基于全生命周期造價管理的礦井工程成本研究

劉建林,白

(西安理工大學水利水電學院,陜西西安710048)

煤炭因為儲量巨大,加之科學技術的飛速發展,煤炭汽化等新技術日趨成熟,并得到廣泛應用,煤炭必將成為人類生產生活中的無法替代的能源之一。煤炭,作為我國基礎能源,在一次能源構成中占70%左右,其煤炭產業是我國國民經濟健康發展的重要支柱。隨著能源需求量的不斷增加,礦山建設項目勢必增加[1]。礦井建設項目工程門類多,工程分布在地面和地下,并且地下工程投資約占項目總投資的60%～80%,具有工程造價內容構成復雜、影響因素多、投資控制難的特點,所以采用科學的管理方法和先進的管理手段,合理的確定造價和有效控制造價就顯得尤為重要。

在我國,礦山井巷建設項目普遍采用的工程造價管理體系:以定額為計價基礎的全過程造價管理模式。在建國初期由前蘇聯傳統定額造價管理模式發展而來的,適應于當時的高度計劃經濟體制。我國加入WTO后,這種模式表現出明顯的不適應性,即:把工程造價管理的重點是放在了工程實施階段,而沒有把決策、設計階段的造價管理放在突出的位置;在對井巷工程項目做可行性研究時,只強調建設期造價而忽略了運營維護費用,只停留在靜態的工程造價管理模式,與國外動態工程造價的管理模式脫軌。

1 全生命周期造價管理理論

1.1 全生命周期造價管理

全生命周期造價管理[2],就是從整個項目全生命周期(包括建設前期、建設期、使用期和翻新與拆除期等階段)出發去考慮造價和成本問題,運用多學科知識,采用綜合集成方法,重視投資成本、效益分析與評價,總造價最小的一種管理理論和方法。全生命周期造價管理通過合理的規劃設計,采用先進工藝、技術、材料保證在生命周期成本最小化,提高工程項目建設的社會效益,使資金發揮最大的效益具有重要的意義。

1.2 全過程造價管理

全過程造價管理主要貫穿了開始階段的項目決策到竣工后運營維護的每個環節,最終達到合理確定和控制工程造價的目的。全過程造價管理的各個階段是全過程造價管理中不可缺少的一部分:保證計劃任務書編制的科學合理性是決策階段的重點;決定整個工程造價控制的關鍵是設計階段;設計是否合理科學將直接影響工程質量和投資效益;招投標和工程實施是建設實施階段的重要組成部分。竣工結算是對工程建設中資金使用和建設項目的總結,它主要由業主和質量監督部門來完成[3]。

1.3 全過程造價管理與全生命周期造價管理的比較

(1)全生命周期造價管理的階段包括了全過程造價管理的階段,更有利于科學全面的管理工程項目。

(2)在全生命周期造價管理角度上的決策投資是不僅考慮了建設期階段造價,而且考慮到運營期費用。

(3)從工程項目的全生命周期角度出發全面考慮全生命周期內各個階段的造價,以總造價最小的原則選擇最優的設計方案。

(4)在全生命周期造價管理基礎上可選擇科學施工工藝和建筑材料,從而優化全生命周期的建設階段的工程實施方案[4]。

(5)由于全過程造價管理只考慮建設期階段而忽略運營維護階段,未將社會成本、環境成本等隱形成本考慮在工程造價中。

2 礦井工程全生命周期造價管理

礦井工程全生命周期造價是指其全生命周期內各階段所產生的費用的總稱,即包含資金形式的成本,也包括隱性成本,而且對造價管理而言隱性成本的影響更為明顯,是全生命周期造價需要考慮的因素[5]。

2.1 井巷的資金成本

井巷工程的全生命周期過程[6](即從決策構思-建設運營-報廢拆除)所發生的一切資金形式的費用的總和是資金成本,主要由建設造價和運營維護費用組成的造價的貨幣表現。其中,建設期造價主要包括井巷從可研至竣工驗收之間所發生的各項費用總和,運營維護費用指的是在井巷投產后使用至報廢所產生的全部費用。

2.2 井巷工程的社會成本

井巷工程所帶來的社會成本[7]是隱形的,礦井建設和開發過程中,對地表河床改道而影響到周圍用水難等社會問題;或者地表塌陷造成的塌陷區移民,從而形成社會不安定因素等。

2.3 井巷工程的環境成本

環境成本是指工程項目在全生命周期內對環境造成的影響。不同的工程項目對環境的影響程度也有所不同,對于井巷工程來說,在其全生命周期內,對環境的影響也是一個不容忽視的問題,在井巷工程全生命周期造價估算時,需對礦山井巷開掘對環境的影響予以考慮,慎重地估計環境成本[8]。

3 礦巷工程全生命周期造價估算方法研究—BP神經網絡

BP神經網絡(Back Propagation Neural Network)[9]是通常是指基于誤差反向傳播的多層前向神經網絡,BP算法實現了明斯基的多層網絡設想。BP神經網絡不僅含有輸入層和輸出層,而且還具有一個或多個隱層。輸入信號先向前傳遞到隱層節點,經過作用后,再把隱層節點的輸出信息傳遞到輸出節點,最后給出輸出結果。其中,隱層神經元通常采用Sigmoid型傳遞函數,而輸出層神經元則采用Purelin型傳遞函數。當隱層神經元數目足夠時,可以以任意精度逼近任何一個具有有限間斷點的非線性函數[10-11]。

BP網絡算法的基本步驟:

(1)選取比率參數;

(2)進行下列過程直至性能滿足要求為止;

①對于每一訓練(采樣)輸入:

(a)計算所得輸出

(b)按下式計算全部其它節點

(d)按下式計算輸出節點的值

②對于所有訓練(采樣)輸入,對權值變化求和,并修正各權值。

權值變化與輸出誤差成正比,作為訓練目標輸出只能逼近1和0兩個值,而絕不可能達到1和0值[12]。因此,當采用1作為目標值進行訓練時,所有輸出實際上呈現出大于0.9的值;而當采用0作為目標值進行訓練時,所有輸出實際上呈現出小于0.1的值;這樣的性能就被認為是滿意的。

4 基于BP神經網絡的礦井工程建設期造價估算

4.1 礦井工程類似項目選取指標分析

根據礦井工程特點,確定類似項目選取的主要指標,礦井工程的工程特征直接影響著礦井工程的造價,工程特征影響礦井工程造價的因素主要表現在以下幾個方面:

(1)礦井類型:直接影響礦井的設計、施工等階段的方案確定。

(2)生產能力:直接影響到礦井井筒提升能力、巷道運輸能力及其輔助。

(3)井田面積:直接影響到需要布置開拓巷道和其他各類型巷道的長度。

(4)開拓形式:在決策設計階段,選擇不同的開拓形式可以對礦井井巷布置產生較大的影響。

除上述三種途徑的假蔭外，唐朝還有雜色蔭，其中也有假冒資蔭現象。唐朝的前朝蔭是對北齊、北周、隋三朝的名臣子孫用蔭。貞觀元年(627年)，唐太宗 “以選人多詐冒資蔭，敕令自首，不首者死。 ”〔11〕(p6031)盡管在嚴刑峻法的管制之下，還是有人詐冒資蔭，被發現以后，唐太宗要處以死刑，雖然最后沒有實行，但這反映了統治者對于詐冒資蔭的厭惡，并且希望通過嚴懲來告誡其他人。

(5)地質條件:由于地質條件復雜程度的不同,導致井巷工程施工建設和維護費用大相徑庭。

(6)井巷長度:是一個直接量化的井巷工程特征因素,井巷越長,造價越高。

(7)礦井服務年限:直接影響到礦井主要井巷的服務期限,服務年限越長,則井巷的維護費用就越高。

(8)煤層傾角:煤層的賦存傾角也影響到井巷工程的造價,傾角較大的煤層,巷道布置難度大,掘進維護費用高。

4.2 BP神經網絡各層節點數的確定

典型的BP神經網絡包括輸入層、輸出層和隱含層。網絡結構的設計,其實就是各層神經元個數的選擇[13]。

首先,輸入層的神經元個數由井巷工程建設期造價的影響因素確定。通過對影響井巷工程造價的因素分析,選取了8個影響因素,本文選取了:x1—礦井類型;x2—生產能力;x3—井田面積;x4—開拓形式;x5—地質條件;x6—井巷長度;x7—礦井服務年限;x8—煤層傾角。因此,輸入層的神經元個數為8個。每個隱節點有若干個權值,而每個權值都是增強網絡映射能力的一個參數。選擇過多有利于很好的逼進函數,但收斂的速度太慢;選擇過少,訓練速度快,但很難達到逼近的目的。對此許多人進行了大量研究,得出經驗公式[14]:

式中:Nh為最佳隱含層節點數;N1為輸入層節點數;N0為輸出層節點數,a在1～10之間選取。由于N=1～8,a值取9,應用公式(4),得隱節點數為12。

4.3 BP神經網絡的生成及初始化

井巷工程建設期造價估算的BP神經網絡的結構為:8-12-1,即8個輸入節點,12個隱節點,1個輸出節點的三層神經網。BP網絡的結構確定后,利用Matlab的神經元網絡工具箱中Newff函數,生成BP網絡。BP網絡圖中隱含層經常使用S型神經元,輸出層則是使用線性神經元。Newff在生成BP網絡的同時即對網絡各層的權值和閾值自動進行了初始化。

4.4 BP神經網絡的訓練

對井巷工程的造價估算BP網絡結構中只含有一個隱含層。因此該網絡訓練的過程如下:

(1)前向傳播:數據從輸入到輸出的過程是一個從前向后的傳播過程,后一節點的值通過它前面相連的節點傳過來,然后把值按照各個連接權重的大小加權輸入活動函數再得到新的值,進一步傳播到下一個節點。

(2)回饋:當節點的輸出值與預期值不同時,神經網絡就要“學習”(從錯誤中學習)。學習的方法是采用懲罰的方法,過程如下:如果某一節點輸出發生錯誤,它會尋找造成錯誤的那個(些)輸入節點,如果是它最信任的節點(權重最高的節點),就會降低對它的信任值(降低權重)以懲罰它們,同時升高那些做出正確建議節點的信任值。受到懲罰的節點依次向前尋找“錯誤源”并懲罰它們,就這樣把懲罰一步步向前傳播直到輸入節點為止。

4.5 BP神經網絡的檢驗及預測過程

(1)BP神經網絡的檢驗:將檢驗樣本輸入到訓練好的BP神經網絡中,采用“Sim”函數對模型進行精確度評估。當預測值與實際值誤差在允許的范圍內,就可以進行目標值的預測了。

(2)造價預測過程:將要預測的井巷工程建設期造價影響因素標準值輸入到訓練好的網絡,經運行即可通過該模型得到井巷工程建設期的造價。

5 結 論

井巷工程建設涉及項目多,工程建設工序復雜,

從而導致井巷工程全生命周期造價過程復雜。首次將全生命周期造價管理思想應用于礦山井巷工程的造價管理中,分析了井巷工程應用全生命造價理論的必要性和可行性,使井巷工程造價更具有全面性和科學性。將BP神經網絡應用于對擬建井巷工程的全生命周期造價進行估算為項目可行性提供理論依據。在進行造價估算中,應針對其特征復雜的特點,科學地將井巷特征、地質條件等多種主要因素運用于建設期造價估算中,綜合考慮預測問題中存在的各種不定性因素,來提高估算精度。

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