1 绪论
1.1 研究背景、目的及意义
1.1.1 研究背景
2008 年 11 月，国务院确定的进一步扩大内需、促进经济增长的十项措施中，“加快铁路、公路和机场等重大基础设施建设。重点建设一批客运专线、煤运通道项目和西部干线铁路”成为重要举措[1].中国的铁路建设进入快速发展的时期，预计《中长期铁路网规划》项目全部实施后，到 2020 年铁路建设投资总规模将突破 5 万亿元，铁路营业里程将达到 12 万公里以上[2].由于整个铁路行业的快速发展，亟需高水平的管理水平对铁路建设进行系统高效的管理，其中的成本管理就是最为重要的管理目标之一。铁路工程建设过程从立项到竣工交付使用都会经历较长的建设期，同建筑业不同的是，一般情况铁路工程建设持续时间更长，受环境因素影响更大。在铁路工程建设期间，由于受各影响因素的干扰，且整个施工成本控制过程随着工程建设的进行，不断变化，施工阶段的成本控制也就成为工程项目管理中较难控制的一方面。铁路工程施工成本控制难度大，问题多，管理水平有限，成本超支的现象时有出现，而且关于施工成本控制的经验很难获得，难以实现经验的共享。所以如何将铁路工程施工成本控制知识进行规范化管理，经验得以重用、共享，采取有效措施控制成本就成为了铁路施工企业项目管理的重点。
工程成本控制问题一直作为研究的热点问题被众多学者和企业家所提及，人们一直在寻找较为系统完善的方法来解决这一问题，目前来看更多的研究都停留于理论研究的层面，问题本身一直悬而未决。现在的铁路工程施工成本控制办法中，定性的方法居多，很难进行深入的、定量的研究，有关各影响因素、措施方法等关键技术问题难以得到有效解决。在更为先进、普遍的建筑业，施工成本控制的方法都较为落后，相对的，对于铁路行业，相应的制度、方法及措施更有一定的滞后性。所以目前手动操控是我国铁路工程施工成本控制的主要方法，整个施工成本控制系统缺乏科学有效的方法和措施。我们很难利用已有的工作经验，且经验不足的施工成本控制人员很难做出良好的判断和有效的建议，这就导致施工成本控制过程中的各种问题的出现。通过上述分析，缺乏科学有效的解决途径，经验的有效利用率低下，知识共享及重用的实现率不足，这是目前我国铁路工程施工成本控制领域亟待解决的问题。
随着知识的不断增长，大数据时代的到来，“知识管理”的概念自从上世纪 80年代被提出后，经过 20 多年的发展，成为各个领域研究的热点。由于铁路工程施工成本控制领域知识的多样性及复杂性等特征，我们将引入知识管理的理念解决该领域知识的冗杂性及复杂性问题，并使得该领域的知识得以重用与共享。
通过上述分析，我们了解到知识管理可针对性的解决目前铁路工程施工成本控制领域存在的问题，我们可由此着手，寻找解决有效的途径。通过对目前铁路工程施工成本控制方面、知识管理方面的相关研究现状以及其理论知识的学习，提出建立基于本体的铁路工程施工成本控制本体库，采用 OWL 语言进行施工成本控制知识的表示，建立施工成本控制领域本体，之后运用 Jena 进行规则推理，并结合本体进行案例推理，实现成本控制的知识推理。知识推理完成的过程也是我们获取有效的铁路工程施工成本控制措施建议的过程，施工成本控制人员可结合现场实际，针对性的做出合理有效的控制措施，从而有效的减少因经验不足造成决策失误的可能性，降低施工成本，实现铁路工程施工成本控制知识的重用与共享，使得决策更具科学依据，这是铁路工程施工工程成本有效控制的新思路、新方法。
1.1.2 研究的目的
本文将知识管理、本体与案例推理技术同时应用于铁路工程施工成本控制的过程中，构建了铁路工程施工成本控制本体，利用 Jena 进行简单的规则推理，最后通过案例推理得到最具建设性意见的控制措施。为施工成本控制人员提供有效的参考意见，提高施工成本控制的有效性，使铁路工程施工成本控制知识实现共享化和规范化，为铁路工程施工成本控制的信息化、智能化提供新的思路，以此来提高铁路施工企业的经营管理水平。结合工程实际情况，可进行偏差分析和控制措施推理，为实际成本控制者提供决策参考，有效保证了铁路工程项目的施工成本控制在目标范围之内，提高施工阶段成本控制的效率和精度，以期尽早实现铁路工程施工成本控制的信息化、智能化，提高施工企业的经营管理水平。
1.1.3 研究意义
目前我国铁路工程领域的知识规范化水平较低，很能实现知识的共享化及经验的重用，不同的项目或组织很能实现经验的二次利用。再是由于铁路工程施工成本控制工程的复杂性，简单的计算和有限的经验控制很难实现施工成本控制的目的。因此，将知识管理、本体理论及案例推理应用于铁路工程施工成本控制领域，建立基于本体的铁路工程施工成本控制知识本体库，并进行智能推理，最终建立一个知识系统，以一种通识的方式表示获取的铁路工程施工控制领域知识，提供对施工成本控制领域概念共同一致的理解，为知识在不同的应用程序和组织之间得以共享和重用奠定基础，并基于本体建立完整的且具有描述逻辑的铁路工程施工成本控制本体库，运用案例推理技术，结合铁路工程施工的给定环境，推理出铁路工程施工成本超支的处理方案，为施工成本控制工作进行辅助决策。从而降低因经验不足，盲目判断导致的经济损失，保证施工成本控制目标的顺利实施，可为铁路施工企业带来更多的经济效益，具有实践价值。
综上所述，本文在理论上提出了铁路工程施工成本控制知识管理的新思路和新方法，该方法和思路可应用在实际工作中，具有一定的实践指导意义。
1.2 相关领域国内外研究现状
1.2.1 国内外铁路工程施工成本控制研究现状
1、国外铁路工程施工成本控制研究现状
对于铁路工程施工成本控制的研究，大部分的经验还是借鉴于建筑领域工程施工成本控制研究。对于成本控制领域的国外研究主要有：
Jrade.和 Alkass[3]提出集成系统的概念来进行成本估算值的确定，文章提出建立集关系数据库、成本参数估算模块、AutoCAD 模块等于一体的估算系统，为成本估算的科学化、智能化的实现提出新的思路和方法。
Orshan[4]在其研究中指出建筑信息系统（BIM）在成本控制领域应用的可行性和优越性；Stoy 等人[5]研究了影响成本控制的重要指标，分析了材料管理在成本控制过程中的作用，具有一定的实际意义。
Ballard[6]在其文章中指出了行为研究在目标成本控制中的作用，并以一案例进行了定性定量的分析。
Abdul-Malak[7]从承包商的角度，对项目管理费用的各组成部分出发，建立信息统计数据，通过历史案例的信息分析，来协助完成新项目的成本控制。
Gharaibeh[8]在文章中提出历史案例经验二次利用的重要性，运用德尔菲法研究大型项目的成本控制问题，通过对大量历史案例的分析，来确定新案例的解决途径。
目前，国外研究学者对施工成本控制的主要研究成果为动态控制、网络计划技术和成本优化等技术方法。现在应用最多也是最广泛的方法为挣值绩效分析法。
同时国外的工程项目成本管理过程中，会非常注重员工的管理，通过加强员工的经验管理，提高公司效益。该领域的信息化及智能化尚在发展进程中，且其实践过程仍处于探索的阶段。这是目前国外的研究现状，较多的方法与经验仍是值得我国借鉴学习想，应结合我国的现状进行学习，并加以利用。
2、国内铁路工程施工成本控制研究现状
同建筑行业相似，铁路行业的施工成本控制理论及技术在我国的研究水平，相对落后于国外的研究进度与速度。我国目前的铁路工程成本控制的研究及铁路工程领域智能系统的研究主要有：
王霞[9]在其文章中指出了目前铁路工程全过程造价控制的影响因素、存在的问题以及相应的管理措施，但就管理措施而言，只是由管理者角度，进行相关制度措施的介绍，并提出实际可行的方案进行造价控制。
雷书华、郝成林、王兴鹏[10]在其文章中提出构建铁路工程造价集成管理信息系统的理念，以此来系统的解决目前的问题。
张梅[11]从系统思维角度出发，对如何做好铁路工程造价工作，给出了一定的探讨和分析，以期为同类工程建设提供借鉴和参考。
陈峰、黄祁、阚叔愚[12]在其着作中，提出了智能决策系统在铁路工程建设中的应用理念，并进行了研究利用。尤其是，着作中提出了单线铁路技术改造决策专家系统、铁路平面选线专家系统设计、铁路建设工程造价估算专家系统、铁路线路大修专家系统以及铁路隧道、桥梁工程专家系统等系统的设计理念，系统实现方法，使智能决策系统在铁路工程领域得以全面利用。
易思蓉[13]对线路工程信息建设中的计算机辅助系统进行了研究，并在铁路规划、勘察设计、建设运营养护过程中运用了信息管理技术，为铁路工程体系建立工程数据库提供有效的解决方案。
越来越多的学者将人工智能技术及计算机技术应用到铁路工程建设当中去，但是在铁路工程施工成本控制领域的智能化研究深度并不够，由于涉及因素较多，工程面较广，目前大多数的研究及应用还是集中于人工操控，这是本文提出研究的出发点之一，将智能技术应用在铁路工程施工成本控制的研究中去，为降低施工成本，更好的进行铁路工程建设，提供参考依据。
1.2.2 国内外知识管理及本体的研究现状
一般情况下，我们将知识管理的定义分为广义和狭义两种。其中广义的“知识管理” 不仅包括对知识进行管理，而且还包括对与知识有关的各种资源和无形资产的管理，涉及知识组织、知识设施、知识资产、知识活动、知识人员的全方位和全过程的管理[14].而狭义的“知识管理”,主要是对知识本身的管理，包括对知识的创造、获取、加工、存储、传播和应用的管理[14].本文中的知识管理是指狭义的知识管理，是在铁路工程施工成本控制领域进行知识管理的应用。
在知识管理系统中，包括知识获取、知识表示与知识推理三个非常重要的环节，本文也将着重分析铁路工程施工成本控制知识表示和知识推理两个过程。知识获取过程和知识表示是知识推理过程的基础，目前如何有效合理的进行表示是知识管理研究的基础环节。本体（Ontology）作为基本概念的系统，可用来建立领域知识的概念模型，进行本体库的建立中，将知识进行规范化、共享化的表示，所以我们主要应用本体来进行铁路工程施工成本控制的知识表示，并进行其本体库的建立。下面将介绍知识管理与本体在国内外的研究现状。
1、国外知识管理及本体研究现状
随着知识经济的到来，越来越多的学者意识到知识管理研究的重要性，同时有不少专家学者尝试将知识管理的理念引入到工程领域当中，以此来提高工程项目管理水平。而本体作为知识管理的一种重要工具，尤其对知识表示规范性、共享性的特点，被越来越多的学者重视。
Carrillo,Patricia[15]等指出，知识管理方法在为企业减少重复工作、实现共享、持续改进等方面能取得较好成效。
Tserng,H.Ping[16]等对知识管理理论在建设项目施工阶段的应用进行了探究，从总承包商的角度出发，建立了高速公路项目施工阶段的知识管理系统，将知识管理理论在建设项目中加以利用。
Han-Hsiang Wang[17]等对建筑信息中上下文关系进行了本体表述，给出了工作风险分析知识框架建立的方法，并加以验证，得出该方法的可行性和优越性。
Gulsah Fidan,Irem Dikmen[18]等通过对国际工程项目的成本超支现象的研究，指出了工程项目成本超支风险管理概念及方法表达的不规范性，介绍建立基于本体的成本超支风险本体库的思路和方法。
Tamer E.El-Diraby[19]将本体方法应用于建设工程领域知识存储的建立过程中，介绍了相应的方法与思路。J. Niu 等人[20]提出了建立基于本体的施工索赔知识管理系统的基本框架。
2、国内知识管理及本体研究现状
知识管理和本体论是近年来才被各专家学者引入国内的，相关研究还较少，但随着知识经济和大数据时代的到来，越来越多的国内学者也开始纷纷在各自领域进行该方法的应用研究。目前我国学者对于知识管理及本体的研究如下：
欧立雄、宋晨英等[21]在工程项目管理工程中引入知识管理的方法，并指出了知识管理在企业项目管理中具有重要的指导意义。
王华等人[22]在对现有工程项目管理的组织模式进行分析之后，发现其存在的局限性，提出了建立工程项目管理知识联盟的方法，以此来提高工程项目管理的专业化水平和市场化层次。
张静[23]在其论文中对知识管理在房地产企业建设项目成本管理中的应用做了研究，并提出从建设项目成本知识管理系统、学习型组织以及知识管理环境三个方面实施知识管理，以此将知识管理方法应用于建设项目成本管理中。
李云峰[24]建立了基于本体的钻井复杂情况监控智能知识决策系统模型，运用本体方法对钻井过程中的复杂情况进行动态控制，为进行钻井事故的原因分析和井下安全预警工作提供了新的理论支持。
温立[25]建立了基于本体的应急辅助决策系统，并以台风事件为例，进行了知识模型的可行性验证。
傅泽田[26]等人将本体知识应用于领域知识的集成中，并将其应用在鱼病争端推理集成中去。
于娟[27]建立了本体语言 OWL 并通过语义的检索推理，开发了教研辅助系统的原型，以此可对师生提出的疑难问题进行智能化的解答。
同时，在实践方面法国的专家学者将知识管理体系应用在核电站建设项目管理过程中，并取得较好效果[28].
综上所述，我国学者对铁路工程施工成本控制的研究大多都处于理论研究阶段，智能化管理的初级阶段。为提高其智能化管理水平，本文提出基于本体的铁路工程施工成本控制知识管理研究的思路，以此来解决知识的互通、共享和重用问题。另外，基于本体的方法将铁路工程施工成本控制的领域知识及案例知识分解成概念类、属性和实例，借助案例推理实现施工成本控制措施的推理研究，以上将是本文的研究的核心内容。
1.3 主要研究内容与技术路线
1.3.1 主要研究内容
本文研究的核心问题是铁路工程施工成本控制的知识管理过程，本文的主要内容为：文章首先对传统的铁路工程施工成本控制理论进行整理总结，并对其存在的缺陷问题进行分析，然后采用因果分析法进行施工成本控制的影响因素分析，最后对铁路工程施工成本控制知识管理系统的研究范围及流程做了相应的阐述，介绍了本体的相关理论知识，并指出文章将从铁路工程施工成本控制的知识表示和知识推理两个阶段进行铁路工程施工成本控制知识管理的研究。在本体库的建立过程中，通过对施工成本控制知识的范围、分类、特征进行分析，提出建立铁路工程施工成本控制本体库的方法，即本体方法，应用 OWL 语言进行施工成本控制知识类及属性的定义，运用 protégé软件完成铁路工程施工成本控制本体库的构建；在知识推理过程中，运用 Jena 进行实例建立及规则推理，得出实际案例表示，并进行施工成本偏差的等级划分推理，为措施推理做好基础；对于措施方案的提取，采用案例推理技术，通过案例检索，找到最相似案例，借鉴其控制措施，提出针对目标案例的铁路工程施工成本控制措施。在前面研究的基础上，总结介绍建立铁路工程施工成本控制知识管理系统的流程，从理论上实现了铁路工程施工成本控制的智能化、信息化过程。
本文综合运用了归纳演绎、文献分析的方法，对铁路工程施工成本控制相关理论研究现状进行了总结归纳，对传统控制方法的发展历史和存在的缺陷进行了相关研究，并确定本文的研究对象及其范围，为本文的论述确定研究角度；通过对铁路工程施工成本控制的知识范围的界定，明确各相关知识的研究范围，进行施工成本控制知识类和属性的定义，运用 OWL 语言进行知识描述，同时运用protégé 软件进行铁路工程施工成本控制本体库的建立；应用 Jena 推理机进行铁路工程实例的建立，并进行简单规则推理。最后将案例推理应用于纠偏事件中，求出最相似案例的建议解。在其基础上，结合现场实际情况，为施工成本施工控制人员提供最有效的铁路工程施工成本控制措施建议。
1.3.2 技术路线
1.4 本章小结
本章论述了本文的选题背景，提出了将知识管理、本体以及案例推理等方法运用到铁路工程施工成本控制中，为实现铁路工程施工成本控制更为规范化、信息化的管理提供新的研究思路。同时，本章还指出了论文的研究目的、研究意义、国内外研究现状、研究内容以及技术路线，纲领性的介绍了本文的写作。
