基于灰色關(guān)聯(lián)模型的LSSVM在變電工程快速報(bào)價(jià)中的研究

黃沈海HUANG Shen-hai；金顯JIN Xian；馬婷婷MA Ting-ting；張黛妮ZHANG Dai-ni；竇金月DOU Jin-yue

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司嘉興供電公司，嘉興 314000）

0 引言

傳統(tǒng)的變電工程計(jì)價(jià)方法一般有兩種：一種是定額計(jì)價(jià)法，該方法通過(guò)計(jì)算項(xiàng)目工程量，然后根據(jù)定額查詢基價(jià)，與對(duì)應(yīng)的工程量相乘，計(jì)算得到直接工程費(fèi)，再以此為依據(jù)，得到措施費(fèi)、間接費(fèi)、利潤(rùn)、稅金，該方法經(jīng)過(guò)了幾十年的實(shí)踐，雖然有一定的科學(xué)性和實(shí)用性，但其“社會(huì)平均水平”的本質(zhì)，導(dǎo)致其計(jì)算結(jié)果的滯后性，且計(jì)算繁瑣，無(wú)法快速報(bào)價(jià)，降低投資效率；另一種是清單計(jì)價(jià)法，通過(guò)量?jī)r(jià)分離的方式，價(jià)格由市場(chǎng)確定，費(fèi)用由市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)決定，該計(jì)價(jià)方式雖提高了計(jì)價(jià)的準(zhǔn)確性，但是其流程復(fù)雜，管理成本較高，無(wú)法達(dá)到快速報(bào)價(jià)的目的。

為了能夠避免傳統(tǒng)變電工程計(jì)價(jià)方法的局限性，呂芳[1]利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在小樣本數(shù)據(jù)處理中的出色表現(xiàn)，提出了基于此模型的電網(wǎng)工程造價(jià)的預(yù)測(cè)。宋宗耘等[2]通過(guò)螢火蟲算法，對(duì)支持向量及模型進(jìn)行優(yōu)化處理，通過(guò)優(yōu)化的SVM對(duì)變電工程造價(jià)水平進(jìn)行預(yù)測(cè)。張宇晨等[3]針對(duì)初設(shè)階段變電工程造價(jià)指標(biāo)不充分，信息不完全的特點(diǎn)，提出了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型。丁艷等[4]通過(guò)對(duì)往期電網(wǎng)工程數(shù)據(jù)的收集整理，并選取影響電網(wǎng)工程造價(jià)的因素，采用回歸預(yù)測(cè)的方式，對(duì)電網(wǎng)工程造價(jià)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

但變電工程往往具有投資周期長(zhǎng)、投資資金大等特點(diǎn)，影響其整體造價(jià)的因素有很多，然而無(wú)法直接判斷各因素對(duì)變電工程造價(jià)的影響程度，進(jìn)而影響計(jì)價(jià)的準(zhǔn)確性，在實(shí)際的管理過(guò)程中，往往因決策導(dǎo)向不明造成超預(yù)支的情況，因此抓準(zhǔn)影響變電工程造價(jià)的主要因素，對(duì)其進(jìn)行著重的資金把控顯得尤為重要。趙維樹[5]通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)分析，將定性的問(wèn)題定量處理，確定了施工圖預(yù)算價(jià)和工料機(jī)信息價(jià)是影響工程造價(jià)的主要因素；方向[6]等通過(guò)粗糙集理論將影響變電工程的因素分為內(nèi)部和外部?jī)煞矫?，并結(jié)合問(wèn)卷調(diào)查，除去冗余因素，得到了主要因素。邢曉霞等[7]將影響變電工程造價(jià)的因素總結(jié)為規(guī)模因素、市場(chǎng)因素、外部因素、設(shè)計(jì)技術(shù)與建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)因素。陳德等[8]通過(guò)分析變電工程整個(gè)建設(shè)周期，構(gòu)建了面向大數(shù)據(jù)的電網(wǎng)工程造價(jià)數(shù)據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)架構(gòu)，并從工程概況，技術(shù)參數(shù)和工程費(fèi)用三方面入手，提出加強(qiáng)造價(jià)管控的有效措施。而張芮郗等[9]更是從宏觀經(jīng)濟(jì)角度，結(jié)合影響變電工程的綜合造價(jià)指數(shù)、價(jià)格指數(shù)、物量指數(shù)，以此尋求居民消費(fèi)價(jià)格指數(shù)、出廠價(jià)格指數(shù)與變電工程造價(jià)指數(shù)之間的關(guān)系。徐文慧等[10]則通過(guò)建立變電工程造價(jià)控制的評(píng)價(jià)體系，對(duì)影響變電工程造價(jià)的相關(guān)因素，采用粗糙集理論進(jìn)行權(quán)重賦值，以此得到各影響因素之間的重要性排序。

綜上所述，為了能夠提高變電工程在投資報(bào)價(jià)中的效率，同時(shí)又能抓住影響投資報(bào)價(jià)的主要因素，以此降低管理成本，簡(jiǎn)化流程，但又能加強(qiáng)管控，提高報(bào)價(jià)的準(zhǔn)確性，本文提出了基于灰色關(guān)聯(lián)模型的最小二乘支持向量機(jī)算法（LSSVM）在變電工程快速報(bào)價(jià)中的研究。

1 理論基礎(chǔ)

1.1 灰色關(guān)聯(lián)模型基本原理

灰色關(guān)聯(lián)[11-12]模型是建立在完全確定和完全否定之間的系統(tǒng)，即“某些信息能確定，某些信息不確定”，通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)，定量的確定因素之間的相關(guān)性程度，通過(guò)衡量各個(gè)比較序列對(duì)于同一目標(biāo)序列的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)大小，確定影響目標(biāo)序列的主次因素。

其中關(guān)聯(lián)系數(shù)可以表示為：

其中，x0j：目標(biāo)序列；

xij：比較序列；

ρ：分辨系數(shù)，取值范圍為（0，1）。

在實(shí)際的操作過(guò)程中，同一比較序列對(duì)應(yīng)目標(biāo)序列會(huì)有N個(gè)關(guān)聯(lián)系數(shù)，為了方便比較，取其平均值作為兩序列的關(guān)聯(lián)度：

1.2 最小二次支持向量機(jī)（LSSVM）基本原理

最小二乘法支持向量機(jī)[13-14]是目前較為成熟的人工智能算法，該算法從支持向量機(jī)的基礎(chǔ)上演化而來(lái)，該算法的特點(diǎn)在于利用核函數(shù)解決非線性問(wèn)題和決策依據(jù)少數(shù)支持向量，在一定的程度上能增加計(jì)算速度和預(yù)測(cè)精度，但仍然面臨著當(dāng)變量復(fù)雜、繁多的情況下的“維數(shù)災(zāi)難”問(wèn)題。

式（4）所示的規(guī)劃方程式，以此來(lái)解決最小二次支持向量機(jī)的求解：

通過(guò)對(duì)最小二次支持向量記得公式轉(zhuǎn)換可以得到以下公式：

其中，σ和c是核函數(shù)的核參數(shù)，通過(guò)尋找適當(dāng)?shù)膮?shù)σ和c以解決最小二乘法支持向量機(jī)的規(guī)劃求解問(wèn)題。

2 實(shí)例分析

2.1 原始數(shù)據(jù)選取

變電工程造價(jià)制應(yīng)該是貫穿建設(shè)全過(guò)程的，但是在這個(gè)過(guò)程中，對(duì)變電工程的影響最大的階段是可行性研究階段，該階段投資決策過(guò)程將會(huì)影響工程造價(jià)的可能性在95%-100%，是否能快速且準(zhǔn)確的給出變電工程報(bào)價(jià)，是至關(guān)重要的，因此本文中選取可行性研究階段的變電工程造價(jià)相關(guān)數(shù)據(jù)。

由于影響變電工程造價(jià)的因素具有復(fù)雜性、多樣性等特點(diǎn)，如果考慮所有的影響因素不僅耗時(shí)耗力，也會(huì)降低變電工程造價(jià)的預(yù)測(cè)精度。因此，根據(jù)變電工程建設(shè)的實(shí)際情況和參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究，最終確定變電站容量、主接地網(wǎng)長(zhǎng)度、開(kāi)關(guān)柜數(shù)量、電纜長(zhǎng)度、圍墻內(nèi)占地面積、建筑面積、站址土石方量、征地費(fèi)用、工期等9個(gè)相關(guān)影響因素進(jìn)行著重分析。

整理2017-2018年浙江省某市110kV-220kV新建變電工程的相關(guān)資料，得到15個(gè)該地區(qū)的變電工程概況數(shù)據(jù)，并選取其中的10組項(xiàng)目作為訓(xùn)練樣本，5組項(xiàng)目作為預(yù)測(cè)樣本。該灰色關(guān)聯(lián)度模型的數(shù)據(jù)可以表示為X=（x0，x1，…，x9）T，其中，x0為造價(jià)總費(fèi)用，x1為變電站容量，x2為主接地網(wǎng)長(zhǎng)度，x3為開(kāi)關(guān)柜數(shù)量，x4電纜長(zhǎng)度，x5為圍墻內(nèi)占地面積，x6為建筑面積，x7站址土石方量，x8為征地費(fèi)用，x9為工期。

2.2 數(shù)據(jù)處理

由于在變電工程中，影響造價(jià)的因素相互之間的量級(jí)和單位取值不同，同時(shí)為了能避免個(gè)別指標(biāo)取值范圍大的情況，而使得整個(gè)預(yù)測(cè)過(guò)程中所占權(quán)重過(guò)大，直接導(dǎo)致預(yù)測(cè)結(jié)果的不可靠或片面性，本文需要對(duì)變電工程數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理，使得所有的指標(biāo)值都在[0，1]的范圍內(nèi)，本文采用的是極大值標(biāo)準(zhǔn)化變換，如公式（7）所示：

其中，λij量鋼化之后的比較序列。

經(jīng)過(guò)無(wú)量綱化處理之后，如表1所示。

表1 經(jīng)過(guò)無(wú)量綱化處理的數(shù)據(jù)

將經(jīng)過(guò)無(wú)量綱化處理的數(shù)據(jù)帶入公式（1）和（2），可以得到各個(gè)影響因素與造價(jià)總費(fèi)用之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)均值，如表2所示。

表2 各因素關(guān)聯(lián)系數(shù)均值及排序

由此可知變電站容量影響變電工程造價(jià)最主要的因素是變電站的容量，在實(shí)際的建設(shè)過(guò)程中也印證了這一點(diǎn)，在可研階段確定變電站容量就能確定電壓等級(jí)，進(jìn)出線回?cái)?shù)等各方面的參數(shù)也相繼確定，進(jìn)而對(duì)變電工程造價(jià)的影響也較大。建筑面積、電纜長(zhǎng)度、主接地網(wǎng)長(zhǎng)度分列2、3、4位，因此在考慮影響變電工程造價(jià)影響因素時(shí)，也應(yīng)著重考慮。

表3 誤差比較

通過(guò)表3，我們能清楚的看到，通過(guò)基于灰色關(guān)聯(lián)模型處理的LSSVM預(yù)測(cè)結(jié)果中，預(yù)測(cè)結(jié)果與期望輸出結(jié)果的相對(duì)誤差控制在10%以內(nèi)，即符合可行性研究階段對(duì)于投資估算的要求，同時(shí)值得注意的是有4組數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差控制在5%以內(nèi)，并且其平均絕對(duì)誤差只有3.44%。反觀直接采用LSSVM模型對(duì)變電工程造價(jià)費(fèi)用進(jìn)行預(yù)測(cè)的結(jié)果，可以明顯的發(fā)現(xiàn)，其平均絕對(duì)誤差為11.75%，并且其中的兩組數(shù)據(jù)誤差遠(yuǎn)超可研投資估算誤差。

因此，不難看出基于灰色關(guān)聯(lián)模型的LSSVM在變電工程快速報(bào)價(jià)中的具有較高的預(yù)測(cè)精度，且基于灰色關(guān)聯(lián)模型的LSSVM模型，所預(yù)算的變電工程造價(jià)的結(jié)果平穩(wěn)性更好，相較于僅通過(guò)LSSVM模型，其預(yù)測(cè)結(jié)果的極差降低62%，故預(yù)測(cè)結(jié)果具有可靠的實(shí)用性。

3 總結(jié)

本文通過(guò)大量的文獻(xiàn)資料研究和管理者的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，確定了變電站容量、主接地網(wǎng)長(zhǎng)度、開(kāi)關(guān)柜數(shù)量、電纜長(zhǎng)度、圍墻內(nèi)占地面積、建筑面積、站址土石方量、征地費(fèi)用、工期為變電工程造價(jià)的影響因素，并提出了采用灰色管理模型定量的對(duì)影響因素進(jìn)行關(guān)聯(lián)程度大小確定，并選取了關(guān)聯(lián)程度較大的影響因素：變電站容量、主接地網(wǎng)長(zhǎng)度、電纜長(zhǎng)度、建筑面積作為L(zhǎng)SSVM模型輸入變量的維度進(jìn)行變電工程造價(jià)的預(yù)測(cè)，結(jié)果表明該模型具有較高的預(yù)測(cè)精度，在實(shí)際的變電工程快速報(bào)價(jià)中有一定的實(shí)用性，具體表現(xiàn)在兩方面：①用戶工程方面，通過(guò)可靠、精確的電網(wǎng)變電工程快速報(bào)價(jià)模型，能夠減少傳統(tǒng)造價(jià)計(jì)算時(shí)間冗長(zhǎng)，需要大量的設(shè)計(jì)文件資料，降低了用戶工程可研階段的電力獲得感，增強(qiáng)了電網(wǎng)公司服務(wù)效率，優(yōu)化電力營(yíng)商環(huán)境；②系統(tǒng)工程方面，該快速報(bào)價(jià)模型能夠?qū)ο到y(tǒng)工程編制完概預(yù)算文件后，進(jìn)行快速精準(zhǔn)的校核，對(duì)于傳統(tǒng)編制概預(yù)算結(jié)果和快速預(yù)測(cè)結(jié)果相差較大的文件，可以進(jìn)行深入的分部分項(xiàng)分析，針對(duì)性的提升傳統(tǒng)概算編制的校核效率。