基于粒子群算法的環北部灣廣東水資源配置工程投資預測方法

關曉帆

(廣東省水利電力勘察設計研究院，廣州 510000)

0 引 言

環北部灣廣東水資源配置工程設計引水流量110m3/s，工程建成后可向粵西多年平均供水26.18億m3，其中城鄉生活、工業18.56億m3，農業灌溉7.62億m3。受水區包括云浮、茂名、陽江、湛江4個市的13個區縣，面積達3.09萬km2。各市水量分配：云浮市1.83億m3，茂名市6.14億m3，陽江市1.46億m3，湛江市16.75億m3。工程由水源、輸水干線、輸水分干線組成，全長499.9km，泵站5座，總裝機容量為402MW。水源工程自廣東省云浮市郁南縣西江干流地心村河段右岸無壩引水，取水泵站設計引水流量110m3/s，設計揚程162m，共安裝7臺(5用2備)立式單級單吸蝸殼離心泵，總裝機容量為336MW。輸水工程投資估算包括西高干線、高鶴干線、湛江分干線、茂陽分干線和云浮分干線[1]。西高干線工程投資估算包括西高干線127.4km，其中約76.9km位于云浮市境內，約50.5km位于茂名市。西高干線自地心泵站引水后，交水于茂名市的高州水庫，設計流量110 m3/s。高鶴干線工程投資估算包括高鶴干線74.5km，設計流量70 m3/s，全部位于茂名市[2]。自高州水庫取水口取水后，交水于鶴地水庫。為促進該區域水資源更合理的配置，提高水資源的利用價值，文章以上述環北部灣廣東水資源配置工程為例，針對這一工程項目的投資預測方法開展相關研究。

1 基于粒子群算法的環北部灣廣東水資源配置工程投資預測方法

1.1 水資源配置工程造價投資預測關鍵指標選擇

為實現對水資源配置工程投資的預測，確定影響工程投資的各項關鍵指標。針對工程項目當中各項單價進行具體分析[3]。項目單價內容包括PCCP管與鋼管每公里造價、PCCP管與鋼管預算價、PCCP管與鋼管市場價、閥門預算價、閥門市場價、補償器預算價、補償器市場價等。單價的變動對整個工程造價投資預測都有巨大的影響。因此，根據水資源配置工程的實際施工需求，將不同項目單價價值設置為水資源配置工程造價投資預測的關鍵指標，按照輸水線路每公里造價進行計算，再結合其他能夠直接獲取的各項投資費用，將其作為影響工程造價投資的關鍵指標，完成關鍵指標的選擇。將每一個指標視為獨立的評價內容，明確指標評價值，實現對水資源配置工程造價投資的預測。

1.2 基于粒子群算法的工程投資預測模型構建

在確定水資源配置工程造價投資預測關鍵指標后，為了向工程方案選擇提供一套Pareto最優方案。引入粒子群算法，對工程投資預測模型進行建立。首先明確投資預測模型的目標函數是工程投資造價最小化，因此其目標函數可用如下公式表示：

Pmin=Pa+Pp

(1)

式中：Pmin為最小化工程投資造價；Pa為水資源配置工程中能夠實現的水資源配置量；Pp為水資源配置需求量。在上述公式(1)的基礎上，再構建工程投資預測模型的建模約束條件，可用如下公式描述：

(2)

v=wvi+c1r1·Pmin+c2r2·F

(3)

式中：v為粒子本身的速度變量；w為對粒子產生影響的慣性數值；i為粒子本身；c1和c2為兩種不同的粒子數據在更新過程中產生的局部趨勢變化參數；r1和r2為在0-1之間的隨機數。將上述公式作為工程投資預測模型，對工程投資的具體金額進行預測。

1.3 確定模型輸入量及預測結果輸出

在Matlab軟件中實現基于粒子群算法的工程投資預測模型的計算，模型的輸入量為各項費用的概算以及計算均值。為了驗證輸入量是否合理，計算每個樣本的觀測量值之差，根據其數值是否接近0判斷樣本選取是否合理。在計算的過程中粒子群算法的思想和步驟為：對粒子進行初始化處理——根據項目實際條件對粒子的速度以及位置進行不斷更新——每完成一次更新后，并將更新后的粒子代入到模型當中完成計算——從眾多模型輸出的結果中找出最優解和全局最優解。將得出的全局最優解作為預測結果輸出。在實際對工程方案比選時，將輸出結果作為預測結果，選擇出最優工程投資方案。

2 實例應用分析

環北部灣廣東水資源配置工程項目輸水分干線長298.0km，包括云浮分干線(25.8km)、茂名陽江分干線(95.2km以及高州水庫連通渠擴建工程)、湛江分干線(177.0km)。云浮分干線從干線榃濱倒虹吸進口分水10m3/s，由西往東采用重力流有壓管道和隧洞輸水至云浮市金銀河水庫，沿線給七和水廠和金銀河水廠分水。茂名陽江分干線從高州水庫的南庫(石骨水庫)電站東側取水26m3/s，由北向南采用重力流有壓隧洞和管道輸水至龍眼坪分水口，在分水口由龍名段向名湖水庫分水，規模10m3/s；線路繼續向東南輸水(規模18m3/s)至河角水庫附近分水河角水庫，規模10m3/s；線路繼續向東北通過有壓隧洞、埋管輸水至茅垌水庫，規模10.0m3/s。湛江分干線從鶴地水庫取水，自北向南布線，經合流水庫、龍門水庫、余慶橋水庫后至大水橋水庫。由三段組成，分別為：鶴合段(鶴地水庫至合流水庫段)，在鶴地水庫取水，設計流量27m3/s；合雷段(合流水庫至雷州南渡河段)，在合流水庫取水，設計流量20m3/s；雷徐段(雷州南渡河至徐聞段)，該段在南渡河南岸與合雷段銜接，設計流量13m3/s。工程項目中地心泵站、廉江泵站、合雷泵站、松竹泵站和龍門泵站裝機容量均>1萬kW，均為大型泵站，執行樞紐工程標準。材料價格水平按工程所在地和對應的施工組織設計內容，按地心泵站、西高干線、高鶴干線、云浮分干線、茂陽分干線和湛江分干線分別計算。本工程總工期為96個月。表1為環北部灣廣東水資源配置工程項目投資估算組成表。

表1 環北部灣廣東水資源配置工程項目投資估算組成表

在明確該工程項目當中具體包含的工程內容后，在此基礎上，應用上述提出的工程投資預測方法對該工程兩種建設方案進行比選。圖1為兩種方案線路布置示意圖。

圖1 兩種方案線路布置示意圖

分別針對圖1中所示的兩種方案進行工程投資預測，并得到如表2和表3所示的結果。

從表2和表3中得出的數據可以看出，應用文章投資預測方法后，可實現對上述兩種工程方案的投資預測，從預測結果得出該工程項目投資方案A的投資為48.08億，方案B的投資為56.11億元。除此之外，綜合其他工程條件，將方案A作為推薦方案。

表2 方案A工程投資預測結果

表3 方案B工程投資預測結果

3 結 語

綜合文章上述論述，以環北部灣廣東水資源配置工程為例，為實現對其投資成本的預測，在引入粒子群算法的基礎上，設計了一種全新的投資預測方法，并通過實例應用進一步證明了這一方法的可行性，且能夠從眾多方案當中選出最佳方案，在保證工程后期施工和運行能夠達到預期要求的前提條件下，降低工程的投資成本，促進水資源配置工程項目經濟效益的提升。