基于案例推理（CBR）的工程造价估算研究

李雅君

（张家口市第一建筑工程有限公司，张家口075000）

1 引 言

工程造价估算是指在投资决策阶段，依据所掌握的资料及投资估算指标、经验和方法，对工程项目的投资额进行估算.在现实生活中，我们常常会遇到知识不完备领域或复杂领域里的一些问题，这些问题很难用规则、模型加以描述或表示.鉴于传统推理机制在应用过程中所遇到的一些困难，迫切需要寻找一种新的推理机制.然而如果我们有过解决类似问题的经验，我们往往会将当时的解决方法作为参考，将该方法稍加修改，问题便可得以解决.受人类这一认识过程的启发，人们在处理问题时如果有经验而无理论依据同样能提供问题的解，于是专家们提出了基于案例的推理机制.

2 现状及存在问题

基于案例的推理是一种新兴的推理方法，比较活跃，受到人们的广泛关注，近年来，更是成为人工智能领域的研究热点.围绕基于案例推理的各个步骤，国内外许多学者对CBR做了大量研究工作，取得了一定成果.目前，CBR研究焦点己经开始向案例调整、案例维护方面转移.针对国内外对案例调整的系统研究均明显不足的现状，常春光［1］在总结了具体的案例调整方式的基础上，分析了各种调整方式的适用条件，设计出一套案例调整算法并给出一个通用的案例调整框架，为案例调整的执行提供了依据.

目前，基于案例推理是人工智能领域的重要研究方向，在众多领域都有其应用成果.然而，基于案例的推理在工程造价估算方面的应用尚十分不足，虽然开展了一些针对己建工程进行相似计算的研究，但还很不成熟，大多存在以下问题：忽视了工程造价估算问题的特殊性，采用通过案例推理直接估算造价的方式，易导致当工料机价格受时间和市场的影响进行复杂波动时，对案例推理结果的修正将困难重重，造成系统误差较大；一味地强调基于案例推理的重点在于案例检索，而忽视案例推理的其它环节，割裂了基于案例推理过程中各个步骤之间的紧密联系，不能最大限度地发挥基于案例推理的作用，无法保证案例推理效果.

3 案例表示与组织

CBR系统中，案例库是一个重要的组成部分，它服务于整个推理过程，是其它各个模块进行工作的基础.因此，构建基于案例推理的工程造价估算系统，首先要研究的是，怎样把过去的工程实例表示成案例的形式，以及如何组织案例形成案例库.

（1）案例表示

案例表示是指借助一定的数据结构，对历史经验进行形式化的描述，完成人的经验向案例的转换.目前，案例表示的常用方法包括逻辑表示法、框架表示法、产生式表示法、语义网络表示法等.其中，框架表示法［2］是语义网络一般化的结构，也是面向对象的思想之来源；框架表示法能够在一定程度上满足工程知识表达的需要及基于案例推理的需要，有利于系统方便、顺利地进行推理.故采用框架表示法.

使用框架表示法时，案例属性的总和称为案例的框架，每一个槽描述案例的一个组成部分，一个侧面用于描述一组特征属性，每个侧面值即为一个具体特征值.其形式化描述如下：

案例编号：

框架名：（工程名称）

槽1.工程信息描述

槽2.工程特征描述

侧面1.工程类型

侧面2.建设标准（建设规模，建筑标准，…）

侧面3.建设地点

槽3.结果集

侧面1.工料机配备

侧面2.工程造价

槽4.相关说明

侧面1.工程案例点评分析

其中，案例编号唯一标识工程案例，用字符串表示；工程信息描述是对工程状况的简要介绍；工程特征描述即对工程特征的表示，包含了工程案例的检索信息，是构成工程案例的重要因素；结果集对应问题的解决方案，在基于案例推理的工程造价估算系统中，包括工料机配备和工程造价；相关说明是对该工程案例的点评分析，对该案例所反映的信息予以解释或延伸.

（2）案例组织

案例组织是指为了更好地表示案例，根据案例的特征和检索的需要，对案例进行组织、整理，形成案例库.案例组织为基于案例推理提供必要前提，直接影响到案例检索效率.

根据工程案例的表示方法，运用关系数据库技术组织案例，建立工程案例库.关系数据库技术实质上是将概念模型数据化，构建数据之间的一个整体逻辑结构图，即关系结构数据模型.将所搜集的工程案例框架存放在一系列相互关联的数据表中.采用工程案例的各个属性作为字段、案例编号作为主关键字来构造表结构，创建各表中相应的索引，并以此为基础创建表间关系，从而进行一体化操作.运用关系数据库技术后，可方便地利用SQL语言进行工程案例检索，对工程案例库进行管理和维护等.

4 系统应用

根据案例库的结构定义，将所搜集的的已建工程资料整理成相应形式.考虑到工程样本资料的特点，影响工料机配备的主要因素为建筑物的主要尺寸和设计参数，这里选取相应特征属性：类型、结构、建筑面积、层数、地基承载力、抗震烈度，作为影响工程造价的关键因素.

现以某拟建工程作为实验案例，简要说明该系统实现其决策支持功能的流程和效果.

根据系统提示，输入当前工程信息：8层住宅楼，框架结构，建筑面积4961 m2，地基承载力150 kn／m2，抗震烈度7级.

首先，运用问题描述模块，将该工程信息表示为类似于原有案例的形式.在案例检索模块，以工程类型相同为检索条件对案例进行过滤，得到候选工程案例集合｛案例1，案例2，案例3，案例4｝，再进行高级检索，依次计算局部相似度、各特征属性的权重、全局相似度，得到当前工程问题与候选工程案例集合中各案例的相似度分别为0.63，0.81，0.74，0.58，设置该值大小为0.6，得到符合该可信度要求的工程案例，并以其各自与当前工程问题的相似度为依据，按由大到小的顺序对案例进行排列，形成案例库给出的建议解｛案例2，案例3，案例1｝，然后将该解送至方案调整模块，提请用户针对当前工程问题与建议解之间的差异进行必要的调整，选择自动调整方式，得到问题的确定解，即以每100 m2为基本单位，主要工料机配备为：人工工作473.29天，钢材3.62t，木材1.34 m3，水泥5.65 t，砌体15.27衬，中粗砂15.74 m3，商品硅35.06 m3，脚手架11 m，塔吊4.82台班，接着将其与方案评价模块内产生的满意解进行比较，考虑两者之间差异较小，可予以接受，对该确定解表示满意，将其作为问题的最终有效解，结合工料机市场价格，得到当前工程问题的估价，形成问题案例.

表1列出了当前工程问题的工料机估算配额以及其实际发生投入.由此可见，由于案例库中有一些与本例相似的工程案例样本，加上采用了较合理的推理方法，故工程造价估算结果与实际发生造价相比，偏差范围约在-15%～＋12%之间，且借助计算机的模拟技术，系统具有了较快的推理反应速度，可以满足投资决策阶段对工程造价估算的精度和速度的要求，具有参考意义.由于案例推理系统是一种增量式的数据系统，随着案例的不断增加和更新，计算结果的准确程度也会随之滚动式地提高.

表1 当前工程的工料机配备估算值与实际值对比表

在开发该应用系统时，除满足用户所需的功能之外，还须充分考虑系统的实用性和可操作性，使系统具有直观、方便、友好的人机界面，系统与用户进行交互应尽可能的简单、明了，同时还要考虑用户的使用习惯，使用户可以用他们感兴趣、喜欢的形式来给出决策结果等.简言之，应充分考虑用户需求，包括用户已提出的现实需求和有待挖掘的潜在需求，在此基础上，不断地完善系统的研发工作，以便交予用户一个性能良好的系统供其方便使用.

［1］姜丽红，刘豹.案例推理在智能化预测支持系统中的应用研究.决策与决策支持系统，1996.6（4）：63～69

［2］谢志刚，任旭，魏震生等.基于案例推理和模糊诊断的兵器故障诊断专家系统.军械工程学院学报，2001.13（3）∶21～24

［3］赵瑞雪，甘们初.基于案例的信息系统设计方法.北京理工大学学报，1999.19（4）：511～515

［4］陈保香，曹奇英，夏祖勋.案例推理在海军战术决策中的应用.华东船舶工业学院学报，2000.14（5）：45～49