基于粒子群與遺傳混合優化算法的輸變電工程全過程造價管理數據處理

葉 青，劉曉蒙

(國網上海市電力公司金山供電公司，上海 200540)

在經濟全球化的時代背景下，輸變電工程的建設規模不斷增加，輸變電外線工程所涉及的線路跨越地域廣闊，為滿足建設“堅強智能電網”要求的，對電氣裝備和設備技術水平的要求提高，導致輸變電工程的建設成本不斷增加，使得技經人員在每年對輸變電工程進行造價分析時，需要分析處理的工程造價數據量增大。由此可見，傳統的輸變電工程造價管理方式已無法適應電力行業信息化、智能化、專業化的發展趨勢，需要應用數據采集、數據挖掘、數據處理等信息化處理技術，構建輸變電工程造價管理“大數據”處理平臺，以更精準、更科學的方式，分析輸變電工程全過程造價管理的短板，為工程造價管理人員提供有價值的輸變電工程造價管理的決策建議。

1 輸變電工程全過程造價管理關鍵指標

1.1 輸變電工程全過程造價管理流程劃分

輸變電工程全過程造價管理流程一般分為可研階段、初步設計階段、施工階段、工程結算階段、工程決算階段5個階段。輸變電工程建設規模較大，所涉及投資金額大多在億元以上，設計單位、監理單位、施工單位極有可能通過招標環節才能確定。因此，本文將輸變電工程全過程造價管理流程細化為8個階段(見圖1)：可研階段、初步設計階段、施工圖設計階段、招投標階段、合同管理階段、施工階段、工程結算階段、工程決算階。

輸變電工程各個階段造價管理目標如下。

(1)可研階段。根據國家能源局頒布的《輸變電工程可行性研究內容深度規定》[1]文件的要求，輸變電工程可研報告應在電網規劃的基礎上，對項目建設的必要性、系統方案、建設規模等進行充分論證分析，出具輸變電工程可行性研究報告和項目投資估算書。

(2)初步設計階段。根據文獻[2]對國網公司《輸變電工程初步設計內容深度》解讀可了解到：初設文件應在已批復的可行性研究報告和設計基礎資料的基礎上，應用通用設計、通用設備、通用造價、標準工藝，對工程建設規模、設計范圍、站址概況、主要技術方案等描述清晰準確，并出具初步設計圖紙及概算文件等。

(3)施工圖設計階段。施工圖設計文件是依據批準的初設文件、初設評審意見、設備訂貨資料等設計基礎資料編寫的，能正確指導施工、方便竣工驗收、保證運行檔案正確齊全，并滿足設備材料招標、施工招標、業主單位工程管理、項目施工和竣工結算要求的文件，主要包括施工圖紙和施工圖預算書[3]。

(4)招投標階段。輸變電工程投資金額較大，通常采用公開招標的形式確定承包方。在招投標階段，招投標文件范圍、工程量清單的確定等都是影響招標結果的重要因素。

(5)合同管理階段。通過公開招標方式確定中標的承包方后，須與承包方就工程承包范圍、合同約定工期、工程安全質量要求、工程款支付方式等關于發、承包雙方權利和義務簽訂施工合同，保障工程施工的合法性[4]。

(6)施工階段。在工程施工階段，除了確保工程安全施工、保障施工進度之外，有可能會遇到當地政府提出高圍擋安全施工，施工后完成路面、綠化修復等工作要求；或其他影響工程施工的狀況出現，例如施工路徑下存在其他單位的地下管線影響施工，這些都導致設計變更和現場簽證的出現以及工程造價成本提高。

(7)工程結算階段。根據國網公司最新要求，輸變電工程結算分為分部結算與工程竣工結算。分部結算是在單項工程完工后進行的結算，在施工過程中，有效優化工程施工組織、設計、施工方案、提前避免設計變更和現場簽證的發生，有效控制工程造價[5]。工程竣工結算是依據合同約定對工程建設全過程中設計、監理、施工、技術服務等工程費用的全口徑結算。

(8)工程決算階段。工程結算完成之后，由審計咨詢公司依據工程建設資料將工程建設所涉及的資金轉化成固定資產，并移交給設備運維部門進行后期設備維護工作[6]。

圖1 輸變電工程全過程造價管理流程

1.2 輸變電工程全過程造價管理關鍵指標

根據輸變電工程全過程造價管理的8個階段，綜合使用專家打分法和流程圖法深入分析輸變電工程全過程造價管理各個階段可能存在的造價管理風險因素，即全過程造價管理關鍵指標[7-12]，見表1。

表1 輸變電工程全過程造價管理關鍵指標因素清單表

2 基于隸屬函數對關鍵指標進行綜合評價

2.1 隸屬函數綜合評價法

為使綜合評估過程的計算量和復雜性大大降低，同時保證評估結果的準確性和可信度，將每一評估指標分為5個等級，即：V={很差，較差，合格，良好，優質 }。三角形—梯形分布隸屬函數示意圖如圖2所示，0

圖2 三角形—梯形分布隸屬函數示意圖

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

等級1↓等級2↓等級n↓指標1指標2?指標m→→→r11r12…r1nr21r22…r2n??…rm1rm2…rmn(6)

2.2 合成全過程造價管理關鍵指標綜合評價結果

2.2.1 序關系分析法確定指標權重

為簡化標準層次分析法判斷矩陣一致性檢驗過程，序關系法原理及權重計算步驟如下。

(1)根據圖2，請相關專家給出同一層次指標對上一層次重要性程度確定序關系。若有指標u1，u2，K，uk和n位專家，第i位專家給出的序關系可記為：uiuj…uk。

(2)令rik為第i位專家關于相鄰指標uk-1與uk的相對重要程度：rik=ωk-1/ωk，其取值見圖3。

圖3 比例標度圖

(3)第k個指標的權重ωk的計算公式如下：

(7)

ωk-1=rkωk，(k=2,3,K,…,m)

(8)

2.2.2 合成全過程造價管理關鍵指標綜合評價結果

將隸屬度矩陣R與權重向量W相乘，得到模糊綜合評價結果向量B。根據最大隸屬度原則可獲得輸變電工程全過程造價管理關鍵指標綜合評價結果，即

B=W·R

(9)

3 基于粒子群與遺傳混合優化算法(PSO-GA)搭建輸變電工程全過程造價管理數據處理平臺

輸變電工程全過程造價分析涉及的數據種類繁多[14]，在對如此復雜的海量數據進行數據處理時，引入先進的計算機粒子群算法(PSO)和遺傳算(GA)法對輸變電工程全過程造價管理數據進行處理，提取出造價分析中的有效數據，剔除無效和冗余數據，不僅能夠提高數據處理效率，同時也能提高輸變電工程造價分析工作的準確度。

3.1 PSO-GA概述

是模擬鳥類飛行覓食行為，通過鳥群個體協作使群體得到最優解，具有計算簡單、收斂快、魯棒性好的特點；GA是通過模擬自然進化過程來搜索最優解，其特點是直接對結構對象進行操作[15]。

PSO-GA的主要原理是將粒子群算法引入到遺傳算法中，用粒子群算法構建遺傳算法中的變異算子，破壞染色體在變異時的隨機性而隨著以往信息進行有向變異，保證了子代的優良性，使種群快速良性發展。

(10)

(11)

式(10)通過權重因子c1，c2和隨機數γ1，γ2以及信息反饋、xmax,i和Xmax預測了變異的幅度和方向；式(11)描述了變異操作的具體實施過程。

3.2 PSO-GA數據處理流程

(1)初始群體的生成及參數編碼。先將多個輸變電工程造價數據進行分類，然后等分參數的限值區間產生初始群體，最后對參數進行二進制編碼。設待修正參數Ari的變化范圍是[Amin，Amax]，參數Asi的二進制數為b，則

(12)

將所有待修正參數Ar1，Ar2，…，Arm的二進制編碼聯結成二進制串p，若有m-k個待辨識參數，每個參數的二進制編碼均為q位，則二進制串p共有(m-k)q位。

(2)適應度函數的建立，即個體適應度f：

f=C/[D+f(e)]

(13)

式中C，D——比例系數和非零的調節參數，用于調節適應度值。

由式(13)可知，誤差函數f(e)的值越小，適應度f的值越大，該個體被保留的概率越大；反之，則該個體將被淘汰。

(3)確定遺傳算子。采用無放回的隨機余數選擇法和“精英保留”相結合的選擇方式：為改變算法的收斂速度，以每次迭代的最優個體和現存的最優個體替換每代中適應度最差的個體；為避免父代中適應度最優的個體在選擇、交叉和變異的過程中丟失，在算法執行過程中將父代中的最優個體保存下來直接復制，而不進行交叉和變異操作。

為提高算法的時間效率，提出自適應交叉率，其公式如下：

(14)

式中Pc1，Pc2——值的大小可依據隸屬函數綜合評價模型的造價管理關鍵指標的綜合評估結果進行設定；fmax——每代群體中的最大適應度值；favg——平均適應度值；f′——待交叉個體中適應度的較大值。

(4)迭代終止。

3.3 PSO-GA造價分析數據處理算例

在對輸變電工程造價分析數據基于PSO-GA進行數據處理前，首先應建立輸變電工程造價分析數據資源庫(見圖4)，并對其進行分類。一般情況下，輸變電工程造價分析數據庫資源可分為3類，即工程造價基礎數據庫(工程造價基礎數據庫又包含工程概況基本數據、技術經濟參數數據以及工程各項費用明細數據)、物資市場價格數據庫、定額標準數據庫。

圖4 輸變電工程造價分析數據資源庫

以某省2018年共計15個110 kV輸變電工程的造價分析數據為例，并選取該省10組造價分析數據作為PSO-GA的訓練數據，其余5組造價分析數據用以驗證PSO-GA的準確性，輸變電工程造價分析樣本數據見表2。

表2 輸變電工程造價分析樣本數據

依據PSO-GA原理，將表2數據作為算法的初始群體進行編碼前，需將其還原至工程的各個階段內，以利用造價管理關鍵指標的綜合評估結果，在算法交叉、變異過程中選擇適合的Pc1，Pc2值以求取最大適應度值fmax和平均適應度值favg。PSO-GA數據處理流程圖如圖5所示。

圖5 PSO-GA數據處理流程圖

在PSO-GA的運算過程中，應對輸變電工程造價分析的各類進行歸一化處理，以消除數據間數量級的差別。通過10組輸變電工程造價分析數據PSO-GA的訓練，完成了對PSO-GA關鍵環節參數的修正工作，最后用訓練完成的PSO-GA對剩余5組輸變電工程的單位容量造價進行測試以檢驗算法的精度。經過計算，基于PSO-GA輸變電工程造價的計算值與實際值對比見表3。

表3 計算值與實際值對比表

通過算例可證明，PSO-GA對輸變電工程造價分析數據的處理是有效的，基于PSO-GA的計算結果與實際工程結算的偏差在6%之內。因此，應用基于PSO-GA對輸變電工程全過程造價管理數據進行統一處理分析，可極大提高輸變電工程造價分析的時效性和準確性。

4 結語

在經濟全球化的時代背景下，信息技術不斷發展，為適應國網公司“三型兩網、世界一流”的戰略目標，電網的建設規模也逐步加大，輸變電工程全過程造價管理數據量不斷增多[16]。為提高國網年度輸變電工程造價分析數據結果的準確性，急需應用現代化計算機算法和數據挖掘技術，從海量數據中抽取有價值的造價數據，剔除無效和冗余數據，以提高數據處理效率和準確性。通過分析影響輸變電工程各個階段工程造價成本的關鍵指標因素，基于隸屬函數方法對輸變電工程全過程造價管理的關鍵指標進行綜合評價；基于PSO-GA對輸變電工程全過程造價管理數據進行統一處理分析，大大提高了輸變電工程造價分析的時效性和準確性。