建筑工程造價(jià)預(yù)算中人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

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摘要:建筑工程造價(jià)預(yù)算對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，其造價(jià)預(yù)算的準(zhǔn)確性直接影響到建筑企業(yè)的利潤(rùn)率。影響建筑工程造價(jià)準(zhǔn)確性的一個(gè)重要因素是建筑材料的價(jià)格波動(dòng)。以螺紋鋼為例，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)展了建筑材料價(jià)格的預(yù)測(cè)。研究結(jié)果表明，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠有效地預(yù)測(cè)建筑材料未來(lái)的價(jià)格走勢(shì)，從而為工程造價(jià)預(yù)算提供建筑材料的價(jià)格走勢(shì)，提高造價(jià)預(yù)算的準(zhǔn)確度。

關(guān)鍵詞:工程造價(jià)，人工智能，預(yù)算

1概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷進(jìn)步，城市化過(guò)程不斷發(fā)展，人們對(duì)于各類型建筑的需求也在日益提升，建筑企業(yè)得到了蓬勃發(fā)展。與建筑企業(yè)盈利水平密切的工程造價(jià)也逐漸成為企業(yè)廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題之一。建筑工程造價(jià)是指建筑活動(dòng)中企業(yè)的總成本，工程造價(jià)預(yù)算通常包括建筑安裝工程的成本、建筑設(shè)備購(gòu)置及租賃費(fèi)用、建筑規(guī)劃籌備費(fèi)用、工程期間貸款利息等費(fèi)用［1］，建筑工程造價(jià)的準(zhǔn)確預(yù)算能夠減小企業(yè)不合理的投入，控制項(xiàng)目的支出，實(shí)現(xiàn)企業(yè)利潤(rùn)的最大化。針對(duì)建筑工程造價(jià)這一問(wèn)題，蘇擇浦［2］根據(jù)工程施工程序?qū)こ淘靸r(jià)中存在的問(wèn)題提出了一些合理的建議。張萌等［3］采用BIM方法分析了轉(zhuǎn)配式建筑施工過(guò)程中的成本預(yù)算研究。毛?。?］給出了一些降低建筑工程造價(jià)的建議，包括加強(qiáng)施工設(shè)計(jì)管理、加強(qiáng)施工過(guò)程管理等。公維龍等［5］分析了工程造價(jià)預(yù)算超標(biāo)的原因，并在此基礎(chǔ)上提出了解決對(duì)策。候穎哲［6］分析了新形勢(shì)下的建筑工程造價(jià)管理的研究，分析了當(dāng)前工程造價(jià)管理中的不足。目前，由于建筑工程的建設(shè)周期較長(zhǎng)，工程建設(shè)初期能夠做到對(duì)材料在市場(chǎng)上的價(jià)格預(yù)估、成本的波動(dòng)范圍等不穩(wěn)定因素的起伏范圍，準(zhǔn)確估計(jì)建筑材料的價(jià)格對(duì)建筑工程預(yù)算方面起到了至關(guān)重要的作用。因此，本文提出了一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建筑材料價(jià)格預(yù)測(cè)方法。

2人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

神經(jīng)系統(tǒng)廣泛存在于人和動(dòng)物等生物體內(nèi)，能夠?yàn)樯锾峁┩饨绛h(huán)境識(shí)別、記憶、邏輯分析等功能。利用仿生學(xué)，McCulloch和Pitts［7］兩位學(xué)者最早在1943年提出了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的概念，他們將生物的神經(jīng)系統(tǒng)抽象成“M-P神經(jīng)元模型”，這一模型由大量具有計(jì)算功能的神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)連接組成，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)模擬神經(jīng)元的電信號(hào)傳播，其輸出由激活函數(shù)(activationfunction)來(lái)實(shí)現(xiàn)，神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)一定的權(quán)值來(lái)連接。利用這一模型，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在優(yōu)化問(wèn)題、信號(hào)處理、大數(shù)據(jù)處理、圖像識(shí)別、人工智能等領(lǐng)域逐漸獲得了廣泛地應(yīng)用。到了20世紀(jì)80年代，Rumelhart首次提出了反向傳播算法(BackPropagation)，針對(duì)這種算法建立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)又被稱為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是以誤差信息逆向傳播為基礎(chǔ)的多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由輸入層、輸出層及隱含層構(gòu)成，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)分析可以證明，一個(gè)具有三層深度的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠以任意精度逼近一個(gè)連續(xù)函數(shù)，且該網(wǎng)絡(luò)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易編程、計(jì)算精度高的優(yōu)點(diǎn)，從而得到了廣泛的應(yīng)用，也為后續(xù)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建提供了理論基礎(chǔ)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法整體上可以分為前向傳播和后向傳播，其中，信號(hào)的前向傳播依次經(jīng)過(guò)輸入層神經(jīng)元、隱含層神經(jīng)元及輸出層神經(jīng)元。同層神經(jīng)元之間各不相關(guān)，而且神經(jīng)元的輸入輸出信號(hào)只能從低層神經(jīng)元傳遞到高層神經(jīng)元，其中神經(jīng)元是否被激活則通過(guò)激活函數(shù)作為判斷標(biāo)準(zhǔn)。激活函數(shù)種類較多，總體要求是該函數(shù)具有連續(xù)可微的特性，以方便后續(xù)的求導(dǎo)工作，本文即采用經(jīng)典的Sigmod函數(shù)作為激活函數(shù)。后向傳播將進(jìn)行權(quán)重系數(shù)的修正，即開(kāi)展誤差修正，以提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)的精確度。通過(guò)這兩種傳播機(jī)制反復(fù)進(jìn)行計(jì)算直至預(yù)測(cè)誤差低于設(shè)定閾值即可停止訓(xùn)練過(guò)程。本文采用三層人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中，隱含層包括5個(gè)神經(jīng)元。

3螺紋鋼價(jià)格預(yù)測(cè)

工程建筑中常用的建筑材料包括水泥、砂石、鋼材等材料，其價(jià)格的變動(dòng)將對(duì)企業(yè)建筑工程的利潤(rùn)帶來(lái)重要影響。本研究以建筑工程中常用的螺紋鋼為例，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)螺紋鋼的價(jià)格走勢(shì)開(kāi)展了預(yù)測(cè)研究，如圖2所示。圖2中，黑色方框?yàn)榻陙?lái)(2017年1月—2019年12月)36個(gè)月內(nèi)的螺紋鋼每月的實(shí)際價(jià)格，可以看出，螺紋鋼價(jià)格隨時(shí)間劇烈變化，且變化并無(wú)明顯的規(guī)律，無(wú)法用目前現(xiàn)有的函數(shù)進(jìn)行識(shí)別和預(yù)測(cè)。本文利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以前期螺紋鋼價(jià)格為訓(xùn)練樣本建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如圖2所示，圖2中實(shí)線為根據(jù)實(shí)際螺紋鋼價(jià)格的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合曲線，從圖2中可以看出，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合過(guò)濾了價(jià)格劇烈波動(dòng)，保留了價(jià)格走勢(shì)，獲得了螺紋鋼價(jià)格的總體走勢(shì)。圖2中虛線給出了未來(lái)12個(gè)月的價(jià)格走勢(shì)，可以為工程造價(jià)的螺紋鋼價(jià)格提供具有一定準(zhǔn)確性的預(yù)測(cè)，結(jié)合訓(xùn)練樣本中的不同時(shí)間的價(jià)格偏差量，進(jìn)一步可以有效地規(guī)避螺紋鋼價(jià)格劇烈變化引起的預(yù)算偏差。同理，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還可以用于水泥、砂石、木材等常用的建筑材料的價(jià)格預(yù)測(cè)中，通過(guò)提供過(guò)去一段時(shí)間內(nèi)的建筑材料價(jià)格，以此為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)訓(xùn)練數(shù)據(jù)建立起來(lái)的各個(gè)建筑材料的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)價(jià)格的走勢(shì)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)建筑工程造價(jià)預(yù)算的高精度量化計(jì)算，避免人為因素造成的造價(jià)預(yù)算偏差。

4結(jié)語(yǔ)

建筑工程造價(jià)預(yù)算對(duì)于建筑企業(yè)的利潤(rùn)有至關(guān)重要的作用，為提高建筑工程造價(jià)預(yù)算中建筑材料價(jià)格預(yù)算的準(zhǔn)確性，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠有效地應(yīng)用于建筑材料未來(lái)價(jià)格的預(yù)測(cè)，降低建筑材料價(jià)格因素引起的預(yù)算誤差，從而提高建筑工程造價(jià)預(yù)算的準(zhǔn)確性，進(jìn)而能夠有效地提高建筑企業(yè)的利潤(rùn)率。

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作者：羅永康 單位：山西執(zhí)中工程造價(jià)咨詢有限公司