BP網(wǎng)絡(luò)優(yōu)選模型在水利工程績效管理評估中的應(yīng)用

李淑霞

(遼寧省觀音閣水庫管理局有限責(zé)任公司，遼寧 本溪 117100)

水利工程管理控制系統(tǒng)的核心內(nèi)容是綜合多種因素進(jìn)行績效管理評估，不僅是檢驗施工企業(yè)價值判斷的主要方法，而是企業(yè)進(jìn)行計劃實施和戰(zhàn)略發(fā)展的重要手段。據(jù)此，對水利工程的管理績效進(jìn)行測評、保證和完善已成為當(dāng)前水利工程項目研究的熱點和主要方向。閆文周等基于工期、費用、質(zhì)量、安全四大要素構(gòu)建了用于綜合體項目的管理績效模型；周巍等對工程項目評價體系中的財務(wù)、社會經(jīng)濟(jì)以及環(huán)境等方面開展研究分析[1]。然而，對實際工程的績效評估是一個多層次、多維度的管理和分析，傳統(tǒng)的評估方法主要是依靠單項要素的線性分析法，此方法簡單易行往往采用“降維”或簡化的方法對問題進(jìn)行處理，并對各評價指標(biāo)間的非線性復(fù)雜作用關(guān)系不能準(zhǔn)確表征，其評價結(jié)果的精度通常不能滿足工程項目的管理決策相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法相對于傳統(tǒng)的績效評價方法，具有較強(qiáng)的聯(lián)想能力和適應(yīng)能力，神經(jīng)處理器對于特殊樣本可通過聯(lián)想、極易等對系統(tǒng)進(jìn)行合適的控制輸出，其計算精度有明顯的改善和提高[2]。據(jù)此，本文通過將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊優(yōu)化理論向結(jié)合，在參數(shù)訓(xùn)練過程中利用BP網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí)特征不斷的對指標(biāo)權(quán)值進(jìn)行修正，并使得模型的計算輸出逐漸逼近所期望的輸出，以期構(gòu)建可靠性和適用性更強(qiáng)的工程建設(shè)管理績效優(yōu)劣的評價模型[3]。

1 水利工程績效管理評估體系的構(gòu)建

建設(shè)周期長、施工環(huán)境惡劣和技術(shù)復(fù)雜等是水利工程建設(shè)的主要特點，同時還需要做好與多個參建單位的協(xié)調(diào)溝通如處理好勘測、設(shè)計、施工、業(yè)主和監(jiān)理等部門的統(tǒng)一協(xié)調(diào)等問題[4]。各大型工程的建設(shè)都具有與其特征要素相對應(yīng)的發(fā)展階段，本研究結(jié)合水利工程建設(shè)的基本程序和要素將其劃分為9個階段如總體規(guī)劃階段，建議書決策階段、可行性研究階段、工程項目的初步設(shè)計、施工準(zhǔn)備階段、建設(shè)實施階段、生產(chǎn)準(zhǔn)備、竣工驗收以及后評價階段，各階段的實施過程即為項目的全壽命周期階段，其中包含了工程的設(shè)計、施工、交付驗收、運行等過程?？睖y設(shè)計評估、投資計劃評估、投資控制評估、工程質(zhì)量進(jìn)度以及項目后評估是水利工程建設(shè)管理績效評價的主要部分[5]，據(jù)此，可將工程項目的全壽命周期各個階段的控制難點和重點內(nèi)容劃分至上述5個評價模塊之中，所構(gòu)建的績效管理評估體系見表1。

績效管理評估指標(biāo)體系中的各指標(biāo)的量綱和單位各不同，且各指標(biāo)的取值范圍也存在一定的差異，引起各評估指標(biāo)不具備相互之間的可比性[6- 8]。

表1 水利工程項目的績效管理綜合評價指標(biāo)體系

據(jù)此，在對評估指標(biāo)進(jìn)行計算分析前需先進(jìn)行量綱統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化處理以消除不同評估指標(biāo)之間的不可通度性，各評估指標(biāo)無量綱化取值范圍為0～1之間的數(shù)據(jù)。依據(jù)專家對各評估指標(biāo)進(jìn)行的績效賦分結(jié)果，可將工程績效管理評估標(biāo)準(zhǔn)劃分為5個等級即為優(yōu)秀、良好、中等、合格和不合格，各等級的綜合評估指標(biāo)賦分范圍依次為1.0～0.9、0.8～0.9、0.7～0.8、0.6～0.7、0～0.6五個取值范圍，評分?jǐn)?shù)值的大小代表績效管理效果的優(yōu)劣程度。通過將14個工程項目數(shù)值進(jìn)行統(tǒng)計分析，并進(jìn)行無量綱化標(biāo)準(zhǔn)處理，可獲得15個樣本評估指標(biāo)和專家組對績效管理的賦分結(jié)果。本研究為了提高所選取樣本的準(zhǔn)確性，增設(shè)了2個理想樣本作為參照性對比分析樣本，即考慮了評估值和專家評價結(jié)果分別為0和1時的兩種特殊情況，得到的最終樣本數(shù)量共為17組。

2 模糊優(yōu)選BP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的構(gòu)建

2.1 模糊優(yōu)選BP網(wǎng)絡(luò)模型及參數(shù)設(shè)計

設(shè)定系統(tǒng)內(nèi)包含個目標(biāo)特征值即在輸入層有個輸入節(jié)點，在系統(tǒng)處理隱含層中有個單元的節(jié)點，輸出總僅有一個節(jié)點，則所構(gòu)建的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)共包含輸入層、隱含層和輸出層3個模糊優(yōu)選層次，所構(gòu)建的模型如圖1所示。

圖1 水利工程績效管理綜合評價模型

設(shè)定評價模型中的評價指標(biāo)的樣本數(shù)為n，則系統(tǒng)中樣本j所對應(yīng)的輸入層數(shù)據(jù)為rij，其中i=1,2,，m;j=1,2,，n，模型的計算過程如下：

(1)在系統(tǒng)的輸入層中的節(jié)點i所包含的信息直接傳遞給隱含層中所對應(yīng)的節(jié)點，則節(jié)點的輸入和輸出信息相同，即rij=uij。

(1)

(2)

(4)模糊優(yōu)選網(wǎng)絡(luò)模型的權(quán)重調(diào)整系數(shù)計算利用相關(guān)文獻(xiàn)中的基本公式，對于隱含層與輸出層的節(jié)點k、p之間的調(diào)整權(quán)重量采用下式進(jìn)行計算：

(3)

式中，n—指標(biāo)學(xué)習(xí)效率系數(shù)；M(upj)—樣本j所期望的輸出結(jié)果。

輸入層與隱含層的節(jié)點之間的權(quán)重調(diào)整量采用下式盡心計算：

利用上述模型對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的連接權(quán)重系數(shù)采用BP網(wǎng)絡(luò)的方向傳播法進(jìn)行計算，并確定單元系統(tǒng)與期望目標(biāo)的權(quán)重值，可明顯降低期望輸出和實際輸出之間的計算誤差，使得計算誤差值最低[9]。結(jié)合Kolmogorov定律，本文所設(shè)定的14個評估指標(biāo)的輸入層節(jié)點共有14個，系統(tǒng)的中間層節(jié)點共29個，而績效管理評估結(jié)果即為輸出層的節(jié)點，有且僅有一個。利用trainlm函數(shù)對學(xué)習(xí)樣本進(jìn)行訓(xùn)練，所進(jìn)行的訓(xùn)練計算方法為LMBP反向傳播法，此函數(shù)訓(xùn)練法具有計算精度高且收斂速度快等優(yōu)點。其他各參數(shù)的設(shè)置為訓(xùn)練目標(biāo)誤差為0.001，最大訓(xùn)練步數(shù)為1000。

2.2 模糊優(yōu)選BP網(wǎng)絡(luò)模型率定及驗證

選擇樣本中的前14組數(shù)據(jù)作為學(xué)習(xí)訓(xùn)練樣本的初始數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的輸入節(jié)點數(shù)據(jù)為各評價指標(biāo)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一處理后的指標(biāo)值，系統(tǒng)的輸出層中的期望值數(shù)據(jù)選取與樣本相對應(yīng)的評估指標(biāo)經(jīng)專家組打分所確定的績效管理評估值[10]。依據(jù)文中所述評估指標(biāo)和方法，所構(gòu)建BP網(wǎng)絡(luò)優(yōu)選模型經(jīng)過5個訓(xùn)練周期后其均方誤差即可滿足預(yù)先設(shè)定要求。

在樣本數(shù)據(jù)中的訓(xùn)練檢測數(shù)據(jù)為第15～17組數(shù)據(jù)，系統(tǒng)模型的輸入層節(jié)點值和輸出層節(jié)點值分別為15～17組樣本數(shù)據(jù)的評估指標(biāo)值和與之對應(yīng)的專家組績效管理的賦分值，然后利用文中所構(gòu)建的模糊優(yōu)選BP網(wǎng)絡(luò)模型對各指標(biāo)進(jìn)行評估，評估計算結(jié)果見表2。

表2 BP網(wǎng)絡(luò)優(yōu)選模型的訓(xùn)練結(jié)果和期望結(jié)果對比表

由上表模糊優(yōu)選BP網(wǎng)絡(luò)優(yōu)選模型評估結(jié)果可知，水利工程各項目的實際績效管理評估結(jié)果與模型評估結(jié)果保持高度的一致性，期望輸出與實際輸出值之間的相對誤差較小，樣本數(shù)據(jù)的均方差D均小于0.0001，滿足水利工程項目的評估精度要求。據(jù)此，利用文中所構(gòu)建的評估模型可應(yīng)用于對水利工程績效管理評估考核中，其評估結(jié)果可以客觀、合理的水利工程的管理水平和效益進(jìn)行準(zhǔn)確評價，并且可以實例對模型的績效管理評估進(jìn)行驗證。

3 實例分析

本文以某供水改造項目為研究對象，并利用文中所構(gòu)建的BP網(wǎng)絡(luò)優(yōu)選模型對該項目的績效管理水平進(jìn)行評估。該項目興建于2014年3月15日，并與2015年8月20日通過竣工驗收，于2016年8月25日正式竣工通水。項目全長48.6km，2018年為設(shè)計水平年，且供水保證率為98%，設(shè)計年供水總量為35.16×108m3。供水分布在某市各個城區(qū)和主要城鎮(zhèn)。某改造項目部分概況為：工程外觀質(zhì)量得分率為94.2%，單位工程、分布工程和單元工程的優(yōu)良率分別為95.7%、100%和93.6%；在事故安全控制方面未發(fā)生安全死亡事物；在征地移民方面各項工作質(zhì)量均符合規(guī)定要求；在環(huán)境方面，水土流失治理率確保在92%以上；在投資管理控制方面均符合設(shè)計預(yù)期要求，同時節(jié)約成本12%，工期提前12%，該工程的績效管理質(zhì)量水平明顯高于其他同類項目的平均值。

利用該工程監(jiān)理項目部的有關(guān)資料、檢驗驗收資料以及實際測量數(shù)據(jù)和建設(shè)投運情況對各參數(shù)指標(biāo)值進(jìn)行計算和提取，經(jīng)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化處理后的各評估指標(biāo)值見表3。

利用文中所述的程序算法得到該水利改造工程項目的績效管理綜合評估結(jié)果為0.9527，評估等級標(biāo)準(zhǔn)為優(yōu)秀，研究表明，該項目的管理績效水平處于相對優(yōu)秀水平，文中所構(gòu)建的評估模型的計算公式和相關(guān)理論具有一定的科學(xué)性和有效性，能夠應(yīng)用于相關(guān)水利工程的績效管理評估系統(tǒng)研究。

表3 某改造項目各評估指標(biāo)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化處理數(shù)據(jù)結(jié)果

4 結(jié)語

本文基于水利工程績效管理評估基本理論方法和研究現(xiàn)狀水平，在詳細(xì)分析了BP網(wǎng)絡(luò)優(yōu)選和模糊優(yōu)選計算公式和基本理論的基礎(chǔ)之上，結(jié)合水利工程績效管理基本特征和要素，構(gòu)建了評估指標(biāo)體系。所選取的評估指標(biāo)相對于現(xiàn)有的實際項目，表現(xiàn)出有明顯科學(xué)性、準(zhǔn)確性和全覆蓋性，不僅適用于工程項目的內(nèi)外部環(huán)境要求，而且對相關(guān)項目的評價方法具有重要的參考價值。本文得出的主要結(jié)論如下：

(1)本文所構(gòu)建的系統(tǒng)模型對水利工程各項目的實際績效管理評估結(jié)果與模型評估結(jié)果保持高度的一致性，期望輸出與實際輸出值之間的相對誤差較小，樣本數(shù)據(jù)的均方差D均小于0.0001，滿足水利工程項目的評估精度要求。

(2)所構(gòu)建的評估模型可應(yīng)用于對水利工程績效管理評估考核中，其評估結(jié)果可以客觀、合理的水利工程的管理水平和效益進(jìn)行準(zhǔn)確評價，本文提供了一套完整的水利工程績效管理評估指標(biāo)體系和標(biāo)準(zhǔn)，具有較強(qiáng)的實際應(yīng)用價值和理論意義。