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計研究院有限公司，廣州 510000)

0 引 言

水庫作為水利工程中較為典型的表現形式，本質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、發電、旅游及生態環境保護等綜合功能于一身，是中國國民經濟和社會發展過程中非常重要的基礎設施[1]。水庫工程建設周期較長，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無法預測的意外狀況，因此對水庫工程進行有效的造價估算和管理具有非常重要的作用[2]。對水庫工程進行造價估算，是指對從工程規劃書、籌劃設計、施工準備、建設到驗收等各個階段所需要的成本投資進行估價，為工程整體的造價管理控制確定合理有效的標準。

廣東省作為中國東南部沿海大省，省內河流眾多，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行開發和利用，其中汕尾市赤沙水庫作為粵東地區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，多年來承擔灌溉、防洪、治撈及養殖的作用，是廣東東部地區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算方法，繁雜的計算工程量導致估算過程中重復性數據量過大，極易產生誤差，影響最終的水庫工程造價估算結果。

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確有效的方法和途徑。

1 基于模糊聚類篩選有效數據

模糊聚類以模糊集合理論為基礎，針對目標對象的不確定性和模糊性進行處理，作為模式識別方法中的重要分支，能夠有效對海量數據進行識別、篩選和處理[3]。對水庫工程造價進行估算，需要選取歷史工程數據作為整體參考，在大量優質已建工程中篩選出與需估算工程相似度高的項目，以提高對水庫工程造價估算的準確度和適宜度。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為進行對比的工程，γx為則為計算出的貼近度，通過公式計算得出Px與Q之間的貼近度數值集合為{γ1，γ2，γ3…，γx}，將其按照貼近度大小進行排序，并對前n個貼近度指標進行保留，將其進行歸一化處理，得出兩個工程間貼近度的最終權重比值：

(2)

式中：hx為工程貼近度的最終權重，其數值越大，則兩者間貼近度越高，其相似性越強，對水庫工程造價進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，工程整體運行時間較長，年平均降水量在1500-2000mm之間。基于模糊聚類方法篩選出與其較為相似的已建水庫工程，充分發揮相似性工程在造價估算中的參考作用，為快速準確對汕尾赤沙水庫造價進行估算提供強大的數據基礎和技術保障。

2 建立水庫工程造價數據庫

對汕尾赤沙水庫進行造價估算，實質上是對其建設投資成本做出預測的過程，即根據歷史造價資料信息和相關行業的經濟成本數據，同時將外界環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數據越豐富，造價估算的結果越準確，但同時估算的計算量和時間也會相應增加，水庫工程造價估算速度與準確度關系，見圖1。

圖1 水庫工程造價估算速度與準確度關系

由圖1關系曲線可知，水庫工程造價估算的速度和準確度之前基本呈現反向關系，即提高準確度就會減慢估算的速度，基于此種關系，為達到估算速度與準確度的最優平衡，以上一節中篩選出的汕尾赤沙水庫相似性工程數據為基礎，建立水庫工程造價數據庫，作為未來水庫工程造價估算及成本預測的數據來源。數據庫利用不同數據節點間的層級關系，構建出層次化的基本框架，以便對赤沙水庫工程進行造價估算時可以快速調取所需的參考數據，水庫工程造價數據庫基本層級框架，見圖2。

圖2 水庫工程造價數據庫基本層級框架

如圖2所示，水庫工程造價數據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，并互相形成規范化的對應關系，從而在對汕尾赤沙水庫進行造價估算時，能夠迅速調取相關數據，獲得整體估算過程的最優速度及準確度。此外，還應對建成的水庫工程造價數據庫進行動態管理，定期維護與更新數據庫內容，完善造價數據庫的長效價值，為水庫工程造價提供更為快速準確的估算及預測。

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，擁有較為優質的水資源條件。隨著水利行業的快速發展，興建水庫等水利工程項目已經成為目前我國完善基礎設施建設的重要舉措。為使水庫工程獲得較佳的建設效果，需要前期對工程造價進行估算管理，優化水庫工程建設的進程，從而發揮水庫工程投資成本的最佳效益[5-6]。基于上一節建立的水庫工程造價數據庫，抓取影響汕尾市赤沙水庫工程造價的因素，參考相似性歷史數據對赤沙水庫工程造價做出估算。

對于一項水庫工程來說，施工材料成本是造價投資中的基礎和關鍵，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、對工期的規劃和要求及施工材料的供應方式等外部條件因素都將對水庫工程的造價估算產生影響。廣東省水庫多達300多座，其中汕尾市赤沙水庫作為運行時間較長的代表性沿海水庫，受自然條件因素影響較大。赤沙水庫規模較大，具有巨大的水資源調蓄作用，但由于在長期的運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，導致河道萎縮，加重赤沙水庫工程的安全隱患。在對其進行造價評估時，要充分考慮赤沙水庫特有的河道清理成本，結合其內在因素，優化水庫工程造價的估算結果。

4 構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，利用模糊聚類篩選已建工程有效參考數據并建立水庫工程造價數據庫，抓取影響水庫工程造價因素，以此為基礎構建赤沙水庫工程造價估算模型，從而獲取更為系統、準確、高效的水庫工程造價估算結果[7]。水庫工程造價估算系統運作的核心為計算估算指標在此次工程中所占的權重，以此判斷此項指標的隸屬度如何，對其進行估算是否會對整體水庫工程的造價估算有效。指標所占權重的計算公式為：

(3)

式中：Z為估算指標所占權重；αmax為其指標最大權重值；k為指標性質的取值。通過公式計算指標權重值并進行一致性檢驗，當Z值越大，則其一致性越低，代表隸屬度越低，則該指標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聯性較強。以指標權重及隸屬度計算為基礎，構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行流程，見圖3。

圖3 赤沙水庫工程造價估算模型運行流程

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據庫擴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確度，能夠使汕尾市赤沙水庫工程造價估算獲得較佳的結果。

5 實驗測試與分析

5.1 實驗準備工作

為驗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際效果如何，將對赤沙水庫工程的泄水工程造價進行估算，并選取傳統造價估算方法作為對照組，分別對比兩者與實際值之間的誤差，以此衡量此次研究的造價估算方法的準確度。測試準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個水庫以作實驗階段的參考，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中數據將作為實驗階段參照相似性工程的基礎，結合汕尾赤沙水庫存在的河道淤積的特點，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行造價估算測試。

5.2 實驗結果反饋

實驗階段擬對汕尾赤沙水庫工程的泄水工程進行八次估算測試，記錄實驗組估算值，選取傳統造價估算方法作為對照組，分別對比實際值得出估算的誤差，汕尾赤沙水庫擋水工程造價估算實驗結果，見表3。

表3 汕尾赤沙水庫擋水工程造價估算實驗結果

觀察表3中的實驗結果數據可以發現，實驗組誤差值均<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。對比實驗組和對照組的估算平均誤差可以得出，實驗組平均誤差較對照組小0.66，證明實驗組造價估算法方法與實際值更為貼近，估算較為準確，滿足本次研究預期效果。

6 結 語

汕尾市赤沙水庫作為粵東地區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揮著不可或缺的作用，對其造價進行準確的估算是優化水庫工程建設的前提和基礎。本次研究利用模糊聚類對比工程特點領域的優勢，為汕尾赤沙水庫造價估算提供更為豐富的參考依據，進一步優化其估算結果。然而，參考相似性工程進行造價估算極有可能帶來計算量的大幅增加，此過程中誤差出現的可能性偏高，會對最終的估算結果產生影響。今后應著重優化水庫工程造價估算過程中的計算方法，為獲取更為準確的估算結果提供強有力的技術支持和保障。