基于粗糙集和支持向量机的电力工程造价工作风险管理

马 超 魏劭则 马 健

（北京市石景山供电公司，国网北京电力公司）

0 引言

输变电工程建设是一项基础设施建设，对国家经济和百姓生活至关重要。输变电工程造价受多种因素影响，原因是投资规模大，参与主体多，组织关系复杂，回报周期长。研究造价风险因素，研究相应的管理对策，对于工程建设而言，是必不可少的。以输变带工程成本为研究对象，有针对性地构建风险评估体系，对成本风险进行评估，并据此提出成本风险管理对策，对于提高电网工程项目收益，降低电网工程投资成本意义重大［1］。

我国建设成本管理的发展经历了四个阶段：以“标准定额”为标志的前苏联建设成本管理模式、文革时期的建设成本管理混乱无序时期、……改革开放进入90年代，是恢复、整顿和发展建设成本管理的时期。从上世纪90年代后期到现在，成本管理已经进入市场化、国际化的发展阶段。《输变电工程综合造价管理各参与主体影响因素模型》是谢锡飞利用结构方程模型进行分析而建立的［2］。DаrkoDukiе等利用数据包络分析法，对电网工程的成本风险进行了研究分析［3］。为解决电网建设工程造价不确定性的问题，GwаngHееkim建立了一个预测电网工程造价的模型［4］，采用遗传算法与人工神经网络相结合的方法。

本文首先对相关各方的政治风险、社会风险、法律风险、自然风险、经济风险、投资决策阶段风险、项目融资阶段风险、项目建设期风险、竣工结算审计阶段风险以及有关各方的合作关系等方面进行了详细的介绍，在为在风险等方面进行评估，提出了输变电工程造价风险评估制度。随后，评估指标通过粗糙集简单化，优化指标体系，再以风险评估指标体系为基础，利用支持向量机进行风险评估，同时也进行实证分析。进一步提出了输变电工程造价风险管理的对策和建议，根据造价风险评价指标体系的实证情况。

1 构建以粗集为基础的输变电工程造价风险评估模型。

1.1 分析输变电项目成本风险影响因素

输变电工程造价外生风险因素是指工程所处的外部环境所造成的风险，这种风险是无法规避的。这些风险是由于项目参与方活动之外的因素导致的风险。这包括五个方面的风险：政治风险，法律风险，经济风险，自然风险，社会风险。内生风险因子特指输变电工程本身所产生的工程造价风险因子，以及与工程各实施主体的风险因子。具体来说，其包括的各个风险影响因素如表1所示。

表1 造价风险影响因素输变电项目

1.2 基于粗糙集的评价指标体系优化

初步建立排除重复、交叉和冗余指标，使其运用科学合理的优化方法进行指标体系优化，以上述成本风险影响因素为基础的风险评价指标体系。

根据粗糙集的筛选原理，粗糙集决策表的产生首先通过离散化处理收集到的数据。然后，在罗塞塔软件中输入数据，用基因算法降低指标。所以简单化之后就可以拿到指标了。

具体地说，评价指标简单化和权重确定采用粗糙集理论，可分为以下几个阶段：

（1）设计用于评估输变电工程造价风险的决策表S=(U、R、V、F)。其中，通过调查问卷，即论域所收集到的样本数据，由U代表提出。R为本次指标优化过程中所涉及的全部风险冲击因素，亦即条件属性。

（2）决策表中条件属性的等价类关系集合，即ⅠND（P），根据粗糙集理论可以计算。条件属性是否为条件属性R的相对简单化，是根据粗糙集理论中不可区分的关系来判定的。如果没有，这些条件属性就没有简化的必要了。如果存在条件属性是集合R的相对简化，那么接下来就是判断这些能不能同时进行约简，或者只做其中一个条件属性的约简，判断这些条件属性是否可以同时进行约简。

（3）按步骤（2）计算重要程度所求的等价类关系集合。重要程度可以在有无这一属性的知识基础上，反映出分类的变化。如果这个条件性去掉以后，接下来就会有相关的运作。如果集合R的分类有较大的变化，说明这个条件属性的信息量较大，具有较高的重要性；反之，若集合R的分类变化较小，则表示该条件属性的信息量较少，重要程度较低，若集合R的分类变化较小，则表示该条件属性的信息量较小。

（4）通过这种偏离程度来确定冗余指标约简的输变电工程造价风险评价指标，计算各评价指标的权重和该指标相对于权重最大指标的偏离程度，一般应在指标偏离程度大于90%时进行约简，从而精简输变电工程造价风险评价指标体系。最终的计算结果如表2所示。

表2 计算汇总表输变电项目成本风险评估指标

表3显示了评估指标的约简结果，根据上文所述偏离程度大于90%的原则。简化表格风险评价指标，命名为《表3 输变电工程造价风险评价简表》（以下简称《简表》）。

表3 输变电工程造价风险评价简表

1.3 成本风险评价指标体系输变电项目

初步构建的47项风险评价指标体系中，在对输变电工程造价风险评价原有指标体系进行粗糙集理论优化的基础上，目前已有16项指标顺利通过验收。其余31项指标对输变电工程造价风险评价指标的体系构成已经比较完善。值得说明的是，本次约简过程是在通过问卷调查所收集到的数据上进行的，由于时间精力有限，调查方位可能不足够广泛，这也是以后需要努力改进的一点。

2 支持向量机发展的输变电工程成本风险评估

2.1 构建以支持向量机的输变电工程成本风险评估模型

采用支持向量机模型评估输变电工程造价风险，评估指标体系中由M项风险评估因子构成的样本集S如何处理是第一个需要解决的问题。

在配套向量机模型中，我们将输变电工程造价风险评估指标专家评分的xi指代为预测因素值；用yi来指代预测对象值。Y=F(X)称为最佳函数，它描述了通过该模型估算出的各种输变电工程造价风险评估指标与预测的相互关系。

本文选择支持输变电工程造价风险评估研究的向量返回机函数-SVR，那么接下来需要解决的问题就是如何通过计算获得最优的返回超平面，而要解决必须引入松弛变量和可以转换成线性问题来解决一次二次凸规划，也就是：

释疑变量和C的含义在文中都有介绍。其中的松弛变量在求解最优返回超平面时，面对的是超平面以下和超平面以上两种不同的情况。C为事先设定好的惩罚功能。我们可以观察到，凡是有约束的，都是凸起的集合。根据前面介绍过的最优化理论，可以得出结论：全局的最小解一定存在于这个目标函数之中。因此，在方程式（2）中最优回归超平面的问题，可以利用拉格朗日乘数法和卡罗需-库恩-塔克条件来解决。ξξ*

其中，将Lаgrаngе函数定义为

然后对式（4）分别求ξ、ξ*、ω的偏导数，并令求得的偏导数为0，即：

之后，再将式子（5）-（8）化简后入式（3）中，就可以消除掉，，，，，，最后的对偶最优化问题可将式（3）化简如下式所示。

这样线性超平面最优回购题需要解决的问题就可以改变了。

其中：

函数f（x）是在输变电工程造价风险评估的基础上，对向量机的最优回归函数进行支持的函数。若想获得原样的空间，只需通过支援核函数在量机中的计算，得到基于样本的非线性回归函数，即α与b的值所对应的系数。

2.2 输变电项目成本风险评估SVM回归评估模型计算过程

综上，图1所示的是计算过程，其依据是对输变电工程的造价风险评估，该过程支持向量机运行。

图1 支持计算流程图向量机返回评估模型

通过以上步骤，在支持向量机的基础上，建立评价模型，已经可以求得的二次凸规划的相关参数式（13）。

最终，模型建成后，能够预测出已达到检验精度的所评估输变电工程的成本风险。

3 实证分析

3.1 研究样本与数据的获得

本文将结合前述12项输变电工程资料，按照前文所建立的评价指标体系，请有关专家打分处理。笔者在做专家评分前，先将各项指标量化归一化处理，在尽可能转化为可量化数据的同时，将考核指标分成若干个档次，做到统一处理指标体系。本文将指标得分分为0.1分、0.3分、0.5分、0.7分和0.9分五个档次。5个分数段所对应的风险段位分别是：低机率，一般机率，高机率。要求专家在进行打分时，一定要对每个项目的基础材料、财务数据等进行全面、充分的考量，这样才能给出相对合理的分数。

3.2 输变电项目成本风险评估以SVM

上述选定的12项输变电工程造价按配套向量机风险评估模型2.2节构建的计算流程进行风险评估预测的具体流程是：

3.2.1 进行核函数的选择

根据本文所收集的资料，若不是先验后选核功能，还是选择特性平滑的比较好。在LⅠBSVM工具箱中，具有这一特征的核函数只有径向基函数（RBF）。径向基函数能够将非线性的样本数据转化为更高维度的多维空间，从而对数据属性与类标签之间的非线性关系进行更有效的描述，从而实现对非线性的分析。这个函数相对于其他函数来说，计算难度要小一些。在LⅠBSVM软件中，径向基函数参数较少，各参数含义明确，使用过程中使用起来比较得心应手。基于以上原因，本文将作为核函数的径向函数选择在本次研究中。这个径向函数也叫做rbf核。

越小表示rbf核函数的局部性越强，也就是相似程度较大的地方只在很近的x和y值附近。则说明这个核的拟合作用越差。不确定一个合适的会导致核函数的泛化能力下降，因此在建模过程中，确定一个合适的是一个非常重要的步骤，在建模过程中，对核函数的泛化能力的降低在后面的步骤中会描述如何确定φ值。

3.2.2 相关参数的计算

当我们选择了合适的RBF核函数后，我们就需要利用这个函数来学习参数C和G，具体的操作步骤如下，使用LⅠBSVM工具箱就可以完成了。

（1）训练样卷材料按资料格式要求在LⅠBSVM中编制；

（2）进行数据的缩放操作；

研究中采用了利用RBF函数确定最优学习参数C和G的K-fold交叉验证方法。当使用LⅠBSVM工具箱确定学习参数时，可参考图2、图3中参数的选取。

图2 参数寻优3D图

图3 参数寻优二维图

从上面的图示可以看出，C的最优学习参数值是75，G的值是0.8，我们最终是根据LⅠBSVM的输出结果得出的。

3.2.3 输变电工程造价风险估算

将收集到的12个项目数据的前8个作为支持向量模型的训练样本，使用3.2.2节中获得的最佳参数C和G。后面的4个样本预测，用之前8个样本建立的模型。

我们根据上面得到的最好的参数，把前面的8个项目，后面的4个项目，也就是预测样本，作为我们的训练样本。利用libsvm工具箱求得各相应的α，α*，b的值，其值见表5中。

表5 系数α，α＊和b的计算结果

求系数的数值，供模型代入使用。

到目前为止，我们以支撑向量机为主的输变电工程造价风险评估模型的建设工作已经圆满完成。最终，我们可以将后面4个样本数据作为预测样本，利用上述构建的评估模型，将这些数据代入模型中，从而对后4个项目的风险评估值进行求解。具体结果如表6所示。

表6

表6为算法风险评估价值向量机回归提供了支持。

因此，如果有新的待评估项目出现，可以根据上述步骤建立评估模型，并输入更新的项目风险评估指标值（x），再利用这个评估模型对相应的风险值和风险大小进行预测。同时，为确保预报结果的准确性和有效性，在资料收集阶段，必须收集到与待评估项目类似的事件，因此，要做到一系列工作程序化、标准化，如收集、归类、整理工程资料等。

4 费用风险认定和输变电项目管理

对可能导致工程造价风险的风险事件，要进行工程造价风险管理，首先要进行风险事件的认定。并查明风险的潜在位置及原因，是工程造价风险识别的首要环节。工程造价风险及其变动的主要原因是工程项目在实施过程中发生的风险事件和完全不确定事件。另一方面，工程项目的成本风险来自于信息的不完善，包括人们在收集和处理信息方面存在的问题，也包括信息本身具有一定的滞后性。以下分析可能产生工程造价风险的几个主要原因：

（1）工程可行性研究阶段存在的风险。土地审批、环评、水土保持等相关文件资料不全，项目前期工作进展缓慢，前期工作质量不理想。线路路径约定不齐、漏列费用、错列费用、缺额费用或高估冒算费用等，都是可以研究评估的。

（2）风险对变电站站址、线路塔基的地质情况以及施工现场的清理情况在设计阶段的发生设计资料和勘察不够全面。扩大建设规模，提高建设标准，不同于可研方案的初设，等等。

（3）项目执行阶段存在的风险为资料不全。如果电网工程资料不全，就不能确认该不该招标，也不能对其进行有效的标价。2、价格风险是指工程施工期间，材料、人工等价格可能出现较大波动，且在此期间可能持续较长时间的电网工程，尤其是大型电网工程。3、施工管理单位人员不足，不能全程参与项目施工管理工作，对项目实际情况不够了解。4、设计变更管理不规范，导致设计变更与现场签证不规范、不及时，进而导致结算依据不充分，结算资料不全，导致客户在办理变更手续时，由于设计变更5、场地费用补偿标准和补偿依据不充分，补偿协议不规范或不健全。

（4）竣工交收阶段出现险情。本阶段需对项目实施过程进行全面回顾，并对入驻所需材料进行整理。法人管理费、生产备用费及其他支出不规范、不合理的列支等问题。

5 电网工程造价风险管理的措施

5.1 控制原理

以科学的风险分析方法为基础，选择合适的工具，按照造价风险管理各个阶段的目标，制定出一个被称为工程造价风险控制的总体方案来应对造价风险。以最小的代价获得最大的保障，或者说最终的回报，才是整个过程的最终目的。

5.2 阶段性造价风险的控制

（1）投资决定阶段的情况。为确保项目能够及时开展科研设计并顺利上报审批，积极与政府部门沟通协调，推动政府出台有利于电网建设发展的政策，加快办理各类配套文件。我们将派出线路工程人员到现场，对线路沿线的各个政府部门进行细致的勘查工作和意见收集，确保路线协议的完备处理。加强技术经济比较，合理确定最佳技术方案，将从设计阶段着手。工程设计要合理避免拆迁，以减少拆迁所需的成本和难度。

（2）设计环节。加强现场勘查和设计深度，在工程造价合理控制、施工标准合理确定等方面，积极推进面上设计和面上造价。

（3）实施阶段。要高度重视建设合同的签订工作，确保建设合同中造价管理必不可少的经济合同条款。这些条款的职责、协议一定要清楚。加强工程物资价格信息的收集、整理和分析，严把工程变更签证关，切实加强物资设备价格管理。建立一套严格的设计变更和签证审批制度，避免设计变更的随意性，避免出现“未批先办”的情况。

（4）抓好竣工结算资料的完善和归集工作，进入竣工投产阶段。项目建成后，最后一步就是要保证工程造价控制，对竣工结算进行审核。首要任务是收集整理工程建设过程中有关结算的各种资料，包括施工图预算或工程量清单、计价依据、签证及会议记录等结算信息，并将有关结算的各种资料整理成册。确保完善并落实审计所需基础。完成竣工结算审查工作，是一项必不可少的工作。在完成结算阶段，有必要进行风险的合理分摊。我们将按照有关规定，制定完成结算方案，对整个工程从筹备到建成的所有费用进行汇总、确认。

5.3 工程造价风险的监控与处理

项目中的不确定性风险虽然不能避免，但可以预见的风险事件却占了大多数。要全面评估风险，建立预警预案机制，才能实施工程预案。对已经确认的项目风险进行监控和处理，使用预先设置的警戒机制，以减少或消除风险事件造成的损害。在对工程造价风险进行监测和处置时，要重点抓好以下几个环节：风险管理机制的建立；明确责任人进行风险管理；对可能出现的风险事件进行预测。制定相应的风险控制措施，以解决风险事件。工程造价监审对象可一分为二进行。其中一部分为已知风险事件，另一部分为未知风险事件，目前尚无法预计。工程造价风险具有普遍性和全程性两个方面的特点。所以，在整个项目的实施过程中，要应对这种风险，就需要制定相应的应对措施。

6 结束语

本文从输变电工程造价的影响因素入手，提出了以支撑向量机为基础的评价方法，用粗糙集的方法来评价输变电工程造价风险的制度。对验证指标体系和方法可行性的造价风险评估体系进行实证分析，结合有关造价风险评估理论，为电网企业实际实施输变电工程和工程建设提供参考和建议，提出了造价风险管理对策。电网企业通过加强输变电工程造价管理、提高收益和社会价值等措施，确保工程造价合理。