基于粒子群與遺傳混合優(yōu)化算法的輸變電工程全過程造價(jià)管理數(shù)據(jù)處理

葉 青，劉曉蒙

(國網(wǎng)上海市電力公司金山供電公司，上海 200540)

在經(jīng)濟(jì)全球化的時(shí)代背景下，輸變電工程的建設(shè)規(guī)模不斷增加，輸變電外線工程所涉及的線路跨越地域廣闊，為滿足建設(shè)“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”要求的，對(duì)電氣裝備和設(shè)備技術(shù)水平的要求提高，導(dǎo)致輸變電工程的建設(shè)成本不斷增加，使得技經(jīng)人員在每年對(duì)輸變電工程進(jìn)行造價(jià)分析時(shí)，需要分析處理的工程造價(jià)數(shù)據(jù)量增大。由此可見，傳統(tǒng)的輸變電工程造價(jià)管理方式已無法適應(yīng)電力行業(yè)信息化、智能化、專業(yè)化的發(fā)展趨勢(shì)，需要應(yīng)用數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)處理等信息化處理技術(shù)，構(gòu)建輸變電工程造價(jià)管理“大數(shù)據(jù)”處理平臺(tái)，以更精準(zhǔn)、更科學(xué)的方式，分析輸變電工程全過程造價(jià)管理的短板，為工程造價(jià)管理人員提供有價(jià)值的輸變電工程造價(jià)管理的決策建議。

1 輸變電工程全過程造價(jià)管理關(guān)鍵指標(biāo)

1.1 輸變電工程全過程造價(jià)管理流程劃分

輸變電工程全過程造價(jià)管理流程一般分為可研階段、初步設(shè)計(jì)階段、施工階段、工程結(jié)算階段、工程決算階段5個(gè)階段。輸變電工程建設(shè)規(guī)模較大，所涉及投資金額大多在億元以上，設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、施工單位極有可能通過招標(biāo)環(huán)節(jié)才能確定。因此，本文將輸變電工程全過程造價(jià)管理流程細(xì)化為8個(gè)階段(見圖1)：可研階段、初步設(shè)計(jì)階段、施工圖設(shè)計(jì)階段、招投標(biāo)階段、合同管理階段、施工階段、工程結(jié)算階段、工程決算階。

輸變電工程各個(gè)階段造價(jià)管理目標(biāo)如下。

(1)可研階段。根據(jù)國家能源局頒布的《輸變電工程可行性研究內(nèi)容深度規(guī)定》[1]文件的要求，輸變電工程可研報(bào)告應(yīng)在電網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)上，對(duì)項(xiàng)目建設(shè)的必要性、系統(tǒng)方案、建設(shè)規(guī)模等進(jìn)行充分論證分析，出具輸變電工程可行性研究報(bào)告和項(xiàng)目投資估算書。

(2)初步設(shè)計(jì)階段。根據(jù)文獻(xiàn)[2]對(duì)國網(wǎng)公司《輸變電工程初步設(shè)計(jì)內(nèi)容深度》解讀可了解到：初設(shè)文件應(yīng)在已批復(fù)的可行性研究報(bào)告和設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料的基礎(chǔ)上，應(yīng)用通用設(shè)計(jì)、通用設(shè)備、通用造價(jià)、標(biāo)準(zhǔn)工藝，對(duì)工程建設(shè)規(guī)模、設(shè)計(jì)范圍、站址概況、主要技術(shù)方案等描述清晰準(zhǔn)確，并出具初步設(shè)計(jì)圖紙及概算文件等。

(3)施工圖設(shè)計(jì)階段。施工圖設(shè)計(jì)文件是依據(jù)批準(zhǔn)的初設(shè)文件、初設(shè)評(píng)審意見、設(shè)備訂貨資料等設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料編寫的，能正確指導(dǎo)施工、方便竣工驗(yàn)收、保證運(yùn)行檔案正確齊全，并滿足設(shè)備材料招標(biāo)、施工招標(biāo)、業(yè)主單位工程管理、項(xiàng)目施工和竣工結(jié)算要求的文件，主要包括施工圖紙和施工圖預(yù)算書[3]。

(4)招投標(biāo)階段。輸變電工程投資金額較大，通常采用公開招標(biāo)的形式確定承包方。在招投標(biāo)階段，招投標(biāo)文件范圍、工程量清單的確定等都是影響招標(biāo)結(jié)果的重要因素。

(5)合同管理階段。通過公開招標(biāo)方式確定中標(biāo)的承包方后，須與承包方就工程承包范圍、合同約定工期、工程安全質(zhì)量要求、工程款支付方式等關(guān)于發(fā)、承包雙方權(quán)利和義務(wù)簽訂施工合同，保障工程施工的合法性[4]。

(6)施工階段。在工程施工階段，除了確保工程安全施工、保障施工進(jìn)度之外，有可能會(huì)遇到當(dāng)?shù)卣岢龈邍鷵醢踩┕ぃ┕ず笸瓿陕访?、綠化修復(fù)等工作要求；或其他影響工程施工的狀況出現(xiàn)，例如施工路徑下存在其他單位的地下管線影響施工，這些都導(dǎo)致設(shè)計(jì)變更和現(xiàn)場(chǎng)簽證的出現(xiàn)以及工程造價(jià)成本提高。

(7)工程結(jié)算階段。根據(jù)國網(wǎng)公司最新要求，輸變電工程結(jié)算分為分部結(jié)算與工程竣工結(jié)算。分部結(jié)算是在單項(xiàng)工程完工后進(jìn)行的結(jié)算，在施工過程中，有效優(yōu)化工程施工組織、設(shè)計(jì)、施工方案、提前避免設(shè)計(jì)變更和現(xiàn)場(chǎng)簽證的發(fā)生，有效控制工程造價(jià)[5]。工程竣工結(jié)算是依據(jù)合同約定對(duì)工程建設(shè)全過程中設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工、技術(shù)服務(wù)等工程費(fèi)用的全口徑結(jié)算。

(8)工程決算階段。工程結(jié)算完成之后，由審計(jì)咨詢公司依據(jù)工程建設(shè)資料將工程建設(shè)所涉及的資金轉(zhuǎn)化成固定資產(chǎn)，并移交給設(shè)備運(yùn)維部門進(jìn)行后期設(shè)備維護(hù)工作[6]。

圖1 輸變電工程全過程造價(jià)管理流程

1.2 輸變電工程全過程造價(jià)管理關(guān)鍵指標(biāo)

根據(jù)輸變電工程全過程造價(jià)管理的8個(gè)階段，綜合使用專家打分法和流程圖法深入分析輸變電工程全過程造價(jià)管理各個(gè)階段可能存在的造價(jià)管理風(fēng)險(xiǎn)因素，即全過程造價(jià)管理關(guān)鍵指標(biāo)[7-12]，見表1。

表1 輸變電工程全過程造價(jià)管理關(guān)鍵指標(biāo)因素清單表

2 基于隸屬函數(shù)對(duì)關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)

2.1 隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)法

為使綜合評(píng)估過程的計(jì)算量和復(fù)雜性大大降低，同時(shí)保證評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性和可信度，將每一評(píng)估指標(biāo)分為5個(gè)等級(jí)，即：V={很差，較差，合格，良好，優(yōu)質(zhì) }。三角形—梯形分布隸屬函數(shù)示意圖如圖2所示，0

圖2 三角形—梯形分布隸屬函數(shù)示意圖

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

等級(jí)1↓等級(jí)2↓等級(jí)n↓指標(biāo)1指標(biāo)2?指標(biāo)m→→→r11r12…r1nr21r22…r2n??…rm1rm2…rmn(6)

2.2 合成全過程造價(jià)管理關(guān)鍵指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

2.2.1 序關(guān)系分析法確定指標(biāo)權(quán)重

為簡(jiǎn)化標(biāo)準(zhǔn)層次分析法判斷矩陣一致性檢驗(yàn)過程，序關(guān)系法原理及權(quán)重計(jì)算步驟如下。

(1)根據(jù)圖2，請(qǐng)相關(guān)專家給出同一層次指標(biāo)對(duì)上一層次重要性程度確定序關(guān)系。若有指標(biāo)u1，u2，K，uk和n位專家，第i位專家給出的序關(guān)系可記為：uiuj…uk。

(2)令rik為第i位專家關(guān)于相鄰指標(biāo)uk-1與uk的相對(duì)重要程度：rik=ωk-1/ωk，其取值見圖3。

圖3 比例標(biāo)度圖

(3)第k個(gè)指標(biāo)的權(quán)重ωk的計(jì)算公式如下：

(7)

ωk-1=rkωk，(k=2,3,K,…,m)

(8)

2.2.2 合成全過程造價(jià)管理關(guān)鍵指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

將隸屬度矩陣R與權(quán)重向量W相乘，得到模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量B。根據(jù)最大隸屬度原則可獲得輸變電工程全過程造價(jià)管理關(guān)鍵指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，即

B=W·R

(9)

3 基于粒子群與遺傳混合優(yōu)化算法(PSO-GA)搭建輸變電工程全過程造價(jià)管理數(shù)據(jù)處理平臺(tái)

輸變電工程全過程造價(jià)分析涉及的數(shù)據(jù)種類繁多[14]，在對(duì)如此復(fù)雜的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，引入先進(jìn)的計(jì)算機(jī)粒子群算法(PSO)和遺傳算(GA)法對(duì)輸變電工程全過程造價(jià)管理數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取出造價(jià)分析中的有效數(shù)據(jù)，剔除無效和冗余數(shù)據(jù)，不僅能夠提高數(shù)據(jù)處理效率，同時(shí)也能提高輸變電工程造價(jià)分析工作的準(zhǔn)確度。

3.1 PSO-GA概述

是模擬鳥類飛行覓食行為，通過鳥群個(gè)體協(xié)作使群體得到最優(yōu)解，具有計(jì)算簡(jiǎn)單、收斂快、魯棒性好的特點(diǎn)；GA是通過模擬自然進(jìn)化過程來搜索最優(yōu)解，其特點(diǎn)是直接對(duì)結(jié)構(gòu)對(duì)象進(jìn)行操作[15]。

PSO-GA的主要原理是將粒子群算法引入到遺傳算法中，用粒子群算法構(gòu)建遺傳算法中的變異算子，破壞染色體在變異時(shí)的隨機(jī)性而隨著以往信息進(jìn)行有向變異，保證了子代的優(yōu)良性，使種群快速良性發(fā)展。

(10)

(11)

式(10)通過權(quán)重因子c1，c2和隨機(jī)數(shù)γ1，γ2以及信息反饋、xmax,i和Xmax預(yù)測(cè)了變異的幅度和方向；式(11)描述了變異操作的具體實(shí)施過程。

3.2 PSO-GA數(shù)據(jù)處理流程

(1)初始群體的生成及參數(shù)編碼。先將多個(gè)輸變電工程造價(jià)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，然后等分參數(shù)的限值區(qū)間產(chǎn)生初始群體，最后對(duì)參數(shù)進(jìn)行二進(jìn)制編碼。設(shè)待修正參數(shù)Ari的變化范圍是[Amin，Amax]，參數(shù)Asi的二進(jìn)制數(shù)為b，則

(12)

將所有待修正參數(shù)Ar1，Ar2，…，Arm的二進(jìn)制編碼聯(lián)結(jié)成二進(jìn)制串p，若有m-k個(gè)待辨識(shí)參數(shù)，每個(gè)參數(shù)的二進(jìn)制編碼均為q位，則二進(jìn)制串p共有(m-k)q位。

(2)適應(yīng)度函數(shù)的建立，即個(gè)體適應(yīng)度f：

f=C/[D+f(e)]

(13)

式中C，D——比例系數(shù)和非零的調(diào)節(jié)參數(shù)，用于調(diào)節(jié)適應(yīng)度值。

由式(13)可知，誤差函數(shù)f(e)的值越小，適應(yīng)度f的值越大，該個(gè)體被保留的概率越大；反之，則該個(gè)體將被淘汰。

(3)確定遺傳算子。采用無放回的隨機(jī)余數(shù)選擇法和“精英保留”相結(jié)合的選擇方式：為改變算法的收斂速度，以每次迭代的最優(yōu)個(gè)體和現(xiàn)存的最優(yōu)個(gè)體替換每代中適應(yīng)度最差的個(gè)體；為避免父代中適應(yīng)度最優(yōu)的個(gè)體在選擇、交叉和變異的過程中丟失，在算法執(zhí)行過程中將父代中的最優(yōu)個(gè)體保存下來直接復(fù)制，而不進(jìn)行交叉和變異操作。

為提高算法的時(shí)間效率，提出自適應(yīng)交叉率，其公式如下：

(14)

式中Pc1，Pc2——值的大小可依據(jù)隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)模型的造價(jià)管理關(guān)鍵指標(biāo)的綜合評(píng)估結(jié)果進(jìn)行設(shè)定；fmax——每代群體中的最大適應(yīng)度值；favg——平均適應(yīng)度值；f′——待交叉?zhèn)€體中適應(yīng)度的較大值。

(4)迭代終止。

3.3 PSO-GA造價(jià)分析數(shù)據(jù)處理算例

在對(duì)輸變電工程造價(jià)分析數(shù)據(jù)基于PSO-GA進(jìn)行數(shù)據(jù)處理前，首先應(yīng)建立輸變電工程造價(jià)分析數(shù)據(jù)資源庫(見圖4)，并對(duì)其進(jìn)行分類。一般情況下，輸變電工程造價(jià)分析數(shù)據(jù)庫資源可分為3類，即工程造價(jià)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(工程造價(jià)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫又包含工程概況基本數(shù)據(jù)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)數(shù)據(jù)以及工程各項(xiàng)費(fèi)用明細(xì)數(shù)據(jù))、物資市場(chǎng)價(jià)格數(shù)據(jù)庫、定額標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫。

圖4 輸變電工程造價(jià)分析數(shù)據(jù)資源庫

以某省2018年共計(jì)15個(gè)110 kV輸變電工程的造價(jià)分析數(shù)據(jù)為例，并選取該省10組造價(jià)分析數(shù)據(jù)作為PSO-GA的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，其余5組造價(jià)分析數(shù)據(jù)用以驗(yàn)證PSO-GA的準(zhǔn)確性，輸變電工程造價(jià)分析樣本數(shù)據(jù)見表2。

表2 輸變電工程造價(jià)分析樣本數(shù)據(jù)

依據(jù)PSO-GA原理，將表2數(shù)據(jù)作為算法的初始群體進(jìn)行編碼前，需將其還原至工程的各個(gè)階段內(nèi)，以利用造價(jià)管理關(guān)鍵指標(biāo)的綜合評(píng)估結(jié)果，在算法交叉、變異過程中選擇適合的Pc1，Pc2值以求取最大適應(yīng)度值fmax和平均適應(yīng)度值favg。PSO-GA數(shù)據(jù)處理流程圖如圖5所示。

圖5 PSO-GA數(shù)據(jù)處理流程圖

在PSO-GA的運(yùn)算過程中，應(yīng)對(duì)輸變電工程造價(jià)分析的各類進(jìn)行歸一化處理，以消除數(shù)據(jù)間數(shù)量級(jí)的差別。通過10組輸變電工程造價(jià)分析數(shù)據(jù)PSO-GA的訓(xùn)練，完成了對(duì)PSO-GA關(guān)鍵環(huán)節(jié)參數(shù)的修正工作，最后用訓(xùn)練完成的PSO-GA對(duì)剩余5組輸變電工程的單位容量造價(jià)進(jìn)行測(cè)試以檢驗(yàn)算法的精度。經(jīng)過計(jì)算，基于PSO-GA輸變電工程造價(jià)的計(jì)算值與實(shí)際值對(duì)比見表3。

表3 計(jì)算值與實(shí)際值對(duì)比表

通過算例可證明，PSO-GA對(duì)輸變電工程造價(jià)分析數(shù)據(jù)的處理是有效的，基于PSO-GA的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際工程結(jié)算的偏差在6%之內(nèi)。因此，應(yīng)用基于PSO-GA對(duì)輸變電工程全過程造價(jià)管理數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理分析，可極大提高輸變電工程造價(jià)分析的時(shí)效性和準(zhǔn)確性。

4 結(jié)語

在經(jīng)濟(jì)全球化的時(shí)代背景下，信息技術(shù)不斷發(fā)展，為適應(yīng)國網(wǎng)公司“三型兩網(wǎng)、世界一流”的戰(zhàn)略目標(biāo)，電網(wǎng)的建設(shè)規(guī)模也逐步加大，輸變電工程全過程造價(jià)管理數(shù)據(jù)量不斷增多[16]。為提高國網(wǎng)年度輸變電工程造價(jià)分析數(shù)據(jù)結(jié)果的準(zhǔn)確性，急需應(yīng)用現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)算法和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，從海量數(shù)據(jù)中抽取有價(jià)值的造價(jià)數(shù)據(jù)，剔除無效和冗余數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)處理效率和準(zhǔn)確性。通過分析影響輸變電工程各個(gè)階段工程造價(jià)成本的關(guān)鍵指標(biāo)因素，基于隸屬函數(shù)方法對(duì)輸變電工程全過程造價(jià)管理的關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)；基于PSO-GA對(duì)輸變電工程全過程造價(jià)管理數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理分析，大大提高了輸變電工程造價(jià)分析的時(shí)效性和準(zhǔn)確性。