主項比例估價法於大陸地區住宅建築工程 快速成本估價系統之應用

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中 華 大 學 碩 士 論 文

主項比例估價法於大陸地區住宅建築工程 快速成本估價系統之應用

Application of PIREM in Fast Cost Estimation System for Building Projects in Mainland China

系 所 別:營 建 管 理 研 究 所 學號姓名:M09116003 李 昱 儒 指導教授: 余 文 德 博士

中華民國 九十三 年 六 月

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誌 謝

時光飛逝,兩年來的日子一眨眼就要過去了。回首碩士班的研究 生涯,點滴在心,是我一生難忘的回憶。在論文完成的同時,要感謝 的人真的很多,僅以此文獻上本人內心最誠摯的謝意。

首先感謝我的指導教授余文德博士。幸蒙余老師的細心指導與諄 諄教誨,使我在兩年的研究生涯中得以成長。其淵博的學養與縝密嚴 謹的研究思維,充實了學生在專業領域上的涵養。而開放自由的學風,

亦帶給學生思想上重大的啟發。感謝所上吳卓夫老師、楊智斌老師等 諸位恩師,對於學生論文的指教與平時生活上的照顧。同時也由衷的 感謝校外口試委員陳淵博總經理、黃榮堯博士、謝孟勳博士,對於學 生論文的建議與指正。感謝你們提供許多寶貴的意見,使得本論文得 以更臻完備。

在資料收集的過程中,碰上了許多的困難。感謝上海韓國鈞老師、

鄭大華老師、沈新老師、蘇啟輝老師、劉道成老師,蘇州科技學院盛 承懋老師、呂玉惠老師、俞启元老師,同濟大學陳忠華老師、孫志乾 老師、鄭鳴老師、王廣斌老師,北京張素和老師,以及中華顧問工程 司鄭正光顧問與賴建中組長、台北市建築師公會李健次理事長等人,

感謝你們在論文的觀念上所給予的釐清以及資料收集上鼎力的協助。

感謝學長姐,紹松、景鴻、圳銘、彥慶、銀松、純平、宋玲、俊 輔、敬美等人對於學弟論文的指導與鼓勵。也感謝研究室同窗妙玲大 姐、坤鴻、志豪、建華、俊銘、佳玲等人,感謝大家兩年來不論是在 學業上或是生活上相互的關心與打氣。謝謝企業智能研究室中最重要 的夥伴涵文與嘉偉,我們共同經歷的一切,將會是我們所擁有最美好

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的回憶。當然還有研究室的學弟妹,汎儀、佩倫、竣偉,也感謝你們 在我論文的過程中所給予的支持與幫忙。

感謝我最親愛的父母、家人與所有的長輩,謝謝你們全心全意對 我的扶持與鼓勵,以及二十餘年來的養育教誨之恩與無盡的關愛,使 我的求學過程得以順利不虞匱乏,並能專心的完成論文的工作。最後,

僅將此論文獻給我的父母、家人、以及所有關心我的親朋好友,可能 尚有一些未提及的朋友們,在此均一併致謝,並再次向所有關心我的 人致上本人內心最崇高的敬意與謝意。

李昱儒 謹誌 中華大學 2004/6

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摘 要

關鍵詞:主項比例估價法、類神經模糊網路、工程概估

營建工程專案需要仰賴於過去的歷史資訊與經驗的回饋。然而目 前投資者在進入大陸市場時,由於缺乏熟悉雙方市場的人員、計畫經 濟與市場經濟的差異、以及定額制估價與工程量清單估價的不同,因 而導致投資者在工程開發初期的評估階段上,往往增加了相當的難 度。而透過類神經模糊網路技術的運用,對於這樣的困境,正好便能 提供一個良好的解決方案。本研究結合主項比例估價法(Principal Items Ratio Estimation Method, PIREM)與類神經模糊網路系統(Neuro-fuzzy system),考量工程單價成本隨地點、時間的不同而進行波動的現象,

以及大陸地區實施定額制估價與工程量清單報價的異同。根據所收集 到之大陸地區住宅建築工程估價案例資料來進行系統訓練,經案例驗 證與營建物價波動實驗後,本研究最後提出一套適用於幅員廣闊大陸 地區的住宅建築工程快速成本概估系統。期盼能在營建專案初期構想 階段,對於投資者而言,可以提供其一個在專案投資決策上相當重要 的參考依據。

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ABSTRACT

Keywords:Neuro-fuzzy system, Principal Items Ratio Estimation Method (PIREM), Conceptual Estimation

In the field of construction engineering, effective management of projects relies on domain knowledge and expericece. However, many domain problems cause difficulty on performing projects in Mainland China. Such problems include difference between planed and market economies, difference between fixed-price and bill of quantity estimations, lack of domain experts, and so forth. In order to improve the aforementioned problems, this research proposes a conceptual cost estimation method that integrates a neuro-fuzzy system with the Principal Items Ratio Estimation Method (PIREM) for the cost estimation of build- ing construction projects in Mainland China. The proposed method can acquire estimation knowledge from historical data, thus provides an intelligent and self-improving knowledge based system. It is found that the proposed system is very useful for the project participants for evaluation of project feasibility during the early stage.

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目 錄

第一章 緒論... 1

1.1 研究動機... 1

1.2 研究目的... 5

1.3 研究範圍及限制... 6

1.4 研究方法... 7

1.5 研究流程架構... 8

1.6 論文架構... 9

第二章 文獻回顧... 10

2.1 工程估價方式回顧... 10

2.1.1 大陸地區工程估價方式... 10

2.1.2 美國工程估價方式 ... 12

2.1.3 英國工程估價方式 ... 13

2.1.4 法國工程估價方式 ... 14

2.1.5 德國工程估價方式 ... 16

2.1.6 日本工程估價方式 ... 18

2.2 工程估價種類... 20

2.3 參數估價法回顧... 22

2.3.1 主項比例估價法 ... 25

2.4 人工智慧相關方法回顧... 27

2.4.1 類神經模糊系統(neuro-fuzzy system)... 27

2.4.2 適應性模糊類神經推論系統... 29

2.5 人工智慧方法於工程估價應用之文獻回顧... 29

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2.5.1 大陸地區營建工程相關文獻... 29

2.5.2 國內營建工程相關文獻... 32

2.5.3 國外營建工程相關文獻... 34

第三章 大陸地區工程估價現況之探討... 36

3.1 大陸地區工程造價歷史發展... 36

3.1.1 1949~1952 年三年國民經濟恢復時期... 36

3.1.2 1953~1957 年第一個五年計畫時期... 37

3.1.3 從 1958 年到“文化大革命”開始前時期... 38

3.1.4 1966~1976 年“文化大革命”時期... 39

3.1.5 1977~1992 年定額制度恢復和發展時期... 39

3.1.6 市場經濟條件下工程造價管理體制改革時期... 40

3.2 大陸地區傳統定額制估價探討... 41

3.2.1 定額的概念 ... 41

3.2.2 建設工程定額的作用... 42

3.2.3 建設工程定額的特性... 43

3.2.4 建設工程定額的分類... 44

3.2.5 定額估價程序 ... 53

3.2.6 定額編制之使用 ... 54

3.3 大陸地區實施工程量清單報價方式之探討... 57

3.3.1 市場經濟制度對定額制度之衝擊... 57

3.3.2 實施定額制度所產生之問題... 58

3.3.3 工程量清單報價的特點... 60

3.3.4 工程量清單計價的報價和要求... 61

3.3.5 工程量清單的作用 ... 62

3.3.6 工程量清單報價之規定... 63

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第四章 大陸地區住宅建築工程案例資料分析... 65

4.1 工程基本參數分析... 67

4.2 主項比例參數分析... 71

4.3 歷史案例資料分析整理... 73

第五章 主項比例估價法於大陸地區住宅建築工程概估系統之建立 .. 78

5.1 類神經模糊網路訓練... 78

5.2 主項比例估價法系統應用... 87

5.3 系統網路界面... 90

5.4 成本影響參數敏感度分析... 94

第六章 系統信賴度驗證分析... 98

6.1 系統信賴度實驗設計說明... 98

6.2 營建物價上漲趨勢—主項隨機上漲非主項隨機下跌... 99

6.3 營建物價下跌趨勢—主項隨機下跌非主項隨機上漲... 102

6.4 系統信賴度驗證小結... 104

第七章 結論與建議... 105

7.1 結論 ... 105

7.2 建議 ... 107

參考文獻... 109

附錄一... 115

附錄二... 120

附錄三 ... 125

附錄四 ... 126

附錄五 ... 127

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表 目 錄

表1. 1 1991~1999 大陸地區基礎公共建設投資 ... 1

表1. 2 1991~1999 大陸地區建築房地產投資 ... 2

表2. 1 大陸地區工程定額費用構成... 11

表2. 2 參數估價法與工程生命週期各階段估價作業之關係 ... 22

表3. 1 上海市建築工程綜合預算定額表(3004 多孔磚外牆)... 55

表3. 2 上海市建築工程綜合預算定額表(3004 多孔磚外牆)... 56

表3. 3 工程量清單編制表... 63

表4. 1 上海市某別墅工程主要材料表... 66

表4. 2 福州市某工程工程概況表... 67

表4. 3 重慶市黔江區 2003 年 9 月份材料訊息表... 72

表4. 4 主材整理表... 73

表4. 5 參數資料量化說明... 76

表4. 6 參數資料量化列表(範例) ... 76

表4. 7 工程案例資料庫(範例) ... 77

表5. 1 系統輸入參數模糊分割數目... 79

表5. 2 系統輸出參數值測試結果—人工(工日/M2)... 81

表5. 3 系統輸出參數值測試結果—水泥(T/M2) ... 82

表5. 4 系統輸出參數值測試結果—鋼筋(T/M2) ... 82

表5. 5 系統輸出參數值測試結果—型鋼(T/M2) ... 83

表5. 6 系統輸出參數值測試結果—圓木(M3/M2) ... 83

表5. 7 系統輸出參數值測試結果—機磚(千塊/M2)... 84

表5. 8 系統輸出參數值測試結果—砂子(T/M2) ... 84

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表5. 10 系統輸出參數值測試結果—玻璃(M2/M2) ... 85

表5. 11 系統輸出參數值測試結果—瓷磚(M2/M2) ... 86

表5. 12 系統輸出參數值測試結果—主項比例 P(%) ... 86

表5. 13 系統工程 M2造價預測結果... 89

表5. 14 系統工程總造價預測結果... 89

表5. 15 北京市某住宅案例工程概況... 92

表6. 1 大陸地區歷年物價波動... 99

表6. 2 營建工程物價上漲趨勢各階段工程造價精準度比較表 ... 100

表6. 3 營建工程物價下跌趨勢各階段工程造價精準度比較表 ... 103

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圖 目 錄

圖1. 1 研究流程圖... 8

圖3. 1 工程定額分類圖... 45

圖3. 2 定額估價程序圖... 53

圖3. 3 工程量清單編制圖... 62

圖4. 1 案例資料地點分佈圖... 74

圖4. 2 資料庫造價分布圖(百萬元) ... 75

圖4. 3 工程建設時間分布圖(西元年) ... 75

圖5. 1 基礎型式模糊隸屬度函數... 79

圖5. 2 結構類型模糊隸屬度函數... 79

圖5. 3 建築面積(M2)模糊隸屬度函數 ... 80

圖5. 4 地下樓層數模糊隸屬度函數... 80

圖5. 5 總樓層數模糊隸屬度函數... 80

圖5. 6 網路概估系統概念... 90

圖5. 7 系統網路架構... 91

圖5. 8 系統網路界面... 91

圖5. 9 北京市某工程案例基本圖說... 92

圖5. 10 系統測試結果... 93

圖5. 11 基礎型式與結構類型對工程造價成本之影響比較... 94

圖5. 12 基礎型式與地下樓層數對工程造價成本之影響比較 ... 95

圖5. 13 基礎型式與建築面積對工程造價成本之影響比較 ... 96

圖5. 14 結構類型與總樓層數對工程造價成本之影響比較 ... 97

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第一章 緒論

1.1 研究動機

近年來,隨著大陸地區營建市場不斷地蓬勃發展,對於基礎公共 建設以及建築房地產投資的金額亦不斷地向上攀升,到了西元 1999 年間,大陸地區對於基礎公共建設以及建築房地產的年度投資金額達 到了3 兆 1250 億元人民幣(表 1.1 及表 1. 2)。儘管西元 1998 年亞洲金 融風暴仍舊對投資造成了負面的影響,然而根據世界銀行的一項統 計,大陸地區到了西元 2002 年吸引國外直接投資金額(FDI)已達到了 527 億美元並站上了世界第一的位置[79]。有鑑於此,國際間投資的焦 點莫不投向於海峽對岸這個逐步開放且日益發展的大陸市場,並且世 界前五百大企業亦相繼地在大陸地區成立了其分支的機構。

表1. 1 1991~1999 大陸地區基礎公共建設投資 [78]

西元 投資金額 (Billion RMB) 漲幅 (%)

1991 211.6 -

1992 301.3 42.4

1993 461.6 53.2

1994 643.7 39.5

1995 740.4 15.0

1996 857.1 15.8

1997 991.7 15.7

1998 1191.6 20.2

1999 1245.5 4.5

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表1. 2 1991~1999 大陸地區建築房地產投資 [78]

然而對於投資者而言,由於國情體制上的差異,在開發初期的評 估階段上,卻又往往不得其門而入。此時,一個瞭解雙方問題的顧問 咨詢角色便相形重要了。單就海峽兩岸而言,由於計畫經濟與市場經 濟的差異,定額制估價與工料分析估價的不同,無形中卻又更加深了 投資者進入對岸市場的難度。由於深刻瞭解兩岸市場的人員少之又 少,而對於營建工程專案來說,卻又是十分需要仰賴於過去的歷史資 訊與經驗的回饋。透過類神經模糊網路技術的運用,對於這樣的困境,

正好便能提供一個良好的解決方案。

對於一個投資者而言,成本的控制是其整體投資過程中相當重要 的一環。而在營建專案起始階段執行可行性分析研究時,一個合理正 確的投資估算資訊,在於營建專案的全生命週期過程中,將扮演著相 當重要的角色。由於此時的估算資訊,是專案成本控制的起點,也是 專案成本控制的基礎[1];因此若能在此投資前期階段,對於專案所需 的成本能夠得到一個令人滿意且接近於專案最終成本的估算結果,則 對於投資者將能具有極高的參考價值,並且有助於投資者在專案初期 的決策分析上,得以確保投資者能夠順利地進行資金的安排,以保障 往後工程得以順利地推動。

西元 投資金額 (Billion RMB) 漲幅 (%)

1991 364. 8 -

1992 516.4 42

1993 820.1 59

1994 1078.7 32

1995 1317.3 22

1996 1510.9 15

1997 1561.4 3

1998 1787.5 14

1999 1879.6 5

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在營建專案的初期,由於設計內容尚未確定、設計圖說尚未建全、

以及工程範圍尚不明確等種種設計資訊缺乏的因素。因此,期望能在 此時得到一準確的成本估算結果,實是一項十分艱難的工作。從實務 上發現,一般在專案前期進行成本推估之時,大多需要仰賴資深的估 價工程師依據過往的經驗,逕自對成本進行推估,方能得到一個較為 快速且精確的估算結果。然而,專業人才培養不易且容易流失,倘若 在執行上缺乏如此經驗豐富的專業估價人才,則其所得之估算結果,

可預期的便將會大打折扣,甚而曠日廢時,進一步地並將提高整體營 建專案的風險以及所需的成本。

大陸地區過去在工程估價上所使用的方式,是採取一種定額估價 的方法,而所謂的定額估價,則是計畫經濟體系下的一個產物。其方 法是由國家制定具有法定性與強制性的統一工程預算定額並經由各級 政府單位依據各地方的需求加以修正後實施。一項工程在確立其工程 造價之時,各級政府單位會對於各項工程來直接加以進行管控,開發 商以及承包商只能依據政府詳細規定的取費標準來加以計算,本身並 不能自主定價。因此,同一地區同一工程對於不同的企業來說,其定 額直接費基本上是相同的,各企業本身並不能任意地加以改變[22]。

因此,大陸地區過去所採行的估價方式,便是這種區域性工程量、價 統一的估價模式。而一般大陸地區所使用的概估方式可分為概算定額 法、概算指標法(單位面積綜合指標法、利用估算指標法、生產規模指 數估算法、單元指標估算法)、類似工程預演算法、分項比例估算法、

以及新興的人工智慧估算研究等[1][50][57][62]。然而上述幾種概算方 式之中,除了概算定額法是依據概算定額來編定外,其餘幾種方式由 於大環境的不斷變遷,工程單價將會隨著時間的改變而不斷地進行波 動。因此,這些利用過去估算經驗所得的營建成本,時間一久,將無

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可避免地會因成本單價的改變,而導致概估差異較大的結果。而對於 概算定額法而言,其雖可適應於時間的變動且編制精確,然而由於其 需要較為詳細的圖說,以及對於專案需有較為深入的設計與探討,因 此,對於專案初期一切設計都尚未明確的階段而言,其應用上將會遭 遇到極大的阻礙。且由於其依據概算定額所採用之概算工程量計算規 則,與一般所使用之預算定額方法基本相同,因此雖然其所得的精度 頗為精確,然整體估算所需花費的時間亦將隨之十分地可觀。

類神經模糊網路系統(neuro-fuzzy system)[68],不但具有傳統類神 經網路系統(artificial neural networks)[69]自動學習的能力,且亦提供模 糊決策系統(fuzzy decision-making systems)[70]的知識庫功能,可以依 據歷史的案例資料之中擷取相關的估價知識,並能提供人類可理解的 法則式(rule-based)知識庫,因此十分適合用來作為工程概估系統的建 構。鄭景鴻(2002)提出以類神經模糊系統於土石方工程成本估價之應 用,並提出利用工程單價、數量分離的主項比例估價方式,結果証明 能夠反應即時材料價格,並能有效將精度控制在 10%的範圍之內[1]。

然而就大陸地區的歷史案例資料而言,由於此刻正值大陸地區由傳統 的計畫式經濟模式轉型為與國際接軌的市場式經濟模式階段,因而傳 統的定額估價方式,將會逐步地轉換為定額估價與工程量清單報價雙 軌同時進行的估價模式。有鑑於當前市場上大部分的工程專案仍舊是 以傳統定額估價的方式做為估價的基礎,且目前大部分的歷史案例資 料亦多是以定額制估價為主,若能就目前所能得到之定額估價資料找 出可適用於未來工程量清單報價的重要參數,藉由過去學者所提出之 主項比例方式[65]據之加以訓練,如此一來所得出之成本概估系統,

將不僅能適用於當前的定額估價模式,並且對於未來的工程量清單報 價模式亦將能一體適用。此一系統既能反應市場即時的材料價格,並

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且亦能適應於未來估價模式的發展,對於投資者而言,必將具有十分 重要的參考價值。

1.2 研究目的

本研究擬定以主項比例估價法結合類神經模糊網路系統為發展的 基礎,考量單價成本隨時間波動的現象,以及定額估價與工程量清單 報價的異同,根據所收集到之大陸地區住宅建築工程估價案例資料來 加以訓練,提出一套適用於大陸地區住宅建築工程之快速成本概估系 統。期盼能在營建專案初期構想階段,提供投資者及專案參與者一個 在專案投資決策上一個有用的估價工具。

本研究之主要目的整理如下:

1. 分析大陸現行之定額估價制度,參酌先前學者所提出之主項比 例估價法,以整合成為適用於中國大陸專案估價之概估方法。

2. 收集分析大陸地區建築工程歷史案例資料,並利用類神經模糊 技術學習上述之歷史資料以建立大陸地區建築工程估價之知 識庫。

3. 整合主項比例估價法及類神經模糊技術,建立大陸地區住宅建 築工程快速估價系統。

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1.3 研究範圍及限制

本研究之研究範圍及其限制如下:

1. 考量資料收集之案例數量以及投資者之投資意願傾向,本研究 所採用之案例資料範圍以大陸地區住宅建築工程為例。

2. 由於本研究所針對之研究對象是設定以大陸地區之住宅建築 為主要目標,因此,所得之快速工程成本概估系統,將適用於 大陸地區之住宅建築工程。

3. 本研究所收集之案例資料出處為建設部標準定額研究所編著 之民用建築技術經濟指標[60][61],並且研究假設如下:

(1) 假設工法均相同(相同工法所使用之人、機、料均相同)。

(2) 假設所收集之資料皆正確。

(3) 無法考慮資料中未註明之影響變因,如特殊因素導致異常 之成本上升、或工期加長等。

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1.4 研究方法

本研究之研究方法如下:

1. 首先針對國內外以及大陸地區有關於定額、工程成本、工程估 價、類神經模糊網路、以及人工智慧應用的書籍、碩博士論文、

期刊論文等加以分析整理,並進一步地對之進行論點研究與探 討,瞭解當前各界研究的進展以及可改進的空間,並以此做為 本研究之文獻回顧的基礎,期望能對相關的領域能有一番較為 完整的回顧。

2. 探討本研究之可行性,並研擬本研究之系統架構。

3. 收集大陸地區實際之工程估價案例。

4. 透過實際訪問相關之估價單位、資深估價工程師、以及其他相 關之專家、學者,以瞭解本研究各個課題所需面對之問題以及 缺失,並研擬相關改善之對策。

5. 對所收集之住宅建築工程案例依據所擬定之對策加以進行資 料之分析及整理。

6. 結合主項比例估價法與類神經模糊經網路技術對所整理之資 料加以訓練及測試,並以實際工程案例進行案例之驗證。

7. 提出本研究之結論及未來建議,建立一套適合於大陸地區使用 之工程快速成本概估系統。

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1.5 研究流程架構

圖1. 1 研究流程圖

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1.6 論文架構

由於目前國人普遍對於大陸地區定額估價方式的不瞭解,因此本 研究首先擬定介紹大陸定額估價的概況與未來的發展,並繼之以類神 經模糊網路系統為發展的基礎,利用主項比例模式考量單價成本隨時 間波動的現象,提出一套適用於大陸地區住宅建築工程快速之成本概 估系統,期盼能在專案初期構想階段能夠對於投資者而言,提供其一 個在專案投資決策上相當重要的參考依據。

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第二章 文獻回顧

2.1 工程估價方式回顧

本節首先針對於大陸地區以及國外其他國家之工程估價方式加以 回顧分析。

2.1.1 大陸地區工程估價方式

大陸地區所採用的計價模式,是社會主義計畫式經濟體制下的一 種計畫再分配的方式,它的形式可概括為:直接費、間接費、計畫利 潤(法定利潤)和稅金構成建安工程費用等,其基本源於原蘇聯社會主 義國家的計價模式[22]。此計價模式,必須先根據各類工程預算定額 來計算出工程直接費,再以定額直接費(或定額人工費)為基礎來計算 其餘的費用。計算的方式是以定額直接費(或定額人工費)為基礎,分 別乘以間接費費率、計畫利潤費率、以及稅率等,以得出其餘的費用 [50][52][54]。而大陸政府對於不同的工程項目類型有不同的間接費費 率、計畫利潤費率、以及稅率的規定。計算時須比照政府的費率規定,

通常是投資額越大,費率則越大。也就是說,工程造價等於施工企業 在該項工程中的成本消耗加上一定的利潤和上繳的稅金[56][57]。其特 點主要是:

1. 工程造價計價的自身特點是單件性計價、多次性計價、按工程 構成的分部組合計價[12][22]。

2. 具有法定性和強制性[12][22]。相同的工程對於不同的企業而 言,其定額直接費相同,不得隨意改變;其次,政府是工程計

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價的主體,開發商和承包商則處於從屬地位。所以工程預算定 額是具有其法定性以及強制性的。在確定工程造價時,開發商 和承包商只能按照政府詳細規定取費標準來加以計算,不得自 主定價。

3. 相同性、計畫性[12][22]。對同一類別的工程項目,其定額直 接費(或定額人工費)、間接費費率、計畫利潤率和稅率均是相 同的,因而,同一項工程,雖然由不同的施工企業來建造,然 其工程的造價在理論上應該是相同的。因此,就目前而言,由 於工程預算定額具有法定性和強制性,並且取費標準也有明確 的規定,由此,我們可以瞭解,在此制度下所產生之建築產品 定價,仍是計畫定價的方法,市場幾乎發揮不了作用。

2. 1 大陸地區工程定額費用構成 [54]

費用項目 參考計算方法

直接費

人工費 材料費

施工機械使用費

Σ(人工定額用量*工資單價*工程量) Σ(材料定額用量*材料單價*工程量) Σ(機械定額用量*機械單價*工程量)

其他直接費 直接

工程費

現場經費 臨時設施費

現場管理費

土建工程:(人工費+材料費+機械使用費)*取費費率 安裝工程:人工費*取費費率

間接費

企業管理費 財務費用 其他費用

土建工程:直接工程費*取費費率 安裝工程:人工費*取費費率

利潤 利潤 土建工程:(直接工程費+間接費)*利潤率

安裝工程:人工費*利潤率

稅金 營業稅、城鄉維護建設稅、

教育費附加 營業收入*稅率

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2.1.2 美國工程估價方式

美國所採用的計價模式是典型的市場價格機制[54],其將工程造價 及工程管理全權委託顧問咨詢公司來加以負責。美國的各州政府也會 有制定的價格指數,但只適用於政府所投資專案,所以受委託的顧問 公司可以根據自己的經驗來制定計價的標準,無需強制遵守政府頒布 的價格指數[12]。如 MEANS(明思)公司的建築成本數據便是工程估價 中常用的一個估價資料,其主要應用在三種估價方式:

1. 平方英尺和立方英尺估價法[50]:適用於計畫準備初始階段以 及分析確立預算參數時使用。如:MEANS 平方英尺單位成本 手冊中,便對民居項目列舉了4 個等級、7 種建築類型的平方 英尺成本。成本內容則按不同的外牆材料及建築面積來排列。

2. 部位單價法估價[50]:適用於專案計畫階段以做為預算工具使 用。其根據CSI 協會的 12 個組成單元,把建築物分成幾個主 要的部分,然後計算各組成部分之價格,加上一定的毛利後便 得出完整的造價。是根據具有類似特徵的建築物樣本,從中取 定相同部位單價表中之成本單價,進一步與專案之工程相互結 合計算而成的一個完整結構成本。

3. 單價估價[50]:單價估價是按照標準格式的劃分來進行的,因 此也將耗費最多的時間來完成。估價師必須依據詳細的工程圖 和說明書,按照標準格式的分項,詳細計算工程量,進一步套 用成本數據庫中的單價,以計算每個項目之價格,加上承包管 理費後,再用城市成本系數或地區因數將價格調整為當地價格 後得出估價之結果。

而整合美國之估價方式可歸納如下:

1. 工程造價的構成[22]:包括人工費、材料費、機械費、分包費、

(24)

設計費、環境評估費、土地購置費、拆遷費、安置費、地質土 地測試費、上下水、暖氣、電接管費、場地平整綠化費、估算 費、監督費、執照費、保險費、保証金、意外準備及稅金。

2. 工程造價計價依據[22]:並沒有一定的依據和標準,只針對於 各級政府所負責的政府投資工程,制定計價的標準。而其他非 政府投資工程則由造價仲介機構提供計價的依據,並根據當地 經濟條件變化及時加以調整。

3. 工程造價計價[22]:可分為造價估算與工程預算二個部分,在 造價估算方面,是與工程設計直接有關的工程自身造價費用,

其內容包括了設備、工人、材料、機械使用、勘察設計費用等;

而在工程預算方面,則是業主所掌握的費用,包括場地使用、

生產準備、執照、保險和資金籌措費用等。另外,工程總價尚 須納入一定的管理費和利潤,一般都是按工程造價的 10%左 右加以計算。並且工程造價的定價方式是通過一定的市場交易 行為,並交由承發包雙方來議定。

2.1.3 英國工程估價方式

英國的工程造價管理,體系完整、歷史悠長。在英國的體系下,

政府制定統一的工程量規則,並且定期公佈各種價格指數,但並非套 用統一的標準定額來進行計價。而是依據規則計算工程量,然後參考 資訊價格及市場價,經由自由報價和競爭的形式來完成最後的工程造 價[12]。

1. 其工程造價的構成[22]:一般有房屋項目和工業項目兩大類,

其內容主要有直接費、傢俱、固定裝置和設備費、土地購置或 租賃費、土地附著物拆除費及現場準備費、職業費用、財務費、

(25)

法定費、其他廣告費用等構成。工業項目則由現場費用、工法 加工裝置費、輔助裝置和設備費用、建築安裝費(類似於一般 房屋項目)、管理費用等構成。

2. 計價模式:英國的計價模式可概述如下:

(1) 統一的工程量計算規則。1992 年英國首次制定了一套工程 量計算規則,現名為建築工程量標準計算方法(SMM),詳 定了項目的劃分、計量單位元、以及工程量計算規則[54]

[55]。其具有法定性,但沒有統一計價標準或定額。價格 是參照政府和各類顧問咨詢機構所發布的造價指數來自 由報價、合約定價[22]。

(2) 藉由專業的顧問咨詢機構以及以英國皇家測量師學會會 員為核心的資深工料測量師(Quantity Surveyor),來為業主 和承包商提供造價估算、價格參數、以及工程全生命週期 之顧問咨詢服務[54][55]。

(3) 利用嚴格的法律體系來規範市場行為,並對政府和私人投 資實施分類管理。關於政府的專案,實施公開招標、並對 工程結算、承包商資格實施系統管理。而在私人專案的部 分,則採取較為開放的不干預政策[54]。

(4) 具體使用通用的的合約文本,工程事項皆按合約之規定實 行[54]。

2.1.4 法國工程估價方式

1. 工程單價的確立[12]:施工單位在確定投標單價時,基本上都 要對於每一項工程專案進行市場的調查。其材料單價由於每項 工程所使用的數量不同,在經過與供貨單位協商後而會有所區

(26)

別。並且勞務所需的費用也不盡相同,一般而言,越是大型的 專案,其勞務單價即會越高。而在機械單價部分,則由於所使 用的年限和折舊期的不同而隨之亦會加以改變。法國沒有統一 發佈給社會的定額單價,一般是依據以往各個工程所積累起的 資料來加以參考。大公司則因業務分工較細,基本上都有自己 的定額單價,並且一切相關之經費、風險、利潤等都是由企業 的經驗以單價乘以其數量而予以核定。

2. 各階段工程造價的確定與控制[12]:科學估算工程造價是法國 工程管理的一項顯著的特點。他們在工程造價估算方面都有一 套建立在對現有工程資料分析基礎上的科學方法。造價的估算 一般利用所擁有的大型工程項目數據庫,在電腦上進行估算,

並依其所得之結果,來作為控制投資的依據。而根據專案各階 段工作深度及其所掌握資料的不同,工程造價計算通常分為4 個階段﹕第一階段,專案規劃、可行性研究階段,進行大致估 算,準確度可達到±30%;第二階段,施工方案設計階段,進 行較詳細估算,準確度可達到±15- 25%;第三階段,基本設 計、招標文件準備階段,進行詳細估算,準確度可達到±5%。

通常業主會以基本設計所估算的總投資作為投資的控制目 標。在基本設計階段,已明確土建、施工、設備、電氣等專業 的標準、規格和數量,廠房配置圖,提出了主要的設備清單,

並完成了標書的編制。第四階段,施工圖設計階段,設計單位 能保証各分項工程預算,控制在基本設計所確定的限額內。在 法國,造價的控制是通過控制建設標準、優化設計,尤其是加 強合約管理,包括制定標準合約總條款、嚴格合約文本的審 查、加強合約執行中的監督來加以實現的。

(27)

3. 政府投資專案的造價控制[12]:法國是市場經濟發達的國家,

生產企業在高度自由的競爭環境中發展和生存,政府為整個社 會經濟的正常運轉創造必要的條件,同時對國有企業進行指導 和必要的控制。在制定投資計畫時,法國政府的主要作用是制 定整體發展規劃,作為國有企業制定計畫合約中投資計畫的指 導方針。

2.1.5 德國工程估價方式

1. 德國的工程專案管理[12]:在德國的工程專案管理中,他們會 將專案投資估算的嚴肅性、科學性和合理性作為其關注的首要 課題。在德國,任何一項建設工程,不論是政府的還是私人的 投資專案,其管理不外乎是包括品質、進度、投資(成本)的 控制,這是一種三位一體的有機結合管理,其最終的目的,即 是要達成一項優質的建築產品。專案的投資額度(或是投資估 算)的確定,必須要根據國家品質標準 DIN 要求,慎重地計 算所需要的費用,而且必須要有一定的預測與浮動,投資一定 要估計充足,留有餘地,這就是工程專案投資估算的確定。確 定投資額一般由社會性工程咨詢顧問公司的工程造價專業人 員進行。一般而言,工程專案的管理是全生命週期的管理,品 質、進度和成本的控制貫穿了專案的全生命週期。一個部門或 一個監理公司承接專案管理,在成本控制方面則是從投資估 算、設計概算、施工預算、竣工結算、決算等是一系列的服務。

這樣就避免了計畫與建設的脫節和不配合,科學合理地確定了 投資額,在實施計畫的建設過程中,計畫與建設融為一體,必 須嚴格地控制,不得超過已定的投資額。德國工程投資控制是

(28)

動態的,影響投資的因素有設計、市場供需價格和特殊情況 等。關鍵在於建設前期的成本確定和控制。所以,在德國凡從 事工程管理的部門(機構)必須從事和參與設計審定。在德國,

只要工程專案投資額確定後,在實施過程中,必須嚴格地按照 投資估算(概預算)執行,不能隨意修改和突破。這樣,工程 專案造價控制行業就在德國普遍存在,並且出現激烈的競爭,

各家專案控制單位均在優化設計、採用新工法、新技術、新材 料、提高品質、縮短工期,以及科學的管理和監控手段等方面,

對專案的成本、品質、進度進行嚴格的控制,並以控制的成功 實例和業績爭取得到社會的公認和樹立良好的聲譽,贏得市 場。反之,如果控制不好,出現成本加大,超出已定的投資額 而又沒有充足的理由,則專案控制單位須承擔經濟責任。

2. 德國的工程預算[12]:工程預算在工程實施中是工程費用支付 與管理依據,且是招標審查報價的尺度。工程費基本上如同國 際上慣用的 FIDIC 合約一致,即由工程數量乘以單價,而工 程數量和項目均在標書中全部列出,投標人則按綜合單價和總 價進行報價,當然,有一些現場管理的項目和措施性項目的費 用等,就另行開列報價。由於競爭激烈,投標者如不是最低標 價就難以得標、無法承接工程任務。所以,在編制投標報價時,

就需要正確掌握材料價格、機械使用費、勞務價格及市場行情 等,並要對市場的趨勢作出預測,這就需要有一批既有專業知 識,又有豐富實務經驗的人員來承擔此項工作,否則就無法勝 任計價,也無法參與市場競爭。德國的地方公共工程費由於地 方政府,需確保其資金供應,故由地方政府負責計算,聯邦政 府在業務上加以指導以確保預算,並按受監督。

(29)

3. 工程造價基本上由專業人員計算,有時也委託給社會顧問咨詢 服務公司承擔,而這些顧問咨詢公司或其他計價部門(包括政 府的),基本上都採用電腦計算,預算專業人員不需要有特殊 資格,只要有學歷和經驗即可,一般起碼要取得工程師資格才 能從事工作[12]。

2.1.6 日本工程估價方式

日本的建設工程計價有其統一的工程量計算規劃和計價的基礎定 額。採用量價分離的方式,政府只管控實物量的消耗,而價格部分則 由顧問咨詢公司來加以收集並追蹤管理,政府並不會干預私人投資專 案的價格確定[50]。計價的依據在日本,是由建設省統一組織或經由 建設省統一委託編制並發布有關公共建築工程的計價依據。建設省負 責編制計價依據的目的有二,一是為了加強施工的管理,促進建設業 發展和科技的進步;二是為了科學合理規範建設市場定價的行為。並 且所編制的成果,一方面可做為業主編制標底確定造價的依據,另一 方面也是承包方投標報價的參考標準[12]。由於報價是否接近或低於 標底是決定能夠得標的關鍵因素,因此發包方編制標底、投標方報價,

必須有一個可供雙方共同參考的計價標準,以減少不必要的重複動 作。而日本建設省官房廳營繕部負責統一組織編制,並發布計價依據 以確定公共建築、政府辦公樓、體育設施、學校、醫院、公寓等造價,

且對之實行全生命週期的直接管理[12]。

1. 日本工程造價的構成:為使承發包雙方能有一個統一的、科學 的工程計價標準,日本建設省發布了一整套工程計算基準,

如:建築工程計算基準、土木工程計算基準…等,以做為一個 統一的遵行準則[54]。其造價的構成一般由管理費(包括營業利

(30)

潤)、工程成本〔純工程費(直接工程費、綜合臨時設施費)、現 場經費兩項〕根據不同部位、工種、部分、要素等劃分,內容 十分具體[22]。

2. 工程造價的計價依據:屬於一種量價分離的定額制度。量是公 開的,而價則是保密的[54]。其利用統一的、科學的工程計價 標準,對預算的原則、人工材料的消耗及工程量計算規劃等,

都作了統一的規定和說明。其中政府工程由各級政府掌握人 工、機械、材料單價;非政府工程則由“建設物價調查會”“經 濟調查會”出版的《建設物價》和《積累材料》提供工程造價 數據作為計價參考依據[22]。

3. 工程造價計價:政府會對於公部門所投資的工程專案加以實施 全生命週期的管理。為了將造價嚴格地控制在所通過的投資金 額內,各級政府都掌握有自己的人工、機具、以及材料之單價,

亦或是會利用所出版的物價指數來編制內部掌握的工程複合 單價。另外在私人投資方面,政府則會透過對於建築市場的管 理,用招投標辦法來加以管控。大體來說,政府對於一項工程 專案只審查其設計,並控制工程的規模,對於標底方面則不加 以審查 [22][54]。

(31)

2.2 工程估價種類

根據學者潘銘達[46]的研究,工程估價的方法,依據現有資料的 多寡以及估價目的之不同,而會加以改變。

估價的種類根據其技巧和方法,可分為以下三種層次:

一、 粗估(order of magnitude estimate)

粗估的方法是根據過去類似的工程專案經驗,來加以 估算結果的。基本上,它僅依數量和費用之間的關係經驗 曲線,來推估出整棟新建築的費用,其能在最短的時間內 建立出合理的估價並提供工程專案之可行性分析。

(一) 依使用功能之成本估價:

1. 如醫院=每一病床成本 ×病人數 2. 如學校=每一學生成本 ×學生數

3. 如停車場=每一停車位置成本 ×車量數 4. 如戲院=每一座位成本 ×觀眾數

(二) 依指數估價法:

1. 新建築物成本=物價指數 ×相似建築物成本

物價指數依時間、地點、勞力、運輸、工地狀況而定 (三) 依單位面積估算法:

1. 樓房造價=每坪平均單價 ×樓版總面積 (四) 依單位體積估價法:

1. 樓房造價=每立方公尺單價 ×建築物總體積 二、 概估(conceptual estimate)

在細部設計尚未完成前,一項工程仍需仰賴一些初期 的工程設計圖說和過去的經驗數據累積等,來加以從事工

(32)

程估價的工作。除了利用數量和單價以推算建廠所需之局 部費用外,概估方法可根據過去相似建築的成本架構,將 整棟建築物分成數個組合體,再依其參數和參數間之關係 來推算出整個工程的造價。例如材料和人工的費用比率關 係,以及設計費和建廠費之關係等。設備的費用可以經由 過去經驗的花費與容量間的關係曲線來得到,當生產設備 費用算出以後乘以一組合因素,即為全廠工程成本的估 價。如主要工程為基礎,可由地坪面積和建築物型式來推 算建物結構體費。

例如:鋼筋混凝土之單價(元/M3)×數量×(2~2.5 倍)/建築 物面積(M2)=每平方公尺建築物之單價(元/M2)。

而其他建築物附屬的空調設施、消防系統、排水供水 系統和燈光等費用,亦可依地坪面積估算後,再加上該有 的設備和傢俱等,即為建築物之總價。

三、 細估(detailed estimate)

細估應充分瞭解設計圖、標單、工程合約、施工規範 與施工補充說明,並經工地現址調查後將工程內容之各部 份工作明細分類,在經過精確計算工作數量後,研判施工 程序、施工方法及適當的工料分析表、繪製施工預定進度 網狀圖,訂定每月施工進度計畫、人力規劃、材料規劃,

機具規劃、財務規劃等,再依據所收集之各工種工資,各 類建材價格,各型機具小時使用費估算工程成本,也就是 每一項工作,經由數量化、價格化、施工等成本步驟以達 成細估的工作。

(33)

2.3 參數估價法回顧

學者郭坤池[47]研究認為「參數估價」之重點在於利用過去工程 經驗數據所建立的資料庫,依據統計學上的歸納法則,統計歸納出不 同類型的建物,其所須用的人、機、料數量與費用,並透過「樣本空 間」之數據,借類比法預測隨機事件,也就是預測相類似建物之造價。

將工程項目利用「維次分析」得到工程項目相關參數並將收集之數據 資料統計求得其單位參數值平均數量。

學者鐘恕[48]亦提出參數估價法與工程生命週期各階段估價作業 之關係,如表2.2 所示。

表2. 2 參數估價法與工程生命週期各階段估價作業之關係[48]

規劃設計階段 生命

週期 特性

工程構想階段

初 步 設 計 細 部 設 計

招標發包階段 營造施工階段

資料依據

*無草圖

*過去資料和記錄

*草圖但不完整之 設計圖

*過去資料和記錄

*設計圖說及細部 設計

*過去資料和記錄

*設計圖說及規範

*過去資料和記錄

*設計圖說及規範

*過去資料和記錄

使用者

*業主

*建設公司

*專業營建管理

*建築師

*結構工程師

*室內設計師

*顧問工程師

*業主

*精算師

*專業承包商

*工程顧問公司

*專業承包商

*專業營建管理

*估驗計價工程 師

估價層次 *粗估 *概估 *細估 *細估 *細估

估價方法

*單位基準法

*參數估價法

*因數估價法

*參數估價法

*推理旁證法

*比例基準法

*主項基礎法

*參數估價法

*單價分析法

*平均單價估 演算法

*單價分析法 *單價分析法

估價目的

*工程成本概估

*初期財務計畫

*資本預算

*價值工程

*初步成本估算

*替代方案評選

*定案成本估算

*各標發包預算

*檢核設計成果

*業主訂定底價

*承包商投標估價

*施工成本預算

*成本評核及控制

*設計變更成本 估價

精確度 *±20% *±15% *±10% *±5% *±5%

(34)

“參數估價”的觀念,是利用“類比法”的原理將相類似的工程 案例加以相互的比較模擬。而透過模擬的成果,藉以求得工程項目與 參數間之關係。例如:某乙建物與甲建物為相類似之建築。假設兩者 之工程項目完全相同,只是數量乙為甲之 1.2 倍,若以類比法觀念,

則乙之總工程成本應為甲之 1.2 倍。同理,只要將各工項與參數間之 關係找出,再乘以目標個案的參數值,即可得出工程之總造價。

學者黃春田[49]認為,「參數估價」是利用開發、規劃設計階段所 出現的參數,根據以往工程經驗所累積的經驗資料庫來進行模擬與分 析,以獲得一個較為簡易且精確的成本控制方式。常用的方法如下所 示:

一、 成本指數法

選定估價之成本項目與過去某基準年同樣之成本項目 之指數比較,以推估現有成本項目所估價值之方法。如式 2.1 所示。

=

i i i

N R

N

I

C I

Y

(式 2.1)

式中 Y :總建造價

Ni

C :某基準年成本項目成本

Ni

I :某基準年成本指數

Ri

I :推估年成本項目之估價值

二、 成本─產出估算法

成本指標法反應出時間對於成本的影響,而成本─產 出估算法則是使用於反應產出容量變化對於成本的影 響。產出容量發生改變時,整體成本也將隨之呈現線性或 非線性的變化,其計算公式如式2.2 所示:

(35)

x

Q C Q

C

⎟⎟

⎜⎜

×

=

1 2 1

2 (式 2.2) 式中 C2:預估單元成本

C1:基準單元成本 Q2:預估單元容量 Q1:基準單元容量 x :成本─產出因數

三、 單位面積或體積法

依使用類別、工程規模、或結構系統所建立之單位面 積或單位體積之工程造價資料,以推估出現有類似建築物 之單位造價。

國外學者 Koenigseker, N. A. [67]認為,參數估價法是以單位面 積、體積或高度等影響工程造價之重要參數為考量,根據過去案例數 據進行統計迴歸得到一簡化之數學式,以作為未來工程案例估價之依 據。另一位學者Karshenas, S. [71],則提出由於工程性質之不同,所 需選擇之工程參數亦不相同,例如高層建築專案多以單位面積、體積 或高度做為估價的參數,但在其他工程,則可能改採單位設備容量以 做為估價的參數。因此,在估價的過程中,不論所考量之工程種類以 及所採用之估價參數為何,參數估價法準確與否之重要關鍵在於建立 參數與工程造價之間的關係式。由過去的研究發現,參數估價法之參 數與工程造價之間的關係式並非線性之關係[70][71]。

為建立此一非線性關係,過去的研究曾提出以下之解決方法[2]:

1. 以非線性迴歸之方式建立指數參數估價方程式[71];

2. 以 類 神 經 網 路 建 立 估 價 參 數 與 工 程 造 價 或 數 量 間 之 關 係 [72][73];

3. 以案例式學習法(case-based reasoning)建立影響估價參數與工

(36)

程造價之關係[74]。

上述方法中,傳統之非線性迴歸法在處理超過兩個以上之參數 時,迴歸難度極大,且其精確度會因個案之不同而產生差異,一般其 誤差值為 20%左右;而類神經網路雖然對非線性關係之處理能力極 佳,但其所建立之關係式通常視為一黑箱(black box),專家無法判斷 其知識之正確與否。至於案例式學習法,雖已有相關影響參數與工程 造價關係之建立,但也僅止於建立其非線性關係,並無相關法則庫之 發展與研究,且案例式學習法在資料處理上較適合「符號式推理 (symbolic reasoning)」,而工程估價多與數值式推理(numeric reasoning) 有關,因此其誤差值亦在15%~20%之間[4]。

2.3.1 主項比例估價法

有鑑於傳統參數估價法之缺點,鄭景鴻君(2002)類神經模糊系統於 土石方工程成本估價之應用[1],提出利用工程單價、數量分離的主項 比例估價方式,結果証明能夠反應即時物價,並能有效將精度控制在 10%的範圍之內。營建專案通常由數以百項或千項的工項所構成,且 非常花費金錢和時間去得到全部營建專案中的成本工項的數量與單 價,然而用 80/20 法則解決了這問題。簡單的說,80%的專案成本決 定於20%的成本工項,因此最重要的 20%成本工項所估算的數量可代 替全部工項的總估算數量。

主項比例估價法模型(Principal Items Ratio Estimation Method, PIREM)[65]如下:

採用80/20 法則以做為選取估價之項目可以省去 80%的成本估算 以及時間,不只可以減少花費也可以快速地執行工程之估價,更重要 的是能夠即時提供一個值得參考的成本估算答案。其利用總成本工項

(37)

中 所 挑 選 出 來 20%主要工項(以下稱之為主項 PI)之主項成本費

(PIC),利用主項成本費除以主項比例即為工程之總造價。其中,PIC 為整合所有主項之數量乘上單價之加總成本。而利用主項成本費除以 工程之總工程費的比例則稱之為主項比例(PIR 或 P)。

單一工程的P 值可由下列數學式計算而得:

1

1 m

j j

j n

i i

i

UP Q PIC

P OC

UP Q

=

=

= =

(式 2.3)

j

表示工程主項。

i

表示工程所有工項(包含主項及非主項)。

UP表示工項之單價。

Q

表示工項的數量。

OC

表示總工程成本。

PIC表示主項成本。

n表示n 項工項。

m表示 m 項主要工項。

由於在歷史成本估價案例中所分析出來的主項比例工項,是營建 專案中數量固定不變或變動微小的工項[65]。因此,我們可以根據歷 史成本估價案例中所得之主項比例平均數

P

得出在新專案中之總成本

OC

r數值的方程式為:

(38)

r

r

PIC

OC

=

P

(式 2.4)

OC

r 為新專案的總成本估價。

P

是舊資料中主項比例

P

的平均數。

PIC

r是新專案中的主要工項成本。

在(2.3)和(2.4)中,實際市場行情的單價(UP)在新專案中應該在 執行估價時進行即時的調查,並進一步使用類神經模糊網路系統對歷 史成本估價案例之主項PI 及其主項比例 P 進行參數的訓練。藉由訓練 結果而建立出的估價參數與工程主項間之關係,然後才能進一步地對 於新專案進行專案成本之估算[65]。

2.4 人工智慧相關方法回顧

2.4.1 類神經模糊系統(neuro-fuzzy system)

類神經模糊系統(neuro-fuzzy systems)是整合類神經網路學習模式 與模糊決策系統知識表達方法的一種模糊推論系統(fuzzy inference system, FIS)[68],是屬於人工智慧領域中的一個分支。

類神經網路與模糊邏輯是彼此互補的技術[1]。類神經網路可經由 所要學習或控制的系統中取得所需之資訊。而模糊技術則通常是直接 使用由專家學者所提供的訊息。所謂的類神經模糊網路即是一種用來 獲取兩者間彼此優點並同時解決個別缺點的可行方法。其將兩者結合 成一套整合的系統,藉由兩者間的許多相似性,提供兩者間結合可行 性的一個不錯的依據。

結合的系統將具有類神經網路的優點(如:學習能力、最佳化能 力、連結式的結構),與模糊邏輯系統的優點(如:接近人類的思考行

(39)

為,容易結合專家知識)。依此,我們可把類神經這種低階的學習與計 算功能應用在模糊邏輯系統上,並且把模糊邏輯系統這種高階的,接 近人類思考,推理的功能應用在類神經網路上。如此一來,在類神經 網路這方面,整個網路結構將透明化,這使得它更像模糊系統。相對 的,模糊系統自我調整的功能,將使它更接近類神經網路。

類神經模糊系統最大的特點即在於其所採用之學習模式,以及其 所建構之模糊推論系統。前者決定一個系統的績效,例如估價系統中 之「精確度」;而後者則決定了系統的功能性,例如估價系統中的知識 表達或利用之方式。

現存之模糊推論系統主要可分為三大類型[1]:

1. Mamdani 型模糊推論系統,適用於建構決策支援系統;

2. Sugeno 型模糊推論系統,適用於建構數值預測或數值控制系 統;

3. Tsukamoto 型模糊推論系統,亦適用於建構數值預測或數值控 制系統。

上述三種模糊推論系統皆以「模糊If-Then 法則」作為模糊推論 之知識表達方式,而三者之不同點在於「模糊 If-Then 法則」之「結 論部(consequence part)」的表達方式。三種模糊推論系統必須與類神 經網路學習系統結合,方能達到自我學習 (self-learning)、自我組構 (self-organizing)之能力,而唯有透過自我學習及自我組構的模式,方 得以確保整體系統之推論功能。

目前已發表之類神經模糊學習系統中最具代表性者有下列三 種:

1. Wang and Mendel 提出“倒傳遞模糊系統”(Backpropagation fuzzy system)[76],可用於建構傳統 Mamdani 型的模糊推論系

(40)

統。

2. Lin and Lee 提出“模糊適應性學習控制網路”FALCON (Fuzzy adaptive learning control network)系統[74],用以建構傳 統Mamdani 型模糊推論系統。

3. Jang 提 出 “ 適 應 性 網 路 架 構 的 模 糊 推 論 系 統 ” ANFIS (Adaptive network-based fuzzy inference system/adaptive neuro fuzzy inference system)[75]用以建構 Sugeno 型模糊推論系統或 Tsukamoto 型模糊推論系統。

2.4.2 適應性模糊類神經推論系統

適 應 性 模 糊 類 神 經 推 論 系 統(Adaptive Network based Fuzzy Inference System, ANFIS),是清華大學張智星教授[1][68][75]所發展完 成的,其是應用傳統的模糊理論為基礎,再加上類神經網路為架構所 發展出的一套理論。能夠解決在傳統模糊控制設計中,必須藉由人的 思維不斷地調整隸屬度函數,才能達到減小誤差、增進效能的缺點;

利用複合式的學習過程(hybrid learning procedure)為基礎,建構出一群 if-then 的規則,並逐漸的調適出適當的隸屬度函數來滿足所需要的模 糊推論輸入輸出關係。

2.5 人工智慧方法於工程估價應用之文獻回顧

2.5.1 大陸地區營建工程相關文獻

大陸地區類神經網路應用於營建工程方面之研究包括如下:

1. 王建平、高婷、魯春立[16]針對在神經網路中得到廣泛應用的 BP演算法難以確定隱節點個數的缺點,提出了一種動態調整

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相似工程有關資料的基礎上,考慮絕對物價的影響,應用上述 的演算法對工程造價進行造價預測。結果證明:該方法所得之 工程造價預測值精度令人滿意,具有應用價值。

2. 薑紹飛[17]提出一個良好的 BP 網路模型,不僅具有網路學習 速度快、網路推理精度高的優點,而且對於一些複雜的、非線 性的而又難以建立數學模型的問題,運用神經網路方法來建 模,具有建模時間短和容易等優點。

3. 邵良杉、高樹林[18]提出應用神經網路估算工程造價,一旦經 過學習確定各權重後,就可用來估算,計算簡單、準確,非常 適合快速投標報價。系統在輸入層考慮了主材價格,可以使造 價更符合實際。這主要是神經網路適於資訊不全或推理規則不 明確的問題,模型的權重是通過實例訓練學習得出,避免了某 些方法的人為計取權重的主觀影響。

4. 邵良杉、楊善元[19]通過分析不同時代估算模型的特點及其存 在的問題,建立了人工神經岡絡造價估算模型。並詳細地介紹 了該模型建立的基本原理及學習的BP 演算法。最後以煤礦井 筒工程實際資料為例,應用神經網路估算模型進行了估算。結 果表明,該模型估算準確,由於考慮了主材價格,因此適合應 用於工程造價動態管理。

5. 胡穎、李本強、侍克斌[21]針對現有關模糊估價文獻中沒有考 慮時間因素的不足,提出了一種考慮時間因素的估價方法,它 是依據相似工程各種建造要素需要量相對穩定,而其價格卻不 斷變化的特點,應用文獻所提出的理論來估測待估工程建造要 素的需要量和單種材料費占直接費的比例,再根據待估工程建 造時的實際材料價格和綜合費率,即可確定出待估工程的單方

(42)

造價。本方法是傳統方法的一種改進和完善,它更能適應快速 發展的建築市場的需要。

6. 荀志遠[24]根據神經網路和工程造價估算的特點,提出了採用 BP 神經網路進行工程造價估算,並以住宅建築模型為例進行 了驗証,証明該方法能夠準確、快速估算工程造價。

7. 吳開微、陳娟、葛長有[27]基於模糊神經網路的估價模型大大 地提高了工程造價的估測精度和速度,尤其是在早期,工程專 案的方案階段。運用此模型進行工程造價的估算,估測精度頗 佳。鑒於所要估價的工程是處於方案構想階段,工程細部資訊 不完整,特徵較模糊,因此其評估精度是令人滿意的,其結論 是可行的。

8. 牛東曉、乞建勛、邢棉[28]分析了建築工程專案造價預測幾種 方法的缺點,提出了建築工程造價的變結構神經網路預測模 型,從理論和實例上說明該方法的優點,為建築工程造價管理 提供了新的方法,也有助於電力工程專案造價預測管理。

9. 牛東曉、乞建勛[29]將改進型遺傳演算法用於施工網路計畫優 化的研究,通過多種群劃分與聚類,搜索局部極值點,從而有 效地增強了全局尋優能力和尋優速度。實踐証明,該方法有效 地克服了普通遺傳演算法在網路計算中的缺陷。在優化精度和 計速度上都有明顯改善,是一種適用於施工網路計畫優化的實 用型新方法。

10. 周樹發[30]提出了一種新的特徵模擬工程估價方法,通過電腦 模擬運算,建立了多元高次回歸方程式,產生模擬函數庫,進 而只需少量的訊息(工程建設,工程管理,工程設計,工程施 工)輸入,便可在較短的時間內得到較精確的工程估價。

(43)

11. 楊曉林、郭玉田[33]通過研究工程造價的構成及其影響因素,

特別是建築工程結構和主要分項工程的特徵在工程造價中所 起的作用,確定了12 個主要因素(建築面積、基礎工程、內牆 工程、外牆工程、梁柱工程、門窗工程、裝飾工程、樓面工程、

水暖工程、電照工程、物價指數),作為神經網路的輸入變量,

經測算達到可以用於工程實際的水準。此方法可以快速準確地 進行工程估價。

12. 毛義華、熊鷹[37]根據神經網路的原理和工程造價估算的特 點,建立了基於神經網路的工程造價估模型,而模型的輸入單 元為9 個,分別為結構類型、基礎類型、層數、層高、內裝修、

外裝修、門窗、樓地面和層面。輸出層單元為 9 個,分別為每 平方米造價、每 100 平方米用工、每 100 平方米鋼材、木材、

水泥、標準磚、碎石、砂、石灰的用量。隱藏單元為 2* 9+l=19 個。共收集了訓練樣本40 個,測試樣本 20 個。並通過住宅建 築估價模型的建立,說明模型的實現方法並驗証了研究的實用 性。

2.5.2 國內營建工程相關文獻

國內類神經網路應用在土木營建工程方面之研究則包括如下:

1. 余文德、楊智斌、賴建中、鄭正光[2]應用「類神經模糊系統 (neuro-fuzzy systems)」技術所發展出來的自動化工程估價系 統,結果證明在橋樑工程成本概估可達誤差 10%以下之精確 度,且可提供估算人員法則式之估價知識,並可進行成本影響 敏感度分析。

2. 陳信夫[5]將九個實際案例分成四種不同之情境,以測試實際

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各種方法之估算表現。結果證明類神經網路不論在平均誤差平 方和、誤差標準差或是誤差比率範圍等,其表現均優於其餘四 種估算模式。驗證了類神經網路在工程成本估算方面的準確性 及適用性。

3. 郭炳煌[6]利用統計分析方法與類神經網路模式,來探討此兩 種預測方法運用於建廠營建工程“直接成本”之可行性,以作 為建廠工程在估算作業上的參考。比較“迴歸分析”方程式及

“ 倒 傳 遞 類 神 經 網 路 ” 所 得 出 之 誤 差 均 方 根(Root mean square, RMS),結果發現“倒傳遞類神經網路”能夠獲得較小 之(RMS),表示以“倒傳遞類神經網路”預測營建工程直接成 本是一個可行的方法。

4. 蔡裕春[7]建立一個台灣地區營造工程物價指數之預測模式,

依據物價指數之特性,分別以類神經網路與 ARIMA 模式建構 指數之預測模式,並將預測之結果進行相互比較,探討其適用 性。以作為工程主辦單位編列公共建設預算及營造廠商計算工 程投標價格之參考。

5. 陳維東、石進芳、盧順逸、陳盈宏[8]應用 NeuroSolutions 類神 經網路商用軟體預測國內營造工程物價指數。研究結果顯示,

系統預測平均精度可達 93%的水準,與灰色理論模式及時間 數列模式相當,證明類神經網路於預測營建物價指數的應用可 行性頗佳。

6. 謝獻仁[9]利用類神經網路所具有之平行處理能力,來處理各 項參數對落石坡危險度之影響,並進行危險度之分析。以中橫 谷關-德基水庫間的 237 個落石坡為調查對象,隨機選取 150 個落石坡為訓練資料,87 個落石坡為預測目標,利用類

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神經網路系統加以分析預測,結果證明類神經網路具有評估落 石坡危險度之能力,其預測成功率可達86%。

7. 楊秉蒼[10]利用二元本位學習神經網路解決 N 皇后指派問 題,研究結果顯示,該法在解答品質方面較退火神經網路及遺 傳演算法佳,雖然該法略遜於運輸特殊解法,但具備較強的通 用性,且在多目標山坡地開發決策問題方面亦優於隨機搜索的 方法。

8. 許宏博[11]根據地質條件及開挖深度等因素,以類神經網路系 統進行工法預測,結果有 72%的預測結果與案例實際使用的 工法相同。

2.5.3 國外營建工程相關文獻

類神經網路於國外土木營建工程方面之相關研究計有:

1. I-Cheng Yeh[73]應用對數類神經網路(LNN)改善類神經網路 的學習過程,並應用於RC 及鋼結構建築物的數量估算。

2. Tarek Hegazy, and Amr Ayed[80]結合基因演算法及類神經網路 決定權重並以類神經網路發展道路工程的參數估價模式。

3. Hojjat Adeli, and Mingyang Wu[81]對於剛性路面之道路工程成 本以類神經網路估算。

4. Greese and Li[82]收集了北美地區十二座木製橋樑的成本資 料,利用類神經網路中的倒傳遞網路系統,估算這些木製橋樑 的工程成本;選擇其中的十座橋樑為訓練範例,其餘的兩座作 為測試的範例,輸入變數為Web、Deck and Steel weight 三項,

輸出變數為估計的總成本,使用一層隱藏層,利用這十個訓練 範例,反覆學習 15000 次直至收斂為止。由兩個測試範例的測

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試結果顯現結果並不好。並且作者認為應是原始測試資料本身 所存在之系統誤差,才會導致如此的結果。

5. Moselhi、Hegazy、Fazio[83]此篇論文主要是介紹類神經網路 的各種網路型態,對於其特色、優點、缺點及其適用範圍均用 圖表的方式明顯的分類出來。尤其是指出類神經網路運用於營 建工程領域的潛力,最後舉出兩個網路(一是估算開挖設備的 每小時生產能力、一是估算營建產業的生產力層次)的應用範 例,作為說明,以解釋類神經網路的應用潛力。

(47)

第三章 大陸地區工程估價現況之探討

3.1 大陸地區工程造價歷史發展

在中共建政以前的工程估價,我們可以追溯到19世紀末至20世紀上 半葉。當時由於外國資本的入侵,從而使得中國內部工程投資的規模 逐漸地擴大,因此工程上便逐漸出現了招投標承包的方式[54]。而為了 因應這樣的情勢,西方世界所流傳的工程估價方法和經驗也隨之逐步 地傳入中國。

而在中共建政以後,大陸地區的工程建設計價方法與制度,是在社 會主義計畫式經濟體制下,學習原蘇聯的經驗並逐步建立起來的,由 1949年開始至今的50多年歷程,工程建設造價的工作在大陸地區經歷 了一段漫長而艱辛的道路[12]。

3.1.1 三年國民經濟恢復時期(1949~1952 年)

中共建政初期(1949-1953年),是大陸地區國民經濟的恢復時期 [12]。由於當時大規模的經濟建設還未開始,國營建設企業也尚未成 立,全中國正面臨著大規模的恢復與重建工作。而當時少量的恢復擴 建和新建工程,基本上是交由私人營造廠商來加以承包的。在這樣的 時空環境之下,工程建設的價格尚在逐步探索之中。此時人民的勞動 生產情緒極其高漲,而為了能貫徹按勞分配的原則,也為了迎接經濟 建設高潮期的到來,中國政府首先便從勞動定額的編制管理上著手加

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