医院项目及医院造价本体构建研究
时间：2023-04-24 13:15:03 来源：千叶帆 本文已影响人
阮丹宁 RUAN Dan-ning
（同济大学，上海 201804）
近年来，随着人口老龄化问题逐步加剧，医院基础设施的重要性提升。另一方面医院作为一种特殊的公共建筑工程，其技术要求相较一般工程和民用建筑更为严格，施工与管理上也存在更强的复杂性[1]。由于医院工程项目兼具复杂性与重要性的特点，本文中，我们分析了多家医院的可行性研究报告及造价决算，以提取出一种适合用于医院项目造价预测以及造价管理的本体。
本体论最初起源于哲学思想。Gruber 与Borst Pim 对本体论形成最早的定义，其定义为：本体是一种规范的、明确的说明，用于一个共有的概念体系。从中Studer 等人提出本体的四大特征，即本体应该是明确的（explicit）、规范的（formal）、共有的（shared）以及概念化（conceptualized）的。详细来说，本体中被引用的概念及这一概念应用时的限制应该得到明确的说明；
本体的形式应该是机器可读的；
本体应该表达的是一群人能接受的，一种共性的概念；
以及本体本质上是一个概念体系[2]。
根据斯坦福的解释，本体论的开展需要具备以下要素：①声明，以说明本体所涉及的知识范围，以及本体出于何种目的，用于何种用途；
②公理（Axiom），不需要进一步证明的逻辑上的永恒真理；
③概念/类（Concept，Class）：类别是一组用类似术语表达的概念；
④属性（Property，Slot）：用于对类中的概念、实例应用时的限制进行说明，并用于区分不同的类。属性有对应的值；
⑤函数（Function）：映射关系；
⑥实例（Instance）：本体论中实例是类划分之后最小的部分，即实例是原子性的。函数用于对实例进行运算。在现实操作中，每个用于本体论的案例可抽象为一个实例[3]。
本体的构建通常可分为5 个主要步骤：①明确说明：定义范围；
②概念化：收集并组织本体相关领域的概念；
③规范化：以规范的方式表示知识；
④实施：将规范化的知识转换为机器可理解的语言；
⑤评估：验证本体的完整性和通用性。[4]
在工程造价领域，本体论已有一定应用。Staub-French S 等人提出一种本体论的方式，将建筑项目模型的特征与施工活动和相关施工资源联系起来以计算施工成本，并提出相关软件原型，根据这一软件原型，能够知道在各种建设活动中，使用了哪些资源，以及活动的执行成本。由于当时的技术所限，这一本体论模型无法共享[5]。Seul-Ki Lee 等人基于BIM 建立了自动推理体系，在这一研究中，他们建立了工作条件本体、工作项目本体以及语义推理规则。通过自动推理体系的引入，本体论推理过程消除了造价估算中分析师的主观干预[6]。Zhiliang Ma 等人提出，通过在计算机程序中实现建筑成本估算规范的计算机化表示，可以极大地提高估算的效率和准确性。由于本体具有基于逻辑和面向计算机的特点，本体论适合用于建立建筑成本规范的计算机化表示[7]。
当前，本体论较少用于医院工程项目造价预测。由于医院基础设施的重要性，以及医院项目的复杂性，建立医院工程项目本体具备一定研究意义。
实际执行中，概念分析和本体构建阶段相交替，本体构建也不断迭代。一方面通过本体推理对本体构建结果进行初步判定，另一方面引入人为因素，通过对本体构建结果进行评价，以指导交替进行的下一个环节概念分析。构建流程如图1 所示。
图1 医院工程项目造价管理本体构建流程
2.1 造价管理本体概念分析
首先，需要确定本体构建的目标。在本研究中，主要目标是构建医院造价的各项影响因素以及医院造价的构成结构的本体，将大量的历史数据转化为本体实例，以供后续造价预测及造价管理工作的开展。在本阶段，本研究首先依靠文献分析中相关的造价影响因素和造价构成分析设定初始本体概念。由于各类造价因素在不同项目的可行性研究报告中、不同造价决算表格中有不同表现方式，因此通过对可行性研究及造价决算进行词频统计，对于相近的名词进行聚类，补充并完善本体。相关定义如下：
通过对可行性研究及造价决算进行词频统计后的集合如下：
影响因素名词集noun1={n1，n2，n3，…ni}
其中各名词均有相对应的一系列近义词n1={n11，n12，n13，…n1j}
造价构成名词集noun2={m1，m2，m3，…mp}
其中各名词均有相对应的一系列近义词m1={m11，m12，m13，…m1q}
具体步骤如下：
步骤1：通过文献分析，列举造价影响因素名词集，命名为noun1；
列举工程项目造价构成一级目录名词集，命名noun2。
步骤2：收集医院案例，分析可行性研究文本，提取医院属性的描述性文本，对于noun1 名词集中涉及的名词，补充语义相近的词汇，构建n1的近义词库n1={n11，n12，n13，…n1j}。分析造价决算项目，对于noun2 名词集中涉及的名词，补充语义相近的词汇，构建m1的近义词库m1={m11，m12，m13，…m1q}。对于noun1、noun2 中名词集不够全面的情况也予以优化补充。
步骤3：引入新的案例，直至noun1、noun2 及相应的近义词库基本完备，引入新案例时补充添加的新词汇不到原近义词库合计词汇数目的1%，可以确定医院属性本体和医院造价本体基本完备。
2.2 本体评价
综合考虑本体是否符合认知心理学，且基于需求为导向，本研究选用领域专家评测方法和系统应用评价方法来对本体进行评价。
对于领域专家评测，将本体模型以电子表格的形式保存，将noun1、noun2 库中的名词提取为一级名词，将各名词对应的近义词罗列为二级名词，发送给各领域专家进行评测。领域专家评测是本体评价的重要方式之一，应根据本体的重要程度，组织不同层级的专家，以不同的频率开展评测。
对于系统应用评价，是指对于本体收集实际应用场景下的应用数据，并加以分析。在本案中，由于形成两个本体的意义是指导医院工程项目造价管理的开展，因此以计算单位面积各造价指标范围的方式衡量当前近义词库的划分以及一级指标的选取是否合理，并与专家经验给出的造价指标范围予以比对，直至确定出合理的划分机制。在医院工程本体方面，通过对选出的医院各项工程项目的各项属性引入造价预测方法，优化确定当前的本体是否满足应用评价的要求。
3.1 指标选取及数据来源
根据本体论的关键要素，本研究收集了21 家医院的可行性研究以及造价决算数据，以对医院本体进行定义。所定义的医院本体具备可扩展性，这意味着对于新补充的项目，能够在不对医院本体现有定义进行修改的情况下，进行医院项目案例集的扩展。每一个医院建筑作为一个实例，通过对医院项目可行性研究的分析，本研究提取得到能够对医院项目本体进行定义的一系列属性；
通过对医院造价决算报表的分析，本研究提取得到能够医院项目造价本体的相关属性。基于以上属性，形成基础的医院项目本体和医院造价本体。医院项目本体和医院造价本体中，具备一种映射关系，以使得按照一定规划，例如给定项目建筑面积、能耗情况、功能用房等参数所设计的医院项目本体，有着某种映射关系，以使得该医院项目本体与医院造价本体之间有着一一对应的关系。对于最终所形成的医院项目本体及医院造价本体，能够用于医院造价预测、医院造价管理等一系列研究。
3.2 基于应用的评价
经过领域专家评测方法，所提取的医院项目本体属性、医院造价本体属性如表1、图2 所示。
表1 医院项目本体属性
图2 医院造价本体属性
进一步地，针对医院造价本体，进行系统应用评价。具体做法为，根据当前医院造价本体，提取数据，计算各项目本体中属性值的分布范围，衡量各项目属性值分布是否在一定范围内（如表2 所示）。若当前的聚类方式合理并符合客观的现实情况，则由于工程项目决算按照一定的定额体系开展，各项造价指标不应有太大偏差。因此系统应用评价有助于确定当前的近义词聚类方式是否符合现实情况与应用需求。
表2 医院造价本体属性值分布范围
可以看出，各属性内部有一定差异，但大致分布在一定范围内。一方面这一分布符合专家调查结果，另一方面对于各项目的最大值与最小值所对应的案例不出现重合（如表3 所示）。即对于部分造价指标偏高的项目，各项指标均呈现出偏高的特点，这证明是由于项目建设标准较高或项目个体特征所导致，而非由于本体属性定义不合理而出现部分指标偏高而部分指标偏低的现象。因此综上所述当前医院工程造价本体能够通过系统应用评价，能够进一步用于医院造价估算和造价管理的需要。
表3 医院造价本体各项属性值的最大、最小值对应项目编号
本体论由于其可扩展性、可共享性、基于逻辑和面向计算机等特点，在工程造价管理领域已有一定应用。本文通过对21 个医院项目可行性研究文本和竣工决算报告的分析，建立了医院项目本体和医院造价本体两大本体，分别描述医院项目属性和医院造价构成。通过构建两大本体，有利于增加医院工程造价管理知识，进一步构建造价预测模型并开展造价管理工作。
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