1、論議實(shí)例推理的工程造價(jià)估算知識(shí)重用模型論說    摘要：針對(duì)傳統(tǒng)的工程造價(jià)估算方法存在過程復(fù)雜、對(duì)個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)依賴性強(qiáng)，以及缺乏估價(jià)知識(shí)的積累和繼承等問題，提出了基于實(shí)例推理的工程造價(jià)估算知識(shí)重用方法。首先建立了能統(tǒng)一實(shí)例、實(shí)例特征、特征值和解的工程造價(jià)估算實(shí)例表示模型；然后借助灰色理論，分別提出了基于灰色關(guān)聯(lián)分析的指標(biāo)權(quán)重確定方法和綜合了相似性、貼近性的灰色關(guān)聯(lián)度實(shí)例配置算法。在實(shí)例重用方面，探討了基于替換策略的相似實(shí)例適應(yīng)性調(diào)整方法。最后，通過12個(gè)住宅建筑造價(jià)估算的應(yīng)用實(shí)例驗(yàn)證了估算知識(shí)重用方法的可行性和有效性。結(jié)果表明，基于實(shí)例推理的知識(shí)重用方法能

2、夠?yàn)榧皶r(shí)有效地估算工程造價(jià)提供支持，為工程造價(jià)估算提供了一種新方法。關(guān)鍵詞：造價(jià)估算；知識(shí)重用；綜合關(guān)聯(lián)度；實(shí)例推理0 引言工程造價(jià)作為項(xiàng)目投資可行性研究的關(guān)鍵內(nèi)容，其估算的準(zhǔn)確性和及時(shí)性是項(xiàng)目投資成功決策的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的造價(jià)估算往往存在過程復(fù)雜繁瑣、對(duì)造價(jià)師的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)依賴性強(qiáng)，以及缺乏對(duì)估價(jià)知識(shí)的積累和繼承等問題。由于個(gè)人經(jīng)驗(yàn)先天性缺陷，個(gè)人經(jīng)驗(yàn)式估價(jià)知識(shí)重用難以滿足估算的精度、可靠性和及時(shí)性要求，也不利于組織的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。英國的一項(xiàng)研究表明，工程建設(shè)80 以上的知識(shí)是重復(fù)使用的。因而研究以組織所積累的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)系統(tǒng)化重用取代個(gè)人經(jīng)驗(yàn)潛意識(shí)重用的方法對(duì)于項(xiàng)目投資的科學(xué)決策具有較強(qiáng)的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

3、造價(jià)估算知識(shí)重用是指對(duì)工程造價(jià)編制過程及該過程中形成的信息、規(guī)則、方法和經(jīng)驗(yàn)等，經(jīng)過一系列的知識(shí)獲取、表達(dá)、存儲(chǔ)等處理，最終重復(fù)應(yīng)用到當(dāng)前新的工程造價(jià)估算問題中。知識(shí)重用可以提高造價(jià)估算的質(zhì)量，減少不必要的重復(fù)勞動(dòng)，縮短投資估算編制周期，在工程投資決策中具有重要意義。工程實(shí)例富含了大量的造價(jià)知識(shí)，特別是難以編碼的知識(shí)，直接以實(shí)例為知識(shí)重用載體，通過推理技術(shù)可以避免隱性知識(shí)難以獲取的瓶頸問題。已有一些將實(shí)例推理(casebased reasoningCBR)成功用于估算知識(shí)積累和重用方面的研究 “ 。但它們?cè)跈?quán)重確定及相似算法方面多依靠專家經(jīng)驗(yàn)打分等主觀性方法。馮為民等人 提出了模糊推理估算知識(shí)

4、重用方法，其采用的合成推理算法依然主觀性強(qiáng)，缺乏嚴(yán)格的邏輯依據(jù) 。項(xiàng)目造價(jià)估算問題既存在模糊特性，又兼具有“灰色”特征，許多因素對(duì)造價(jià)的影響程度及作用機(jī)理目前還不完全明確，造價(jià)屬性指標(biāo)間關(guān)系又互相關(guān)聯(lián)，灰色理論非常適合這種問題的解決。為此，本文結(jié)合灰色理論和歐氏距模糊貼近度等理論，以工程造價(jià)估算知識(shí)重用為目標(biāo)，實(shí)例為知識(shí)載體，研究基于實(shí)例推理的工程造價(jià)估算知識(shí)重用方法。該方法利用灰色關(guān)聯(lián)度來確定指標(biāo)權(quán)重，以及通過綜合相似性、貼近性的灰色關(guān)聯(lián)度進(jìn)行實(shí)例檢索，克服了已有研究主觀性強(qiáng)的不足。1 基于實(shí)例推理的工程造價(jià)估算知識(shí)重用模型實(shí)例推理是通過使用或調(diào)整已有實(shí)例的解來解決新問題以實(shí)現(xiàn)知識(shí)重用，其包

5、括相似實(shí)例檢索、實(shí)例的重用、檢索實(shí)例的修改、新實(shí)例保留四個(gè)循環(huán)過程 。11 面向知識(shí)重用的實(shí)例表示實(shí)例是知識(shí)的載體，在實(shí)例推理中，知識(shí)表示問題就轉(zhuǎn)換為實(shí)例描述的問題，其直接影響到CBR系統(tǒng)應(yīng)用的效率和質(zhì)量。實(shí)例推理知識(shí)表示是以實(shí)例為對(duì)象，一般包含問題描述和解決方案兩部分，有時(shí)還包括解決方案的綜合評(píng)價(jià)，其關(guān)鍵在于實(shí)例屬性主要特征的提取。不同類型的工程項(xiàng)目特征相差很大，目前還沒有統(tǒng)一的工程特征分類。一些學(xué)者基于一定數(shù)量的住宅項(xiàng)目造價(jià)資料 ”，分別研究了平面形狀、樓層數(shù)、平均層高、建設(shè)規(guī)模、基礎(chǔ)類型、屋頂類型、建筑等級(jí)、建筑設(shè)計(jì)壽命等屬性，但是依然沒有得到統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。本文以目前我國典型性的、量大面廣的

6、小高層框架剪力墻住宅為例，重點(diǎn)研究可行性階段其造價(jià)估算知識(shí)重用問題。學(xué)者陳小龍采用結(jié)構(gòu)解釋模型，將影響工程造價(jià)的關(guān)鍵因素結(jié)構(gòu)化，其特征提取有嚴(yán)格的邏輯，參考其研究，將建筑規(guī)模(建筑面積)、建筑總高度、平面形狀系數(shù)(建筑周長(zhǎng)建筑占地面積)、層數(shù)、層高(取標(biāo)準(zhǔn)層層高)和戶型系數(shù)(k：套內(nèi)面 套型建筑面積)作為小高層住宅實(shí)例造價(jià)的特征參數(shù)。12 面向知識(shí)重用的實(shí)例檢索相似實(shí)例的檢索是CBR系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，檢索質(zhì)量及效率關(guān)鍵在于屬性權(quán)重的確定和實(shí)例相似度的計(jì)算?；疑P(guān)聯(lián)度可以分析各因變量與變量的關(guān)聯(lián)緊密程度，這正好反映了變量對(duì)于因變量的權(quán)重。本文首先以灰色關(guān)聯(lián)分析方法確定各屬性的權(quán)重，然后提出組合灰色

7、關(guān)聯(lián)度和歐氏距離的相似算法，以檢索相似實(shí)例。1)屬性權(quán)重已見文獻(xiàn)多由專家打分、AHP等主觀方法確定屬性權(quán)重，由于不同項(xiàng)目對(duì)造價(jià)屬性特征及其影響并不太清楚，還是一個(gè)灰色問題，采用主觀方法很難做到確定一套合理的工程造價(jià)屬性權(quán)重。主成分分析、熵值賦權(quán)法等客觀賦權(quán)法從數(shù)據(jù)本身挖掘權(quán)重規(guī)律，但其對(duì)樣本數(shù)量和數(shù)據(jù)要求較高且計(jì)算復(fù)雜?；疑P(guān)聯(lián)分析能彌補(bǔ)上述方法的缺陷，其根據(jù)數(shù)據(jù)序列曲線幾何形狀的相似程度來判斷其聯(lián)系是否緊密” 。依據(jù)這一工具，將造價(jià)序列和屬性指標(biāo)序列作灰色關(guān)聯(lián)分析，計(jì)算其灰色關(guān)聯(lián)度?；疑P(guān)聯(lián)度反映了各屬性指標(biāo)與造價(jià)同步變化的趨勢(shì)，曲線趨勢(shì)越接近，關(guān)聯(lián)度越大。各關(guān)聯(lián)度的大小反映了屬性指標(biāo)對(duì)造價(jià)

8、的影響程度。這一屬性權(quán)重確定方法本質(zhì)上是從實(shí)例庫的實(shí)例屬性指標(biāo)信息中進(jìn)行權(quán)重自學(xué)習(xí)，因而具有很好的適應(yīng)性。2)綜合相似性 貼近性的灰色關(guān)聯(lián)度實(shí)例相似計(jì)算對(duì)歷史相似實(shí)例檢索是CBR系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，實(shí)例檢索的關(guān)鍵是基于屬性特征的相似度計(jì)算。根據(jù)相似理論 兩實(shí)例序列的相似性可分解為其對(duì)應(yīng)相似元的相似性 ，相似元又可分解為若干對(duì)應(yīng)向量的相似度量，向量的相似性可進(jìn)一步用其位置相似度和方向相似度來衡量 。對(duì)于造價(jià)估算問題來說，實(shí)例參數(shù)之間的絕對(duì)“距離”直接決定了實(shí)例之間的造價(jià)相似度，而實(shí)例序列變化趨勢(shì)則度量了實(shí)例參數(shù)序列幾何方向上的差異。所以，綜合考慮實(shí)例量上的貼近性和序列變化趨勢(shì)的相似性，才能準(zhǔn)確地度量

9、工程實(shí)例的相似性。鄧氏關(guān)聯(lián)度從序列的幾何趨勢(shì)考察相似性，而歐氏距離從貼近度上考察相似性。為此，本文將歐氏距離與鄧氏灰色關(guān)聯(lián)度相結(jié)合，提出綜合相似貼近性的灰色關(guān)聯(lián)度。13 相似實(shí)例的適應(yīng)性調(diào)整和實(shí)例庫維護(hù)相似實(shí)例作為問題實(shí)例的參照，往往需要作適應(yīng)性調(diào)整。實(shí)例調(diào)整可以針對(duì)相似實(shí)例的屬性集和解元素集兩個(gè)方面進(jìn)行操作，使之適應(yīng)問題實(shí)例 的情況。Policast ro等人¨ 提出了實(shí)例替換調(diào)整(對(duì)被提取實(shí)例中的相關(guān)值作相應(yīng)替抉而形成新的實(shí)例)、轉(zhuǎn)換調(diào)整(使用啟發(fā)方式來替換、刪除和添加成分到被提取的實(shí)例中，以適應(yīng)新問題的求解)、特定目標(biāo)驅(qū)動(dòng)調(diào)整(基于規(guī)則的產(chǎn)生式系統(tǒng)給出領(lǐng)域特定的適應(yīng)性修改)、派

10、生重演(將過去實(shí)例的調(diào)整求解過程記錄并保存下來，作為以后調(diào)整過程的基礎(chǔ))等策略。借鑒替換策略，將問題實(shí)例與最相似實(shí)例進(jìn)行比較分析。工程造價(jià)知識(shí)積累、重用的循環(huán)上升過程。但系統(tǒng)的增量式學(xué)習(xí)會(huì)使實(shí)例庫不斷增大，實(shí)例豐富，能解決更多的問題，預(yù)測(cè)造價(jià)的精度更高；但也會(huì)導(dǎo)致檢索效率下降、知識(shí)冗余，而且還有可能出現(xiàn)矛盾等問題，因此需要對(duì)實(shí)例庫進(jìn)行維護(hù)。常見的實(shí)例維護(hù)方法有隨機(jī)刪除法、維護(hù)規(guī)則方法、基于agent的維護(hù)方法以及基于實(shí)例分類的刪除策略等 。模糊聚類可以實(shí)現(xiàn)造價(jià)估算實(shí)例的分類。通過聚類，將企業(yè)造價(jià)實(shí)例庫劃分為數(shù)類子實(shí)例庫。二級(jí)檢索可以只在一級(jí)檢索確定的某個(gè)子實(shí)例庫中進(jìn)行，從而大大提高檢索效率和質(zhì)

11、量。由于篇幅，實(shí)例模糊聚類在筆者的另一篇研究論文中詳細(xì)描述。基于以上分析，構(gòu)建工程造價(jià)估算知識(shí)重用模型如圖1所示，其包含用戶交互界面部分和內(nèi)部處理部分。估價(jià)人員將新實(shí)例模型化表示，內(nèi)部進(jìn)行相似檢索，用戶從檢索到相似實(shí)例集進(jìn)行實(shí)例選擇重用、適應(yīng)性修改等操作，實(shí)現(xiàn)工程造價(jià)估算知識(shí)的重用。通過設(shè)置實(shí)例保留標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)例學(xué)習(xí)以及實(shí)例庫模糊聚類策略實(shí)現(xiàn)實(shí)例庫維護(hù)，以支持知識(shí)的組織和更新，實(shí)現(xiàn)更高的智能和重用精度。2 應(yīng)用實(shí)例1)建立問題實(shí)例模型描述假設(shè)已有實(shí)例預(yù)先做了灰色關(guān)聯(lián)模糊聚類分組，第212個(gè)實(shí)例共同為一類即子實(shí)例庫CB一2。2)經(jīng)關(guān)鍵詞等方法初步檢索 假設(shè)子實(shí)例庫CB一2符合問題實(shí)例參照要求。將問題

12、實(shí)例與庫CB一2的11個(gè)實(shí)例的特征值組成矩陣并作數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理。3)計(jì)算建筑面積、建筑總高度、平面形狀、層數(shù)、層高和戶型六個(gè)指標(biāo)的權(quán)重 由式(2)(3)計(jì)算關(guān)聯(lián)度r=04050，05415，05364，05379，05367，05365，由式(4)計(jì)算得各指標(biāo)權(quán)重為 =0146，0159，0179，0155，0186，0175。4)按式(5)(7)求得2l2實(shí)例和問題實(shí)例1的綜合相似度：S=0955，0745，0910，0935，0750，0890，0765，0955，0715，0780，0715；按照取大原則，實(shí)例2、9的s最大，作為問題實(shí)例1解的參考實(shí)例。5)將實(shí)例2作為問題實(shí)例1的匹配實(shí)

13、例按式(8)進(jìn)行調(diào)整，eq=2 1491，誤差為328 ；同理，實(shí)例9作為匹配實(shí)例，調(diào)整后eq=2 1379，誤差為378 ；均遠(yuǎn)小于10 ，完全符合可行性研究階段造價(jià)估算的精度要求，亦符合小于5的國外項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段精度要求 。隨著企業(yè)實(shí)例庫實(shí)例的增加，找到更相似實(shí)例的機(jī)會(huì)增多，因此預(yù)測(cè)精度會(huì)進(jìn)一步提高。6)目標(biāo)實(shí)例由于與推理實(shí)例在很多實(shí)際情況下相似，故根據(jù)實(shí)際情況略作修改就可以直接應(yīng)用?？紤]到修改后實(shí)例和庫CB一2中實(shí)例相似度較高，修改實(shí)例無須保留到企業(yè)實(shí)例庫中。隨著企業(yè)實(shí)例庫的不斷更新和各種典型實(shí)例的增多，企業(yè)造價(jià)估算實(shí)例推理系統(tǒng)通過實(shí)例的持續(xù)學(xué)習(xí)，處理造價(jià)估算的能力和精度也會(huì)越來越好。由于

14、筆者在系統(tǒng)中加入了灰色關(guān)聯(lián)模糊聚類以及新實(shí)例的選擇更新機(jī)制，所以保證了企業(yè)造價(jià)估算推理系統(tǒng)檢索的高效率。3 結(jié)果討論分別以實(shí)例112作為問題實(shí)例，剩余實(shí)例作為歷史實(shí)例，按照模型來預(yù)測(cè)問題實(shí)例的造價(jià)，結(jié)果如表2所示?？梢钥闯?，預(yù)測(cè)平均相對(duì)誤差為341(390)，標(biāo)準(zhǔn)差為377，合乎可行性的要求。較好的精度來自于兩個(gè)方面：a)相似度算法有較好的分辨率Ib)實(shí)例彼此有較高的相似度，從而在相似檢索時(shí)使得檢索到高相似度實(shí)例成為可能。隨著企業(yè)實(shí)例庫增多，實(shí)例庫內(nèi)有較高的相似度實(shí)例與問題實(shí)例匹配是可以做到的。實(shí)例增多，預(yù)測(cè)的精度會(huì)越高，所以企業(yè)要注重工程實(shí)例的搜集、組織和管理，特別是對(duì)于咨詢企業(yè)來說，龐大的工程實(shí)例庫是其核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要部分。基于實(shí)例推理的工程造價(jià)估算知識(shí)重用模型的基礎(chǔ)工作在于工程實(shí)例的描述，特別是特征的選擇，實(shí)例特征必須比較全面地反映實(shí)例造價(jià)的實(shí)質(zhì)，無關(guān)的和冗余的特征指標(biāo)進(jìn)入模型會(huì)導(dǎo)致模型運(yùn)算的時(shí)間增加、模型結(jié)果的可解釋度下降，也可能引起模型判別準(zhǔn)確率的降低 。本文采用學(xué)者陳小龍研究的特征結(jié)論，其適應(yīng)小高層住宅的工程造價(jià)預(yù)測(cè)，是否適應(yīng)其他建筑類型還缺乏檢驗(yàn)。其他類型項(xiàng)目特征還需要進(jìn)一步研究，研究取決