Bằng kỹ thuật Bootstrap phân tích xác suất thời gian thi công cầu đường bộ

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Lê Hoài Long

HVTH: Vũ Văn Hảo – MSHV: 14186058200007 i

LỜI CẢM ƠN

Để có thể hoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh, bên cạnh sự

nỗ lực cố gắng của bản thân còn có sự hướng dẫn nhiệt tình của quý Thầy Cô, cũng

nhờ sự động viên ủng hộ của gia đình và bạn bè trong suốt thời gian học tập nghiên

cứu và thực hiện luận văn thạc sĩ. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Thầy TS.

Lê Hoài Long người đã hết lòng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn

thành luận văn này. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến toàn thể quý thầy cô

trong khoa Xây dựng dân dụng và công nghiệp và khoa sau đại học Đại học Mở

TP.HCM đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi trong suốt quá trình

học tập nghiên cứu và cho đến khi thực hiện đề tài luận văn. Cuối cùng, tôi xin chân

thành cảm ơn đến gia đình, các anh chị và các bạn đồng nghiệp đã hỗ trợ cho tôi rất

nhiều trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ

một cách hoàn chỉnh./.

TP.HCM, ngày 30 tháng 06 năm 2018

Học viên thực hiện

Vũ Văn Hảo

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Lê Hoài Long

HVTH: Vũ Văn Hảo – MSHV: 14186058200007 ii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài: “ Bằng kỹ thuật Bootstrap phân tích xác suất tiến độ

thi công cầu đường bộ” là công trình nghiên cứu độc lập không có sự sao chép của

người khác. Đề tài là do nỗ lực của tôi trong quá trình học và nghiên cứu. Trong quá

trình hình thành đề tài có sự tham khảo một số tài liệu có nguồn gốc rõ ràng, dưới

sự hướng dẫn của thầy TS.Lê Hoài Long. Các kết quả chưa từng được công bố

trong bất kì nghiên cứu nào khác. tôi xin cam đoan nếu có vấn đề gì tôi xin chịu

trách nhiệm.

TP.HCM, ngày 30 tháng 06 năm 2018

Học viên cam đoan

Vũ Văn Hảo

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Lê Hoài Long

HVTH: Vũ Văn Hảo – MSHV: 14186058200007 iii

TÓM TẮT

Trong những năm gần đây kinh tế - xã hội càng ngày càng phát triễn, việc trao

đổi thông tin và thông thương giữa các vùng miền với các tỉnh, thành là mối quan

tâm hàng đầu của nhà nước ta hiện nay. Do đó, nhà nước ta chú trọng đến các dự án

giao thông đặc biệt là giao thông cầu đường bộ. Nếu công trình chậm đưa vào hoạt

động sẽ ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ phát triễn kinh tế - xã hội. Thực tế những năm

trước đây trước đây chưa có công cụ để dự đoán những rũi ro trong thi công mà chỉ

dựa vào kinh nghiệm của nhà thầu hoặc chuyên gia trong lĩnh vực cầu đường bộ.

Những năm gần đây đã có những nghiên cứu phát triễn các công cụ dự đoán tiến độ

thi công cầu đường bộ như sử dụng mô hình hồi qui, mô hình mạng neuron nhân tạo

(ANN),…hoặc kết hợp 02 mô hình để dự đoán. Tuy nhiên kết quả so với thực tế

chưa ước lượng đầy đủ những rũi ro xảy ra khi thi công cầu đường bộ vì các yếu tố

ảnh hưởng đến tiến độ thi công cầu đường bộ rất phức tạp với những biến động về

thời gian khác nhau. Do đó, việc ước lượng tiến độ thi công ở giai đoạn đầu của dự

án sẽ rất khó khăn và tìm ẩn nhiều rũi ro đối với nhà đầu tư cũng như nhà thầu.

Những nghiên cứu gần đây về ước lượng tiến độ thi công đường bộ là rất ít và chỉ

dừng lại ở ước lượng điểm. Vì vậy, trong nghiên cứu này tích hợp hai phương pháp

là mô hình ANN và kỹ thuật Bootstrap. Trong đó, mô hình ANN dùng ước lượng

điểm, kỹ thuật Bootstrap dùng ước lượng khoảng. Hai phương pháp này sẽ ước

lượng đầy đủ những rũi ro xảy ra trong quá trình thi công cầu đường bộ. Kết quả

nghiên cứu giúp cho chủ đầu tư sớm công trình đưa vào hoạt động, đối với nhà thầu

ước lượng được tiến độ thi công.

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Lê Hoài Long

HVTH: Vũ Văn Hảo – MSHV: 14186058200007 iv

ABSTRACT

In the next years, Vietnamese government has indicated that sustainable

development should be one of the main objectives of the country’s socio-economic

strategy. The trades between country’s areas have grown rapidly. The information

exchange between provinces, cities is one of the most concerns of Vietnamese

government. Therefore, the state attaches great importance to traffic projects,

especially road bridges. If the project is slow to put into operation will greatly affect

the speed of socio-economic development. In fact, in previous years, there was no

tool to predict the risks in construction but based on the experience of contractors or

experts in the field of road bridges. In recent years there have been researches to

develop tools for predicting road bridge construction such as using regression

model, artificial neural network model (ANN), ... or combining 02 models to project

guess. However, the actual results do not fully estimate the risks occurring during

the construction of road bridges because the factors that affect the progress of road

bridge construction are complicated with different time variations . Therefore, the

estimation of construction progress in the first phase of the project will be very

difficult and find many risks for investors as well as contractors. Recent studies on

estimating road construction progress are few and only stop at point estimates. The

study integrates two research tools including Artificial neural network (ANN) and

Bootstrap technique to estimate the duration and asses the risks of duration

corresponding to probability ranges. The results may help owners to put project into

use sooner. Also, the study facilitates contractors and construction managers to

control and manage bridge projects conveniently, supports the decision-making

process in schedule management.

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Lê Hoài Long

HVTH: Vũ Văn Hảo – MSHV: 14186058200007 v

MỤC LỤC

CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI.......................................................................1

1.1. Giới thiệu chung...............................................................................................1

1.2. Xác định vấn đề nghiên cứu.............................................................................2

1.3. Mục tiêu nghiên cứu.........................................................................................4

1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu....................................................................4

1.5. Đóng góp của nghiên cứu ................................................................................4

1.5.1. Đóng góp về mặt học thuật .......................................................................5

1.5.2. Đóng góp về mặt thực tiễn........................................................................5

1.6. Cấu trúc Luận văn ............................................................................................6

CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN ....................................................................................8

2.1. Tóm tắt chương ................................................................................................8

2.2. Các khái niệm và định nghĩa............................................................................9

2.2.1. Khái niệm mạng neuron nhân tạo. ............................................................9

2.2.2. Kỹ thuật Bootstrap……………………………………………………..10

2.3. Các nghiên cứu trước đó đã được nghiên cứu ...............................................10

2.3.1. Các nghiên cứu nước ngoài.....................................................................10

2.3.2. Các nghiên cứu trong nước .....................................................................13

2.4. Kết luận chương .............................................................................................14

2.4.1. Vấn đề tồn tại của các nghiên cứu trước.................................................14

2.4.2. Vấn đề giải quyết của nghiên cứu...........................................................14

CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..................................................16

3.1. Tóm tắt chương ..............................................................................................16

3.2. Quy trình nghiên cứu .....................................................................................17

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Lê Hoài Long

HVTH: Vũ Văn Hảo – MSHV: 14186058200007 vi

3.3. Công cụ nghiên cứu .......................................................................................18

3.3.1. Mạng Neuron nhân tạo (ANN) ...............................................................18

3.3.1.1. Khái niệm và vai trò.........................................................................18

3.3.1.2. Huấn luyện mạng .............................................................................20

3.3.2. Kĩ thuật Bootstrap ...................................................................................22

3.3.2.1. Khái niệm.........................................................................................22

3.3.2.2. Ứng dụng của kĩ thuật Bootstrap .....................................................23

3.4. Dữ liệu nghiên cứu.........................................................................................24

3.5. Kết luận chương .............................................................................................33

CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .............................................................34

4.1. Tóm tắt chương ..............................................................................................34

4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian thi công cầu đường bộ..........................35

4.3. Mô hình mạng Neuron nhân tạo ....................................................................36

4.4. Đánh giá rủi ro tiến độ thi công khi ước lượng cho các dự án xây dựng cầu

đường bộ................................................................................................................37

4.5. Sử dụng mô hình ANN và kỹ thuật Bootstrap dự báo thời gian thi công 4 dự

án ...........................................................................................................................55

4.5.1.Dự án 1 ....................................................................................................55

4.5.2.Dự án 2 ....................................................................................................58

4.5.3.Dự án 3 ....................................................................................................61

4.5.4.Dự án 4 ....................................................................................................64

4.6. Kết luận chương .............................................................................................67

CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ.................................................68

5.1. Kết luận ..........................................................................................................68

5.2. Khuyến nghị...................................................................................................68

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Lê Hoài Long

HVTH: Vũ Văn Hảo – MSHV: 14186058200007 vii

5.2.1. Hạn chế của nghiên cứu ..........................................................................68

5.2.2. Một số hướng nghiên cứu đề xuất...........................................................68

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................69

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Lê Hoài Long

HVTH: Vũ Văn Hảo – MSHV: 14186058200007 viii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Cấu trúc Luận văn.................................................................................... 6

Bảng 3.1: Các y ếu tố ảnh hưởng đến thời gian thi công......................................... 24

Bảng 3.2. Xếp hạng các yếu tố ảnh hưởng............................................................... 25

Bảng 3.3: Bộ dữ liệu Nhóm các dự án sử dụng vốn Ngân sách nhà nước............... 29

Bảng 3.4: Bộ dữ liệu Nhóm các dự án sử dụng vốn ngoài Ngân sách nhà nước..... 31

Bảng 4.1: Các yếu tố ảnh hưởng đến tiến độ thi công cầu....................................... 35

Bảng 4.2. Kết quả kiểm tra độ chính xác của mô hình ............................................ 38

Bảng 4.3. Khoảng ước lượng thời gian với phân vị 10, 50, 90% ............................ 39

Bảng 4.4. Bộ dữ liệu gốc.......................................................................................... 40

Bảng 4.5. Dữ liệu bộ mẫu 1 Bootstrap .................................................................... 42

Bảng 4.6. Sai số tương ứng phân vị 10, 50, 90%..................................................... 53

Bảng 4.7: Dữ liệu đầu vào của dự án 1 .................................................................... 55

Bảng 4.8: Khoảng ước lượng thời gian của dự án 1 ................................................ 55

Bảng 4.9: Sai số phần trăm (%) giữa giá trị dự đoán và thực tế của dự án 1........... 57

Bảng 4.10. Kết quả kiểm tra độ chính xác của mô hình của dự án 1....................... 57

Bảng 4.11: Dữ liệu đầu vào của dự án 2 .................................................................. 58

Bảng 4.12: Khoảng ước lượng thời gian của dự án 2 .............................................. 58

Bảng 4.13: Sai số phần trăm (%) giữa giá trị dự đoán và thực tế của dự án 2......... 60

Bảng 4.14. Kết quả kiểm tra độ chính xác của mô hình của dự án 2....................... 60

Bảng 4.15: Dữ liệu đầu vào của dự án 3 .................................................................. 61

Bảng 4.16: Khoảng ước lượng thời gian của dự án 3 .............................................. 61

Bảng 4.17: Sai số phần trăm (%) giữa giá trị dự đoán và thực tế của dự án 3......... 63

Bảng 4.18. Kết quả kiểm tra độ chính xác của mô hình của dự án 3....................... 63

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Lê Hoài Long

HVTH: Vũ Văn Hảo – MSHV: 14186058200007 ix

Bảng 4.19: Dữ liệu đầu vào của dự án 4 .................................................................. 64

Bảng 4.20: Khoảng ước lượng thời gian của dự án 4 .............................................. 64

Bảng 4.21: Sai số phần trăm (%) giữa giá trị dự đoán và thực tế của dự án 4......... 66

Bảng 4.22. Kết quả kiểm tra độ chính xác của mô hình của dự án 4....................... 66

Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Lê Hoài Long

HVTH: Vũ Văn Hảo – MSHV: 14186058200007 x

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 2.1 : Sơ đồ tóm tắt chương 2..................................................................... 8

Hình 2.2 : Mô hình neuron nhân tạo điển hình .................................................. 9

Hình 3.1 : Sơ đồ tóm tắt chương 3................................................................... 16

Hình 3.2 : Qui trình nghiên cứu ....................................................................... 17

Hình 3.3 : Sơ đồ huấn luyện mạng................................................................... 20

Hình 4.1 : Sơ đồ tóm tắt chương 4................................................................... 34

Hình 4.2 : Mô hình ANN ................................................................................. 36

Hình 4.3 : Mật độ hàm xác suất dự án 1 .......................................................... 56

Hình 4.4 : Mật độ hàm xác suất dự án 2 .......................................................... 59

Hình 4.5 : Mật độ hàm xác suất dự án 3 .......................................................... 62

Hình 4.6 : Mật độ hàm xác suất dự án 4 .......................................................... 65