羅旭紅,付叢振

(1．西安曲江大明宮建設(shè)開發(fā)有限公司，陜西 西安 710061；2．華優(yōu)信項(xiàng)目管理有限公司，陜西 西安 710061)

1 引言

工程概算是企業(yè)對(duì)工程項(xiàng)目的初步投資、利潤(rùn)實(shí)行預(yù)算建立的文件信息。概預(yù)算包含的有人員成本、耗材成本、時(shí)間成本等，該預(yù)算對(duì)于企業(yè)的運(yùn)營(yíng)狀況、經(jīng)濟(jì)效益、企業(yè)發(fā)展規(guī)劃等均存在直接關(guān)聯(lián)[1]。由于其種類居多，預(yù)算量較大，對(duì)于企業(yè)財(cái)務(wù)管理人員的工作量造成極大負(fù)擔(dān)[2]，并且，各個(gè)環(huán)節(jié)的概算結(jié)果容易出現(xiàn)預(yù)算誤差。組合優(yōu)化模型是用于保證企業(yè)資金流動(dòng)安全性的一種方式，保證企業(yè)在可控風(fēng)險(xiǎn)程度下，經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)的最大化以及平穩(wěn)運(yùn)行[3]。針對(duì)當(dāng)下工程概算的預(yù)算效率較低等問題，曾華輝[4]等人基于多層級(jí)清單，構(gòu)建工程預(yù)算系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工程概算的自動(dòng)預(yù)算；申建紅[5]等人基于LS-SVM，構(gòu)建工程初期造價(jià)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)工程概算的自動(dòng)預(yù)算。上述系統(tǒng)均可實(shí)現(xiàn)預(yù)算目的，但是存在預(yù)算結(jié)果較為片面、覆蓋的概算信息不夠全面等問題。本文為實(shí)現(xiàn)工程概算信息的全面、高效管理為目的，利用組合優(yōu)化模型的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)基于組合優(yōu)化模型的工程概算自動(dòng)預(yù)算系統(tǒng)，可靠地完成工程概算信息的自動(dòng)預(yù)算，并且可降低企業(yè)資金投入風(fēng)險(xiǎn)。

2 基于組合優(yōu)化模型的工程概算自動(dòng)預(yù)算系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

工程概算的可靠預(yù)算，可輔助企業(yè)實(shí)現(xiàn)盈利目標(biāo)，本文設(shè)計(jì)基于組合優(yōu)化模型的工程概算自動(dòng)預(yù)算系統(tǒng)共包含基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層以及軟件層，整體架構(gòu)見圖1?；A(chǔ)層主要依據(jù)Agent技術(shù)完成各類結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的采集以及整合，依據(jù)大數(shù)據(jù)處理技術(shù)處理后形成數(shù)據(jù)模塊群集，并傳送至數(shù)據(jù)層，數(shù)據(jù)層通過數(shù)據(jù)挖掘以及過濾技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)行分類處理，刪除冗余數(shù)據(jù)，保留有價(jià)值的數(shù)據(jù)并分類存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中，為自動(dòng)預(yù)算提供數(shù)據(jù)依據(jù)；在此基礎(chǔ)上，平臺(tái)層通過訪[6-7]，完成數(shù)據(jù)的可視化，軟件層依據(jù)預(yù)算目標(biāo)，基于數(shù)據(jù)可視化的前提下完成自動(dòng)預(yù)算，獲取預(yù)算結(jié)果。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

(1)基礎(chǔ)層：該層包含系統(tǒng)運(yùn)行所需的硬件設(shè)施以及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，主要用于采集結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化以及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)[8]，包含工程的數(shù)字圖紙信息、材料信息、費(fèi)用指標(biāo)信息、人工成本信息、工程量信息等，利用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)對(duì)其實(shí)行模塊群集處理后，傳送至數(shù)據(jù)層。

(2)數(shù)據(jù)層：該層包含企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)模塊、外部市場(chǎng)數(shù)據(jù)模塊以及數(shù)據(jù)挖掘處理模塊，基礎(chǔ)層傳送的數(shù)據(jù)經(jīng)由數(shù)據(jù)挖掘模塊實(shí)行處理，將數(shù)據(jù)實(shí)行分類處理[9]，分別存儲(chǔ)至兩個(gè)數(shù)據(jù)模塊的數(shù)據(jù)庫中。

(3)平臺(tái)層：該層主要由服務(wù)接口、相關(guān)組件以及數(shù)據(jù)鏈路模塊構(gòu)成，用于完成訪問權(quán)限認(rèn)證、數(shù)據(jù)可視化、企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)交互以及與軟件層之間數(shù)據(jù)高速傳輸[10]。

(4)軟件層：該層包含三個(gè)模塊，分別為預(yù)算編制模塊、執(zhí)行模塊以及評(píng)價(jià)模塊，用于完成預(yù)算目標(biāo)以及流程制定、審批、控制等，并結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況實(shí)行調(diào)整[11]，對(duì)預(yù)算結(jié)果實(shí)行評(píng)價(jià)，并通過組合優(yōu)化模型完成投資決策的確定。

2.2 基礎(chǔ)層結(jié)構(gòu)

基礎(chǔ)層主要采用Agent技術(shù)作為核心，該技術(shù)具備交互性、反應(yīng)性、自主性以及主動(dòng)性的顯著特征[12]，其可完成分布式數(shù)據(jù)的自主處理，因此，采用該技術(shù)作為基礎(chǔ)層的核心技術(shù)，用于完成各類工程概算信息的處理，其結(jié)構(gòu)見圖2。Agent技術(shù)是一種由內(nèi)核—類集的結(jié)構(gòu)技術(shù)，其包含兩個(gè)部分，分別是Agent內(nèi)核以及控制Agent，可將基礎(chǔ)層內(nèi)所有功能實(shí)行封裝處理，形成一個(gè)公共Agent內(nèi)核。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)各個(gè)差異化領(lǐng)域的功能，完成各自功能類集的執(zhí)行。知識(shí)推理是Agent 內(nèi)核的主要作用，因此其可用于完成工程概算的推理；內(nèi)核中設(shè)有接口類集，可完成所需的功能類集的連接以及調(diào)用，具備各個(gè)功能的能力，完成工程概算的相應(yīng)處理，并可提升系統(tǒng)在處理海量數(shù)據(jù)時(shí)的適應(yīng)能力、通用能力、并行能力以及擴(kuò)展能力，可快速完成各類工程概算數(shù)據(jù)的處理[13-14]。

圖2 Agent技術(shù)結(jié)構(gòu)

2.3 數(shù)據(jù)鏈路模塊結(jié)構(gòu)

為保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的高速傳輸，平臺(tái)層在數(shù)據(jù)可視化的基礎(chǔ)上，將可視化的數(shù)據(jù)傳輸至軟件層，為自動(dòng)預(yù)算提供可靠數(shù)據(jù)[15]。為保證該過程中的傳輸效率，采用數(shù)據(jù)鏈模塊完成，該模塊依據(jù)JESD204B協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層以及傳輸層構(gòu)成，并完成整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸，其結(jié)構(gòu)見圖3。該鏈路可實(shí)現(xiàn)兩種信號(hào)的并行，分別為數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)，數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)由解碼器輸出的同時(shí)，形成指示信號(hào)，并完成同步，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)耐瑫r(shí)，可實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的傳輸過程以及狀態(tài)，提升系統(tǒng)運(yùn)行效率的同時(shí)，跟蹤數(shù)據(jù)傳輸結(jié)果。

圖3 數(shù)據(jù)鏈路結(jié)構(gòu)

2.4 自動(dòng)預(yù)算流程

工程概算的自動(dòng)預(yù)算是系統(tǒng)的主要目的，軟件層制定預(yù)算目標(biāo)后，下達(dá)預(yù)算指令，平臺(tái)層調(diào)取數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)后實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化，軟件層在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行工程概算的全面自動(dòng)預(yù)算，其流程見圖4。工程概算自動(dòng)預(yù)算是以企業(yè)的戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)為核心參考，確定預(yù)算目標(biāo)后，通過預(yù)算流程執(zhí)行、控制、分析以及調(diào)整等，完成自動(dòng)預(yù)算；并且，為最大化實(shí)現(xiàn)企業(yè)業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)目標(biāo)、預(yù)算執(zhí)行以及績(jī)效考核充分結(jié)合的全面管理和控制[16]，對(duì)預(yù)算結(jié)果實(shí)行評(píng)價(jià)，最大程度保證預(yù)算結(jié)果的可靠性，最后基于組合優(yōu)化模型完成投資決策的確定。

圖4 自動(dòng)預(yù)算流程

2.5 基于組合優(yōu)化模型的投資決策

工程概算的自動(dòng)預(yù)算是保證企業(yè)投資風(fēng)險(xiǎn)最小化的基礎(chǔ)。減小風(fēng)險(xiǎn)水平、收益最大化是企業(yè)工程投資的期望目標(biāo)，以預(yù)算結(jié)果為依據(jù)，實(shí)行投資決策的確定。由于收益存在偏度，正收益偏度的增加，會(huì)降低大規(guī)模負(fù)收益的幾率，因此，投資風(fēng)險(xiǎn)與偏度存在關(guān)聯(lián)。為保證投資決策的風(fēng)險(xiǎn)最小，基于組合優(yōu)化模型完成投資的最終決策，該模型可綜合參考收益、方差以及偏度等因素，完成投資決策選擇。N表示工程項(xiàng)目數(shù)量，第i個(gè)項(xiàng)目的收益率用ri表示，且(i=1，2，…，N)，為隨機(jī)變量；如果Ri=E(ri)=var(ri)，ωi表示投資權(quán)重，為第i個(gè)項(xiàng)目；總收益和總風(fēng)險(xiǎn)用Rp和表示，兩者計(jì)算公式為：

式中：σij=E(ri-Ri)(ri-Ri)，i≠j。

基于此Rp的偏度水平S的計(jì)算公式為：

結(jié)合優(yōu)化理論和投資期望收益結(jié)果，則需保證風(fēng)險(xiǎn)水平最小化，其計(jì)算公式為：

公式(4)中，充分衡量了S、Zi以及期望收益，保證投資決策的可靠性。

由于組合優(yōu)化模型是多目標(biāo)優(yōu)化，因此，為獲取最優(yōu)結(jié)果，采用進(jìn)化規(guī)則算法對(duì)組合優(yōu)化模型的多目標(biāo)函數(shù)實(shí)行求解，依據(jù)結(jié)果的分布情況確定項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)程度，目標(biāo)函數(shù)分布結(jié)果均勻程度最佳的結(jié)果，即為風(fēng)險(xiǎn)程度最低的項(xiàng)目，可保證利益最大化，并將該項(xiàng)目作為最終決策結(jié)果。

3 系統(tǒng)性能測(cè)試與分析

為測(cè)試本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)對(duì)于自動(dòng)預(yù)算的性能以及應(yīng)用效果，將某建筑企業(yè)2018年的全年的所有工程概算信息作為測(cè)試對(duì)象，該企業(yè)主要承接橋梁建設(shè)、商場(chǎng)建設(shè)、道路建設(shè)，因此，信息中包含三類工程項(xiàng)目概算信息，采用本文系統(tǒng)對(duì)該信息實(shí)行自動(dòng)預(yù)算，獲取預(yù)算結(jié)果。實(shí)驗(yàn)采用MATLLAB仿真軟件完成。

由于工程概算信息中含有一定冗余信息，采用本文系統(tǒng)對(duì)所有信息實(shí)行數(shù)據(jù)過濾處理，測(cè)試系統(tǒng)的過濾效果，結(jié)果見表1。

表1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)過濾效果測(cè)試

依據(jù)表1測(cè)試結(jié)果可知：本文系統(tǒng)對(duì)初始信息實(shí)行過濾處理，處理過程中數(shù)據(jù)量存在增長(zhǎng)現(xiàn)象，是由于在該過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的網(wǎng)絡(luò)讀寫，并且需對(duì)信息實(shí)行分析，因此，會(huì)導(dǎo)致該現(xiàn)象的發(fā)生；但是分析后，系統(tǒng)將冗余信息刪除后，則數(shù)據(jù)量明顯減少，數(shù)據(jù)過濾處理效果良好，可最大程度保證信息的有效性以及價(jià)值性。

為進(jìn)一步分析本文系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理性能，以處理過程中，中間數(shù)據(jù)占據(jù)總處理數(shù)據(jù)的百分比，作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試系統(tǒng)在不同數(shù)據(jù)規(guī)模以及不同集群規(guī)模下，實(shí)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的該百分比結(jié)果，以此衡量本文系統(tǒng)的性能，結(jié)果見圖5。百分比越低，表示文本系統(tǒng)的性能越好。依據(jù)圖5測(cè)試結(jié)果可知：隨著數(shù)據(jù)量的逐漸增加，系統(tǒng)在處理時(shí)，中間數(shù)據(jù)占據(jù)總數(shù)據(jù)的百分比呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)，數(shù)據(jù)量越大，系統(tǒng)處理性能越好；同時(shí)，集群規(guī)模數(shù)量的增加，該百分比也呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)。該結(jié)果是由于系統(tǒng)具備Agent內(nèi)核，該內(nèi)核中設(shè)有接口類集，可完成所需的功能類集的連接以及調(diào)用，具備各個(gè)功能的能力，數(shù)據(jù)量越大，可調(diào)用的接口類集越多，數(shù)據(jù)處理的速度越快，中間數(shù)據(jù)占據(jù)總傳輸數(shù)據(jù)的百分比越小，系統(tǒng)的性能越好，該結(jié)果也驗(yàn)證了本文系統(tǒng)在處理大數(shù)據(jù)時(shí)的優(yōu)越的傳輸性能，在處理海量數(shù)據(jù)時(shí)的適應(yīng)能力、通用能力、并行能力以及擴(kuò)展能力。

圖5 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理性能測(cè)試結(jié)果

為深入分析系統(tǒng)的并行性能，采用并行規(guī)模以及調(diào)度長(zhǎng)度作為衡量指標(biāo)，測(cè)試系統(tǒng)在實(shí)行信息處理過程中，隨著處理數(shù)據(jù)模塊群集數(shù)量的增加，系統(tǒng)的并行處理性能，結(jié)果見圖6。依據(jù)圖6測(cè)試結(jié)果可知：隨著數(shù)據(jù)集群數(shù)量的增加，本文系統(tǒng)應(yīng)用后，在數(shù)據(jù)處理過程中，并行規(guī)模隨著集群數(shù)量的增加顯著提升；同時(shí)，數(shù)據(jù)的調(diào)取長(zhǎng)度也隨之明顯提升。該結(jié)果進(jìn)一步表明本文系統(tǒng)應(yīng)用，數(shù)據(jù)處理性能顯著優(yōu)于系統(tǒng)應(yīng)用前，具備優(yōu)越的大數(shù)據(jù)處理性能。

圖6 并行性能測(cè)試結(jié)果

工程投資決策的求解與收益偏度存在直接關(guān)聯(lián)，為保證所獲取的投資決策風(fēng)險(xiǎn)最小，需確定最佳的收益偏好值，測(cè)試系統(tǒng)在不同的收益偏好取值下的風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果，見圖7。依據(jù)圖7測(cè)試結(jié)果可知：收益偏好取值的增加，風(fēng)險(xiǎn)值發(fā)生差異性的波動(dòng)變化，前者取值為0．15 時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)值最高，超過0．8；益偏好取值為0．36時(shí)風(fēng)險(xiǎn)值最低，為0．46。因此，為保證工程項(xiàng)目投資決策選擇的最佳效果，本文預(yù)算系統(tǒng)的收益偏好取值應(yīng)為0．46，并用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)中。

圖7 收益偏好測(cè)試結(jié)果

為測(cè)試文本系統(tǒng)的預(yù)算應(yīng)用性，隨機(jī)選取信息中三類工程項(xiàng)目信息各一個(gè)，采用文本系統(tǒng)對(duì)其實(shí)行預(yù)算，獲取三個(gè)項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)水平分布結(jié)果，見圖8、圖9。依據(jù)圖8可知：道路建設(shè)工程的風(fēng)險(xiǎn)水平分布均勻程度最佳，沒有發(fā)生聚集現(xiàn)象；橋梁建設(shè)工程的風(fēng)險(xiǎn)水平分布結(jié)果呈現(xiàn)向中間聚攏趨勢(shì)；商場(chǎng)建設(shè)工程發(fā)生局部聚集現(xiàn)象。依據(jù)該分布情況可確定道路建設(shè)工程的風(fēng)險(xiǎn)值最小，收益最大，橋梁建設(shè)的收益次之，商場(chǎng)建設(shè)工程的風(fēng)險(xiǎn)值最高，收益最小。依據(jù)圖9可知：文系統(tǒng)對(duì)三類工程實(shí)行預(yù)算后，預(yù)算結(jié)果與實(shí)際結(jié)果接近程度高，本文系統(tǒng)應(yīng)用前的預(yù)算結(jié)果與工程實(shí)際結(jié)果存在明顯差距。因此，文本系統(tǒng)預(yù)算后，最佳決策項(xiàng)目為道路建設(shè)工程，其次為橋梁建設(shè)工程，收益最小的建設(shè)工程為商場(chǎng)建設(shè)。

圖8 風(fēng)險(xiǎn)水平計(jì)算結(jié)果

圖9 預(yù)算結(jié)果與實(shí)際結(jié)果對(duì)比

4 結(jié)束語

企業(yè)工程概算的自動(dòng)預(yù)算，對(duì)于企業(yè)的收益和成本投入存在直接關(guān)聯(lián)，準(zhǔn)確完成概算的預(yù)測(cè)，可輔助企業(yè)判斷各工程項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)，選擇收益最大化的項(xiàng)目投資和建設(shè)。針對(duì)企業(yè)概算預(yù)算存在的問題和不足，設(shè)計(jì)基于組合優(yōu)化模型的工程概算自動(dòng)預(yù)算系統(tǒng)引入Agent 技術(shù)以及數(shù)據(jù)鏈路保證各類概算信息的高效處理以及傳輸，實(shí)現(xiàn)可靠預(yù)算，并可依據(jù)組合優(yōu)化模型完成工程投資決策。測(cè)試結(jié)果表明：本文系統(tǒng)對(duì)于海量概算信息具備良好的處理性能和效果，具備較佳的大數(shù)據(jù)處理優(yōu)勢(shì)，概算的預(yù)算結(jié)果可靠性較高，可為企業(yè)的投資選擇提供有效參考和依據(jù)。