基于模糊聚類的汕尾市赤沙水庫工程造價估算方法

蘇明明

(廣東省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣州 510000)

0 引 言

水庫作為水利工程中較為典型的表現(xiàn)形式，本質(zhì)上是半人工半自然的水體工程，通常興建于河谷地勢中，集防洪、供水、灌溉、發(fā)電、旅游及生態(tài)環(huán)境保護(hù)等綜合功能于一身，是中國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展過程中非常重要的基礎(chǔ)設(shè)施[1]。水庫工程建設(shè)周期較長，涉及因素較多，對投資要求較高，并且在興建過程中極易出現(xiàn)無法預(yù)測的意外狀況，因此對水庫工程進(jìn)行有效的造價估算和管理具有非常重要的作用[2]。對水庫工程進(jìn)行造價估算，是指對從工程規(guī)劃書、籌劃設(shè)計(jì)、施工準(zhǔn)備、建設(shè)到驗(yàn)收等各個階段所需要的成本投資進(jìn)行估價，為工程整體的造價管理控制確定合理有效的標(biāo)準(zhǔn)。

廣東省作為中國東南部沿海大省，省內(nèi)河流眾多，流域面積廣闊，水資源較為豐富，適宜通過興建水庫工程對其進(jìn)行開發(fā)和利用，其中汕尾市赤沙水庫作為粵東地區(qū)極具代表性的水庫之一。汕尾市位于珠江三角洲東岸，南鄰南海，赤沙水庫建于距汕尾市12km處，多年來承擔(dān)灌溉、防洪、治撈及養(yǎng)殖的作用，是廣東東部地區(qū)具有代表性的沿海型水庫之一。目前，中國對于水庫工程造價的估算多依賴于人工計(jì)算方法，繁雜的計(jì)算工程量導(dǎo)致估算過程中重復(fù)性數(shù)據(jù)量過大，極易產(chǎn)生誤差，影響最終的水庫工程造價估算結(jié)果。

為此，文章提出基于模糊聚類的水庫工程造價估算方法，為汕尾市赤沙水庫工程造價估算提供更為準(zhǔn)確有效的方法和途徑。

1 基于模糊聚類篩選有效數(shù)據(jù)

模糊聚類以模糊集合理論為基礎(chǔ)，針對目標(biāo)對象的不確定性和模糊性進(jìn)行處理，作為模式識別方法中的重要分支，能夠有效對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行識別、篩選和處理[3]。對水庫工程造價進(jìn)行估算，需要選取歷史工程數(shù)據(jù)作為整體參考，在大量優(yōu)質(zhì)已建工程中篩選出與需估算工程相似度高的項(xiàng)目，以提高對水庫工程造價估算的準(zhǔn)確度和適宜度。基于此引入貼近度的理念，通過對比水庫工程間的貼近度來衡量兩者間的相似性，其具體方法如下：

(1)

式中：Px和Q為進(jìn)行對比的工程，γx為則為計(jì)算出的貼近度，通過公式計(jì)算得出Px與Q之間的貼近度數(shù)值集合為{γ1，γ2，γ3…，γx}，將其按照貼近度大小進(jìn)行排序，并對前n個貼近度指標(biāo)進(jìn)行保留，將其進(jìn)行歸一化處理，得出兩個工程間貼近度的最終權(quán)重比值：

(2)

式中：hx為工程貼近度的最終權(quán)重，其數(shù)值越大，則兩者間貼近度越高，其相似性越強(qiáng)，對水庫工程造價進(jìn)行估算時有較佳的參考作用。汕尾市赤沙水庫屬于沿海型水庫，位于白沙溪，工程整體運(yùn)行時間較長，年平均降水量在1500-2000mm之間?；谀：垲惙椒êY選出與其較為相似的已建水庫工程，充分發(fā)揮相似性工程在造價估算中的參考作用，為快速準(zhǔn)確對汕尾赤沙水庫造價進(jìn)行估算提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和技術(shù)保障。

2 建立水庫工程造價數(shù)據(jù)庫

對汕尾赤沙水庫進(jìn)行造價估算，實(shí)質(zhì)上是對其建設(shè)投資成本做出預(yù)測的過程，即根據(jù)歷史造價資料信息和相關(guān)行業(yè)的經(jīng)濟(jì)成本數(shù)據(jù)，同時將外界環(huán)境因素的影響納入考慮范圍，對赤沙水庫工程未來需要的投資及其成本變化做出定量的推斷[4]。其中，獲取的歷史信息和相關(guān)數(shù)據(jù)越豐富，造價估算的結(jié)果越準(zhǔn)確，但同時估算的計(jì)算量和時間也會相應(yīng)增加，水庫工程造價估算速度與準(zhǔn)確度關(guān)系，見圖1。

圖1 水庫工程造價估算速度與準(zhǔn)確度關(guān)系

由圖1關(guān)系曲線可知，水庫工程造價估算的速度和準(zhǔn)確度之前基本呈現(xiàn)反向關(guān)系，即提高準(zhǔn)確度就會減慢估算的速度，基于此種關(guān)系，為達(dá)到估算速度與準(zhǔn)確度的最優(yōu)平衡，以上一節(jié)中篩選出的汕尾赤沙水庫相似性工程數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立水庫工程造價數(shù)據(jù)庫，作為未來水庫工程造價估算及成本預(yù)測的數(shù)據(jù)來源。數(shù)據(jù)庫利用不同數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)間的層級關(guān)系，構(gòu)建出層次化的基本框架，以便對赤沙水庫工程進(jìn)行造價估算時可以快速調(diào)取所需的參考數(shù)據(jù)，水庫工程造價數(shù)據(jù)庫基本層級框架，見圖2。

圖2 水庫工程造價數(shù)據(jù)庫基本層級框架

如圖2所示，水庫工程造價數(shù)據(jù)庫中囊括與汕尾赤沙水庫工程高度相似的代表性工程的大部分信息，并互相形成規(guī)范化的對應(yīng)關(guān)系，從而在對汕尾赤沙水庫進(jìn)行造價估算時，能夠迅速調(diào)取相關(guān)數(shù)據(jù)，獲得整體估算過程的最優(yōu)速度及準(zhǔn)確度。此外，還應(yīng)對建成的水庫工程造價數(shù)據(jù)庫進(jìn)行動態(tài)管理，定期維護(hù)與更新數(shù)據(jù)庫內(nèi)容，完善造價數(shù)據(jù)庫的長效價值，為水庫工程造價提供更為快速準(zhǔn)確的估算及預(yù)測。

3 抓取影響水庫工程造價因素

中國河流眾多，尤其東南沿海地區(qū)，擁有較為優(yōu)質(zhì)的水資源條件。隨著水利行業(yè)的快速發(fā)展，興建水庫等水利工程項(xiàng)目已經(jīng)成為目前我國完善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要舉措。為使水庫工程獲得較佳的建設(shè)效果，需要前期對工程造價進(jìn)行估算管理，優(yōu)化水庫工程建設(shè)的進(jìn)程，從而發(fā)揮水庫工程投資成本的最佳效益[5-6]。基于上一節(jié)建立的水庫工程造價數(shù)據(jù)庫，抓取影響汕尾市赤沙水庫工程造價的因素，參考相似性歷史數(shù)據(jù)對赤沙水庫工程造價做出估算。

對于一項(xiàng)水庫工程來說，施工材料成本是造價投資中的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，其主要包括石料、水泥、鋼材等，汕尾赤沙水庫主要施工材料價格表，見表1。

表1 汕尾赤沙水庫主要施工材料價格表

除表1中羅列的主要施工材料外，水庫工程所在地域的地形差異、氣候自然條件、對工期的規(guī)劃和要求及施工材料的供應(yīng)方式等外部條件因素都將對水庫工程的造價估算產(chǎn)生影響。廣東省水庫多達(dá)300多座，其中汕尾市赤沙水庫作為運(yùn)行時間較長的代表性沿海水庫，受自然條件因素影響較大。赤沙水庫規(guī)模較大，具有巨大的水資源調(diào)蓄作用，但由于在長期的運(yùn)行中缺乏泄洪的操作，下游河道遭到過度開采和利用，人為占用開拓耕地、興建房屋，導(dǎo)致河道萎縮，加重赤沙水庫工程的安全隱患。在對其進(jìn)行造價評估時，要充分考慮赤沙水庫特有的河道清理成本，結(jié)合其內(nèi)在因素，優(yōu)化水庫工程造價的估算結(jié)果。

4 構(gòu)建赤沙水庫工程造價估算模型

水庫工程造價是衡量工程可行性的重要依據(jù)，利用模糊聚類篩選已建工程有效參考數(shù)據(jù)并建立水庫工程造價數(shù)據(jù)庫，抓取影響水庫工程造價因素，以此為基礎(chǔ)構(gòu)建赤沙水庫工程造價估算模型，從而獲取更為系統(tǒng)、準(zhǔn)確、高效的水庫工程造價估算結(jié)果[7]。水庫工程造價估算系統(tǒng)運(yùn)作的核心為計(jì)算估算指標(biāo)在此次工程中所占的權(quán)重，以此判斷此項(xiàng)指標(biāo)的隸屬度如何，對其進(jìn)行估算是否會對整體水庫工程的造價估算有效。指標(biāo)所占權(quán)重的計(jì)算公式為：

(3)

式中：Z為估算指標(biāo)所占權(quán)重；αmax為其指標(biāo)最大權(quán)重值；k為指標(biāo)性質(zhì)的取值。通過公式計(jì)算指標(biāo)權(quán)重值并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，當(dāng)Z值越大，則其一致性越低，代表隸屬度越低，則該指標(biāo)在水庫工程造價整體估算中作用不大；相反，Z值越小，證明其隸屬度較高，與水庫工程造價估算關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)。以指標(biāo)權(quán)重及隸屬度計(jì)算為基礎(chǔ)，構(gòu)建赤沙水庫工程造價估算模型，赤沙水庫工程造價估算模型運(yùn)行流程，見圖3。

圖3 赤沙水庫工程造價估算模型運(yùn)行流程

從圖3中的流程可以看出，本次研究的赤沙水庫工程造價估算方法借助模糊聚類算法及其數(shù)據(jù)庫擴(kuò)大了參考相似性工程的廣度，并提高了水庫工程造價估算的速度和準(zhǔn)確度，能夠使汕尾市赤沙水庫工程造價估算獲得較佳的結(jié)果。

5 實(shí)驗(yàn)測試與分析

5.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作

為驗(yàn)證本次研究的基于模糊聚類的汕尾市赤沙水庫工程造價估算方法實(shí)際效果如何，將對赤沙水庫工程的泄水工程造價進(jìn)行估算，并選取傳統(tǒng)造價估算方法作為對照組，分別對比兩者與實(shí)際值之間的誤差，以此衡量此次研究的造價估算方法的準(zhǔn)確度。測試準(zhǔn)備階段利用模糊聚類篩選出與汕尾赤沙水庫貼近度較高的6個水庫以作實(shí)驗(yàn)階段的參考，與汕尾赤沙水庫貼近度較高水庫及其貼近值，見表2。

表2 與汕尾赤沙水庫貼近度較高水庫及其貼近值

表2中數(shù)據(jù)將作為實(shí)驗(yàn)階段參照相似性工程的基礎(chǔ)，結(jié)合汕尾赤沙水庫存在的河道淤積的特點(diǎn)，對照相似性工程造價估算過程中的影響因素對汕尾赤沙水庫的泄水工程進(jìn)行造價估算測試。

5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果反饋

實(shí)驗(yàn)階段擬對汕尾赤沙水庫工程的泄水工程進(jìn)行八次估算測試，記錄實(shí)驗(yàn)組估算值，選取傳統(tǒng)造價估算方法作為對照組，分別對比實(shí)際值得出估算的誤差，汕尾赤沙水庫擋水工程造價估算實(shí)驗(yàn)結(jié)果，見表3。

表3 汕尾赤沙水庫擋水工程造價估算實(shí)驗(yàn)結(jié)果

觀察表3中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)組誤差值均<0.1億元，其平均誤差為0.04；對照組誤差值均>0.1億元，其誤差平均值為0.70。對比實(shí)驗(yàn)組和對照組的估算平均誤差可以得出，實(shí)驗(yàn)組平均誤差較對照組小0.66，證明實(shí)驗(yàn)組造價估算法方法與實(shí)際值更為貼近，估算較為準(zhǔn)確，滿足本次研究預(yù)期效果。

6 結(jié) 語

汕尾市赤沙水庫作為粵東地區(qū)非常重要的水庫工程之一，在供水蓄水及保障飲用水資源方面發(fā)揮著不可或缺的作用，對其造價進(jìn)行準(zhǔn)確的估算是優(yōu)化水庫工程建設(shè)的前提和基礎(chǔ)。本次研究利用模糊聚類對比工程特點(diǎn)領(lǐng)域的優(yōu)勢，為汕尾赤沙水庫造價估算提供更為豐富的參考依據(jù)，進(jìn)一步優(yōu)化其估算結(jié)果。然而，參考相似性工程進(jìn)行造價估算極有可能帶來計(jì)算量的大幅增加，此過程中誤差出現(xiàn)的可能性偏高，會對最終的估算結(jié)果產(chǎn)生影響。今后應(yīng)著重優(yōu)化水庫工程造價估算過程中的計(jì)算方法，為獲取更為準(zhǔn)確的估算結(jié)果提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持和保障。