動(dòng)態(tài)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在建設(shè)工程造價(jià)估算系統(tǒng)中的應(yīng)用

趙瑩

摘要：工程造價(jià)估算是順利實(shí)施建設(shè)工程項(xiàng)目管理的重要環(huán)節(jié)之一，工程造價(jià)估算系統(tǒng)是項(xiàng)目建筑方案比選、制定科學(xué)合理的建設(shè)工程投資決策及限額設(shè)計(jì)工作的重要依據(jù)。根據(jù)建設(shè)工程造價(jià)估算系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及面臨的問題，闡述了運(yùn)用相應(yīng)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)化工程造價(jià)估算系統(tǒng)的方案，完成了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工程造價(jià)估算系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，它能有效提高建設(shè)工程造價(jià)估算系精確度。

關(guān)鍵詞：建設(shè)工程;造價(jià)估算系統(tǒng);人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);估算模型

中圖分類號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

ApplicationofArtificialNeuralNetworkinConstructionEngineeringCostEstimationSystem

ZHAOYing

（CollegeofCommerce，ShanxiTechnicalCollegeofFinance&Economics，Xianyang712000，China）

Abstract：Projectcostestimationisoneoftheimportantlinksforthesmoothimplementationofconstructionprojectmanagement.Theprojectcostestimationsystemisanimportantbasisforprojectconstructionplancomparisonandselection，scientificandreasonableconstructionprojectinvestmentdecisionmakingandquotadesignwork.Thedevelopmentstatusoftheestimationsystemandtheproblemsitfacedareintroduced，thepaperexpoundstheplanofusingthecorrespondingartificialneuralnetworktechnologytooptimizetheengineeringcostestimationsystem，completesthedesignoftheengineeringcostestimationsystembasedontheartificialneuralnetwork.Thesystemeffectivelyimprovestheaccuracyoftheconstructionengineeringcostestimationsystem.

Keywords：constructionengineering;costestimationsystem;artificialneuralnetwork;estimationmodel

0引言

快速發(fā)展的建筑市場(chǎng)促使社會(huì)固定資產(chǎn)投資不斷增大，在建筑行業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的背景下，各建筑單位需要進(jìn)一步加強(qiáng)成本控制，傳統(tǒng)的建筑工程成本計(jì)算模式主要是在施工階段通過工廠材料替換、減少索賠等方式來對(duì)成本進(jìn)行管控，所起到的成本控制作用對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的影響較小。造價(jià)估算工程仍然是領(lǐng)域內(nèi)的研究重點(diǎn)之一，針對(duì)被動(dòng)的事后控制，可以通過建立高精度的工程造價(jià)估算系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)向主動(dòng)的事前控制的有效轉(zhuǎn)變，從而進(jìn)一步提高企業(yè)后續(xù)成本管控質(zhì)量。本研究主要對(duì)建筑工程造價(jià)估算系統(tǒng)的優(yōu)化路徑進(jìn)行了研究，使造價(jià)估算過程更加高效切實(shí)可行[1]。

1現(xiàn)狀分析

現(xiàn)階段企業(yè)的建設(shè)項(xiàng)目造價(jià)估算已成為建立動(dòng)態(tài)成本指標(biāo)管控體系的有效手段，為了促使建筑工程順利開展，科學(xué)合理的工程造價(jià)評(píng)估是關(guān)鍵，對(duì)工程項(xiàng)目的成本估計(jì)在工程建設(shè)的前期階段普遍難以科學(xué)有效的完成，項(xiàng)目成本結(jié)構(gòu)及具體開銷通常需隨著工程建設(shè)項(xiàng)目的不斷推進(jìn)才逐漸明晰。項(xiàng)目的前期階段對(duì)工程建設(shè)項(xiàng)目投資管理的影響程度最大，整體項(xiàng)目的決策及工程造價(jià)需以前期階段中的工程投資估算（可行性研究階段）作為控制依據(jù)，這就使建筑行業(yè)對(duì)簡(jiǎn)捷、實(shí)用、準(zhǔn)確的工程造價(jià)估算系統(tǒng)及估算方法的要求不斷提高。建筑行業(yè)的“三超”現(xiàn)象的長(zhǎng)期存在雖與建設(shè)全過程有關(guān)，但項(xiàng)目前期投資估算的準(zhǔn)確程度會(huì)產(chǎn)生更加重要的影響。目前建筑行業(yè)普遍存在對(duì)工程建設(shè)投資缺少動(dòng)態(tài)的全過程管理的問題，部分建設(shè)單位受到思想認(rèn)識(shí)誤區(qū)的限制而導(dǎo)致對(duì)工程前期造價(jià)管理的重視不足，相應(yīng)的造價(jià)管理規(guī)章制度不夠完善，對(duì)工作人員的工作職責(zé)劃分不明確，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)技術(shù)人員同其它工作人員因缺乏必要的工作協(xié)調(diào)過程而難以有效配合，降低了工程造價(jià)管理的積極性進(jìn)而造成前期工作不力;項(xiàng)目的前期工作的綜合性極強(qiáng)，對(duì)有關(guān)人員的綜合素質(zhì)要求較高（包括技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、管理等）。通過設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)建設(shè)工程造價(jià)估算系統(tǒng)能夠在降低人力成本的同時(shí)獲取更加專業(yè)準(zhǔn)確的估算結(jié)果，為建設(shè)工程的造價(jià)預(yù)測(cè)與決策提供有力的支撐[1]。

2人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用原理

2.1應(yīng)用原理

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要基于對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)理解的不斷加深，實(shí)現(xiàn)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原理、模型和應(yīng)用的深入研究，神經(jīng)系統(tǒng)由神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞構(gòu)成，在眾多神經(jīng)元的作用下最終形成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。針對(duì)神經(jīng)元模型，主要通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和神經(jīng)元特性的模擬兩方面進(jìn)行研究。模擬生物系統(tǒng)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的單元對(duì)應(yīng)神經(jīng)元、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)神經(jīng)元的連接方式，通過網(wǎng)絡(luò)單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接權(quán)的大小來決定人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的信息處理功能[2]。目前，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型已經(jīng)發(fā)展出不同的類型，其中許多類型在解決實(shí)際問題方面發(fā)揮了重要作用，BP模型（GrossbergCarpenter提出）主要針對(duì)感知機(jī)存在問題構(gòu)建的一種具有自組織能力的復(fù)雜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，能夠準(zhǔn)確識(shí)別復(fù)雜的環(huán)境，這些網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)方式、激活特性等都存在一定差異，可以根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本特征構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，將多神經(jīng)元進(jìn)行連接，通過輸入與輸出構(gòu)成相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)應(yīng)權(quán)值的神經(jīng)元間聯(lián)接強(qiáng)度取決于訓(xùn)練規(guī)則。目前關(guān)于建設(shè)工程造價(jià)估算體系方面的研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但傳統(tǒng)的回歸分析方法只能采用確定的函數(shù)形式進(jìn)行數(shù)據(jù)的擬合，導(dǎo)致確定模糊數(shù)學(xué)法隸屬函數(shù)的難度較大。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有適應(yīng)性強(qiáng)、精準(zhǔn)度高的特點(diǎn)，所展現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)能夠有效滿足建立工程造價(jià)估算系統(tǒng)的需求，并能夠從已完成的工程中動(dòng)態(tài)、自適應(yīng)的提取有用信息，進(jìn)一步提高預(yù)測(cè)質(zhì)量和效率[3]。

2.2動(dòng)態(tài)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

動(dòng)態(tài)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（DFNN）于其他神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)存在一定差異，DFNN可以表示連續(xù)的時(shí)間動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，由輸入層、模糊化層、規(guī)則層、歸一化層、遞歸層和輸出層6部分形成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可有效完成建設(shè)工程造價(jià)估算系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)控制及動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)過程。屬于動(dòng)態(tài)映射的動(dòng)態(tài)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有更強(qiáng)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)描述能力，（1）輸入層L1，輸入變量個(gè)數(shù)由n表示，該層主要負(fù)責(zé)向下一層傳遞由X（t）=（x1（t），x2（t），…，xn（t））Tt0

3基于動(dòng)態(tài)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)工程造價(jià)估算模型

3.1影響因素的確定方法

本研究通過采用動(dòng)態(tài)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這一人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完成建設(shè)工程造價(jià)估算模型框架體系的構(gòu)建，以建筑工程造價(jià)的主要影響因素為依據(jù)完成速算過程，通常一個(gè)工程項(xiàng)目的工程造價(jià)影響因素較多，將這些影響因素均作為變量會(huì)使計(jì)算量顯著增加，影響估算的精準(zhǔn)度。以廠房建筑為例，需對(duì)包含多個(gè)定量因素和定性因素的特征因素進(jìn)行考慮，包括總建筑面積、建筑樓層、檐高、柱距、門窗及地面類型、裝修標(biāo)準(zhǔn)、墻體材料等，會(huì)涉及眾多因素的影響，為避免分類過于籠統(tǒng)而導(dǎo)致異常估算結(jié)果的出現(xiàn)，需先對(duì)這些影響因素進(jìn)行細(xì)分類，過細(xì)的分類會(huì)增加工作量并導(dǎo)致在實(shí)際操作過程中難以找到訓(xùn)練樣本。此外建筑材料這一直接費(fèi)用會(huì)受到時(shí)間因素的影響，由于各種材料的市場(chǎng)價(jià)格會(huì)在不同時(shí)期發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，進(jìn)而對(duì)建筑工程的造價(jià)產(chǎn)生較大的影響，所以需要將材料的價(jià)格變動(dòng)列入到影響評(píng)估造價(jià)的主要因素，并在工程建設(shè)持續(xù)推進(jìn)過程中預(yù)測(cè)有關(guān)價(jià)格變化情況[5]。

3.2動(dòng)態(tài)模糊建設(shè)工程造價(jià)估算模型

本研究所構(gòu)建的工程造價(jià)估算系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

基于此的造價(jià)估算模型主要由輸入預(yù)處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和輸出處理三大模塊構(gòu)成，該模型的基本思路為：在現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，通過模糊數(shù)學(xué)方法的使用，實(shí)現(xiàn)對(duì)已知類似工程的描述，并以實(shí)際項(xiàng)目建設(shè)要求為依據(jù)，完成具體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的選擇，將已知建設(shè)工程的工程特征值進(jìn)行模糊化處理，將處理后的信息作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入值，網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)向量與已知的工程單方造價(jià)相對(duì)應(yīng)，估算工程單方造價(jià)的估算值的獲取通過接下來在經(jīng)訓(xùn)練的網(wǎng)絡(luò)中輸入估算工程特征值實(shí)現(xiàn)[6]。

4基于DFNN的造價(jià)估算的實(shí)現(xiàn)

4.1成本估算流程

建設(shè)工程造價(jià)估算流程如圖2所示。

在實(shí)際估算過程中需以建筑工程的結(jié)構(gòu)信息為依據(jù)完成功能特征信息的建立和提取，對(duì)系統(tǒng)中相關(guān)動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建立情況進(jìn)行驗(yàn)證，已完成建立則根據(jù)功能特征信息網(wǎng)絡(luò)完成相關(guān)成本的計(jì)算，不斷重復(fù)上述操作直至所有功能特征的造價(jià)均被建立并計(jì)算出來，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)工程總造價(jià)估算結(jié)果的獲取[7]。基于DFNN的建設(shè)工程造價(jià)估算平臺(tái)框架，如圖3所示。

其基本工作流程為：先通過執(zhí)行動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)過程實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能的有效提高，同時(shí)通過模糊規(guī)則庫的建立來提升模糊知識(shí)的處理能力，然后在經(jīng)訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中輸入相關(guān)工程信息實(shí)現(xiàn)最終的估算過程[8]。

4.2軟件開發(fā)方法

采用軟件對(duì)基于DFNN的建設(shè)工程造價(jià)估算系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)，具體采用VisualStudio作為開發(fā)平臺(tái)，主要通過使用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)和編程方法實(shí)現(xiàn)，開發(fā)語言選用了C#軟件，并基于提供DLL動(dòng)態(tài)鏈接數(shù)據(jù)庫及嵌入技術(shù)的NeuroSolutions平臺(tái)（包含OLE對(duì)象連結(jié)、豐富的視覺化類神經(jīng)組件）實(shí)現(xiàn)軟件開發(fā)，能夠?qū)崿F(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的連接與合成以及專業(yè)化應(yīng)用類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)仿真，有效兼顧了系統(tǒng)功能及人機(jī)界面的交互性，在無需另外開發(fā)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)在VisualStudio中對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的直接調(diào)用[9]。

5總結(jié)

本研究通過使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的動(dòng)態(tài)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)DFNN完成了一種建設(shè)工程造價(jià)估算方案的構(gòu)建，通過工料單價(jià)、費(fèi)率及相應(yīng)參數(shù)的綜合應(yīng)用實(shí)現(xiàn)對(duì)建設(shè)項(xiàng)目工程造價(jià)的有效測(cè)算。能夠以問題的特征因素的隸屬度描述（由決策者給出）為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)案例的自動(dòng)相似匹配與回取，同時(shí)通過不斷補(bǔ)充和更新案例庫，有效提升實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度，進(jìn)一步滿足市場(chǎng)發(fā)展的需求，使投資立項(xiàng)階段的造價(jià)估算問題得以有效解決。

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（收稿日期：2020.02.21）