Estimation of the cost of a construction project is an important task in the management of construction.. [4] A Learning Vector Quantization Neural Network Model for the Classification o
Trang 1C L NG CHI PHÍ XÂY D NG CHÚNG C B NG M NG NEURON NHÂN T O
Phan V n Khoa+; L u Tr ng V n*; Lê Hoài Long*
*
: Khoa Xây d ng, i h c Bách Khoa TPHCM
+
: H c viên cao h c ngành Công ngh và Qu n lý xây d ng K15
Tóm t t
c l ng chi phí đ u t cho d án là m t nhi m v r t quan tr ng c a công tác qu n lý xây
d ng Cùng v i s phát tri n đô th hóa và s gia t ng dân s ngày càng nhanh, các d án xây
d ng chúng c đang xu t hi n ngày càng nhi u Vi c c l ng chi phí xây d ng nh đó có th
d trù đ c l i nhu n do d án chúng c mang l i là v n đ s ng còn c a các ch đ u t , các doanh nghi p xây d ng Trong bài báo này, chúng tôi s trình bày cách ng d ng m ng neuron nhân t o (ANN) đ d đoán chi phí xây d ng cho các d án chúng c H n n a, m t ch ng trình vi t b ng ngôn ng Visual C++, v i cùng m c đích trên, c ng s đ c xây d ng và trình bày
Estimation of the cost of a construction project is an important task in the management of construction Following the urbanization and the population growth, apartment building projects rise increasingly in quantity Correct cost estimation is a vital problem of the owners In this paper, we will present the application of artificial neuron network (ANN) in apartment building cost estimate Moreover, a software, programmed with Visual C++, was constructed and presented to predict apartment building cost
keywords: neuron networks, qu n lý xây d ng, chi phí, d đoán, d án
Gi i thi u
D trù chi phí là m t nhi m v quan tr ng trong công tác qu n lý các d án xây d ng Ch t
l ng c a công tác qu n lý c ng ph thu c r t nhi u vào m c đ chính xác c a vi c d trù này
M c dù c ng có các qui đ nh c a Nhà n c v công tác này nh ng hi n nay ph n l n vi c d trù kinh phí v n là m t công vi c ph thu c nhi u vào kinh nghi m c a các nhà qu n lý, c a ng i
l p d toán…
T đ ng hóa quá trình c l ng chi phí xây d ng d a trên các s li u khách quan không ch
đ t ng hi u qu tính toán mà còn đ lo i tr các y u t do ch quan Hi n nay trí tu nhân t o
mà đ c bi t là ANN đ c ng d ng r t r ng rãi trong qu n lý xây d ng v i kh n ng ‘h c’ t các kinh nghi m t p h p trong quá kh
Trên th gi i đã có r t nhi u nghiên c u ng d ng ANN trong qu n lý xây d ng nh : d trù chi phí cho công tác lót đ ng b ng bê tông c t thép [7], d trù chi phí xây d ng đ ng cao t c [8][15], d đoán quá trình th c hi n các d án thi t k -thi công Singapore [10], nh h ng c a các yêu c u thay đ i đ n n ng su t lao đ ng [16], d trù n ng su t lao đ ng ngành xây d ng [5]…
Vi t Nam trong vài n m tr l i đây đã n r các nghiên c u ng d ng ANN trong qu n lý xây d ng: ng d ng ANN t i u hóa ti n đ m ng [12], ng d ng ANN trong ch n th u thi công [13], xác đ nh chi phí xây d ng v i m ng neuron-m [17]… Tuy nhiên các nghiên c u tr c đây
ch a ai nghiên c u đ n vi c ng d ng ANN cho vi c d đoán chi phí cho xây d ng các chúng c
c
Trong ph m vi bài báo này, chúng tôi s trình bày vi c ng d ng ANN đ d đoán chi phí xây d ng chúng c qua vi c ‘h c’ t kinh nghi m các chúng c đã đ c xây d ng tr c đây
Trang 2Vi c ‘h c’ c a ANN s đ c th c hi n v i công c Neuron Toolbox c a Matlab đ tìm đ c
b ng ma tr n tr ng s V i b ma tr n tr ng s tìm đ c thông qua vi c h c t các d án chúng
c đã đ c th c hi n này, m t ch ng trình vi t b ng Visual C++ đ t o ra m t giao di n thân thi n đ c th c hi n M t ví d áp d ng c ng s đ c trình bày đ minh h a vi c s d ng
ch ng trình c ng nh hi u qu d đoán c a ch ng trình
Ph ng pháp nghiên c u
Trong vi c thi t l p các mô hình đ nh l ng đ d đoán trong qu n lý xây d ng, s đa d ng và
m c đ ph c t p c a các y u t nh là: s r i r c, phi tuy n, s không ch c ch n v giá tr c a các y u t đ u vào…đã làm cho vi c l a ch n các ph ng pháp xây d ng mô hình h p lý g p nhi u khó kh n Nhi u nghiên c u đã h ng t i vi c x lý các s li u phi tuy n hay thi t l p các
mô hình phi tuy n đ x lý các s li u có tính tr ng M t trong s đó là ANN ANN có th đ c xem nh là m t k thu t x lý s li u b ng cách k t h p nhi u dòng thông tin đ u vào đ t o m t dòng thông tin đ u ra M t s các thu n ti n c a ANN so v i các ph ng pháp th ng kê truy n
th ng khác có th li t kê d i đây:
• ANN có th ng x nh m t hàm x p x toàn c c (universial functional approximator), có ngh a là nó có th x p x b t c d ng hàm toán nào đ c tr ng cho d li u đ u vào (tuy n tính hay phi tuy n)
• Khi s d ng nhi u h n m t l p n (hidden layers), ANN còn có th chia nh không gian
m u và xây d ng các hàm khác nhau trong các không gian này
Kh n ng ng d ng ANN trong xây d ng đã đ c ch ra trong [18] M t s nghiên c u đã ch
ra c u trúc c a m ng neuron ng d ng trong d đoán chi phí là multilayer feedforward networks
và thu t toán backpropagation là thích h p nh t [7,8,18]
Th t c xây d ng mô hình
xây d ng mô hình ANN c n ti n hành các b c sau đây: (1) Xác đ nh các y u t nh
h ng đ n chi phí xây d ng chúng c và thu th p các d li u v các chúng c đã đ c xây d ng
tr c đây; (2) Xây d ng mô hình ANN; (3) Th c hi n hu n luy n ANN b ng Matlab; (4) Vi t
ch ng trình Neural Construction đ d đoán chi phí xây d ng chúng c
Các y u t nh h ng đ n chi phí xây d ng chúng c và thu th p d li u
(1) Nhóm các y u t th hi n quy mô công trình:
• C p công trình
• T ng di n tích xây d ng
• S t ng cao
(2) Các y u t giá v t t chính:
• Giá x ng
• Giá s t thép
• Giá xim ng
Ti n hành thu th p d li u t các d án chúng c đã đ c th c hi n Các s li u trong thi t k
và t ng d tóan công trình Quá trình thu th p s li u g p nhi u khó kh n do công trình đã th c
Trang 3hi n khá lâu t 5-6 n m tr c ho c ng i đ c h i không mu n cung c p s li u ho c không
mu n ti t l s li u…Cu i cùng, d li u v 14 công trình chúng c đã đ c t p h p, các công trình này đã đ c th c hi n trong kho ng t n m 2000 đ n nay
Mô hình ANN
Nh đã nói, mô hình ANN thích h p nh t trong d đoán chi phí là multilayer feedforward networks và s d ng thu t toán backpropagation đ hu n luy n m ng S l ng l p n đây
đ c s d ng là m t S l ng các nút trong l p n, theo m t th ng kê các nghiên c u tr c đây
đã đ c th c hi n trong [19], nh sau: s l ng các nút này nên n m trong kho ng t
m
n
2 + đ n n+ v i n là s nút đ u vào và m là s nút đ u ra Trong bài báo này s nút đ u 1 vào t ng ng là các y u t d li u đ u vào t kh o sát còn bi n đ u ra là giá tr chi phí xây d ng xây d ng công trình Hàm h c đ c s d ng đây là hàm tanh Mô hình ANN đ c th hi n
trong hình 1
Hình 1: Mô hình ANN
Hu n luy n m ng ANN
Mô hình ANN đ c xây d ng s d ng ph n m m Matlab Neural Toolbox Quá trình hu n luy n ANN đ c th hi n qua đ th sai s c a ti n trình h c nh hình 2
Ch ng trình Neural Construction
Ch ng trình đ c xây d ng đ cung c p m t công c đ d đoán chi phí cho vi c xây d ng
m t chúng c Ngôn ng l p trình đ c s d ng là Visual C++ nh m m c đích t o ra m t giao
di n thân thi n, d s d ng Trong ch ng trình này đ m b o đ c các yêu c u:
• c l ng đ c chi phí xây d ng công trình
• Cho phép d báo chi phí xây d ng khi có s thay đ i giá c các v t li u chính: xi m ng,
s t thép, x ng d u
• C p nh t l i (h c thêm) m ng neuron v i các s li u m i
Trong hình 3 th hi n giao di n c a ph n m m Neural Construction
Input
In1 : S t ng cao
In2 :T ng di n tích XD
In3 : C p công trình XD
In4 :Gía x ng trung bình
In5 :Gía thép trung bình
In6 :Gía xia m ng trung
bình
Output Out :T ng giá tr xây d ng chúng c
Trang 4Hình 2: Bi u đ sai s c a ti n trình h c c a ANN
Ví d áp d ng
minh h a cho vi c s d ng ch ng trình Meural Construction và kh n ng d đoán c a
nó, m t chúng c đ c l a ch n là chúng c B c Bình (không n m trong s 14 chúng c dùng đ
hu n luy n ANN) đ cho ch ng trình d đoán chi phí c a nó, và so v i chi phí trong d toán
c a công trình Các s li u bi n đ u vào c a chúng c B c Bình đ c trình bày trong b ng 1
B ng 1: Các thông s đ u vào đ d đoán chi phí xây d ng c a chúng c B c Bình
K t qu d đoán chi phí xây d ng b ng ch ng trình Neural Construction, chi phí trong d toán và sai s c a k t qu d đoán so v i d toán đ c trình bày trong b ng 2
Chúng ta th y r ng, sai s d đoán c a ch ng trình Neural Construction so v i th c t ch là kho ng 5.5% ây là kho ng sai s ch p nh n đ c trong vi c cung c p cho chúng ta m t con s
đ nh l ng t ng đ i v chi phí c n b ra đ đ u t cho công trình ây có th đ c xem nh
Trang 5nh là m t công c khá h u d ng cho các nhà đ u t , nhà th u đ có thêm m t ph ng ti n so sánh v i các d toán đ c l p
B ng 2
Chi phí trong d toán
(VN )
Chi phí d đoán b ng Neural Construction (VN ) Sai s %
28.510.000.000 30.182.900.000 5.5
Ghi chú: Sai s = (Chi phí d đoán – Chi phí d toán)/Chi phí d đoán (%)
Tuy nhiên v n còn m t s h n ch c a ch ng trình có ngu n t b i do chính các khó kh n trong vi c thu th p s li u gây ra, đó là s công trình đ c s d ng trong vi c hu n luy n ANN còn ít do đó nó không bao quát đ c t t c các tr ng h p d án xây d ng chúng c đã qua Các con s d đoán chi phí xây d ng đây còn mang n ng tính d toán mà ch a l ng đ c chi phí xây d ng chúng c th c t có th t ng ho c gi m so v i d toán do các đi u ki n th c t gây ra
Hình 3: Giao di n ch ng trình Neural Construction
Các k t lu n và ki n ngh
Bài báo này cho phép xác đ nh giá tr chi phí đ u t xây d ng chúng c trên c s kinh nghi m t các d án chúng c đã đ c th c hi n tr c đây v i b i c nh giá c t ng ng V i
Trang 6ch ng trình đ c gi i thi u trong bài báo này, các nhà đ u t có th c l ng đ c chi phí xây d ng d án chúng c trong giai đo n th c hi n nghiên c u d án đ u t mà không c n th
hi n chi ti t hóa giá tr c a t ng h ng m c hay thành ph n c u thành
Các nhà đ u t c ng có th d báo đ c giá tr đ u t c a d án khi thay đ i quy mô công trình d a trên s thay đ i t ng cao, di n tích xây d ng hay c p công trình Ngoài ra c ng có th
d báo đ c chi phí thay đ i n u giá c các v t t x ng d u, s t thép hay xi m ng thay đ i t đó giúp nhà đ u t có th hình dung đ c m c đ đ u t tr c khi th c hi n d án và có th v ch k
ho ch th c hi n hay không th c hi n d án
Tuy nhiên bài báo này c ng ch m i d ng l i m c đ giá tr nghiên c u, mu n đ ra m t
h ng đánh giá chi phí chi phí xây d ng mà không d a vào B đ n giá xây d ng c b n nh chúng ta v n th ng làm Ch ng trình Neural Construction ch đ c xây d ng d a trên b t p
m u 14 công trình chúng c đ c t p h p nên vi c d đoán v n còn h n ch Mong mu n c a các tác gi v i nghiên c u này là đ xu t ra m t h ng m i là t đ ng hóa c l ng chi phí đ u
t và hy v ng v i các nghiên c u đi sau hay là các ng d ng nghiên c u này s phát tri n thêm các d li u th c t đ ch ng trình có tính t ng quan h n
Các tác gi c ng ch d ng l i sáu bi n đ u vào nh trình bày trên, hy v ng v i các nghiên
c u sau s đ a đ c nhi u h n các y u t nh h ng đ n chi phí đ u t xây d ng chúng c vào
mô hình ANN
Hy v ng các nghiên c u t ng t cho các lo i d án khác nh d án c u đ ng, d án th y
đi n… hay d đoán chi phí cho t ng h ng m c xây d ng c ng s đ c th c hi n
Tài li u tham kh o
[1] Neural Networks Toolbox for use with Matlab- Howard Demuth, Mark Beale
[2] Neural Networks, Christos Stergiou and Dimitrios Siganos On Internet
[3] Estimating software development effort with connectionist models, Gerhard Wittig, Gavin
Finnie, 1997
[4] A Learning Vector Quantization Neural Network Model for the Classification of Industrial Construction Projects, Vk Gupta, Jg Chen, Mb Murtaza,1997
[5] Neural Network Model for Estimating Construction Productivity, Jason Portas and
Simaan Abourizk ASCE, Journal of Construction Engineering and Management, 1997
[6] A framework for developing an expert analysis and forecasting system for construction projects, Hashem Al-Tabtabai, 1998.
[7] Regularization Neural Network For Construction Cost Estimation, Hojjat Adeli and
Mingyang Wu ASCE, Journal of Construction Engineering and Management, 1998
[8] Neural Network Model for Parametric Cost Estimating of Highway Project, Tarek
Hegazy and Amr Ayed ASCE, Journal of Construction Engineering and Management, 1998
[9] Neural Network Model to Support international Market Entry Decisions, Irem Dikmen and M.Talat Birgonul ASCE, Journal of Construction Engineering and Management, 2004 [10] Using neural network to predict performance of design-build projects in Singapore,
Florence Yean Yng Ling, Min Liu Building and Environment, 2004
[11] Improving the COCOMO model using a neuro-fuzzy approach, Xishi Huang, Danny
Ho, Jing Ren, Luiz F Capretz, 2005
[12] ng d ng Neural network t i u hóa ti n đ m ng, Lu n v n th c s H H i ng, 2004 [13] Nghiên c u ng d ng trí tu n nhân t o trong ch n th u thi công, Lu n v n th c s Ph m
Tr ng Giang, 2003
Trang 7[14] ng d ng Matlab trong tính toán k thu t, Nguy n Hoài S n và các tác gi
[15] Neural Network Modeling of Highway construction costs, Chester G Wilmot, Bing Mei,
ASCE, Journal of Construction Engineering and Management 7/2005
[16] Change orders impact on labor productivity, Osama Moselhi, Ihab Assem, Khaled
El-Rayes, ASCE, Journal of Construction Engineering and Management 3/2005
[17] Xác đ nh chi phí xây d ng d a trên ng d ng m ng Neuron-m , Lu n v n th c s Tr n
Bách, 2006
[18] Neural networks as tools in construction, Moselhi O, Hegazy T, Fazio P, ASCE, Journal
of Construction Engineering and Management 1991
[19] An ANN approach to assess project cost and time risk at front-end of projects, Master
Thesis Xiaoying Liu, Canada 1998
[20] c l ng chi phí đ u t xây d ng d án chúng c b ng neural networks, Lu n v n
th c s Phan V n Khoa, 2006
