BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于石油工程的項(xiàng)目管理

王天宇 北京航空航天大學(xué)

BP（BackPropagation）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是目前應(yīng)用最廣泛的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型之一，它是一種按誤差逆?zhèn)鞑ニ惴ㄓ?xùn)練的多層前饋網(wǎng)絡(luò)[1]。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具備以任意精度逼近函數(shù)的能力，具有自組織、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、高度非線性映射性、泛化性、容錯(cuò)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，所以特別適合于解決石油工程項(xiàng)目管理這種非線性很高的復(fù)雜問題。

1 應(yīng)用的基本步驟

1.1 指標(biāo)體系的構(gòu)建

在實(shí)踐中，處理石油工程項(xiàng)目管理的問題首先需要針對(duì)不同的目標(biāo)和特點(diǎn)選取不同的指標(biāo)，構(gòu)建出適合的指標(biāo)體系。在選取指標(biāo)時(shí)應(yīng)該注意選擇足夠多的典型、高精度的樣本，并且合理分布訓(xùn)練樣本、檢驗(yàn)樣本、測(cè)試樣本的數(shù)量，盡量避免訓(xùn)練過程中出現(xiàn)“過擬合”并保持網(wǎng)絡(luò)模型的性能。

1.2 設(shè)計(jì)BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

選取完成指標(biāo)體系后，開始設(shè)計(jì)BP網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，根據(jù)石油工程項(xiàng)目管理目標(biāo)和指標(biāo)體系分別確定輸入與輸出節(jié)點(diǎn)數(shù)、隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)、層數(shù)以及激活函數(shù)。一般選用只有一層隱含層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為了使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)高效和運(yùn)行的快捷，可以通過增加隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)的方法提高訓(xùn)練速度。

1.3 訓(xùn)練并檢驗(yàn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練需要找到正確的訓(xùn)練函數(shù)，設(shè)置合適參數(shù)，然后逐漸調(diào)試，讓整個(gè)樣本誤差值小于所允許的最大誤差ε。針對(duì)費(fèi)用控制可以采用purelin函數(shù)為傳遞函數(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)輸出為任意值。另外將BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與工程項(xiàng)目管理常用方法如決策樹分析、層次分析法、主成分分析法等結(jié)合，能夠達(dá)到更好的效果。

2 應(yīng)用范圍

石油工程項(xiàng)目是指在石油天然氣資源的勘探開發(fā)建設(shè)活動(dòng)中，經(jīng)過可行性研究和評(píng)估，明確了預(yù)期目標(biāo)、任務(wù)量、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、投資條件、時(shí)間要求和組成結(jié)構(gòu)的一次性工程建設(shè)任務(wù)。石油工程項(xiàng)目在工程的進(jìn)行中，影響工程的主要是人、物與環(huán)境這三大因素[2]。根據(jù)以上特點(diǎn)，可以將石油工程項(xiàng)目管理劃分為五個(gè)方面：費(fèi)用控制管理、時(shí)間進(jìn)度管理、質(zhì)量管理、投標(biāo)報(bào)價(jià)管理以及HSE管理。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在這五個(gè)方面中都可以進(jìn)行應(yīng)用，并有一定的優(yōu)勢(shì)。

2.1 費(fèi)用控制管理

一般的石油工程項(xiàng)目規(guī)模、投資均較巨大，為了在項(xiàng)目的建設(shè)實(shí)施中盡可能合理減少項(xiàng)目預(yù)算以外的附加支出，以達(dá)到費(fèi)用管理的最佳效果，費(fèi)用的控制是一個(gè)非常重要的措施，費(fèi)用控制管理的目的也是項(xiàng)目管理的主要內(nèi)容之一。石油工程總承包商一般從項(xiàng)目的前期設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施、維護(hù)等階段進(jìn)行費(fèi)用估算和控制。

石油工程項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)周期較長(zhǎng)，很多工程在國(guó)外涉及到匯率的問題，進(jìn)行費(fèi)用管理時(shí)會(huì)使用大量不完整、模糊不確定或規(guī)律性不明顯的數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的費(fèi)用管理不能很好地處理這樣的數(shù)據(jù)，很難權(quán)衡各方面之后得到準(zhǔn)確的結(jié)果。而BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以先從市場(chǎng)價(jià)格、匯率替換等方面的確定機(jī)制出發(fā)，依據(jù)影響供貨商價(jià)格、勞動(dòng)力價(jià)格和設(shè)備租賃費(fèi)等的因素建立一個(gè)準(zhǔn)確可靠的模型，再使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)整個(gè)石油工程項(xiàng)目開展期間的費(fèi)用做準(zhǔn)確的估算。還可以在整個(gè)估算中加入一些不確定因素的假設(shè)，使得包括國(guó)內(nèi)和海外石油工程項(xiàng)目的資金、費(fèi)用得到較好的預(yù)測(cè)和控制。

2.2 時(shí)間進(jìn)度管理

石油工程項(xiàng)目的整體開展時(shí)間通常較長(zhǎng)，會(huì)占用大量的人力、物力，需要大量的現(xiàn)金流，而項(xiàng)目正式運(yùn)營(yíng)投入之后的回報(bào)通常也較大，所以甲方、乙方都非?？粗貢r(shí)間進(jìn)度。通常，項(xiàng)目時(shí)間進(jìn)度管理會(huì)使用甘特圖、網(wǎng)絡(luò)圖和關(guān)鍵路徑分析的工具。

但是，借用這些工具分析時(shí)，需要對(duì)每道工序的時(shí)間做精確的定量，這些時(shí)間的定量很多時(shí)候只是通過簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)和工人計(jì)件來完成，雖然在很大程度上滿足了需求，但是其誤差常常較大，這樣的誤差可能會(huì)對(duì)項(xiàng)目整體造成一定損失?？梢岳肂P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)良好的預(yù)測(cè)能力對(duì)工序進(jìn)行的實(shí)際時(shí)間耗費(fèi)進(jìn)行良好的預(yù)測(cè)，采用動(dòng)態(tài)調(diào)整的辦法對(duì)整個(gè)項(xiàng)目時(shí)間進(jìn)度進(jìn)行優(yōu)化。在發(fā)生突發(fā)情況如自然災(zāi)害時(shí)，也能夠使用已有的BP網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)接下來的工序進(jìn)行重新判定，再利用項(xiàng)目時(shí)間進(jìn)度管理的工具進(jìn)行處理。

2.3 質(zhì)量管理

石油工程項(xiàng)目具有連續(xù)化生產(chǎn)特性，接觸和處理大多為易燃易爆、有腐蝕性、有毒害的原材料和產(chǎn)品，另外生產(chǎn)的設(shè)備技術(shù)工藝復(fù)雜，所處的環(huán)境也相對(duì)惡劣。這些行業(yè)特點(diǎn)決定了石油工程項(xiàng)目對(duì)產(chǎn)品、工程質(zhì)量品質(zhì)要求較高，其項(xiàng)目質(zhì)量控制尤為重要，所以在整個(gè)石油工程項(xiàng)目開展的過程中需要對(duì)質(zhì)量進(jìn)行全面細(xì)致的管理。

在石油工程項(xiàng)目的質(zhì)量控制上，主要運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)非線性系統(tǒng)的決策和控制的能力。在具體使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可以結(jié)合貝葉斯正規(guī)化法。黎穎、王愛華等人（2009）證明，運(yùn)用貝葉斯正規(guī)化法在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算過程中體現(xiàn)了良好的泛化性能，尤其是對(duì)于建筑工程評(píng)價(jià)這種因素多、涉及面廣的項(xiàng)目中尤為有效。

2.4 投標(biāo)報(bào)價(jià)管理

目前的石油工程項(xiàng)目廣泛采用投標(biāo)的模式對(duì)項(xiàng)目的歸屬開發(fā)權(quán)進(jìn)行確定。近幾年，隨著我國(guó)海外市場(chǎng)不斷拓展，我國(guó)石油企業(yè)正在面臨更多的國(guó)際性的投資、建設(shè)和投標(biāo)機(jī)會(huì)，并且將會(huì)直接面對(duì)世界著名的公司企業(yè)，所以投標(biāo)報(bào)價(jià)管理也是近幾年石油工程管理方面的重點(diǎn)。

在投標(biāo)報(bào)價(jià)模型上，現(xiàn)在流行的有概率論的報(bào)價(jià)模型、決策分析方法的報(bào)價(jià)模型和智能系統(tǒng)的報(bào)價(jià)模型。而第一類、第二類和第三類模型分別存在公式復(fù)雜，不能加入定性指標(biāo)，成本費(fèi)用高和數(shù)據(jù)收集難度過大等缺點(diǎn)。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠使用投標(biāo)報(bào)價(jià)中繁多的邏輯性差、數(shù)據(jù)值差距大的指標(biāo)，得到良好的投標(biāo)報(bào)價(jià)的結(jié)果。但是，在實(shí)際的處理中，可能會(huì)產(chǎn)生收斂速度慢和陷入局部最小值等問題。所以應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解決石油工程項(xiàng)目投標(biāo)報(bào)價(jià)的問題時(shí)，可以借助遺傳算法優(yōu)化。在此方面王雪青、喻剛、孟海濤等人（2007）使用了基于遺傳算法優(yōu)化的BP網(wǎng)絡(luò)對(duì)工程項(xiàng)目投標(biāo)報(bào)價(jià)進(jìn)行處理，收到了良好的效果[3]。

2.5 HSE管理

現(xiàn)代的石油工程項(xiàng)目開發(fā)已經(jīng)開始擺脫只關(guān)注產(chǎn)量和利潤(rùn)，拋開環(huán)境承受力和開發(fā)安全，造成高污染等野蠻式的開發(fā)方式。HSE管理將健康、安全與環(huán)境管理作為管理工作的三個(gè)核心內(nèi)容，圍繞著這三個(gè)核心內(nèi)容來構(gòu)建組織結(jié)構(gòu)、劃分崗位職責(zé)、明確具體方法、確定程序過程和資源利用情況。

應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在指標(biāo)體系的選取時(shí)，可能涉及到一定量的定性數(shù)據(jù)。采用主成分分析法等方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。

3 結(jié)語(yǔ)

本文討論的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在石油工程項(xiàng)目管理中的應(yīng)用，展現(xiàn)了其在很多方面的優(yōu)越性，值得強(qiáng)調(diào)的是在具體應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，樣本和指標(biāo)的選取以及預(yù)處理要依據(jù)具體的問題背景、目的和要求進(jìn)行選取和處理。由于設(shè)置訓(xùn)練參數(shù)對(duì)整個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的精度和泛化能力的影響，所以訓(xùn)練參數(shù)的設(shè)置可能需要多次調(diào)整完成。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用現(xiàn)在備受關(guān)注，在工程項(xiàng)目管理中的應(yīng)用已經(jīng)開始。作為工程項(xiàng)目管理中特殊的一類，石油工程項(xiàng)目管理應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析可以作為一種探索方向，隨著人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的發(fā)展，這個(gè)方法正不斷在實(shí)踐中展現(xiàn)其良好的解決問題的能力。

[1]韓立群．人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[M]．北京：北京郵電大學(xué)出版社，2006.

[2]馬慶國(guó)．工程管理與神經(jīng)工程管理的體系框架[J]．科技進(jìn)步與對(duì)策，2012，29（18）：9-12.

[3]王雪青，喻剛，孟海濤．基于GA改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)工程投標(biāo)報(bào)價(jià)研究[J]．土木工程學(xué)報(bào)，2007，40（7）：93-98.