基于案例推理（CBR）的工程造價估算研究

李雅君

（張家口市第一建筑工程有限公司，張家口075000）

1 引 言

工程造價估算是指在投資決策階段，依據(jù)所掌握的資料及投資估算指標、經(jīng)驗和方法，對工程項目的投資額進行估算.在現(xiàn)實生活中，我們常常會遇到知識不完備領域或復雜領域里的一些問題，這些問題很難用規(guī)則、模型加以描述或表示.鑒于傳統(tǒng)推理機制在應用過程中所遇到的一些困難，迫切需要尋找一種新的推理機制.然而如果我們有過解決類似問題的經(jīng)驗，我們往往會將當時的解決方法作為參考，將該方法稍加修改，問題便可得以解決.受人類這一認識過程的啟發(fā)，人們在處理問題時如果有經(jīng)驗而無理論依據(jù)同樣能提供問題的解，于是專家們提出了基于案例的推理機制.

2 現(xiàn)狀及存在問題

基于案例的推理是一種新興的推理方法，比較活躍，受到人們的廣泛關注，近年來，更是成為人工智能領域的研究熱點.圍繞基于案例推理的各個步驟，國內(nèi)外許多學者對CBR做了大量研究工作，取得了一定成果.目前，CBR研究焦點己經(jīng)開始向案例調(diào)整、案例維護方面轉(zhuǎn)移.針對國內(nèi)外對案例調(diào)整的系統(tǒng)研究均明顯不足的現(xiàn)狀，常春光［1］在總結了具體的案例調(diào)整方式的基礎上，分析了各種調(diào)整方式的適用條件，設計出一套案例調(diào)整算法并給出一個通用的案例調(diào)整框架，為案例調(diào)整的執(zhí)行提供了依據(jù).

目前，基于案例推理是人工智能領域的重要研究方向，在眾多領域都有其應用成果.然而，基于案例的推理在工程造價估算方面的應用尚十分不足，雖然開展了一些針對己建工程進行相似計算的研究，但還很不成熟，大多存在以下問題：忽視了工程造價估算問題的特殊性，采用通過案例推理直接估算造價的方式，易導致當工料機價格受時間和市場的影響進行復雜波動時，對案例推理結果的修正將困難重重，造成系統(tǒng)誤差較大；一味地強調(diào)基于案例推理的重點在于案例檢索，而忽視案例推理的其它環(huán)節(jié)，割裂了基于案例推理過程中各個步驟之間的緊密聯(lián)系，不能最大限度地發(fā)揮基于案例推理的作用，無法保證案例推理效果.

3 案例表示與組織

CBR系統(tǒng)中，案例庫是一個重要的組成部分，它服務于整個推理過程，是其它各個模塊進行工作的基礎.因此，構建基于案例推理的工程造價估算系統(tǒng)，首先要研究的是，怎樣把過去的工程實例表示成案例的形式，以及如何組織案例形成案例庫.

（1）案例表示

案例表示是指借助一定的數(shù)據(jù)結構，對歷史經(jīng)驗進行形式化的描述，完成人的經(jīng)驗向案例的轉(zhuǎn)換.目前，案例表示的常用方法包括邏輯表示法、框架表示法、產(chǎn)生式表示法、語義網(wǎng)絡表示法等.其中，框架表示法［2］是語義網(wǎng)絡一般化的結構，也是面向?qū)ο蟮乃枷胫畞碓?；框架表示法能夠在一定程度上滿足工程知識表達的需要及基于案例推理的需要，有利于系統(tǒng)方便、順利地進行推理.故采用框架表示法.

使用框架表示法時，案例屬性的總和稱為案例的框架，每一個槽描述案例的一個組成部分，一個側面用于描述一組特征屬性，每個側面值即為一個具體特征值.其形式化描述如下：

案例編號：

框架名：（工程名稱）

槽1.工程信息描述

槽2.工程特征描述

側面1.工程類型

側面2.建設標準（建設規(guī)模，建筑標準，…）

側面3.建設地點

槽3.結果集

側面1.工料機配備

側面2.工程造價

槽4.相關說明

側面1.工程案例點評分析

其中，案例編號唯一標識工程案例，用字符串表示；工程信息描述是對工程狀況的簡要介紹；工程特征描述即對工程特征的表示，包含了工程案例的檢索信息，是構成工程案例的重要因素；結果集對應問題的解決方案，在基于案例推理的工程造價估算系統(tǒng)中，包括工料機配備和工程造價；相關說明是對該工程案例的點評分析，對該案例所反映的信息予以解釋或延伸.

（2）案例組織

案例組織是指為了更好地表示案例，根據(jù)案例的特征和檢索的需要，對案例進行組織、整理，形成案例庫.案例組織為基于案例推理提供必要前提，直接影響到案例檢索效率.

根據(jù)工程案例的表示方法，運用關系數(shù)據(jù)庫技術組織案例，建立工程案例庫.關系數(shù)據(jù)庫技術實質(zhì)上是將概念模型數(shù)據(jù)化，構建數(shù)據(jù)之間的一個整體邏輯結構圖，即關系結構數(shù)據(jù)模型.將所搜集的工程案例框架存放在一系列相互關聯(lián)的數(shù)據(jù)表中.采用工程案例的各個屬性作為字段、案例編號作為主關鍵字來構造表結構，創(chuàng)建各表中相應的索引，并以此為基礎創(chuàng)建表間關系，從而進行一體化操作.運用關系數(shù)據(jù)庫技術后，可方便地利用SQL語言進行工程案例檢索，對工程案例庫進行管理和維護等.

4 系統(tǒng)應用

根據(jù)案例庫的結構定義，將所搜集的的已建工程資料整理成相應形式.考慮到工程樣本資料的特點，影響工料機配備的主要因素為建筑物的主要尺寸和設計參數(shù)，這里選取相應特征屬性：類型、結構、建筑面積、層數(shù)、地基承載力、抗震烈度，作為影響工程造價的關鍵因素.

現(xiàn)以某擬建工程作為實驗案例，簡要說明該系統(tǒng)實現(xiàn)其決策支持功能的流程和效果.

根據(jù)系統(tǒng)提示，輸入當前工程信息：8層住宅樓，框架結構，建筑面積4961 m2，地基承載力150 kn／m2，抗震烈度7級.

首先，運用問題描述模塊，將該工程信息表示為類似于原有案例的形式.在案例檢索模塊，以工程類型相同為檢索條件對案例進行過濾，得到候選工程案例集合｛案例1，案例2，案例3，案例4｝，再進行高級檢索，依次計算局部相似度、各特征屬性的權重、全局相似度，得到當前工程問題與候選工程案例集合中各案例的相似度分別為0.63，0.81，0.74，0.58，設置該值大小為0.6，得到符合該可信度要求的工程案例，并以其各自與當前工程問題的相似度為依據(jù)，按由大到小的順序?qū)Π咐M行排列，形成案例庫給出的建議解｛案例2，案例3，案例1｝，然后將該解送至方案調(diào)整模塊，提請用戶針對當前工程問題與建議解之間的差異進行必要的調(diào)整，選擇自動調(diào)整方式，得到問題的確定解，即以每100 m2為基本單位，主要工料機配備為：人工工作473.29天，鋼材3.62t，木材1.34 m3，水泥5.65 t，砌體15.27襯，中粗砂15.74 m3，商品硅35.06 m3，腳手架11 m，塔吊4.82臺班，接著將其與方案評價模塊內(nèi)產(chǎn)生的滿意解進行比較，考慮兩者之間差異較小，可予以接受，對該確定解表示滿意，將其作為問題的最終有效解，結合工料機市場價格，得到當前工程問題的估價，形成問題案例.

表1列出了當前工程問題的工料機估算配額以及其實際發(fā)生投入.由此可見，由于案例庫中有一些與本例相似的工程案例樣本，加上采用了較合理的推理方法，故工程造價估算結果與實際發(fā)生造價相比，偏差范圍約在-15%～＋12%之間，且借助計算機的模擬技術，系統(tǒng)具有了較快的推理反應速度，可以滿足投資決策階段對工程造價估算的精度和速度的要求，具有參考意義.由于案例推理系統(tǒng)是一種增量式的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，隨著案例的不斷增加和更新，計算結果的準確程度也會隨之滾動式地提高.

表1 當前工程的工料機配備估算值與實際值對比表

在開發(fā)該應用系統(tǒng)時，除滿足用戶所需的功能之外，還須充分考慮系統(tǒng)的實用性和可操作性，使系統(tǒng)具有直觀、方便、友好的人機界面，系統(tǒng)與用戶進行交互應盡可能的簡單、明了，同時還要考慮用戶的使用習慣，使用戶可以用他們感興趣、喜歡的形式來給出決策結果等.簡言之，應充分考慮用戶需求，包括用戶已提出的現(xiàn)實需求和有待挖掘的潛在需求，在此基礎上，不斷地完善系統(tǒng)的研發(fā)工作，以便交予用戶一個性能良好的系統(tǒng)供其方便使用.

［1］姜麗紅，劉豹.案例推理在智能化預測支持系統(tǒng)中的應用研究.決策與決策支持系統(tǒng)，1996.6（4）：63～69

［2］謝志剛，任旭，魏震生等.基于案例推理和模糊診斷的兵器故障診斷專家系統(tǒng).軍械工程學院學報，2001.13（3）∶21～24

［3］趙瑞雪，甘們初.基于案例的信息系統(tǒng)設計方法.北京理工大學學報，1999.19（4）：511～515

［4］陳保香，曹奇英，夏祖勛.案例推理在海軍戰(zhàn)術決策中的應用.華東船舶工業(yè)學院學報，2000.14（5）：45～49