基于多層感知器住宅工程造價預(yù)測研究

湯青慧 李盼盼李雙雙

摘要：住宅工程的投資費(fèi)用影響著工程決策、投資經(jīng)濟(jì)效益等多方面，設(shè)計(jì)方案的選擇影響著工程全生命期造價。本文針對山東省濰坊市4個縣市區(qū)的24個工程案例，采用MLP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模型構(gòu)建，確定了16個影響造價的主要因素作為網(wǎng)絡(luò)輸入變量，并對輸入?yún)?shù)進(jìn)行歸一化處理，其中20組作為訓(xùn)練樣本，4組作為檢驗(yàn)樣本，對建筑工程項(xiàng)目造價進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測。經(jīng)檢驗(yàn)，基于MLP模型進(jìn)行住宅工程造價估算，其預(yù)測精度符合工程投資估算標(biāo)準(zhǔn)要求。

Abstract： The investment cost of residential projects affects many aspects such as engineering decision-making and investment economic benefits. The choice of design scheme affects the whole life-cycle cost of the project. In this paper， based on 24 engineering cases in 4 counties and cities of Weifang City， Shandong Province， MLP neural network was used to construct the model， and 16 main factors affecting the cost were determined as network input variables， and the input parameters were normalized. 20 groups were used as training samples， and 4 groups were used as test samples to accurately predict the cost of construction projects. After inspection， the MRP model is used to estimate the cost of residential construction， and its prediction accuracy meets the requirements of engineering investment estimation standards.

關(guān)鍵詞：住宅工程;MLP模型;造價預(yù)測

Key words： housing project;MLP model;cost prediction

中圖分類號：TU723.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）14-0001-04

0 ?引言

住宅工程項(xiàng)目建設(shè)需要進(jìn)行策劃決策、建設(shè)實(shí)施至竣工驗(yàn)收等一系列活動，其中設(shè)計(jì)階段是有效降低工程造價的重要環(huán)節(jié)，對工程造價合理有效的控制可為投資者獲取項(xiàng)目利益最大化，而工程造價指數(shù)能夠有效的控制造價水平，提高投資收益。

從投資者的角度來看，住宅工程造價就是工程項(xiàng)目預(yù)期開支或?qū)嶋H開支的全部固定資產(chǎn)投資費(fèi)用，同時，工程造價也是投資者作為市場供給主體出售工程項(xiàng)目時確定價格和衡量投資效益的尺度[1]。近年來，國內(nèi)外對工程造價估算模型的研究主要運(yùn)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色關(guān)聯(lián)分析、模糊數(shù)學(xué)、多元線性回歸、案列推理等方法[2]。申建紅等針對傳統(tǒng)方法預(yù)測精度低和樣本需求量大等缺陷，構(gòu)建了基于最小二乘支持向量機(jī)的預(yù)測模型，但支持向量機(jī)核函數(shù)較難確定，且核函數(shù)以后，在求解問題分類時需要大量的存儲空間[3];于靖等根據(jù)模糊數(shù)學(xué)方法計(jì)算擬建工程各特征函數(shù)的隸屬度函數(shù)和貼近度，并計(jì)算出擬建工程的造價，此種方法需對模糊信息進(jìn)行判斷，并將工程進(jìn)行相似度轉(zhuǎn)化，難以確定與已建工程的貼近度[4];何敏宜通過案例推理研究結(jié)果整合運(yùn)用，將案例的方法在工程造價方面應(yīng)用，但具有相同特點(diǎn)的案例較為難收集[5]。尹曉媛等建立單位面積投資與各單項(xiàng)工程投資之間的多元回歸模型，并對該模型進(jìn)行檢驗(yàn)及實(shí)例驗(yàn)證分析[6]，然而多元線性回歸對于工程造價非線性求解具有局限性且樣本需求量大?；诖?，本文采用MLP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法構(gòu)建模型，將選取指標(biāo)作為工程造價預(yù)測模型的輸入集，進(jìn)行住宅工程項(xiàng)目造價預(yù)測。

1 ?住宅工程造價特征指標(biāo)選取

根據(jù)建筑工程造價的含義可以將工程造價分為建設(shè)投資和建設(shè)期利息兩部分，建設(shè)投資又包括工程費(fèi)用、工程建設(shè)其他費(fèi)用以及預(yù)備費(fèi)[1]，本文主要考慮項(xiàng)目立項(xiàng)以及設(shè)計(jì)階段的工程造價費(fèi)用，因而未考慮建設(shè)期利息部分。在項(xiàng)目立項(xiàng)以及設(shè)計(jì)階段，建設(shè)用地費(fèi)用基本確定，然而建筑工程的相關(guān)信息相對較少，往往只能通過初步確定的項(xiàng)目類型、工程結(jié)構(gòu)等項(xiàng)目參數(shù)以及以往工程項(xiàng)目信息價格對工程造價進(jìn)行估算。

建筑安裝工程費(fèi)可按造價形成劃分，也可按照費(fèi)用構(gòu)成劃分。按照造價形成劃分，可以劃分為分部分項(xiàng)工程費(fèi)、措施項(xiàng)目費(fèi)、其他項(xiàng)目費(fèi)以及規(guī)費(fèi)稅金。也就是說，其自身的設(shè)計(jì)參數(shù)也是計(jì)算建筑工程造價的重要依據(jù)。傳統(tǒng)的工程造價是將建設(shè)項(xiàng)目中單項(xiàng)工程、單位工程為對象，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙按照相應(yīng)規(guī)范計(jì)算工程量套用定額，其精準(zhǔn)度較高，但工作量較大，所需時間較長。將傳統(tǒng)工程造價中的分部工程作為研究對象，通過計(jì)算26個案例中的分部工程費(fèi)用比例發(fā)現(xiàn)，其中五大分部工程費(fèi)用占總工程造價的95%左右：鋼筋及砼工程>施工技術(shù)措施費(fèi)>門窗及木結(jié)構(gòu)工程>屋面防水保溫及防腐工程>砌筑工程，結(jié)論說明鋼筋及砼工程對工程造價影響程度最大，其次是施工技術(shù)措施費(fèi)，第三是門窗工程和屋面防水保溫工程，最后是砌筑工程。鋼筋及砼工程主要是根據(jù)工程結(jié)構(gòu)類型不同得到的工程量也不同，因此可選取結(jié)構(gòu)類型作為鋼筋及砼工程的特征指標(biāo);施工技術(shù)措施費(fèi)多數(shù)是根據(jù)建筑面積計(jì)量的，因此建筑面積可對其良好反映;根據(jù)各分部分項(xiàng)工程特點(diǎn)，最終選擇結(jié)構(gòu)類型、基礎(chǔ)類型、基礎(chǔ)埋深、門窗面積、混凝土平米含量、地上建筑面積、地下建筑面積、地上層數(shù)、地下層數(shù)、地上平均層高、地下平均層高、檐高12個項(xiàng)目特征指標(biāo)。參考以往文獻(xiàn)，結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)類型往往作為定性指標(biāo)出現(xiàn)在造價估算中，本文根據(jù)案例進(jìn)行數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，不同基礎(chǔ)類型、結(jié)構(gòu)類型鋼筋及砌體墻平米含量不同：條形基礎(chǔ)鋼筋含量約為43kg/m2、獨(dú)立基礎(chǔ)鋼筋含量約為48kg/m2，筏板基礎(chǔ)鋼筋含量約為57kg/m2;磚混結(jié)構(gòu)砌體墻約為0.10m3/m2，剪力墻結(jié)構(gòu)砌體墻約為0.13m3/m2，框架結(jié)構(gòu)砌體墻約為0.17m3/m2，因此，將鋼筋每平米含量、砌體墻每平米含量分別作為基礎(chǔ)類型、結(jié)構(gòu)類型的依據(jù)，減少定性指標(biāo)數(shù)量，減少主觀影響。

按照費(fèi)用構(gòu)成要素劃分，可以劃分為人工費(fèi)、材料費(fèi)、施工機(jī)具使用費(fèi)、企業(yè)管理費(fèi)、利潤以及規(guī)費(fèi)稅金。通過計(jì)算本文選取的住宅案例的費(fèi)用比例發(fā)現(xiàn)，在各項(xiàng)費(fèi)用中，材料費(fèi)、人工費(fèi)、施工機(jī)具使用費(fèi)所占比例分別是64.12%、13.3%、1.9%，由此可見，材料費(fèi)的變化對工程費(fèi)用的影響較大，也會造成管理費(fèi)和利潤等費(fèi)用的變化，從而影響工程項(xiàng)目總造價。因此，主要材料的價格對控制工程造價顯得非常重要。通過計(jì)算案例中各主材費(fèi)用所占比例發(fā)現(xiàn)，鋼筋>商品混凝土>塑鋼窗>加氣混凝土塊>水泥，結(jié)論說明鋼筋對材料費(fèi)的影響程度最大，其次是商品混凝土。因此，選取鋼筋價格增長率、商品混凝土價格增長率作為影響工程造價的2個市場影響因素指標(biāo)。

此外，對本文選取的24個案例研究發(fā)現(xiàn)，建設(shè)地點(diǎn)以及工程類別的不同，對工程造價的影響也較大，因此選取建設(shè)地點(diǎn)以及工程類別作為2個外部環(huán)境影響因素指標(biāo)。本文選取的案例均處濰坊市，比較選取案例發(fā)現(xiàn)：建筑場地類別均為II類，建設(shè)地點(diǎn)的影響主要為該地經(jīng)濟(jì)水平的影響，將GDP指數(shù)作為經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可較好的反映當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)水平;項(xiàng)目工程類別可根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行分類。故將以上所有特征指標(biāo)匯總具體如表1所示。

2 ?MLP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

2.1 MLP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

多層感知器（Multilayer Perceptron，縮寫MLP）是一種前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，映射一組輸入向量到一組輸出向量。MLP可以被看作是一個有向圖，由多個的節(jié)點(diǎn)層所組成，每一層都全連接到下一層，每個節(jié)點(diǎn)都是一個帶有非線性激活函數(shù)的神經(jīng)元（或稱處理單元）。節(jié)點(diǎn)從外部或者其他節(jié)點(diǎn)接收輸入，經(jīng)作用函數(shù)計(jì)算輸出，基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。其實(shí)質(zhì)是通過大量樣本學(xué)習(xí)訓(xùn)練自我調(diào)整連接權(quán)值，模擬非線性輸入和輸出。

2.2 MLP網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建

MLP網(wǎng)絡(luò)模型算法核心思想是：通過前向通路（箭頭的方向）得到誤差，再把該誤差反向傳播實(shí)現(xiàn)權(quán)值w的修正。

MLP模型網(wǎng)絡(luò)初始權(quán)值是任意設(shè)置的，對每個輸入樣本p，網(wǎng)絡(luò)輸出與期望輸出的平方誤差為：

3.3 MLP模型測試

將A1～A20組案例作為訓(xùn)練樣本，用訓(xùn)練后的模型對A21～A24組案例進(jìn)行測試。根據(jù)上文確定的函數(shù)，利用SPSS20軟件多層感知器功能進(jìn)行訓(xùn)練與測試，測試樣本的預(yù)測結(jié)果如圖2所示。

4 ?結(jié)語

本文將影響住宅工程的16個主要影響因素作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入，采用MLP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建單位面積住宅工程造價預(yù)測模型，并利用梯度下降法進(jìn)行模型優(yōu)化，有效的減少迭代次數(shù)，提高學(xué)習(xí)效率和收斂速度，測試結(jié)果顯示相對誤差有效控制在±10%以內(nèi)，滿足工程投資估算精度要求。

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