基于粒子群与遗传混合优化算法的输变电工程全过程造价管理数据处理

叶 青，刘晓蒙

(国网上海市电力公司金山供电公司，上海 200540)

在经济全球化的时代背景下，输变电工程的建设规模不断增加，输变电外线工程所涉及的线路跨越地域广阔，为满足建设“坚强智能电网”要求的，对电气装备和设备技术水平的要求提高，导致输变电工程的建设成本不断增加，使得技经人员在每年对输变电工程进行造价分析时，需要分析处理的工程造价数据量增大。由此可见，传统的输变电工程造价管理方式已无法适应电力行业信息化、智能化、专业化的发展趋势，需要应用数据采集、数据挖掘、数据处理等信息化处理技术，构建输变电工程造价管理“大数据”处理平台，以更精准、更科学的方式，分析输变电工程全过程造价管理的短板，为工程造价管理人员提供有价值的输变电工程造价管理的决策建议。

1 输变电工程全过程造价管理关键指标

1.1 输变电工程全过程造价管理流程划分

输变电工程全过程造价管理流程一般分为可研阶段、初步设计阶段、施工阶段、工程结算阶段、工程决算阶段5个阶段。输变电工程建设规模较大，所涉及投资金额大多在亿元以上，设计单位、监理单位、施工单位极有可能通过招标环节才能确定。因此，本文将输变电工程全过程造价管理流程细化为8个阶段(见图1)：可研阶段、初步设计阶段、施工图设计阶段、招投标阶段、合同管理阶段、施工阶段、工程结算阶段、工程决算阶。

输变电工程各个阶段造价管理目标如下。

(1)可研阶段。根据国家能源局颁布的《输变电工程可行性研究内容深度规定》[1]文件的要求，输变电工程可研报告应在电网规划的基础上，对项目建设的必要性、系统方案、建设规模等进行充分论证分析，出具输变电工程可行性研究报告和项目投资估算书。

(2)初步设计阶段。根据文献[2]对国网公司《输变电工程初步设计内容深度》解读可了解到：初设文件应在已批复的可行性研究报告和设计基础资料的基础上，应用通用设计、通用设备、通用造价、标准工艺，对工程建设规模、设计范围、站址概况、主要技术方案等描述清晰准确，并出具初步设计图纸及概算文件等。

(3)施工图设计阶段。施工图设计文件是依据批准的初设文件、初设评审意见、设备订货资料等设计基础资料编写的，能正确指导施工、方便竣工验收、保证运行档案正确齐全，并满足设备材料招标、施工招标、业主单位工程管理、项目施工和竣工结算要求的文件，主要包括施工图纸和施工图预算书[3]。

(4)招投标阶段。输变电工程投资金额较大，通常采用公开招标的形式确定承包方。在招投标阶段，招投标文件范围、工程量清单的确定等都是影响招标结果的重要因素。

(5)合同管理阶段。通过公开招标方式确定中标的承包方后，须与承包方就工程承包范围、合同约定工期、工程安全质量要求、工程款支付方式等关于发、承包双方权利和义务签订施工合同，保障工程施工的合法性[4]。

(6)施工阶段。在工程施工阶段，除了确保工程安全施工、保障施工进度之外，有可能会遇到当地政府提出高围挡安全施工，施工后完成路面、绿化修复等工作要求；或其他影响工程施工的状况出现，例如施工路径下存在其他单位的地下管线影响施工，这些都导致设计变更和现场签证的出现以及工程造价成本提高。

(7)工程结算阶段。根据国网公司最新要求，输变电工程结算分为分部结算与工程竣工结算。分部结算是在单项工程完工后进行的结算，在施工过程中，有效优化工程施工组织、设计、施工方案、提前避免设计变更和现场签证的发生，有效控制工程造价[5]。工程竣工结算是依据合同约定对工程建设全过程中设计、监理、施工、技术服务等工程费用的全口径结算。

(8)工程决算阶段。工程结算完成之后，由审计咨询公司依据工程建设资料将工程建设所涉及的资金转化成固定资产，并移交给设备运维部门进行后期设备维护工作[6]。

图1 输变电工程全过程造价管理流程

1.2 输变电工程全过程造价管理关键指标

根据输变电工程全过程造价管理的8个阶段，综合使用专家打分法和流程图法深入分析输变电工程全过程造价管理各个阶段可能存在的造价管理风险因素，即全过程造价管理关键指标[7-12]，见表1。

表1 输变电工程全过程造价管理关键指标因素清单表

2 基于隶属函数对关键指标进行综合评价

2.1 隶属函数综合评价法

为使综合评估过程的计算量和复杂性大大降低，同时保证评估结果的准确性和可信度，将每一评估指标分为5个等级，即：V={很差，较差，合格，良好，优质 }。三角形—梯形分布隶属函数示意图如图2所示，0

图2 三角形—梯形分布隶属函数示意图

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

等级1↓等级2↓等级n↓指标1指标2︙指标m→→→r11r12…r1nr21r22…r2n︙︙…rm1rm2…rmn(6)

2.2 合成全过程造价管理关键指标综合评价结果

2.2.1 序关系分析法确定指标权重

为简化标准层次分析法判断矩阵一致性检验过程，序关系法原理及权重计算步骤如下。

(1)根据图2，请相关专家给出同一层次指标对上一层次重要性程度确定序关系。若有指标u1，u2，K，uk和n位专家，第i位专家给出的序关系可记为：uiuj…uk。

(2)令rik为第i位专家关于相邻指标uk-1与uk的相对重要程度：rik=ωk-1/ωk，其取值见图3。

图3 比例标度图

(3)第k个指标的权重ωk的计算公式如下：

(7)

ωk-1=rkωk，(k=2,3,K,…,m)

(8)

2.2.2 合成全过程造价管理关键指标综合评价结果

将隶属度矩阵R与权重向量W相乘，得到模糊综合评价结果向量B。根据最大隶属度原则可获得输变电工程全过程造价管理关键指标综合评价结果，即

B=W·R

(9)

3 基于粒子群与遗传混合优化算法(PSO-GA)搭建输变电工程全过程造价管理数据处理平台

输变电工程全过程造价分析涉及的数据种类繁多[14]，在对如此复杂的海量数据进行数据处理时，引入先进的计算机粒子群算法(PSO)和遗传算(GA)法对输变电工程全过程造价管理数据进行处理，提取出造价分析中的有效数据，剔除无效和冗余数据，不仅能够提高数据处理效率，同时也能提高输变电工程造价分析工作的准确度。

3.1 PSO-GA概述

是模拟鸟类飞行觅食行为，通过鸟群个体协作使群体得到最优解，具有计算简单、收敛快、鲁棒性好的特点；GA是通过模拟自然进化过程来搜索最优解，其特点是直接对结构对象进行操作[15]。

PSO-GA的主要原理是将粒子群算法引入到遗传算法中，用粒子群算法构建遗传算法中的变异算子，破坏染色体在变异时的随机性而随着以往信息进行有向变异，保证了子代的优良性，使种群快速良性发展。

(10)

(11)

式(10)通过权重因子c1，c2和随机数γ1，γ2以及信息反馈、xmax,i和Xmax预测了变异的幅度和方向；式(11)描述了变异操作的具体实施过程。

3.2 PSO-GA数据处理流程

(1)初始群体的生成及参数编码。先将多个输变电工程造价数据进行分类，然后等分参数的限值区间产生初始群体，最后对参数进行二进制编码。设待修正参数Ari的变化范围是[Amin，Amax]，参数Asi的二进制数为b，则

(12)

将所有待修正参数Ar1，Ar2，…，Arm的二进制编码联结成二进制串p，若有m-k个待辨识参数，每个参数的二进制编码均为q位，则二进制串p共有(m-k)q位。

(2)适应度函数的建立，即个体适应度f：

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

(13)

式中C，D——比例系数和非零的调节参数，用于调节适应度值。

由式(13)可知，误差函数f(e)的值越小，适应度f的值越大，该个体被保留的概率越大；反之，则该个体将被淘汰。

(3)确定遗传算子。采用无放回的随机余数选择法和“精英保留”相结合的选择方式：为改变算法的收敛速度，以每次迭代的最优个体和现存的最优个体替换每代中适应度最差的个体；为避免父代中适应度最优的个体在选择、交叉和变异的过程中丢失，在算法执行过程中将父代中的最优个体保存下来直接复制，而不进行交叉和变异操作。

为提高算法的时间效率，提出自适应交叉率，其公式如下：

(14)

式中Pc1，Pc2——值的大小可依据隶属函数综合评价模型的造价管理关键指标的综合评估结果进行设定；fmax——每代群体中的最大适应度值；favg——平均适应度值；f′——待交叉个体中适应度的较大值。

(4)迭代终止。

3.3 PSO-GA造价分析数据处理算例

在对输变电工程造价分析数据基于PSO-GA进行数据处理前，首先应建立输变电工程造价分析数据资源库(见图4)，并对其进行分类。一般情况下，输变电工程造价分析数据库资源可分为3类，即工程造价基础数据库(工程造价基础数据库又包含工程概况基本数据、技术经济参数数据以及工程各项费用明细数据)、物资市场价格数据库、定额标准数据库。

图4 输变电工程造价分析数据资源库

以某省2018年共计15个110 kV输变电工程的造价分析数据为例，并选取该省10组造价分析数据作为PSO-GA的训练数据，其余5组造价分析数据用以验证PSO-GA的准确性，输变电工程造价分析样本数据见表2。

表2 输变电工程造价分析样本数据

依据PSO-GA原理，将表2数据作为算法的初始群体进行编码前，需将其还原至工程的各个阶段内，以利用造价管理关键指标的综合评估结果，在算法交叉、变异过程中选择适合的Pc1，Pc2值以求取最大适应度值fmax和平均适应度值favg。PSO-GA数据处理流程图如图5所示。

图5 PSO-GA数据处理流程图

在PSO-GA的运算过程中，应对输变电工程造价分析的各类进行归一化处理，以消除数据间数量级的差别。通过10组输变电工程造价分析数据PSO-GA的训练，完成了对PSO-GA关键环节参数的修正工作，最后用训练完成的PSO-GA对剩余5组输变电工程的单位容量造价进行测试以检验算法的精度。经过计算，基于PSO-GA输变电工程造价的计算值与实际值对比见表3。

表3 计算值与实际值对比表

通过算例可证明，PSO-GA对输变电工程造价分析数据的处理是有效的，基于PSO-GA的计算结果与实际工程结算的偏差在6%之内。因此，应用基于PSO-GA对输变电工程全过程造价管理数据进行统一处理分析，可极大提高输变电工程造价分析的时效性和准确性。

4 结语

在经济全球化的时代背景下，信息技术不断发展，为适应国网公司“三型两网、世界一流”的战略目标，电网的建设规模也逐步加大，输变电工程全过程造价管理数据量不断增多[16]。为提高国网年度输变电工程造价分析数据结果的准确性，急需应用现代化计算机算法和数据挖掘技术，从海量数据中抽取有价值的造价数据，剔除无效和冗余数据，以提高数据处理效率和准确性。通过分析影响输变电工程各个阶段工程造价成本的关键指标因素，基于隶属函数方法对输变电工程全过程造价管理的关键指标进行综合评价；基于PSO-GA对输变电工程全过程造价管理数据进行统一处理分析，大大提高了输变电工程造价分析的时效性和准确性。