張琦國 網(wǎng)甘肅省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院

油田污水站輸變電工程造價估算模型

張琦國 網(wǎng)甘肅省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院

隨著油田污水站處理能力的不斷加大，對輸變電工程造價評價管理要求不斷提高，由于目前輸變電工程涉及的影響因素繁多，基于概預(yù)算定額的常規(guī)輸變電工程造價評價技術(shù)遇到了較大的困難。在采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計以及偏相關(guān)分析方法處理造價數(shù)據(jù)物理指標(biāo)的基礎(chǔ)上，基于支持向量機理論在解決小樣本數(shù)據(jù)、非線性數(shù)據(jù)等方面的突出優(yōu)勢，設(shè)計了油田污水站輸變電工程造價數(shù)據(jù)估算的預(yù)測模型，采用某油田污水站造價歷史數(shù)據(jù)，驗證了該模型的正確性及優(yōu)越性。實踐結(jié)果表明，采用該模型可以實現(xiàn)輸變電工程造價估算的科學(xué)性與智能化，具有較大的實用價值。

油田污水站；支持向量機；偏相關(guān)分析；輸變電工程；造價估算

目前國內(nèi)大部分油田的開發(fā)已經(jīng)進(jìn)入中后期，油井產(chǎn)出液中含水率已超過90%，因此油田生產(chǎn)中不可避免地會產(chǎn)生大量的污水。油田污水中一般含有較高的礦物含量、原油、各類有機物和無機物、微生物，且含有大量的有害物質(zhì)[1]，未經(jīng)處理的油田污水會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生很大的影響，易造成土壤水源的污染，近而造成巨大的經(jīng)濟損失。近年來隨著油田地面污水站工程建設(shè)的快速發(fā)展，油田污水站輸變電工程也隨之不斷的擴大，電力成本也不斷增加。鑒于電力成本在油田污水站建設(shè)中的重要性，輸變電工程造價的管理與評價成了油田地面輸變電工程建設(shè)的首要問題[2]。隨著油田污水站建設(shè)制度的改變，傳統(tǒng)的定額概預(yù)算方法已經(jīng)無法滿足油田污水站工程建設(shè)的需要。鑒于我國油田污水站實際情況，油田地面工程輸變電工程建設(shè)的歷史數(shù)據(jù)一般難以收集全面，數(shù)據(jù)少且部分屬性由于各種原因無法獲得，不能采用基于樣本數(shù)據(jù)無限大的統(tǒng)計學(xué)方法進(jìn)行計算。針對類似的情況，將支持向量機理論應(yīng)用于工程造價估算，取得了較好的效果[3-4]。本文在采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計以及偏相關(guān)分析方法處理造價數(shù)據(jù)物理指標(biāo)的基礎(chǔ)上，基于支持向量機SVM (Support Vector Machine）理論在解決小樣本數(shù)據(jù)、非線性數(shù)據(jù)等方面的突出優(yōu)勢，設(shè)計了污水站輸變電工程造價數(shù)據(jù)估算的預(yù)測模型，采用某油田造價歷史數(shù)據(jù)，驗證了該模型的正確性及優(yōu)越性。

1 估算模型

1.1 判斷原則

估算模型一般基于一定的原則，根據(jù)輸入的屬性參數(shù)進(jìn)行計算，以期得到最理想的目標(biāo)值?；谟吞镂鬯据斪冸姽こ探ㄔO(shè)中安全建設(shè)的日益重要及油田歷史工程樣本數(shù)據(jù)較少的實際情況，在模型中采用基于雙重風(fēng)險規(guī)避原則進(jìn)行造價估算。支持向量機理論的輸變電工程估算模型考慮安全因素，堅持經(jīng)驗風(fēng)險最小化原則和結(jié)構(gòu)風(fēng)險最小化原則。經(jīng)驗風(fēng)險最小化原則主要是通過計算判斷使得式（1）的結(jié)果最小，以估算在充分考慮安全因素條件下的工程造價。

式中Remp為經(jīng)驗風(fēng)險最小系數(shù)；α為函數(shù)廣義參數(shù)；l為樣本數(shù)目；xi為主特征參數(shù)；Q()xi,α為損失函數(shù)集。

在考慮經(jīng)驗風(fēng)險的基礎(chǔ)上，同時考慮結(jié)構(gòu)風(fēng)險最小化的原則，數(shù)據(jù)統(tǒng)計以及偏相關(guān)分析方法處理歷史工程數(shù)據(jù)以及待建工程數(shù)據(jù)物理指標(biāo)，對構(gòu)建小樣本估算模型之前要多數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，采用合適的數(shù)學(xué)方法，在保證最大限度地包含有效信息的基礎(chǔ)上刪除多余數(shù)據(jù)。假設(shè)已篩選出來的數(shù)據(jù)為主特征因素，將主特征因素的函數(shù)集分化成一個函數(shù)子集序列，使得各個主特征因素子集根據(jù)置信區(qū)間的相對大小進(jìn)行排序，在每一個主特征因素子集中找到最小經(jīng)驗風(fēng)險，采用折中考慮的辦法使得實際風(fēng)險達(dá)到最小。

1.2 構(gòu)建過程

污水站輸變電工程造價估算的本質(zhì)就是對油田污水站輸變電建設(shè)影響因素到輸變電工程造價空間的映射，在模型的建設(shè)中采用基于支持向量機理論的方法進(jìn)行計算。支持向量機通過使用非線性映射的算法將具有低維特性的變電工程歷史數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成為高維特征空間，并采用線性算法對樣本的非線性特征進(jìn)行線性分析，如圖1所示。基于雙重風(fēng)險規(guī)避原則，在程序中編寫線性多項式型函數(shù)，用于測試估算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖1 污水站造價估算模型支持向量機學(xué)習(xí)方式

在模型的構(gòu)建過程中，將輸變電工程造價估算的主特征因素作為支持向量機的輸入?yún)?shù)，將輸變電工程的造價作為輸出函數(shù)，采用油田地面輸變電歷史工程的工程造價主特征因素以及實際造價解作為學(xué)習(xí)樣本對機器進(jìn)行優(yōu)化計算；并且建立支持向量機造價估算模型，然后將待建工程的主特征參數(shù)輸入，通過前面調(diào)試的計算模型對其進(jìn)行分析計算，最終得到待建工程的造價。基于支持向量機理論的輸變電工程估算模型構(gòu)建的主要步驟如下：

（1）屬性參數(shù)整理。采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計以及偏相關(guān)分析方法處理造價數(shù)據(jù)物理指標(biāo)，將歷史工程中的屬性參數(shù)進(jìn)行整理，找出歷史工程的主特征參數(shù)和造價金額以及待建工程的主特征參數(shù)。

（2）建立樣本集。將第一步整理的參數(shù)進(jìn)行整理分為兩個集合，將歷史工程的主特征參數(shù)和造價金額作為訓(xùn)練集，訓(xùn)練集的數(shù)據(jù)主要用于作為學(xué)習(xí)樣本對機器進(jìn)行優(yōu)化計算，并且建立支持向量機造價估算算法，為下一步的支持向量機訓(xùn)練做基礎(chǔ)準(zhǔn)備。假設(shè)該過程中建立的訓(xùn)練樣本集為

式中D為訓(xùn)練樣本集；xi為歷史工程的主特征參數(shù)；yi為歷史工程的造價；n為歷史工程的數(shù)量。

（3）確定估算函數(shù)。采用支持向量機理論的主要目的在于使用非線性映射的算法將具有低維特性的變電工程歷史數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成為高維特征空間，并采用線性算法對樣本的非線性特征進(jìn)行分析?；诒疚哪Ｐ偷脑瓌t回歸一個函數(shù)f(x)，使其計算結(jié)果滿足設(shè)定的誤差要求，并且得到的函數(shù)必須滿足一個條件：對于除了訓(xùn)練集內(nèi)的歷史工程主特征參數(shù)的x，通過函數(shù)f可以找到對應(yīng)的y，采用支持向量機理論得到的回歸函數(shù)如式（3）所示

其約束條件為

式中f(x)為回歸函數(shù)；a，b是回歸得到的參數(shù)；ε是設(shè)定的誤差極限。

（4）模型估算。利用油田地面輸變電歷史工程數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集構(gòu)建了滿足誤差要求的回歸函數(shù)f(x)，將待建工程的主特征參數(shù)作為輸入數(shù)據(jù)代入到函數(shù)中計算，輸出的結(jié)果就是待評價工程的估算造價。

以上是構(gòu)建基于支持向量機理論的輸變電工程估算模型的主要步驟。該模型在采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計以及偏相關(guān)分析方法處理造價數(shù)據(jù)物理指標(biāo)的基礎(chǔ)上，基于支持向量機理論在解決小樣本數(shù)據(jù)、非線性數(shù)據(jù)等方面的突出優(yōu)勢，設(shè)計了輸變電工程造價數(shù)據(jù)估算的預(yù)測模型。該模型的突出優(yōu)勢在于可以將低維特性的變電工程歷史數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成高維數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計算，并提高了計算的精度。

2 測試與應(yīng)用

某油田擬建設(shè)污水站輸變電工程，通過調(diào)研找到其他類似條件油田污水站輸變電工程項目相關(guān)信息資料，共計8個工程。采用本文構(gòu)建的基于支持向量機理論的輸變電工程估算模型進(jìn)行預(yù)測。首先，采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計以及偏相關(guān)分析方法對歷史工程的屬性參數(shù)進(jìn)行處理，將歷史工程的8個項目主特征參數(shù)及造價數(shù)據(jù)代入到模型中進(jìn)行計算，回歸得到類似歷史工程的估算函數(shù)，并將歷史工程造價與通過估算方程得到的造價對比，最終結(jié)果見表1。

表1 某油田污水站輸變電工程造價估算結(jié)果對比

實例應(yīng)用表明，采用基于模糊數(shù)學(xué)理論的輸變電工程造價智能評價方法對待建項目估計的誤差在6%以下，符合我國對造價誤差相差不能超過10%的要求。因此可以將待建工程的主特征參數(shù)代入到回歸方程中，計算得到該污水站輸變電工程的造價為105萬，實際造價約為103萬，實踐證明預(yù)測結(jié)果很準(zhǔn)確。該方法基本上可以滿足電力工程造價的控制要求，且可以根據(jù)誤差進(jìn)行智能化運算，是對傳統(tǒng)方法的有益補充，具有一定的推廣價值。

3 結(jié)論

針對目前污水站輸變電工程造價評價過程中遇到的問題，采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計以及偏相關(guān)分析方法處理造價數(shù)據(jù)物理指標(biāo)，將歷史工程中的屬性參數(shù)進(jìn)行整理，找出歷史工程的主特征參數(shù)和造價金額以及待建工程的主特征參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，基于支持向量機理論在解決小樣本數(shù)據(jù)、非線性數(shù)據(jù)等方面的突出優(yōu)勢，設(shè)計了輸變電工程造價數(shù)據(jù)估算的預(yù)測模型，采用某油田造價歷史數(shù)據(jù)，驗證了該模型的正確性及優(yōu)越性。實踐結(jié)果表明，使用該方法可以滿足工程造價評價管理與控制的需要，具有一定的推廣價值。

[1]張乃祿，曹海暢，黨鑫，等．油田污水生化處理計算機監(jiān)控系統(tǒng)[J]．油氣田地面工程，2010，29（3）：67-68.

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[3]謝穎，高犁難，石振武．基于最小二乘支持向量機的公路工程造價預(yù)測模型[J]．中外公路，2007（3）：242-245.

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（欄目主持焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.5.024