基于蒙特卡洛法的输变电工程造价风险评估模型研究
黄小龙
摘 要： 针对输变电工程建设的诸多不稳定因素与复杂情况所造成的造价不确定问题，结合输变电工程特点，分析工程造价内容与风险识别，给出输变电工程造价概率分布函数和蒙特卡洛算法框架，构建基于蒙特卡洛法的输变电工程造价风险评估模型。并对模型进行计算机仿真计算，得出变电站工程的造价风险，以及工程结余率为80%时的工程造价。
关键词： 输变电工程造价； 风险评估； 蒙特卡洛法； 计算仿真
中图分类号： TN911?34； TP391.77 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）20?0178?03
Abstract： The cost of power transmission project construction is uncertain due to the instable factors and complex situation. In combination with the characteristics of the power transmission project， the content and risk identification of project cost are analyzed. The probability distribution function of power transmission project cost and the framework of Monte?Carlo algorithm are given， and the Monte?Carlo method based risk evaluation model of power transmission project cost is constructed. The computer simulation and calculation are performed for the model to get the cost risk of substation project， and project cost that the surplus rate of the project cost is 80%.
Keywords： power transmission project cost； risk assessment； Monte?Carlo method； computational simulation
随着输变电工程建设的不断增多，输变电项目投资成本、环境复杂度和不确定因素也在不断增长，导致工程造价的不确定，且会面临着工程项目延期、安全事故和停工等风险，所以需要结合输变电工程特点，分析工程造价内容与风险识别，进而构建风险评估模型来评估影响各风险因素的大小。本文提出了一种基于蒙特卡洛法的输变电工程造价风险评估模型，并结合风险管理原则提出输变电工程各个阶段工程造价风险规避策略[1?2]。
1 造价风险评估模型建立
蒙特卡洛法是根据随机过程与经验建立概率分布模型，并设置参数来对输变电工程造价风险因素进行分析[3?4]。基于蒙特卡洛法的输变电工程造价风险评估步骤为：
（1） 确定风险来源，根据工程项目特点与各组成部分并结合历史经验来确定风险来源；
（2） 確定各风险源的概率分布，根据以往采集的输变电工程数据资料，并加之各影响因素，确定风险的概率分布函数；
（3） 根据确定的概率分布函数，使用概率模拟软件生成随机数，从而基于蒙特卡洛模拟进行各工程造价风险源影响因素分析；
（4） 根据分析结果与规划方案计算公式对各影响因素进行汇总，得到风险的概率统计值；
（5） 进行多次模拟即可得到风险模拟值。
1.1 输变电工程造价风险识别
对输变电工程造价风险进行识别[5]，首先需要明确识别内容，其包括对风险进行分解，判断是否有新风险产生，对风险事件进行确定以及明确风险后果，其过程如图1所示。政府、施工机构、电网公司等的变化均会对输变电工程产生影响，故工程造价风险管理需要有效的计划与管理，严格审批核准与验收多个关联机构。
1.2 工程造价风险概率分布特性
工程造价风险概率[6?7]分布分为确定性分布和不确定性分布，其下面又可主要分为泊松分布、二项分布、三角分布、经验概率分布、正态分布、均匀分布和盲数理论等。由输变电工程特点和风险经验分析可知，输变电工程造价分析概率分布多使用三角分布和经验概率分布。三角分布的概率密度函数如下：
但实际情况观察数据往往不足，使得概率分布估计不准确，则需要结合经验进行估计预测，也可引入模糊分布，如三角分布数。三角函数分布函数如图2所示。
1.3 工程造价风险评估模型
输变电工程造价包括本体工程费用，辅助设施工程费用及其他费用。由于本体工程费用占整个输变电工程造价的70%以上，故本模型以本体工程费用为主要研究对象。同时，由于设备购置费因不同输变电工程而异，因此本模型以工程安装费为最终研究目标[8?9]。
设工程安装中人力、机器、物料消耗量以及单价估算值分别为 [qr]，[qj]，[ql]，[pr]，[pj]，[pl]，则工程费[Cz]为：
2 计算机仿真及模型测试
2.1 概率分布的确定
采用Crystal Ball软件，基于各种风险影响指标，确定的输变电工程造价各个动态子项目价格的概率分布及参数，如表1所示。
2.2 蒙特卡洛模拟结果
按照之前所述的基于蒙特卡洛法的输变电工程造价风险评估模型对某一项目工程造价风险进行模拟，模拟结果如图4和图5所示。
预测的工程造价目标函数为[C=Ci]，其中Ci为各动态子项目造价。在计算机中对数据进行10 000次的模拟，从图5中输变电工程总价CDF分布图可得到，在1 309.7～1 457.6万元之间频率波动最大，概率为90%。表2为蒙特卡洛的计算仿真结果，输变电工程总价均值为1 381万元，标准差为45.2万元，则风险为3.3%，超概算风险较小。从计算仿真结果还可以看出，造价可能性最大的为1 419.1万元，此时结余概率为80%。
3 结 语
本文针对输变电工程建设的诸多不稳定因素与复杂情况所造成的造价不确定问题，分析工程造价内容与风险识别，给出了输变电工程造价概率分布函数和蒙特卡洛算法框架。同时，构建了基于蒙特卡洛法的输变电工程造价风险评估模型，最后对模型进行计算机仿真，得出输变电工程的造价风险。
参考文献
[1] 高荣.电网项目工程造价风险评价研究[D].北京：华北电力大学，2014.
[2] KHAMOOSHI H， CIOFFI D F. Uncertainty in task duration and cost estimates： fusion of probabilistic forecasts and deterministic scheduling [J]. Journal of construction engineering & management， 2013， 139（5）： 488?497.
[3] 刘爱华，吴超.基于复杂网络的灾害链风险评估方法的研究[J].系统工程理论与实践，2015（2）：466?472.
[4] 杨云涛.风电场建设项目风险评价研究[D].北京：华北电力大学，2015.
[5] 谢赤，张娟，孙柏.大型水电工程造价风险评估及其关键因素识别[J].水力发电学报，2010，29（3）：63?68.
[6] 陶芬，邵剑，张步涵，等.基于灰色关联和模糊层次分析的城市高压配电网接线方式综合评估[J].水电能源科学，2015（6）：190?194.
[7] ADAMEC Marek， PAVLATKA Pavel， STARY Oldrich. Costs and benefits of smart grids on liberalized markets [J]. Journal of electronic science and technology， 2012， 10（1）： 22?28.
[8] CONNOR A M. Probabilistic estimation of software project duration [J]. Journal of computing & information technology， 2016， 11（1）： 11?22.
[9] KINDT P， YUNGE D， DIEMER R， et al. Precise energy modeling for the Bluetooth low energy protocol [J]. Computer science， 2014， 82（3）： 689?701.
摘 要： 针对输变电工程建设的诸多不稳定因素与复杂情况所造成的造价不确定问题，结合输变电工程特点，分析工程造价内容与风险识别，给出输变电工程造价概率分布函数和蒙特卡洛算法框架，构建基于蒙特卡洛法的输变电工程造价风险评估模型。并对模型进行计算机仿真计算，得出变电站工程的造价风险，以及工程结余率为80%时的工程造价。
关键词： 输变电工程造价； 风险评估； 蒙特卡洛法； 计算仿真
中图分类号： TN911?34； TP391.77 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）20?0178?03
Abstract： The cost of power transmission project construction is uncertain due to the instable factors and complex situation. In combination with the characteristics of the power transmission project， the content and risk identification of project cost are analyzed. The probability distribution function of power transmission project cost and the framework of Monte?Carlo algorithm are given， and the Monte?Carlo method based risk evaluation model of power transmission project cost is constructed. The computer simulation and calculation are performed for the model to get the cost risk of substation project， and project cost that the surplus rate of the project cost is 80%.
Keywords： power transmission project cost； risk assessment； Monte?Carlo method； computational simulation
随着输变电工程建设的不断增多，输变电项目投资成本、环境复杂度和不确定因素也在不断增长，导致工程造价的不确定，且会面临着工程项目延期、安全事故和停工等风险，所以需要结合输变电工程特点，分析工程造价内容与风险识别，进而构建风险评估模型来评估影响各风险因素的大小。本文提出了一种基于蒙特卡洛法的输变电工程造价风险评估模型，并结合风险管理原则提出输变电工程各个阶段工程造价风险规避策略[1?2]。
1 造价风险评估模型建立
蒙特卡洛法是根据随机过程与经验建立概率分布模型，并设置参数来对输变电工程造价风险因素进行分析[3?4]。基于蒙特卡洛法的输变电工程造价风险评估步骤为：
（1） 确定风险来源，根据工程项目特点与各组成部分并结合历史经验来确定风险来源；
（2） 確定各风险源的概率分布，根据以往采集的输变电工程数据资料，并加之各影响因素，确定风险的概率分布函数；
（3） 根据确定的概率分布函数，使用概率模拟软件生成随机数，从而基于蒙特卡洛模拟进行各工程造价风险源影响因素分析；
（4） 根据分析结果与规划方案计算公式对各影响因素进行汇总，得到风险的概率统计值；
（5） 进行多次模拟即可得到风险模拟值。
1.1 输变电工程造价风险识别
对输变电工程造价风险进行识别[5]，首先需要明确识别内容，其包括对风险进行分解，判断是否有新风险产生，对风险事件进行确定以及明确风险后果，其过程如图1所示。政府、施工机构、电网公司等的变化均会对输变电工程产生影响，故工程造价风险管理需要有效的计划与管理，严格审批核准与验收多个关联机构。
1.2 工程造价风险概率分布特性
工程造价风险概率[6?7]分布分为确定性分布和不确定性分布，其下面又可主要分为泊松分布、二项分布、三角分布、经验概率分布、正态分布、均匀分布和盲数理论等。由输变电工程特点和风险经验分析可知，输变电工程造价分析概率分布多使用三角分布和经验概率分布。三角分布的概率密度函数如下：
但实际情况观察数据往往不足，使得概率分布估计不准确，则需要结合经验进行估计预测，也可引入模糊分布，如三角分布数。三角函数分布函数如图2所示。
1.3 工程造价风险评估模型
输变电工程造价包括本体工程费用，辅助设施工程费用及其他费用。由于本体工程费用占整个输变电工程造价的70%以上，故本模型以本体工程费用为主要研究对象。同时，由于设备购置费因不同输变电工程而异，因此本模型以工程安装费为最终研究目标[8?9]。
设工程安装中人力、机器、物料消耗量以及单价估算值分别为 [qr]，[qj]，[ql]，[pr]，[pj]，[pl]，则工程费[Cz]为：
2 计算机仿真及模型测试
2.1 概率分布的确定
采用Crystal Ball软件，基于各种风险影响指标，确定的输变电工程造价各个动态子项目价格的概率分布及参数，如表1所示。
2.2 蒙特卡洛模拟结果
按照之前所述的基于蒙特卡洛法的输变电工程造价风险评估模型对某一项目工程造价风险进行模拟，模拟结果如图4和图5所示。
预测的工程造价目标函数为[C=Ci]，其中Ci为各动态子项目造价。在计算机中对数据进行10 000次的模拟，从图5中输变电工程总价CDF分布图可得到，在1 309.7～1 457.6万元之间频率波动最大，概率为90%。表2为蒙特卡洛的计算仿真结果，输变电工程总价均值为1 381万元，标准差为45.2万元，则风险为3.3%，超概算风险较小。从计算仿真结果还可以看出，造价可能性最大的为1 419.1万元，此时结余概率为80%。
3 结 语
本文针对输变电工程建设的诸多不稳定因素与复杂情况所造成的造价不确定问题，分析工程造价内容与风险识别，给出了输变电工程造价概率分布函数和蒙特卡洛算法框架。同时，构建了基于蒙特卡洛法的输变电工程造价风险评估模型，最后对模型进行计算机仿真，得出输变电工程的造价风险。
参考文献
[1] 高荣.电网项目工程造价风险评价研究[D].北京：华北电力大学，2014.
[2] KHAMOOSHI H， CIOFFI D F. Uncertainty in task duration and cost estimates： fusion of probabilistic forecasts and deterministic scheduling [J]. Journal of construction engineering & management， 2013， 139（5）： 488?497.
[3] 刘爱华，吴超.基于复杂网络的灾害链风险评估方法的研究[J].系统工程理论与实践，2015（2）：466?472.
[4] 杨云涛.风电场建设项目风险评价研究[D].北京：华北电力大学，2015.
[5] 谢赤，张娟，孙柏.大型水电工程造价风险评估及其关键因素识别[J].水力发电学报，2010，29（3）：63?68.
[6] 陶芬，邵剑，张步涵，等.基于灰色关联和模糊层次分析的城市高压配电网接线方式综合评估[J].水电能源科学，2015（6）：190?194.
[7] ADAMEC Marek， PAVLATKA Pavel， STARY Oldrich. Costs and benefits of smart grids on liberalized markets [J]. Journal of electronic science and technology， 2012， 10（1）： 22?28.
[8] CONNOR A M. Probabilistic estimation of software project duration [J]. Journal of computing & information technology， 2016， 11（1）： 11?22.
[9] KINDT P， YUNGE D， DIEMER R， et al. Precise energy modeling for the Bluetooth low energy protocol [J]. Computer science， 2014， 82（3）： 689?701.
