少。目前,中國(guó)修建的水資源配置工程涉及項(xiàng)目眾多,僅廣東省就有珠三角水資源配置工程、粵東水資源配置工程及環(huán)北部灣廣東水資源配置工程三大水資源配置工程,可見通過輸水管線配置水資源是水資源有效利用的重要舉措。水資源配置工程建造不僅耗資巨大,耗時(shí)也非常長(zhǎng)。為合理利用投資資金,進(jìn)行工程施工造價(jià)預(yù)測(cè)必不可少。通過預(yù)測(cè)能夠有效管理資金流向,提高資金利用率,使得工程修建事半功倍。然而,由于工程涉及面廣,造成預(yù)測(cè)工作難以實(shí)現(xiàn),即使進(jìn)行了預(yù)測(cè),準(zhǔn)確性也不足[2]?；诖?研究一種有效的造價(jià)預(yù)測(cè)方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

基于以往研究,例如丁政中,彭露葦提出一種基于MK-TESM的預(yù)測(cè)方法,該方法首先確定造價(jià)評(píng)價(jià)指標(biāo)并獲取相應(yīng)的指標(biāo)數(shù)據(jù),以這些指標(biāo)數(shù)據(jù)為輸入,利用MK-TESM構(gòu)建的模型實(shí)現(xiàn)造價(jià)預(yù)測(cè)[3]。董娜,盧泗化,熊峰提出了一種基于ABC-SVM的預(yù)測(cè)方法,該研究首先分析了造價(jià)影響因素,從中提取到了造價(jià)預(yù)測(cè)變量,然后利用ABC-SVM構(gòu)建模型預(yù)測(cè)工程造價(jià)[4]。結(jié)合前人研究經(jīng)驗(yàn),研究一種環(huán)北部灣廣東水資源配置工程中頂管造價(jià)指標(biāo)預(yù)測(cè)方法。

1 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的頂管造價(jià)指標(biāo)預(yù)測(cè)研究

1.1 工程概況

環(huán)北部灣廣東水資源配置工程建設(shè)任務(wù)以城鄉(xiāng)生活和工業(yè)供水為主,兼顧農(nóng)業(yè)灌溉,并為改善水生態(tài)環(huán)境創(chuàng)造條件。工程設(shè)計(jì)引水流量110m3/s,工程等別為Ⅰ等,工程規(guī)模為大(1)型。輸水分干線長(zhǎng)298.0km,包括云浮分干線(25.8km)、茂名陽(yáng)江分干線(95.2km)、湛江分干線(177.0km)。其中云浮分干線由西往東采用重力流有壓管道和隧洞輸水至云浮市金銀河水庫(kù);茂名陽(yáng)江分干線由北向南采用重力流有壓隧洞和管道輸水至龍眼坪分水口;湛江分干線從鶴地水庫(kù)取水,自北向南布線,經(jīng)合流水庫(kù)、龍門水庫(kù)、余慶橋水庫(kù)后至大水橋水庫(kù)。工程建成后可向粵西多年平均供水26.18億m3,其中城鄉(xiāng)生活、工業(yè)18.56億m3,農(nóng)業(yè)灌溉7.62億m3

在工程修建中,地下管道鋪設(shè)是整個(gè)項(xiàng)目的關(guān)鍵線路。環(huán)北部灣廣東水資源配置工程是由多條輸水線路組成,以其中輸水分干線中多段頂管為研究對(duì)象,研究一種造價(jià)指標(biāo)預(yù)測(cè)方法。

1.2 影響指標(biāo)選取

造價(jià)會(huì)受到某些指標(biāo)的影響而出現(xiàn)波動(dòng),因此影響指標(biāo)與工程造價(jià)之間具有很強(qiáng)的線性關(guān)聯(lián)性?；谶@種特性,可以通過影響指標(biāo)的數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)環(huán)北部灣廣東水資源配置工程頂管造價(jià)指標(biāo)預(yù)測(cè)。

工程的頂管施工影響指標(biāo)有很多,但并不是每一個(gè)指標(biāo)都對(duì)造價(jià)預(yù)測(cè)具有很大的影響,有的指標(biāo)影響微乎其微。這些影響程度較小的指標(biāo)可以不考慮在內(nèi),否則會(huì)增加預(yù)測(cè)工作量[5]?；谶@種情況,進(jìn)行影響指標(biāo)選取。選取過程如下:

1)步驟1:確定能夠影響頂管造價(jià)的所有現(xiàn)行指標(biāo)。

2)步驟2:對(duì)這些影響指標(biāo)的相互影響關(guān)系進(jìn)行打分,打分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 影響指標(biāo)打分標(biāo)準(zhǔn)表

3)步驟3:對(duì)指標(biāo)得到的分值算術(shù)平均處理,公式如下:

(1)

式中:bij為指標(biāo)ai對(duì)指標(biāo)aj的影響程度打分;cij為平均分值;m為評(píng)分人數(shù)量。

4)步驟4:建立直接影響矩陣,記為C。

5)步驟5:對(duì)D進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,得到E。

6)步驟6:計(jì)算綜合影響矩陣。計(jì)算公式如下:

F=E(1-E)-1

(2)

式中:I為單位矩陣。

7)步驟7:根據(jù)F,計(jì)算影響指標(biāo)的中心度和原因度,記為di、ei。

8)步驟8:根據(jù)di、ei計(jì)算指標(biāo)權(quán)重,計(jì)算公式如下:

(3)

式中:wi為第i個(gè)指標(biāo)ai的權(quán)重。

將權(quán)重>0.8指標(biāo)選為影響指標(biāo),選取結(jié)果如下圖1所示。

圖1 影響指標(biāo)權(quán)重圖

針對(duì)選出的指標(biāo),確定各指標(biāo)相應(yīng)的量化數(shù)據(jù)并進(jìn)行歸一化處理,結(jié)果如表2所示。

表2 指標(biāo)歸一化數(shù)據(jù)表

經(jīng)過上述分析,完成影響指標(biāo)的選取以及相應(yīng)指標(biāo)數(shù)據(jù)的獲取工作,為下一步的研究奠定了基礎(chǔ)。

1.3 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的造價(jià)預(yù)測(cè)模型

基于章節(jié)研究成果,本章節(jié)構(gòu)建預(yù)測(cè)模型,實(shí)現(xiàn)造價(jià)預(yù)測(cè)。在這里所采用的核心算法為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的泛化能力,它可以將訓(xùn)練中未出現(xiàn)的樣本通過正確的映射得出[6]。正是因?yàn)樵撍惴ň哂羞@種能力,可以用于環(huán)北部灣廣東水資源配置工程中頂管造價(jià)預(yù)測(cè)當(dāng)中。基于該算法構(gòu)建的預(yù)測(cè)模型如圖2所示。

圖2 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的頂管造造價(jià)預(yù)測(cè)模型

上述預(yù)測(cè)模型以上一章節(jié)選取的指標(biāo)及其對(duì)應(yīng)的歸一化數(shù)據(jù)為輸入,以單方造價(jià)為輸出。具體預(yù)測(cè)過程如下:

1)步驟1:設(shè)置初始化參數(shù)。

2)步驟2:輸入訓(xùn)練樣本。算法在使用前需要經(jīng)過不斷地訓(xùn)練才能逐漸發(fā)展成熟,成為一個(gè)合格的預(yù)測(cè)模型。而訓(xùn)練需要訓(xùn)練樣本,也就是評(píng)價(jià)的訓(xùn)練數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)由n組12個(gè)影響指標(biāo)和對(duì)應(yīng)的1個(gè)預(yù)期單方造價(jià)輸出值組成。訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)可以從其他已經(jīng)建造完成的水資源配置工程中巖石頂管工程獲得[7]。

3)步驟3:將訓(xùn)練樣本輸入到預(yù)測(cè)模型當(dāng)中,經(jīng)過三層運(yùn)算,輸出結(jié)果,即單方造價(jià)實(shí)際值。運(yùn)算公式如下:

(4)

式中:wik、βk為隱含層與輸出層連接權(quán)值和閾值;Yk為預(yù)測(cè)模型的輸出(單方造價(jià)實(shí)際值);αi為隱含層計(jì)算輸出;k為輸出層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)。

4)步驟4:計(jì)算Yk與預(yù)期輸出之間的差值,計(jì)算公式如下:

(5)

式中:△y為差值。

5)步驟5:將△y與設(shè)定的閾值進(jìn)行對(duì)比。當(dāng)前者大于后者時(shí),將△y反向傳播,用于調(diào)整模型的參數(shù);當(dāng)前者小于后者時(shí),說明模型訓(xùn)練成熟。

6)步驟6:輸入表2中的測(cè)試樣本到訓(xùn)練成熟的模型當(dāng)中,得出環(huán)北部灣廣東水資源配置工程中頂管施工造價(jià)預(yù)測(cè)結(jié)果[8]。

經(jīng)過上述研究,完成環(huán)北部灣廣東水資源配置工程中頂管施工造價(jià)預(yù)測(cè)模型構(gòu)建。

2 預(yù)測(cè)結(jié)果

環(huán)北部灣廣東水資源配置工程中選取輸水分干線中的多個(gè)頂管段施工造價(jià)預(yù)測(cè)結(jié)果如表3所示。

表3 頂管施工每米造價(jià)指標(biāo)預(yù)測(cè)結(jié)果表

從表3中可以看出,所研究方法的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際相差不大,證明了所研究預(yù)測(cè)方法有效性。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過預(yù)測(cè)工程造價(jià)能夠有效提高投資資金的利用質(zhì)量,減少資金的浪費(fèi)?；诖?以環(huán)北部灣廣東水資源配置工程中頂管施工為例,利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建預(yù)測(cè)模型,實(shí)現(xiàn)造價(jià)預(yù)測(cè)。通過與實(shí)際結(jié)果相比,誤差較小,證明了所研究預(yù)測(cè)方法的有效性。本研究還需要進(jìn)一步深化,優(yōu)化預(yù)測(cè)模型,進(jìn)一步提高模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性和測(cè)算速度。