大型調(diào)水工程索賠管理決策支持系統(tǒng)的研究和實現(xiàn)

王 葳

(天津大學水利工程仿真與安全國家重點實驗室，天津 300072)

1 前言

水利工程作為一個復雜的系統(tǒng)工程，規(guī)模大、工期長，在管理上有較大難度。在具體工程的實施中，由于工程項目自身的性質(zhì)和特點，或設計圖紙的深度不夠，或不可預見的自然因素與環(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，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70年代初期提出的，該系統(tǒng)是以運籌學、行為科學和管理科學等科學為基礎，通過計算機、模擬和信息技術等手段，為決策活動提供支持的具有智能的人機系統(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、軍事、交通、環(huán)境等多個領域得到應用［3］。劉蕓蕓和胡文亮探討了運用GIS技術來建立河北省“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的項目群管理方法和信息標準，提出適合南水北調(diào)工程的項目群規(guī)劃、管理技術及其實施方案;這些成果推動了南水北調(diào)工程的數(shù)字化研究。

在國外，決策支持系統(tǒng)主要被應用到水資源管理［7］、環(huán)境評估［8］和風險評估［9，10］等領域，在水利工程相關領域應用很少。

根據(jù)工程建設管理實踐和需求，文章構建了基于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)設計了結構化的施工索賠處理程序，建立了便于使用的儲存著大量結構化案例的案例庫，實現(xiàn)對施工索賠案例的相似檢索。該系統(tǒng)的應用旨在共享索賠專家豐富的知識和經(jīng)驗，幫助用戶完成復雜的索賠工作。

2 系統(tǒng)框架設計

針對大型調(diào)水工程建設管理的特點，以工程索賠為研究對象，基于智能決策系統(tǒng)開發(fā)平臺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)，可利用計算機技術有效地將工程建設管理和施工索賠的寶貴經(jīng)驗知識化，快速計算出工程變更可能出現(xiàn)的索賠項目及可能造成的索賠金額，并充分利用相關工程經(jīng)驗，從而在輔助決策、減少工程建設投資方面發(fā)揮重要作用。

采用IDSDP軟件平臺，結合二次開發(fā)，設計出某大型調(diào)水工程施工索賠決策支持系統(tǒng)功能結構，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)功能結構Fig．1 Function structure of claim decision support system for large-scale water transfer project

3 系統(tǒng)實現(xiàn)的關鍵技術

3．1 基于規(guī)則推理的施工索賠決策支持技術

重點研究如何在IDSDP軟件平臺上將導致施工索賠的工程變更的原理和規(guī)則轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)可以識別并使用的知識。根據(jù)《國際工程施工索賠》中通用索賠類型和原理進行分析整理，結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)則結構化，便于計算機系統(tǒng)的識別和運用。隨著數(shù)據(jù)庫的完善和實際工程變更、索賠經(jīng)驗的積累，可以由具有工程施工索賠經(jīng)驗的專家和知識工程師共同適當調(diào)整或引入相關的索賠規(guī)則，對規(guī)則庫進行豐富和調(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工程師針對項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)合會出版的土木工程施工合同條件)摘要部分列舉總結的承包商可引用的索賠條款，我們認為這就是索賠專家的意見。矩陣的縱向是考慮費用、利潤、工期組成的索賠方案，索賠內(nèi)容費用部分一般包括人工費、材料費、施工機械費和間接費(包括上級管理費和現(xiàn)場管理費)。按照條款，費用還可以進一步細分，如材料費的索賠又可細分為額外材料使用、材料運雜費的增加和材料采購及保管費增加，施工機械費可分為機械限制、機械使用費的增加和機械作業(yè)效率降低產(chǎn)生的費用等。索賠矩陣的列一般保持相對穩(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表示存在此索賠項目，P表示可能存在此索賠項目，空格表示此索賠項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項目的合同條件綜合考慮各方面的因素而確定的。元素E、P、空格的準確確定是索賠矩陣合理有效的關鍵，準確程度決定了矩陣模型質(zhì)量高低及其是否具有實用價值。元素E、P、空格的確定是建立系統(tǒng)知識庫的主要工作之一，即向索賠專家獲取相關知識。

以此索賠矩陣為知識規(guī)則，以某大型調(diào)水工程變更索賠為例，其知識規(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:勞動效率降低;

材料費:材料采購及保管費增加;

施工機械費:機械閑置、機械作業(yè)效率降低;

間接費:工期延長期間的上級管理費;工期延長期間的現(xiàn)場管理費;

……

必然存在的索賠:人工費:人員閑置;

工期:處于關鍵線路上的項目;

……

3．2 基于事例推理的施工索賠決策支持技術

基于事例推理(case-based reasoning，CBR)是一種起源于美國的決策和學習方法，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和信息來解決當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)中找到一個或多個與當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成，庫中的每一個問題狀態(tài)描述及求解策略用一個案例(case)表示，每一個案例由已有的特征和以前問題的一般描述組成，一個新案例入庫時，系統(tǒng)同時也建立了關于這個案例主要特征的索引［12］。當求解問題時，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作一個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，使之適于當前求解問題，進而得到當前問題的求解方案。但大型水利工程建設的工程變更和索賠程序相對復雜，案例修正通過對案例描述的特征進行調(diào)整、修改，使其能更準確地接近反映問題的本質(zhì)特征，并向?qū)嶋H情況逼近。對于大型水利工程，案例的積累、保存和信息化程度對系統(tǒng)的維護起到了至關重要的作用。

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

4 應用實例

1)進入大型調(diào)水工程索賠決策支持系統(tǒng)。

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

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→運行→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)主風險、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，推理機調(diào)用規(guī)則庫規(guī)則進行工作，根據(jù)工程變更條款，因工程變更造成的索賠項目有:人工費、材料費，施工機械費、間接費等。

通過相關參數(shù)設定，即可得到本工程最終的索賠金額。某大型調(diào)水工程某標段索賠類型、依據(jù)條款、已索賠費用項目、未索賠費用項目均可顯示在決策支持系統(tǒng)推理運行界面上，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)推理結果界面Fig．4 Reasoning result interface of engineering change decision support system for large-scale water transfer project

5 結語

根據(jù)知識與知識獲取的理論和方法，對某大型調(diào)水工程建設項目施工索賠知識進行研究，提出了基于知識的決策支持系統(tǒng)設計，并對其主要功能的實現(xiàn)方法進行了研究分析。將基于規(guī)則和基于案例的推理手段相結合，設計了結構化的索賠處理過程，建立了便于使用者儲存大量結構化案例的案例庫，為決策用戶獲取所需的索賠知識，尤其是對索賠領域的經(jīng)驗知識的獲取提供了重要途徑?；谒髻r的工程建設管理決策支持的的研究應用，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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