超低能耗建筑外置式門窗全壽命造價模擬研究

楊春香

(黎明職業(yè)大學(xué)，福建 泉州 362000)

0 引言

隨著建筑材料的不斷進(jìn)步，在建筑中采用超低能耗建筑外置式門窗成為未來發(fā)展的一種趨勢，對超低能耗建筑外置式門窗的造價預(yù)測是降低門窗工程開銷，提高工程質(zhì)量的關(guān)鍵。然而，對超低能耗建筑外置式門窗的造價預(yù)測和模擬仍然不成熟，導(dǎo)致超低能耗建筑外置式門窗構(gòu)件的預(yù)制率較高，使得超低能耗建筑外置式門窗成本高。為了提高超低能耗建筑外置式門窗造價成本的控制能力，需要對超低能耗建筑外置式門窗進(jìn)行全壽命周期模擬，提高超低能耗建筑外置式門窗的造價控制能力，相關(guān)的造價預(yù)測和模擬方法研究受到人們的極大關(guān)注[1]。當(dāng)前，對超低能耗建筑外置式門窗的造價進(jìn)行預(yù)測的方法主要有統(tǒng)計分析方法和相關(guān)性分析方法，但造價模擬的精度不好，對此，提出一種基于主成分博弈控制的超低能耗建筑外置式門窗全壽命造價模擬模型，采用全樣本面板數(shù)據(jù)分析方法進(jìn)行造價成本序列分析，利用主成分博弈控制方法進(jìn)行預(yù)測過程的自適應(yīng)修正，提高工程造價預(yù)測模擬的準(zhǔn)確性。最后進(jìn)行實證分析，得到有效性結(jié)論。

1 超低能耗建筑外置式門窗造價模擬模型構(gòu)建與問題分析

1.1 造價模擬多參量約束控制模型

設(shè)計超低能耗建筑外置式門窗造價的成本動態(tài)控制和模擬模型。首先進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建，結(jié)合解釋控制變量分析和約束參量分析方法，設(shè)計超低能耗建筑外置式門窗的質(zhì)量—效率聯(lián)合全壽命周期的模擬模型[2]，結(jié)合模糊控制方法進(jìn)行多參量約束的造價控制模型。超低能耗建筑外置式門窗造價模擬的優(yōu)化問題可以通過超質(zhì)量水平、效率和成本3個量化指標(biāo)進(jìn)行模擬，通過主成分博弈方法，構(gòu)建超低能耗建筑外置式門窗造價成本模型：

(1)

為實現(xiàn)最優(yōu)性價比下的工程造價，采用分段回歸分析方法進(jìn)行超低能耗建筑外置式門窗的全壽命周期的優(yōu)化造價控制，結(jié)合財務(wù)支出風(fēng)險性控制和相關(guān)性檢驗方法[3]，得到超低能耗建筑外置式門窗造價的成本控制系數(shù)Si與實際效益的關(guān)聯(lián)關(guān)系計算方法：

(2)

進(jìn)而得到超低能耗建筑外置式門窗中質(zhì)量—效率—成本控制的模糊博弈控制模型，以超低能耗建筑外置式門窗全壽命周期下的相對效益和盈利水平為代價函數(shù)，得到多參量約束的超低能耗建筑外置式門窗成本控制模型：

s.t.Qi≥Qth，

Ei≥Eth，

Ci≤Cth，

Qjk≥0，Ejk≥0，Cjk≥0，

(3)

式中Θ稱為超低能耗建筑外置式門窗全壽命周期控制的模糊貼近度，建立在相對確定的控制成本基礎(chǔ)上，得到超低能耗建筑外置式門窗全壽命造價模擬的目標(biāo)方案si，超低能耗建筑外置式門窗的工程造價成本集對{Fi，F(xiàn)U}的聯(lián)系度為：

μBi=aBi+bBiΔ+cBiΦ。

(4)

(5)

式中

(6)

X=[X1，X2，…，Xm]。

(7)

超低能耗建筑外置式門窗項目成本降低額=項目預(yù)算成本-項目目標(biāo)，采用全樣本面板數(shù)據(jù)分析方法進(jìn)行造價成本序列分析，利用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法進(jìn)行門窗全壽命造價統(tǒng)計序列的樣本回歸分析[4]，提取門窗全壽命造價財務(wù)樣本的關(guān)聯(lián)規(guī)則特征量，得到分段回歸分析的成本特征方程為：

(λl-S)U=0。

(8)

式中：U為造價統(tǒng)計序列的樣本包絡(luò)幅值；φa為材料費用，求解S特征值λ。在最大預(yù)算約束下，超低能耗建筑外置式門窗的成本閾值分別為σ1、σ2和σ3。根據(jù)上述分析，進(jìn)行造價模擬和預(yù)測。

1.2 關(guān)聯(lián)特征提取

采用定量遞歸分析方法進(jìn)行超低能耗建筑外置式門窗全壽命內(nèi)的造價模擬，以工程預(yù)算耗材為統(tǒng)計輸入[5]，構(gòu)建超低能耗建筑外置式門窗全壽命造價模擬的博弈模型，采用環(huán)保評估約束方法，得到耗材點中的使用概率：

(9)

其中i=lacl，tetR，cl；j=cl，lacl，tetR，得到超低能耗建筑外置式門窗造價的成本動態(tài)控制的統(tǒng)計分析特征量為mi和pi，分別表示全壽命造價模擬的標(biāo)價和利潤。利用全樣本回歸分析方法進(jìn)行全壽命造價模擬目標(biāo)函數(shù)的自適應(yīng)尋優(yōu)[6]，用n表示工程造價的Hill系數(shù)。結(jié)合主成分分析，得到超低能耗建筑外置式門窗造價模擬的交叉均衡模型：

(10)

建立建筑造價的預(yù)測模型，結(jié)合成本最小和質(zhì)量最好均衡分析方法，進(jìn)行建筑工程造價的面板數(shù)據(jù)分析，有：

A=diag{1，1，1}，C=diag{β，β，β}，D=diag{β，β，β}；

(11)

(12)

將超低能耗建筑外置式門窗外殼、金屬配線作為造價的動態(tài)特征量[7]，得到造價模擬的關(guān)聯(lián)特征提取結(jié)果：

(13)

(14)

把全部影響因素納入考慮，把這些實時數(shù)據(jù)作為輸入變量，提取門窗全壽命造價財務(wù)樣本的關(guān)聯(lián)規(guī)則特征量，采用定量遞歸分析方法進(jìn)行關(guān)聯(lián)規(guī)則的聚類處理，根據(jù)聚類分析結(jié)果結(jié)合分段樣本檢測方法進(jìn)行造價的線性預(yù)測，采用分段統(tǒng)計方法進(jìn)行超低能耗建筑外置式門窗的造價模擬。

2 造價模擬優(yōu)化

2.1 造價預(yù)測模型

利用全樣本回歸分析方法進(jìn)行全壽命造價模擬，構(gòu)建超低能耗建筑外置式門窗全壽命周期造價模擬的標(biāo)準(zhǔn)化函數(shù)為：

(15)

在資本結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整下，結(jié)合Simunic模型進(jìn)行造價線性預(yù)測，得到最優(yōu)決策函數(shù)：

(16)

在建筑施工企業(yè)的資本結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)節(jié)下，超低能耗建筑外置式門窗的成本預(yù)測的量化博弈函數(shù)為：

(17)

(18)

C=(1-λ+λt)t3。

(19)

給出超低能耗建筑外置式門窗全壽命造價模擬的量化評價參數(shù)，以材料開銷和人工開銷自回歸量，在杠桿率調(diào)整水平下，造價預(yù)測模型表示為：

(20)

(21)

(22)

采用DCC-MVGARCH模型構(gòu)建超低能耗建筑外置式門窗全周期成本的量化評價參數(shù)模型，根據(jù)聚類分析結(jié)果結(jié)合分段樣本檢測方法進(jìn)行造價的線性預(yù)測，利用主成分博弈控制方法進(jìn)行預(yù)測過程的自適應(yīng)修正。

2.2 全壽命造價的統(tǒng)計預(yù)測和博弈控制

采用效益最優(yōu)約束方法，結(jié)合數(shù)據(jù)包絡(luò)分析進(jìn)行全壽命造價的統(tǒng)計預(yù)測和博弈控制[8]，基于分段回歸分析的超低能耗建筑外置式門窗造價模擬模型，通過式(23)～(24)計算求解得到超低能耗建筑外置式門窗建設(shè)的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)FU與最劣經(jīng)濟(jì)FV：

(23)

(24)

根據(jù)累計方差的貢獻(xiàn)程度，選擇主成分的個數(shù)，得到超低能耗建筑外置式門窗造價模擬的優(yōu)化方案si的實際經(jīng)濟(jì)效益輸出為：

(25)

求解超低能耗建筑外置式門窗的全成本量化控制序列分布S的最大特征值λ，采用內(nèi)部控制和外部控制相結(jié)合的方法，求得超低能耗建筑外置式門窗成本預(yù)測的博弈模型，超低能耗建筑外置式門窗造價模擬模型的聯(lián)系度{Fi，F(xiàn)U}為：

μFi=aFi+bFiΔ+cFiΦ，

(26)

分別表示超低能耗建筑外置式門窗中的實際成本水平Qi、效率Ei和成本Ci的約束條件。綜上設(shè)計，基于分段回歸分析和主成分博弈控制，構(gòu)建超低能耗建筑外置式門窗造價全壽命周期模擬模型，描述為：

(27)

(28)

qw{[λwηw+μw(1-ηw)]-D-1(qw)}≥0。

(29)

改進(jìn)模型的實現(xiàn)流程描述如圖1所示。

圖1 算法實現(xiàn)流程

3 實證分析與仿真

為了測試設(shè)計方法在實現(xiàn)超低能耗建筑外置式門窗全壽命造價模擬中的應(yīng)用性能，進(jìn)行仿真實驗，實驗采用Matlab7設(shè)計，結(jié)合SPSS14.0統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行造價模擬，在Linux操作模型下進(jìn)行超低能耗建筑外置式門窗全壽命造價模擬的嵌入式開發(fā)設(shè)計，得到超低能耗建筑外置式門窗5個工程代號的參數(shù)范圍見表1。

表1 超低能耗建筑外置式門窗5個工程代號的參數(shù)范圍

根據(jù)上述參量設(shè)定，進(jìn)行超低能耗建筑外置式門窗造價預(yù)測，得到造價模擬的面板數(shù)據(jù)樣本分布如圖2所示。

圖2 造價模擬的采樣面板數(shù)據(jù)分布

以圖2的面板數(shù)據(jù)為研究對象，采用改進(jìn)算法進(jìn)行實證數(shù)據(jù)分析和仿真實驗，取前兩個超低能耗建筑外置式門窗工程為例，采用改進(jìn)方法和傳統(tǒng)方法進(jìn)行對比，可以得到超低能耗建筑外置式門窗1、2對應(yīng)工程造價模擬和預(yù)測的最優(yōu)解集分布如圖3所示。

分析圖3得知，采用該方法進(jìn)行超低能耗建筑外置式門窗造價模擬的準(zhǔn)確性較高，預(yù)測精度較好。采用不同方法測試預(yù)測精度，得到對比結(jié)果見表2，分析表2得知，采用該方法進(jìn)行超低能耗建筑外置式門窗造價模擬的準(zhǔn)確度較高。

(a)工程1

(b)工程2圖3 超低能耗建筑外置式門窗造價模擬的最優(yōu)解集分布

迭代次數(shù)改進(jìn)方法傳統(tǒng)方法1000.9660.8732000.9850.8923000.9910.9024000.9940.911

4 結(jié)語

對超低能耗建筑外置式門窗進(jìn)行全壽命周期模擬，提高超低能耗建筑外置式門窗的造價控制能力，提出一種基于主成分博弈控制的超低能耗建筑外置式門窗全壽命造價模擬模型。采用全樣本面板數(shù)據(jù)分析方法進(jìn)行造價成本序列分析，利用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法進(jìn)行門窗全壽命造價統(tǒng)計序列的樣本回歸分析，提取門窗全壽命造價財務(wù)樣本的關(guān)聯(lián)規(guī)則特征量，采用定量遞歸分析方法進(jìn)行關(guān)聯(lián)規(guī)則的聚類處理，根據(jù)聚類分析結(jié)果結(jié)合分段樣本檢測方法進(jìn)行造價的線性預(yù)測，利用主成分博弈控制方法進(jìn)行預(yù)測過程的自適應(yīng)修正，提高工程造價預(yù)測模擬的準(zhǔn)確性。實證分析結(jié)果表明，采用該方法進(jìn)行超低能耗建筑外置式門窗全壽命造價預(yù)測的準(zhǔn)確度較高，置信度水平較好，對造價的模擬精度較好，實現(xiàn)了超低能耗建筑外置式門窗全壽命造價的預(yù)測。