Dự đoán chi phí đầu tư xây dựng bị vượt dựa trên ứng dụng logic mờ

Một trong những trở ngại lớn đối với các nhà đầu tư là phải xác định giá trị phải đầu tư một cách đúng đắn, tránh các phát sinh trong quá trình thực hiện làm vượt khả năng kinh phí dự ph

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1.TÌNH HÌNH KINH TẾ XÃ HỘI VIỆT NAM

Những năm cuối của thế kỷ XX, các nước Châu Á lâm vào cuộc khủng hoảng tài chính Từ đó thế giới chứng kiến sự thay đổi lớn lao của các nền kinh tế đang phát triển Và kinh tế Việt Nam đã có những trỗi dậy đáng tự hào, vượt qua giai đoạn suy giảm tốc độ tăng trưởng, khôi phục để chuyển sang nhịp tăng trưởng mới, giữ vững tốc độ tăng trưởng kinh tế cao nhất so với các nước trong khu vực Đông Nam Á, và thuộc loại cao nhất so với các vùng lãnh thổ trên thế giới

Năm 2005, tăng trưởng kinh tế Việt Nam đã đạt mức 8,43%, mức tăng trưởng kinh tế cao nhất kể từ sau cuộc khủng hoảng tài chính - tiền tệ khu vực năm 1997 Tốc độ tăng trưởng này dù chưa bằng tốc độ tăng trưởng của những năm 1995, 1996 nhưng đây là thành tích rất đáng được khích lệ

Bảng 1.1 : Tăng trưởng GDP (%, giá năm 1994)

1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 9,54 9,34 8,15 5,56 4,77 6,79 6,89 7,08 7,34 7,69 8,43 8,17 8,5

Nguồn: Tổng cục Thống kê

Số liệu thống kê trên cho thấy : Đất nước ta đang từng ngày đổi mới, nền kinh tế liên tục tăng trưởng trong 25 năm, vượt qua kỷ lục 23 năm của Hàn Quốc tính đến năm 1997, chỉ thấp thua so với kỷ lục 27 năm tính cho đến nay của Trung Quốc Và so với giai đoạn 1991-1995, trong giai đoạn hiện nay nền kinh tế Việt Nam có mức tăng trưởng cao hơn và ổn định hơn

Bên cạnh đó là tình hình chính trị xã hội ổn định, quốc phòng, an ninh được giữ vững Hoạt động đối ngoại có nhiều thành công như việc Việt Nam tổ chức tốt hội nghị APEC, các nước châu Á nhất trí đề cử Việt Nam là Ủy viên không thường trực Hội đồng bảo an Liên hợp quốc, trở thành thành viên chính

thức thứ 150 của Tổ chức thương mại thế giới (WTO) đồng thời Mỹ thông qua Quy chế quan hệ thương mại bình thường vĩnh viễn (PNTR) với Việt Nam, thu hút vốn đầu tư nước ngoài (FDI) đạt mức cao nhất từ trước tới nay, đạt trên 10,2 tỷ USD năm 2006, hội nghị nhóm tư vấn các nhà tài trợ cam kết hỗ trợ phát triển chính thức (ODA) gần 4,5 tỷ USD năm 2007, đạt mức kỉ lục Những điều này cho thấy Việt Nam được bạn bè thế giới tin tưởng, uy tín và vị thế của Việt Nam

được nâng cao trên trường quốc tế [1]

Đồng hành với sự tăng trưởng kinh tế nhanh là sự thay đổi trong cơ cấu của nền kinh tế Sau 15 năm, tỷ trọng của ngành Công nghiệp – Xây dựng liên tục tăng, từ tỉ trọng khá thấp trong tổng thể nền kinh tế, chỉ với tỷ trọng 22,67% vào năm 1990, thì đến năm 2002 ngành Công nghiệp – Xây dựng đã chiếm tỉ trọng 38,55%, cao nhất trong nền kinh tế, và tiếp tục tăng trưởng đạt tỉ trọng 41,03 % trong năm 2005 Trong đó, xây dựng chiếm 3 ÷ 5% tỷ trọng của tổng

thể nền kinh tế

Bảng 1.2 : Cơ cấu ngành kinh tế ở Việt Nam

Tỷ trọng của các ngành Năm Tổng số

Nông nghiệp Công nghiệp

Nguồn : Tổng cục thống kê

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, vốn đầu tư dành riêng cho ngành xây dựng tăng lên nhanh chóng Việc quản lý hiệu quả nguồn vốn này thật sự là khó khăn và thách thức với các nhà quản lý

Bảng 1.3: Vốn đầu tư phát triển dành cho ngành xây dựng

Vốn đầu tư

(tỉ đồng) 3.563 9.046 10.435 11.141 13.10 16.00 18.00

Nguồn : Tổng cục thống kê

Bảng 1.4: Tổng số các dự án đầu tư và quy mô bình quân mỗi dự án

Tổng số dự án 6.942 7.605 10.596 12.355 Số dự án nhóm B, C

Các dự án nhóm B, C 6.854 7.529 10.507 12.266 Quy mô vốn bố trí

bình quân mỗi dự án

(tỷ đồng )

5.33 5.30 4.43 4.33

Nguồn : Bộ tài chính

1.2.CƠ SỞ HÌNH THÀNH ĐỀ TÀI

Đã có nhiều nghiên cứu dưới nhiều góc độ khác nhau về thực trạng của ngành xây dựng Việt Nam Nhưng đâu là nhân tố để đánh giá một dự án thành công và nhân tố nào sẽ tác động đến sự thành công của dự án?

Theo nghiên cứu của Nguyễn Duy Long, Đỗ Thị Xuân Lan về các yếu tố thành công của dự án xây dựng Dựa trên đánh giá được ghi nhận dưới cả ba góc độ là chủ đầu tư, nhà thầu và đơn vị thiết kế Các nhân tố sau sẽ tác động đến sự

thành công của dự án : [2]

Bảng 1.5 : Xếp hạng các nhân tố ảnh hưởng đến sự thành công của dự án

Các yếu tố ảnh hưởng

đến sự thành công của DA

Xếp hạng chung

Chủ đầu

tư

Thiết kế

Nhà thầu

Đầy đủ tài chính để hoàn thành

DA

Giao thầu cho đúng đơn vị thiết

Mục tiêu và quy mô dự án rõ ràng 9 5 12 9

Nguồn : [2]

Như vậy, để dự án thành công thì năng lực của các bên tham gia và sự quyết tâm của các bên tham gia được đánh giá cao nhưng một nhân tố khác đó là việc đảm bảo tài chính cho dự án cũng như dự toán chi phí chính xác cũng được rất quan trọng Một trong những trở ngại lớn đối với các nhà đầu tư là phải xác định giá trị phải đầu tư một cách đúng đắn, tránh các phát sinh trong quá trình thực hiện làm vượt khả năng kinh phí dự phòng cũng như lợi nhuận mạng lại không như mong đợi

Chi phí là một trong những yếu tố đảm bảo sự thành công của một dự án về mặt quản lý Khi tình trạng vượt chi phí luôn hiện hữu trong các dự án tại Việt Nam và rủi ro trong ước tính chi phí được đánh giá là rủi ro lớn nhất đối với

các dự án xây dựng thì việc xác lập được một mô hình dự đoán chi phí bị vượt sẽ tạo ra một một công cụ hữu hiệu hỗ trợ nhà quản lý đưa ra những quyết định đúng đắn

Hiện nay các dự án trước khi thực hiện đã lập dự án đầu tư, đánh giá giá trị cần đầu tư, cũng như các giá trị lợi ích mang lại Tuy nhiên việc xác định các giá trị đó còn quá sơ sài, mang tính chủ quan của người đánh giá Dẫn đến khi bắt đầu thực hiện thì giá trị đầu tư không đạt như giá trị dự kiến ban đầu Do đó việc tính toán thống kê hệ thống lại các giá trị đầu tư thực tế của các công trình trước đây, lập dự báo về giá trị đầu tư là một điều cần thiết, giúp nhà đầu tư có những ước lượng chính xác hơn, cũng như đánh giá lợi nhuận tốt hơn

Vượt chi phí (cost overrun) được định nghĩa là giá trị vượt của chi phí thực tế (actual cost) đối với giá trị ngân sách (budget) Vượt chi phí là vấn đề thường xảy ra đối với các dự án hạ tầng, xây dựng hoặc kĩ thuật Đã có những nghiên cứu đầy đủ nhất về vượt chi phí chỉ ra rằng trong số 10 dự án thực hiện thì có tới

9 dự án bị vượt chi phí; vượt chi phí từ 50 đến 100% là thường xuyên và vượt chi phí được tìm thấy ở 20 quốc gia ở cả 5 châu lục; vượt chi phí đã là vấn đề không thể tránh khỏi của các ngành trong suốt 70 năm qua

Một ví dụ đặc trưng nhất về vấn đề vượt chi phí là dự án kênh đào Suez với mức độ vượt chi phí là 1900%, dự án nhà hát Opera (Sydney - Australia) là 1400% và dự án máy bay siêu âm Concorde là 1100% Giá trị chi phí vượt của dự án đào kênh ở Boston (USA) là 275% tương đương 11 tỉ USD, chi phí bị vượt của dự án hầm vượt eo biển Mangsơ nối liền Anh-Pháp là 80% cho xây dựng và

140% tổng chi phí [3]

Danh sách các dự án có giá trị vượt chi phí lớn trên thế giới:

9 Big Dig – Mỹ

9 Channel tunel – Anh + Pháp

9 Concord – Anh + Pháp

9 Euro fighter – Châu Âu

9 National Programme for IT – Anh

9 Panama canal – Panama

9 Suez canal – Ai Cập

9 Sydney Opera House – Úc Gần đây ở Việt Nam, thất thoát và lãng phí trong xây dựng đã trở thành một trong những vấn đề được báo chí và công chúng quan tâm hàng đầu Nói đến thất thoát nhiều người trong chúng ta có thể cho rằng sự mất mát thiếu hụt này không nghiêm trọng lắm, hay chỉ là một vài sự kiện đơn lẻ Đã bao nhiêu năm nay chúng ta nghe nói đến thất thoát và tiêu cực trong các công trình, dự án của các cấp lãnh đạo và quản lý, và mọi việc vẫn không đổi dù đã có nhiều cố gắng để giải quyết

Thậm chí ngay cả khi Tổng hội Xây dựng Việt Nam tiến hành thống kê và công bố 43 công trình xây dựng thấât thoát lãng phí của năm 2005, sáu tháng

đầu năm 2006 thì việc làm này cũng bị không ít chủ đầu tư chỉ trích [4]

Báo cáo của Bộ Xây dựng cho biết tổng mức đầu tư của 43 công trình là hơn 5.362 tỉ đồng Trong số này có 1 dự án nhóm A, 1 tiểu dự án nhóm A, còn lại là các dự án nhóm B, nhóm C do địa phương làm chủ đầu tư Các công trình có sai phạm được đầu tư từ nhiều nguồn vốn khác nhau trong đó nguồn vốn từ ngân sách chiếm 79,6% Trong số này có 4 công trình có mức đầu tư lớn xảy ra tình trạng thất thoát lãng phí gồm hệ thống thoát nước và xử lý nước thải Tp Huế (tổng mức đầu tư 180 tỉ đồng); nhà máy gạch granite Thiên Thạch tại Nam Định (100 tỉ đồng); nhà mày chế biến cà chua tại Hải Phòng (43,02 tỉ đồng); công trình cải tạo hồ Phú Lão tại Hòa Bình (112,3 tỉ đồng)

Công trình hệ thống xử lý nước thải Tp Huế đã ngốn 165,7 tỉ đồng (gồm vốn ODA và vốn đối ứng) nhưng do thiếu khảo sát địa chất nên khi thực hiện đã phát sinh nhiều vấn đề về kĩ thuật, đồng thời đẩy tổng mức đầu tư lên quá lớn so

với quyết định phê duyệt buộc Thủ tướng CP phải yêu cầu đình chỉ dự án

Hai dự án xây dựng cho dân nhưng chưa thể thành hiện thực do đang thiếu vốn gồm dự án nhà, khu đô thị Hải Phòng và dự án chung cư cao tầng ở thị xã Hà Giang Dự án tại Hải Phòng do được thu xếp từ tiền sử dụng đất và bán nhà cho dân nhưng trên thực tế tiền không thu được, nhà không bán được dẫn đến việc chủ đầu tư thiếu vốn làm dự án kéo dài Dự án chung cư cao tầng tại Hà Giang cũng rơi vào hoàn cảnh tương tự sau khi nhà không bán được nên thi công dở dang Dự án xây dựng nhà thi đấu đa năng ở Bắc Ninh dựa trên nguồn vốn thu từ quỹ đất nhưng do thị trường bất động sản “đóng băng” nên công trình thiếu vốn thực hiện phải thi công cầm chừng

Thông qua việc kiểm tra tại 43 công trình xây dựng nêu trên, Bộ Xây dựng liệt kê các nguyên nhân dẫn đến tình trạng này gồm:

ƒ Quyết định đầu tư sai

ƒ Thiếu quy hoạch, không tuân thủ quy hoạch

ƒ Thiếu nguồn vốn nhưng vẫn quyết định đầu tư và bố trí vốn đầu tư dàn trải

ƒ Năng lực các tổ chức tư vấn khảo sát, thiết kế yếu kém

ƒ Chất lượng thi công xây dựng yếu kém

ƒ Sự phối hợp quản lý đầu tư xây dựng các chương trình trọng điểm quốc gia giữa các bộ, ngành, địa phương chưa chặt chẽ

Giám sát việc sử dụng nguồn vốn ODA trong 10 năm qua cho thấy quy trình và thủ tục đầu tư xây dựng cơ bản hiện nay khá nặng nề, nhiều khâu kém minh bạch và là mảnh đất cho phát sinh tiêu cực và thất thoát Còn có những nguyên nhân tác động không nhỏ đến thất thoát và lãng phí đó là:

ƒ Trình độ năng lực yếu kém và sự thoái hóa về đạo đức của một số không

ít các chủ dự án và ban quản lý dự án

công tác thanh tra, kiểm tra, giám sát thực hiện không đầy đủ và chưa nghiêm túc, lề lối làm việc trong nhiều dự án rất thiếu khoa học

ƒ Cơ chế phân công, phân cấp, phối hợp chồng chéo, không quy rõ trách nhiệm, tạo môi trường thuận lợi cho sự phát sinh tình trạng cục bộ, bản vị và khép kín Chính sách về tài chính thiếu ổn định, chính sách đền bù giải phóng mặt bằng, tái định cư không thống nhất và thiếu nhất quán

ƒ Hệ thống văn bản pháp luật từ quy hoạch, quản lý đầu tư xây dựng cơ bản đến đấu thầu, giải phóng mặt bằng, nghiệm thu, quyết toán chưa đầy đủ, nhiều nội dung không còn phù hợp với thực tế, thiếu cụ thể, không đồng bộ, hay thay đổi và thiếu chế tài nghiêm minh

Dựa vào thuật toán của Karla Knight và Aminah Robinson Fayek ứng dụng logic mờ, đề tài sẽ đi xây dựng một chương trình trên máy tính cá nhân trong đó cung cấp bộ cơ sở dữ liệu định hướng và tự động ước lượng chi phí bị vượt để trợ giúp tốt hơn cho nhà đầu tư và người quản lý dự án trong công việc của mình Và đối với người có nhiều kinh nghiệm, chương trình có thể dễ dàng cho phép tạo bộ dữ liệu riêng hay thay đổi các dữ liệu theo ý kiến của mình

Hiện nay, phần mềm Microsoft Office Excel được sử dụng rất rộng rãi, do đó ở đây sẽ sử dụng VBA (Visual Basic for Application) trong Microsoft Office Excel xây dựng một môđun trong Microsoft Office Excel để tiện lợi hơn cho việc ứng dụng nó

1.3.MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Với hiện trạng vượt chi phí xảy ra thường xuyên ở tất cả các dự án, tất cả các lĩnh vực với quy mô và đặc điểm khác nhau Việc thực hiện dự án là một quá trình cực kì phức tạp, đòi hỏi sự phối hợp hiệu quả giữa tất cả các bên tham gia dự án Nhiệm vụ của các nhà quản lý là luôn phải lường trước và kiểm soát được tất cả các diễn biến của dự án, đặc biệt là vấn đề về chi phí Thực hiện dự

án chính là giải bài toán tối ưu với các biến là chất lượng, thời gian và kinh phí Các mục tiêu chính của dự án đó là chất lượng đạt yêu cầu, hoàn thành đúng tiến độ và kinh phí trong giới hạn cho phép

Nghiên cứu được thực hiện hướng tới hai mục tiêu :

¾ Xác định các yếu tố chính gây vượt chi phí đối với các dự án dân dụng hiện nay

¾ Xây dựng mô hình dự báo lượng chi phí bị vượt của dự án đứng trên quan điểm Chủ đầu tư dựa trên ứng dụng logic mờ (Lập trình trên máy tính cá nhân)ø

Trong đó, theo thông tư 04/2005/TT-BXD, tổng mức đầu tư dự án đầu tư xây dựng công trình bao gồm :

1 Chi phí xây dựng

2 Chi phí thiết bị

3 Chi phí đền bù giải phóng mặt bằng, tái định cư

4 Chi phí quản lý dự án và chi phí khác

5 Chi phí dự phòng

Trong đó, chi phí xây dựng bao gồm :

ƒ Chi phí xây dựng các công trình, hạng mục công trình thuộc dự án

ƒ Chi phí phá và tháo dỡ các vật kiến trúc cũ

ƒ Chi phí san lấp mặt bằng xây dựng

ƒ Chi phí xây dựng công trình tạm, công trình phụ trợ phục vụ thi công, nhà tạm tại hiện trường để ở và điều hành thi công

1.4.ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu là các công trình xây dựng dân dụng bao gồm nhà chung cư, căn hộ cho thuê, trung tâm thương mại, khu nhà văn phòng, khách sạn… có tổng mức đầu tư lớn hơn 5 tỷ đồng

Đối tượng tham gia khảo sát nhằm xác định các biến rủi ro ảnh hưởng đến

chi phí của dự án là các chuyên gia trong lĩnh vực xây dựng, các kĩ sư đã tham gia nhiều dự án và có nhiều kinh nghiệm trong việc quản lý chi phí của một dự án xây dựng trên phương diện chủ đầu tư

1.5.PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Các dự án đã thực hiện tại Hà Nội, Tp HCM và các tỉnh lân cận Các dự án thuộc ngân sách nhà nước, vốn đầu tư nước ngoài hoặc vốn tư nhân sở hữu

Thời gian thực hiện từ năm 2000 đến nay

1.6.Ý NGHĨA

Trong lĩnh vực công nghiệp xây dựng, thực hiện đúng với dự toán chi phí và tiến độ là điều mong muốn của các bên tham gia dự án Tuy nhiên, vì tính phức tạp của công việc xây dựng và thời gian thi công kéo dài nên dự án xây dựng luôn mang nhiều rủi ro tiềm ẩn Quản lý chi phí hiệu quả có một vai trò rất quan trọng đối với sự thành công của dự án, giảm thiểu được những lãng phí trong đầu tư xây dựng, đặc biệt đối với các dự án đầu tư sử dụng nguồn vốn từ ngân sách

Vượt chi phí và phát sinh trong quá trình thực hiện dự án luôn là một vấn đề thời sự và gây khó khăn cho các bên tham gia khi thực hiện dự án Nghiên cứu giúp xác định các nhân tố tác động lớn đến vượt chi phí của dự án cũng như trách nhiệm của mỗi thành phần tham gia dự án đứng trên quan điểm của Chủ đầu tư Dựa vào các thông tin trên giúp cho Chủ đầu tư lường trước những khả năng rủi ro có thể xảy ra với dự án sắp thực hiện, rủi ro đó xuất phát từ đâu và đưa ra các biện pháp xử lý tốt hơn, đề ra các biện pháp phòng ngừa, khắc phục và hạn chế cụ thể

Từ mối quan hệ giữa các nhân tố ảnh hưởng đến vượt chi phí giúp Chủ đầu tư có thể xác định nhân tố nào quan trọng, nhân tố nào là chủ đạo gây tác động lên các nhân tố khác nhằm đưa ra các giải pháp khắc phục

Dự báo được chi phí có thể bị vượt giúp chủ động trong việc quản lý chi

phí dự án, chuẩn bị các nguồn kinh phí dự phòng nhằm thực hiện thành công dự án

Giúp các bên tham gia có được cái nhìn sâu sắc và rộng hơn về dự án mình đang tham gia, hiểu rõ vai trò và trách nhiệm của mình đối với dự án để phối hợp thực hiện và kiểm soát dự án một cách tốt nhất

1.7.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đề tài nghiên cứu dạng dự báo (predictive) là nghiên cứu nhằm dự báo giá trị chi phí bị vượt của dự án tương ứng với những điều kiện và đặc trưng riêng của dự án đó

Các giai đoạn chính của nghiên cứu bao gồm:

Giai đoạn 1: Xác định các đặc tính dự án và các yếu tố rủi ro ảnh hưởng nhiều nhất đến chi phí và mức độ ảnh hưởng của chúng

1) Dựa vào các nghiên cứu có trước, các bài báo nghiên cứu khoa học trên các tạp chí chuyên ngành trong nước và quốc tế để xác định các đặc tính dự án và các sự kiện rủi ro có ảnh hưởng đến chi phí xây dựng tại Việt Nam (trên quan điểm của chủ đầu tư) Sử dụng phương pháp chuyên gia nhằm lược bỏ bớt một số các yếu tố ít ảnh hưởng

2) Thiết kế và chỉnh sửa bảng câu hỏi sau khi đã tham khảo ý kiến chuyên gia trước khi đưa ra bảng câu hỏi chính thức Gửi bảng câu hỏi phỏng vấn tới các chuyên gia trong lĩnh vực xây dựng trong vai trò chủ đầu tư nhằm xác định các yếu tố gây tác động lớn đến vượt chi phí đối với các dự án xây dựng ở Việt Nam Sử dụng thang đo nhằm đo lường mức độ ảnh hưởng của các yếu tố tác động

3) Dựa trên thông tin từ các bảng câu hỏi thu được sau khi khảo sát, thống kê, phân tích nhằm xác định các đặc tính dự án và các sự kiện rủi ro có sự tác động mạnh nhất đến chi phí xây dựng Đây sẽ là các yếu tố đầu vào của mô hình ứng dụng logic mờ

4) Dựa vào kết quả khảo sát ở bước 3, xây dựng bảng khảo sát mức độ ảnh hưởng đến chi phí dự án khi đặc tính dự án kết hợp với sự kiện rủi ro Giai đoạn 2: Xây dựng mô hình ứng dụng logic mờ

5) Từ kết quả khảo sát ở bước 4, sử dụng VBA (Visual Basic Application) trong Microsoft Office Excel xây dựng mô hình Ứùng dụng logic mờ dự đoán chi phí đầu tư xây dựng bị vượt dựa vào thuật toán của Karla Knight và Aminah Robinson Fayek

6) Kiểm định mô hình bằng dự án cụ thể Nhận xét về mô hình

7) Kết luận tính ứng dụng của mô hình trong việc dự báo các dự án tương lai Kiến nghị hướng phát triển đề tài

Phương pháp nghiên cứu được thể hiện trong sơ đồ dưới:

Xác định các đặc tính dự án và

các sự kiện rủi ro tác động đến

chi phí xây dựng ở Việt Nam

Ý kiến chuyên gia, các tạp chí chuyên ngành trong lĩnh vực xây dựng

Bảng câu hỏi phỏng vấn có

thang đo khảo sát xác định các

đặc tính dự án và các yếu tố rủi

ro chính gây vượt chi phí của dự

án.(xem mục 4.1)

Bảng câu hỏi phỏng vấn có

thang đo khảo sát xác định mức

độ ảnh hưởng đến chi phí của dự

án khi đặc tính dự án kết hợp

với sự kiện rủi ro (xem mục 4.2)

Lập mô hình dự đoán chi phí

đầu tư xây dựng bị vượt (xem

mục 4.3)

Kiểm tra kết quả của mô hình

đối với dự án cụ thể Nhận xét

(xem chương V)

Kết luận và kiến ngị.

(xem chương VI)

Hình 1.1: Sơ đồ phương pháp nghiên cứu

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN 2.1.THỰC TRẠNG NGÀNH XÂY DỰNG CỦA NƯỚC TA HIỆN NAY

Ngày nay, tình trạng vượt chi phí và chậm tiến độ xảy ra hầu như trong tất cả các dự án xây dựng trong nước đặc biệt là các dự án lớn có nguồn vốn từ ngân sách nhà nước Nguyên nhân của tình trạng này là do lãng phí và thất thoát trong đầu tư xây dựng cơ bản cũng như tỷ lệ chi phí trung gian trong giá trị sản xuất của ngành còn rất cao Thực trạng này xuất phát từ nhiều nguyên nhân khác nhau như:

¾ Sự khép kín trong lĩnh vực đầu tư, đặc biệt là đầu tư vốn ngân sách nhà nước Đây là nguồn gốc của lãng phí và thất thoát trong đầu tư xây dựng

cơ bản

¾ Theo thông tin từ Bộ tài chính, tình trạng đầu tư dàn trải bằng nguồn vốn ngân sách gây lãng phí lớn dẫn đến hiệu quả đầu tư thấp Số lượng các dự án tăng liên tục hàng năm trong khi việc phân bổ vốn có xu hướng giảm dần, đây chính là rào cản ảnh hưởng đến thời gian thi công làm cho nhiều dự án dở dang và chậm đưa vào sử dụng

¾ Tình trạng thi công kéo dài làm cho công trình chậm hoàn thành đưa vào hoạt động để thu hồi vốn, lỡ cơ hội đầu tư và chồng lên vốn làm cho tổng lượng vốn tăng, đặc biệt là các dự án từ nguồn vốn ODA

¾ Tình trạng nợ đọng vốn đầu tư xây dựng cơ bản cũng là rào cản cho sự phát triển Điều này làm ảnh hưởng đến khả năng đầu tư của nhiều dự án và năng lực tài chính của nhà thầu Theo Bộ Kế Hoạch Đầu Tư, hết năm

2003 tổng số nợ vốn đầu tư xây dựng cơ bản có liên quan đến nguồn vốn ngân sách nhà nước là 11.000 tỷ đồng, đến đầu năm 2005 là 13.000 tỷ đồng

¾ Tham nhũng trở thành thói quen và xảy ra hàng loạt trong các dự án lớn mà nguyên nhân chính là tình trạng đầu tư khép kín

¾ Và rất nhiều nguyên nhân khác

2.2.PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TRƯỚC LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI VÀ NHỮNG VẤN ĐỀ TỒN TẠI:

™ Xây dựng mô hình nghiên cứu về chi phí xây dựng đã được thực hiện trong nhiều đề tài trước đây Dựa trên lý thuyết mô phỏng Monte-Carlo, PGS Lê Kiều, Nguyễn Quốc Tuấn, Lưu Trường Văn thực hiện nghiên cứu “Áp dụng mô phỏng Monte-Carlo để phân tích rủi ro chi phí của dự án xây dựng trong giai

đoạn thi công” [5]

Nghiên cứu cung cấp một quy trình phân tích rủi ro như là một công cụ của quản lý rủi ro cho các dự án xây dựng Một phương pháp khá đơn giản được giới thiệu để phân tích rủi ro về mặt chi phí của nhà thầu trong giai đoạn thi công với công cụ hỗ trợ là phần mềm phân tích rủi ro chuyên dụng Crystal Ball Nghiên cứu đã được thực hiện với các dự án nhà công nghiệp vừa và nhỏ xảy ra từ năm 2000 đến 2004 ở Tp Hồ Chí Minh, Đồng Nai và Vũng Tàu Mục tiêu là nhận dạng các nhân tố rủi ro tác động đến chi phí của nhà thầu trong giai đoạn thi công từ đó thiết lập mô hình mô phỏng để phân tích rủi ro tác động đến chi phí của nhà thầu với biến rủi ro là giá thép tròn xây dựng, giá xi măng, thời gian hoàn thành từng công tác thi công và biến kết quả là chi phí (giá vốn) của nhà thầu

Bảng 2.1: Bảng các nhân tố ảnh hưởng đến rủi ro chi phí của nhà thầu:

Nguồn: [5]

Kết quả cũng chỉ ra rằng có mối quan hệ trực tiếp giữa thời gian hoàn thành dự án và chi phí thực hiện Có sự ảnh hưởng rất lớn giữa sự biến động của giá vật tư (giá thép, xi măng) đến chi phí dự án

Kết quả nghiên cứu cho thấy với sự biến động về giá vật tư (thép, xi măng) và thời gian hoàn thành công tác, giá vốn nhà thầu đã biến động với một biên độ cực đại là 700 triệu đồng Trong đó trị trung bình của giá vốn nằm trong khoảng 3.247.683.806 ± 124.720.182 đồng , khoảng giá trị đáng tin cậy 95% Kết quả nghiên cứu này rất hữu ích đối với nhà thầu trong việc ra quyết định đấu thầu Căn cứ vào kết quả nghiên cứu, nhà thầu còn có thể biết được xác suất hoàn thành công trình với một giá vốn nhất định Đồng thời nhà thầu còn có thể biết được xác suất đạt được lợi nhuận mong muốn thông qua khả năng chi trả của chủ đầu tư

Tuy nhiên, nghiên cứu còn có những hạn chế, đó là các biến rủi ro đưa vào nghiên cứu còn quá ít, chưa bao quát hết tất cả các yếu tố tác động đến dự án vốn rất phức tạp Vì vậy cần có những phát triển sâu hơn với quy mô và lĩnh vực rộng hơn, kết hợp giữa tối ưu hóa về tiến độ và chi phí của dự án để giải quyết bài toán một cách triệt để

- Một áp dụng lý thuyết mô phỏng Monte Carlo khác: Ali Touran và

Lerdwuthirong Suphot thực hiện nghiên cứu “Rank Correlations in Simulating

Construction Costs” [6]

Khác biệt với các mô hình dự đoán dựa trên lý thuyết mô phỏng Monte Carlo, mô hình mô phỏng của Ali Touran và Lerdwuthirong Suphot đã sử dụng tương quan hạng Spearman để thay thế cho tương quan Pearson trong đánh giá mức độ tương quan giữa các biến tác động đến chi phí xây dựng công trình

Để xác định chi phí xây dựng công trình, các chi phí của các công tác phải được xác định Mỗi chi phí của mỗi công tác này có một phân phối xác suất phù hợp Ví dụ chi phí của công tác bêtông có phân phối xác suất Lognomal, công tác metal có phân phối Beta, công tác cơ điện có phân phối Gamma, Erlang … Phân phối của chi phí tổng có phân bố xác suất gamma

Nghiên cứu cho thấy , khi sử dụng tương quan hạng Spearman phân phối mô phỏng của biến chi phí tổng rất gần với phân phối thật của nó Sai số lớn nhất của giá trị trung bình và độ lệch chuẩn trong phân tích : 7,8% Nguyên nhân của sai số này chính là do sự lựa chọn phân phối xác suất của các biến đầu vào cũng như sự tồn tại mối liên hệ phi tuyến giữa các biến trong mô hình Đây cũng chính là nhược điểm lớn nhất khi sử dụng lý thuyết mô phỏng Monte Carlo

- Cũng nghiên cứu về chi phí của dự án xây dựng, tác giả Nguyễn Anh Tuấn thực hiện nghiên cứu “Đánh giá biến động chi phí và thời gian của dự án

xây dựng với công cụ Neuron Network ANN” [7]

Nghiên cứu này tập trung vào việc nhận diện các nguyên nhân chính gây vượt chi phí và chậm trễ tiến độ ở các dự án dân dụng và công nghiệp trong gian đoạn thi công ở khu vực TP.HCM và các tỉnh lân cận (thông qua một cuộc khảo sát bằng bảng câu hỏi), từ đó đưa ra kế hoạch quản lý và đề xuất các biện pháp cải thiện nhằm giảm thiểu tối đa tình trạng nêu trên Ngoài ra, nghiên cứu còn ứng dụng khả năng của mạng neuron để xây dựng mô hình dự báo biến động về chi phí và thời gian của dự án thông qua kết quả cuộc khảo sát nêu trên Kết quả

của nghiên cứu đã cho thấy khả năng áp dụng vào thực tế của mô hình trong việc dự đoán chi phí và thời gian thực tế của dự án, khẳng định khả năng vượt trội của mạng neuron so với các kỹ thuật khác trong việc xây dựng mô hình dự báo cho các dữ liệu phi tuyến Mục tiêu chính của đề tài này là nghiên cứu ứng dụng mạng nơron nhân tạo vào phân tích rủi ro cho dự án xây dựng từ đó xây dựng nên một hệ thống hỗ trợ cho việc ra quyết định, giúp chủ đầu tư dự đoán được các biến động lên chi phí và thời gian thực hiện dự án so với kế hoạch và dự toán ban đầu

Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy khả năng ứng dụng của mạng neuron trong việc xây dựng các mô hình định lượng để dự đoán trong quản lý xây dựng với kỹ thuật xử lý số liệu bằng cách kết hợp nhiều dòng thông tin đầu vào để tạo một dòng thông tin đầu ra Mô hình dựa trên nền tảng của lý thuyết này có khả năng xấp xỉ bất cứ dạng hàm toán nào đặc trưng cho dữ liệu đầu vào (dữ liệu có tính trường, tính đa dạng, phức tạp cũng như sự rời rạc hay phi tuyến…) Mô hình xác định chi phí và thời gian thực tế của dự án dựa trên ứng dụng của mạng neuron có khả năng tự điều chỉnh mức độ tác động của các yếu tố đầu vào theo đặc trưng của từng dự án, mô hình có thể kiểm soát được mức độ biến động của chi phí và thời gian trong dự án xây dựng với độ chính xác đáng tin cậy và hoàn toàn có thể được áp dụng vào thực tế

Hạn chế của nghiên là dữ liệu được lấy từ cả các dự án dân dụng và dự án công nghiệp đưa vào huấn luyện mô hình nên kết quả sẽ không được chính xác vì hai loại dự án này cũng có nhiều đặc điểm khác nhau Và việc khảo sát lấy số liệu cũng được thực hiện đồng thời đối với chủ đầu tư, nhà thầu, đơn vị thiết kế nên kết quả sẽ không được chính xác vì quan điểm của các đơn vị này là không giống nhau

- Dựa trên lý thuyết về GPM (General Performance Model) và đứng trên quan điểm của chủ đầu tư, nghiên cứu “Performance Modelling for Contractor

Selection” của Luis Fernando Alarcon và Claudio Muorgues đã đưa ra mô hình xác định chi phí xây dựng dựa trên giá bỏ thầu của nhà thầu, khả năng tài chính, năng lực, kinh nghiệm thi công của nhà thầu và những thông tin về tính chất của

dự án [8]

Với các thông tin về giá bỏ thầu của nhà thầu, khả năng tài chính, năng lực, kinh nghiệm thi công của nhà thầu và những thông tin về tính chất của dự án, các chuyên gia nhiều kinh nghiệm của chủ đầu tư sẽ thực hiện đánh giá các yếu tố đầu vào của mô hình (xây dựng dựa trên lý thuyết GPM)

Với mô hình này, chi phíù dự kiến mà nhà thầu sẽ cần để thực hiện thành công dự án :

price bid

s Contractor

Cost Estimated

.'

Đây là mô hình tính cho kết quả khá chính xác Tuy nhiên, có thể nhận thấy để cho ra kết quả chính xác các chuyên gia phải có năng lực và nhiều kinh nghiệm để đánh giá chính xác các tham số của mô hình

- Năm 2003, dựa trên ứng dụng của mạng neuron nhân tạo Artifitial Neural Network), Mohamed Attalla và Tarek Hegazy đã thực hiện nghiên cứu “Predicting Cost Deviation in Reconstruction Projects: Artificial

(ANN-Neural Networks versus Regression” [9]

Với các dự án sửa chữa, nâng cấp công trình vốn chứa đựng rất nhiều rủi

ro về chi phí, nghiên cứu đã trình bày một phương pháp tính toán mô hình dự báo giá trị chi phí bị vượt của các dự án thuộc loại này Dựa trên một cuộc khảo sát các chuyên gia xây dựng, các thông tin thu được xác định các nguyên nhân gây nên vượt chi phí và chất lượng kém ở 50 dự án sửa chữa công trình Các nguyên nhân gây ảnh hưởng tình trạng chi phí của dự án đó bao gồm: Các điều kiện công trường không lường trước được, công việc thay đổi do chủ đầu tư, thay đổi thiết kế trong việc nâng cấp, các vấn đề về tiến độ, sự phối hợp trong thiết kế, các yêu cầu điều chỉnh và khả năng yếu kém của nhà thầu

Bảng 2.2: Các nguyên nhân ảnh hưởng chi phí của dự án xây dựng lại

Nguồn: [9]

Với mỗi dự án, các kĩ thuật khác nhau được sử dụng nhằm kiểm soát dự án và ghi nhận lại giá trị chênh lệch giữa chi phí thực tế với giá trị theo dự trù Hai biến chỉ báo giá trị chênh lệch chi phí được sử dụng trong nghiên cứu này là giá trị chi phí bị vượt đối với chủ đầu tư và chi phí làm lại của nhà thầu Dựa trên thông tin thu thập được, 36 nhân tố tác động được xác định là có những tác động trực tiếp đến tình trạng chi phí của dự án xây dựng sửa chữa Hai kĩ thuật được sử dụng nhằm xây dựng mô hình dự báo vượt chi phí là phân tích thống kê và mạng Nơron mờ (ANNs) Kết quả cho thấy 2 mô hình đều có độ chính xác giống nhau nhưng mô hình mạng Nơron mờ nhạy cảm hơn đối với các dự án có nhiều biến tác động

Tóm lại nghiên cứu này đã chỉ ra những biến ảnh hưởng đến vượt chi phí trong các công trình xây dựng lại và cung cấp một công cụ hỗ trợ ra quyết định nhằm định lượng giá trị chi phí bị vượt đó

- Theo tổng kết của tác giả Phạm Văn Nhạ trong nghiên cứu “Từ kiểm toán xây dựng cơ bản, đặt ra một số vấn đề”, các nguyên nhân dẫn đến phát sinh trong xây dựng cơ bản gồm: Chất lượng công tác quy hoạch, khảo sát, thiết kế thấp, sai sót về khối lượng công trình lớn Chất lượng công tác thẩm định thiết

kế, dự toán có nhiều sai sót, có nơi bị xem nhẹ [10]

Hậu quả của các phát sinh đã ảnh hưởng đến sự thành công của dự án:

Trong quá trình thi công phải sửa đổi, bổ sung nhiều lần làm ảnh hưởng đến tiến độ, chất lượng công trình Phải phê duyệt lại dự án đầu tư, tổng mức đầu tư, tổng dự toán nhiều lần

Do sức ép về tiến độ, phải thi công phần phát sinh trước khi được phê duyệt, thậm chí một số dự án được phê duyệt, điều chỉnh sau khi đã hoàn thành quá trình xây lắp, thực chất là hợp thức hoá các thủ tục phát sinh điều chỉnh, đã

vi phạm nghiêm trọng quy chế quản lý đầu tư xây dựng

- Nghiên cứu của ThS Nguyễn Duy Long và ThS Lưu Tường Văn về “Các

vấn đề vướng mắc của các dự án ở Thành phố Hồ Chí Minh”([11]) đã xem xét

mức độ xuất hiện của những tình huống không mong đợi liên quan đến các mục tiêu cơ bản của dự án Theo đó, sự chậm trễ và vượt chi phí được ghi nhận là thường hay xuất hiện Sự xuất hiện của tai nạn lao động, công trình kém chất lượng và tranh chấp cũng được thừa nhận đáng kể Điều này nói lên rằng việc quản lý xây dựng ở Thành phố Hồ Chí Minh vẫn còn nhiều bất cập Trong các yếu tố dẫn đến mục tiêu của dự án không đạt được thì vấn vượt chi phí được xếp thứ hai chỉ sau vấn đề chậm tiến độ

Bảng 2.3: Mục tiêu dự án không đạt Xếp hạng Nguyên nhân do Số trung bình Độ lệch chuẩn

không rõ ràng và thiếu chi tiết để đảm bảo các bên dự toán được chính xác

ƒ Quá nhiều thay đổi khi thực hiện có thể do nhiều nguyên nhân khác nhau như mục tiêu và quy mô dự án không rõ ràng từ phía chủ đầu tư, các vấn đề từ tính khả thi xây dựng, thay đổi công năng Hậu quả là có thể gây ra những gián đoạn khi thực hiện, gây ra những thay đổi trong tiến độ, chi phí phát sinh ro nhiều công việc phải làm lại cũng như giảm hiệu suất lao động

ƒ Những khó khăn trong công tác đền bù, di dời, giải toả để giải phóng mặt bằng giao đất cho thi công xây dựng

Công tác hoạch định không đúng quy cách là do thiếu cán bộ được đào tạo bài bản về quản lý dự án, các kỹ năng quản lý hiệu quả hiện đại trên thế giới chưa được vận dụng trong quản lý dự án của nước ta Công tác hoạch định là trọng tâm của quản lý dự án mà mục đích là để đạt được mục tiêu đặt ra trong giới hạn về tài chính và các vấn đề khác Vì thế, hiệu quả của dự án có nguy cơ thấp nếu công tác hoạch định và lên tiến độ không được thực hiện tốt

™ Hiện nay, Logic mờ đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều nghiên cứu ở nhiều lĩnh vực khác nhau

- Năm 2007, Nguyễn Thái Quài đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu và ứng

dụng logic mờ trong công tác chọn thầu xây dựng”.[12]

Kết hợp với việc nghiên cứu lý thuyết Logic mờ và các văn bản, quy định, quy trình và quy chế đấu thầu của Việt Nam hiện hành, nghiên cứu này đã đề xuất một quy trình chọn thầu xây dựng các công trình dân dụng với nhiều ý kiến đánh giá và theo nhiều tiêu chuẩn (hai tiêu chuẩn chính: Kỹ thuật và Tài chính thương mại) bằng cách thiết lập một phần mềm hỗ trợ công tác chọn thầu xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình Visual Bazic

+ Việc đánh giá, tính toán và cho ra kết quả đánh giá để chọn thầu xây

dựng bằng phương pháp định tính và định lượng và theo các công thức tính toán trong lý thuyết mờ

+ Tác giả trình bày ví dụ cụ thể theo quy trình chọn thầu xây dựng được đề xuất

+ Các số liệu thu thập từ nguồn: Tổng cục thống kê; Kinh tế Việt Nam (Thời báo kinh tế Việt Nam); Từ các tạp chí; Nghiệp vụ đấu thầu và bằng phương pháp thống kê là hoàn toàn tin cậy

+ Quá trình nghiên cứu đã cho ta một công cụ để hổ trợ cho công tác chọn thầu xây dựng theo hai tiêu chuẩn đánh giá (Kỹ thuật và Tài chánh thương mại) áp dụng giả thuyết Fuzzy Logic mà không nhất thiết phải có mặt các chuyên gia có nhiều kiến thức và kinh nghiệm, để Chủ đầu tư chọn “đúng nhà thầu cho đúng dự án” để giảm thiểu rủi ro và đem đến thành công cho dự án

Phần mềm hỗ trợ giúp các nhà đầu tư cũng như đối với những người làm công tác chọn thầu xây dựng thực hiện và quản lý công tác đấu thầu một cách có hệ thống, có khoa học và chặc chẽ hơn để dễ dàng hoà nhập với các quốc gia trên thế giới nhất là trong tình hình đất nước ta hiện nay trong giai đoạn gia nhập WTO

Tuy nhiên, nghiên cứu cũng có hạn chế, đó là mới chỉ dừng ở việc chọn thầu xây dựng cho các công trình dân dụng với số lượng tập mẫu cho dữ liệu đầu vào có hạn Hướng nghiên cứu tiếp theo trong tương lai là nghiên cứu cho việc chọn thầu xây dựng cho các loại công trình khác (nhưng độc lập với nhau) với thật đầy đủ các tập mẫu đầu vào được đúc kết từ các chuyên gia đầu ngành có nhiều kiến thức và kinh nghiệm trong lĩnh vực này

Kết quả nghiên cứu bước đầu chỉ đưa định hướng cho công tác chọn thầu xây dựng áp dụng Fuzzy Logic với nhiều tiêu chuẩn đánh giá

- Năm 2006, Lại Hải Đăng thực hiện đề tài “Nghiên cứu và ứng dụng lý

thuyết tập mờ trong kế hoạch hóa tiến độ” [13]

Nghiên cứu này đã sử dụng lý thuyết tập mờ (fuzzy set) để mô phỏng và phân tích các thông số của các công tác trong sơ đồ mạng Sau đó sẽ so sánh với mô hình mô phỏng tiến độ bằng phương pháp Monte Carlo Mô hình tiến độ mạng mờ không chỉ giúp thiết lập tiến độ dự án trong giai đoạn hình thành dự án, mà còn giúp cho các nhà thầu thi công có thể ước lượng phỏng đoán thời gian thi công các công trình đặc biệt hay các công trình mà họ chưa có kinh nghiệm thi công

Từ nhu cầu thực tế về việc xây dựng và quản lý tiến độ, trong khuôn khổ nghiên cứu các vấn đề sau đã được quan tâm:

¾ Xác định các thông số của các công tác trong sơ đồ mạng mờ với khoảng thời gian là bất định

¾ Xác định được đường găng và chỉ số găng của công tác

¾ Thiết lập được mô hình tính toán cho việc tính toán sơ đồ mạng mờ

Tuy nhiên, hạn chế của nghiên cứu là chưa đưa ra được mối quan hệ mờ giữa tài nguyên, thời gian và chi phí Đây chính là mối quan tâm của các nhà nghiên cứu về tiến độ mờ cho đến hiện tại

Cần phải phát triển thêm về mô hình tối ưu cho tiến độ mờ với các ràng buộc về tài nguyên và chi phí

- Đỗ Thanh Vi Ngân đã thực hiện nghiên cứu “Ứng dụng logic mờ giải bài

toán điều khiển đèn giao thông” [14]

Nghiên cứu này đã mô phỏng một ngã tư bao gồm hai trạng thái có sử dụng logic mờ và không sử dụng logic mờ trong điều khiển

¾ Kết quả được mô phỏng trực quan bằng tình trạng tại giao lộ hoặc thời gian chờ trung bình của một xe khi vào giao lộ

¾ Người sử dụng có thể can thiệp vào tiến trình hoạt động của giao lộ như: điều chỉnh lượng xe ở một hướng đặc biệt nào đó; chuyển trạng thái bằng tay; yêu cầu không cho xe rẽ trái; tự xin xe ngẫu nhiên

Nghiên cứu cũng thực hiện mô phỏng cho hai ngã tư để thấy được ảnh hưởng lân cận và so sánh trực quan hai trường hợp có sử dụng logic mờ và không sử dụng logic mờ trong điều khiển

Ngoài ra nghiên cứu còn cung cấp hình ảnh mô phỏng lại các cách giải quyết tranh chấp của hai xe khi cùng vào giao lộ

Hạn chế của nghiên cứu là chỉ dừng lại mô phỏng ở hai giao lộ Hướng phát triển của nghiên cứu là mô phỏng trên toàn mạng lưới giao thông

- PGS.TS Lê Hoài Bắc - Khoa Công nghệ thông tin - Trường ĐH KHTN đã thực hiện đề tài: ”Nghiên cứu, xây dựng hệ thống hỗ trợ quyết định dựa trên

mạng Nơron và Logic mờ” [15]

Mục đích của đề tài này là nghiên cứu và thử nghiệm các phương pháp phân tích , nhận dạng hình ảnh, âm thanh dựa trên mạng Nơron và logic mờ, tích hợp trong hệ thống hỗ trợ ra quyết định Xây dựng một số hệ thống hỗ trợ quyết định phục vụ cho các lĩnh vực khoa học, giáo dục, kinh tế, môi trường, quốc phòng

Đề tài đã nghiên cứu một số phương pháp nhân dạng: Nhân dạng hình ảnh chân dung, ảnh vân tay, tròng mắt, ảnh chữ ký, chữ số, ảnh GEN, tế bào, giọng nói Nghiên cứu, tích hợp các phương pháp nhân dạng trong một số hệ thống hỗ trợ quyết định dựa trên mạng nơron và logic mờ

Việc nghiên cứu đề tài đã xây dựng được một số hệ thống chương trình hỗ trợ trong các lĩnh vực khác nhau như: Y học, Dược học, Nhân dạng, Chứng thực, đặc biệt là trong lĩnh vực An ninh quốc phòng Một số chương trình hỗ trợ cho việc tiến hành xây dựng các robot Xây dựng hệ thống giúp trẻ em khiếm thính luyện âm, tập nói, tập hát, phát triển tư duy dựa trên công nghệ xử lý tiếng nói, âm thanh, nơron Đây là một hệ thống chương trình rất có ý nghĩa, trợ giúp cho trẻ em khiếm thính hoà nhập với cuộc sống bình thường của xã hội

CHƯƠNG III: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1.LÝ THUYẾT TẬP MỜ VÀ LOGIC MỜ

Như chúng ta đã biết, trong những suy luận đời thường cũng như các suy luận khoa học, logic toán học đóng một vai trò rất quan trọng Ngày nay, xã hội càng phát triển thì nhu cầu con người ngày càng cao Do đó sự tiến bộ của khoa học cũng rất cao Suy luận logic nguyên thủy hay logic rõ với hai giá trị đúng sai hay 0;1 đã không giải quyết được hết các bài toán phức tạp nảy sinh trong thực tế Ví dụ: quần áo như thế nào được gọi là dầy, mỏng để máy giặt biết được mà có chế độ tự động sấy khô cho hợp lý Những bài toán như vậy ngày một nhiều hơn trong các lĩnh vực điều khiển tối ưu, nhận dạng hệ thống… nói chung là trong các quá trình quyết định nhằm giải các bài toán với các dữ liệu không đầy đủ, hoặc không được định nghĩa một cách rõ ràng (trong điều kiện thiếu thông tin chẳng hạn)

Một cách tiếp cận mới đã mang lại nhiều kết quả thực tiễn và đang tiếp tục phát triển đó là cách tiếp cận lỹ thuyết tập mờ (FUZZY SET THEORY), do giáo sư Lotfi Zadeh của trường đại học California – Mỹ đề ra năm 1965 Công trình này thực sự đã khai sinh một ngành khoa học mới là lý thuyết tập mờ và đã nhanh chóng được các nhà nghiên cứu công nghệ mới chấp nhận ý tưởng Một số kết quả bước đầu và hướng nghiên cứu tiếp theo góp phần tạo nên những sản phẩm công nghiệp đang được tiêu thụ trên thị trường Lý thuyết tập mờ ngày càng phong phú và hoàn chỉnh đã tạo nền vững chắc để phát triển logic mờ Có thể nói logic mờ (Fuzzy logic) là nền tảng để xây dựng các hệ mờ thực tiễn, ví dụ trong công nghiệp sản xuất xi măng, sản xuất điện năng, các hệ chuyên gia trong y học giúp chuẩn đoán và điều trị bệnh, các hệ chuyên gia trong xử lý tiếng nói, nhận dạng, hình ảnh… Công cụ chủ chốt của logic mờ là tiền đề hóa và lập luận xấp xỉ với phép suy diễn mờ

Trong xây dựng, logic mờ được sử dụng để thiết lập kế hoạch và tiến độ

cho các dự án xây dựng, ước lượng chi phí bị vượt của dự án xây dựng

3.1.1.Khái niệm tập mờ (Fuzzy set)

Như chúng ta đã biết, tập hợp thường là kết hợp của một số phần tử có cùng một số tính chất chung nào đó Ví dụ: tập các sinh viên Ta có:

T = {t / t là sinh viên}

Vậy, nếu một người nào đó là sinh viên thì thuộc tập T, ngược lại là không thuộc tập T Tuy nhiên, trong thực tế cuộc sống cũng như trong khoa học kỹ thuật có nhiều khái niệm không được định nghĩa một cách rõ ràng Ví dụ, khi nói về một ‘’nhóm sinh viên khá’’, thì thế nào là khá ? Khái niệm về khá không rõ ràng vì có thể sinh viên điểm trung bình bằng 7,9 là khá, cũng có thể điểm trung bình là 6,5 cũng là khá (dải điểm khá có thể từ 6,5 đến 7,9) Nói cách khác, ‘’nhóm sinh viên khá’’ không được định nghĩa một cách tách bạch rõ ràng như khái niệm thông thường về tập hợp Hoặc, khi chúng ta nói đến một ‘’lớp các số lớn hơn 10’’ hoặc ‘’một đống quần áo cũ’’ là chúng ta nói đến những khái niệm mờ, hay những khái niệm không được định nghĩa một cách rõ ràng Các phần tử của nhóm trên không có một tiêu chuẩn rõ ràng về tính ‘’thuộc về’’ (thuộc về một tập hợp nào đó) Đây chính là những khái niệm thuộc về tập mờ Trong đối thoại hàng ngày chúng ta bắt gặp rất nhiều khái niệm mờ này Ví dụ, một ông giám đốc nói : ‘’Năm qua chúng ta đã gặt hái được một số thành tích đáng khen ngợi Năm tới đây chúng ta phải cố gắng thêm một bước nữa’’ Đây là một câu chứa rất nhiều khái niệm mờ

Như vậy, logic rõ có thể biểu diễn bằng một đồ thị sau :

Hình 3.1

Logic mờ cũng có thể biểu diễn bằng một đồ thị nhưng là đồ thị liên tục :

Hình 3.2

Định nghĩa tập mờ (Fuzzy set) :

Cho Ω là không gian nền, một tập A trên Ω tương ứng với một ánh xạ từ Ω đến đoạn [0,1]

A: Ω → [0,1] được gọi là hàm thuộc về (membership function)

Ký hiệu A = {(a , µA(a)) / a ∈ Ω}

Trong đó, µA(a) ∈ [0,1] chỉ mức độ thuộc về (membership degree) của phần tử a và tập mờ A

Khoảng xác định của hàm µA(a) là đoạn [0,1], trong đó giá trị 0 chỉ mức độ không thuộc về, còn giá trị 1 chỉ mức độ thuộc về hoàn toàn

Ví dụ 1: Một sự biểu diễn tập mờ cho các tập người đàn ông thấp, trung bình và cao

5 → 0.2

Ta có tập mờ A = {(1,0), (2,1), (3,0.5), (4,0.3), (5,0.2)}

Cách viết trên là sự liệt kê các phần tử khác nhau cùng với mức độ thuộc về tập hợp A

Từ định nghĩa trên chúng ta có thể suy ra :

- Tập mờ A là rỗng nếu và chỉ nếu hàm thuộc về µA(a) = 0, ∀a ∈ Ω

- Hai tập mờ A là toàn phần nếu chỉ nếu µA(a) = 1, ∀a ∈ Ω

- Hai tập mờ A và B bằng nhau nếu µA(x) = µB(x) với ∀x trong Ω

3.1.2.Các phép toán về tập mờ

Để có thể tiến hành mô hình hóa các hệ thống có chứa tập mờ và biểu diễn các qui luật vận hành của hệ thống này, trước tiên chúng ta cần tới việc suy rộng các phép toán logic cơ bản với các mệnh đề có chân trị trên đoạn [0,1]

Cho Ω = {P1, P2 } với P1, P2 là các mệnh đề Tập mờ A trên Ω tương ứng với ánh xạ v như sau:

ta cần tới toán tử v(NOT P) Toán tử này phải thỏa mãn các tính chất sau:

+ v(NOT P) chỉ phụ thuộc vào v(P) + Nếu v(P) = 1 thì v(NOT P) = 0 + Nếu v(P) = 0 thì v(NOT P) = 1 + Nếu v(P1) ≤ v(P2) thì v(NOT P1) ≥ v(NOT P2)

Định nghĩa 1:

Hàm n : [0,1] → [0,1] không tăng thỏa mãn điều kiện n(0) = 1, n(1) = 0, được

gọi là hàm phủ định

Ví dụ: n(x) = 1 – x hay n(x) = 1 – x2 là các hàm phủ định

Ta có nhận xét:

+ Nếu v(P1) < v(P2) thì v(NOT P1) > v(NOT P2)

+ v(NOT P) phụ thuộc liên tục vào v(P)

+ v(NOT (NOT P)) = v(P)

Định nghĩa 2:

Cho n là hàm phủ định, phần bù Ac của tập mờ A là một tập mờ với hàm thuộc về được xác định bởi:

µA c(a) = n(µA(a)), với mỗi a ∈ Ω

Đồ thị của hàm thuộc về có dạng sau:

(a) (b)

Hình 3.4: a.Hàm thuộc về của tập mờ A

b.Hàm thuộc về của tập mờ Ac

Ví dụ:

Với n(x) = 1 – x thì ta có:

µA c(a) = n(µA(a)) =1 - µA(a) , với mỗi a ∈ Ω

Cho Ω = {1, 2, 3, 4, 5}, và A là tập mờ trong Ω như sau:

a Hàm phủ định n là nghiêm ngặt (strict) nếu nó là hàm liên tục và giảm nghiêm ngặt

b Hàm phủ định n là mạnh (strong) nếu nó là chặt và thỏa mãn n(n(x)) = x, với

+ v(P1 AND P2) chỉ phụ thuộc vào v(P1), v(P2)

+ Nếu v(P1) = 1 thì v(P1 AND P2) = v(P2), với mọi P2+ Giao hoán: v(P1 AND P2) = v(P2 AND P1)

+ Kết hợp: v(P1 AND (P2 AND P3)) = v((P1 AND P2) AND P3)

Định nghĩa 5:

Hàm T: [0,1]2 → [0,1] là phép hội (t-chuẩn) khi và chỉ khi thỏa mãn điều kiện sau :

+ T(1,x) = x, với mọi 0 ≤ x ≤ 1 + T có tính giao hoán, nghĩa là : T(x,y) = T(y,x) với mọi 0 ≤ x, y ≤ 1 + T không giảm theo nghĩa : T(x,y) ≤ T(u,v) với mọi x ≤ u, y ≤ v + T có tính kết hợp : T(x,T(y,z)) = T(T(x,y),z) với mọi 0 ≤ x, y, z ≤ 1

Từ các tính chất trên có thể suy ra T(0,x) = 0

µA∩B(a) = T(µA(a), µB(a)) ∀a∈ Ω

Với T(x,y) = min (x,y) ta có :

µA∩B(a) = min(µA(a), µB(a))

Với T(x,y) = x.y ta có :

µA∩B(a) = µA(a).µB(a) (tích đại số)

Ta có thể biểu diễn phép giao của hai tập hợp mờ qua hai hàm T(x,y) = min(x,y) và T(x,y) = x.y theo các đồ thị sau đây :

(a) (b) (c)

Hình 3.5: a Hàm thuộc về của hai tập mờ A và B

b Giao của hai tập mờ theo T(x,y) = min (x,y)

c Giao của hai tập mờ theo T(x,y) = x.y

+ v(P1 OR P2) chỉ phụ thuộc vào v(P1), v(P2)

+ Nếu v(P1) = 1 thì v(P1 OR P2) = v(P2), với mọi P2+ Giao hoán: v(P1 OR P2) = v(P2 OR P1)

+ Nếu v(P1) ≤ v(P2) thì v(P1 OR P3) ≤ v(P1 OR P3), với mọi P3+ Kết hợp: v(P1 OR (P2 OR P3)) = v((P1 OR P2) OR P3)

Định nghĩa 7:

Hàm S: [0,1]2 → [0,1] được gọi là phép tuyển (t – đối chuẩn) nếu thỏa mãn các tiên đề sau:

+ S(0,x) = x với mọi 0 ≤ x ≤ 1 + S có tính giao hoán, nghĩa là: S(x,y) = S(y,x) với mọi 0 ≤ x,y ≤ 1 + S không giảm theo nghĩa: S(x,y) ≤ S(u,v) với mọi x ≤ y, u ≤ v + S có tính kết hợp: S(x,S(y,z)) = S(S(x,y),z) 0 ≤ x,y,z ≤ 1 Từ các tính chất trên suy ra S(1,x) = 1

Ví dụ:

S(x,y) = max(x,y) S(x,y) = min(1,x+y) S(x,y) = x + y – x.y

Định nghĩa 8 :

Cho hai tập mờ A, B trên cùng không gian nền Ω với hàm thuộc về µA(a), µB(a) Cho S là phép tuyển, phép hợp của hai tập mờ A, B là một tập mờ trên Ω với hàm thuộc về cho bởi:

µA∪B(a) = S(µA(a), µB(a)) , ∀a∈ Ω

Với S(x,y) = max(x,y) ta có :

µA∪B(a) = max(µA(a), µB(a)) (xem hình 3.6a)

Với S(x,y) = min(1,x+y) ta có :

µA∪B(a) = min(1,µA(a) + µB(a)) (xem hình 3.6b)

Với S(x,y) = x + y +x.y ta có :

µA∪B(a) = µA(a) + µB(a) - µA(a).µB(a) (xem hình 3.6c)

Có thể biểu diễn hợp của hai tập mờ với các phép toán trên bằng các đồ thị sau:

3.1.2.4.Một số qui tắc

Trong logic với hai giá trị đúng, sai, có nhiều qui tắc đơn giản mà chúng ta thường sử dụng xem như tính chất hiển nhiên

Ví dụ: với bất kỷ tập rõ A⊂Ω, ta có: A∩Ac = ∅ và A∪Ac = Ω

Thực ra, những qui tắc này có được là nhờ vào sự xây dựng toán học trước đó Chuyển sang lý thuyết tập mờ thì hai tính chất quen dùng này đã không còn đúng nữa Do đó chúng ta cần xem xét lại một số tính chất

ƒ Tính lũy đẳng (demportancy)

Chúng ta nói T là lũy đẳng nếu T(x,x) = x, ∀x∈[0,1]

Tương tự, S là lũy đẳng nếu S(x,x) = x, ∀x∈[0,1]

ƒ Tính hấp thu (absorption)

Có hai dạng hấp thu:

+ T(S(x,y),x) = x, ∀x,y∈[0,1]

+ S(T(x,y),x) = x, ∀x,y∈[0,1]

ƒ Tính phân phối

Có hai biểu thức xác định tính phân phối :

+ S(x,T(y,z)) = T(S(x,y),S(x,z)), ∀x,y,z∈[0,1]

+ T(x,S(y,z)) = S(T(x,y),T(x,z)), ∀x,y,z∈[0,1]

ƒ Luật De Morgan

Cho T là t-chuẩn, S là T-đối chuẩn, n là phép phủ định Chúng ta có bộ ba (T,S,n) là một bộ ba De Morgan nếu :

n(S(x,y)) = T(nx,ny)

3.1.2.5 Phép kéo theo

Chúng ta sẽ xét phép kéo theo như một mối quan hệ, một toán tử logic Ta có các tiên đề sau cho hàm v(P1 → P2) :

+ v(P1 → P2) chỉ phụ thuộc vào v(P1), v(P2) + Nếu v(P ) ≤ v(P ) thì v(P → P ) ≥ v(P → P ), ∀ P

v(P1 → P2) = I(v(P1), v(P2))

Định nghĩa 9 :

Phép kéo theo của một hàm số I : [0,1]2 → [0,1] thỏa mãn các điều kiện sau:

+ Nếu x ≤ z thì I(x,y) ≥ I(z,y), ∀y∈[0,1]

+ Nếu y ≤ u thì I(x,u) ≥ I(z,y), ∀x∈[0,1]

Is(0.5,0.7) = S(n(0.5),0.7) = 0.7

Is(0.3,0.2) = S(n(0.3),0.2) = 0.7

Is(0.2,0.4) = S(n(0.2),0.4) = 0.8

3.1.3.Luật hợp thành mờ

3.1.3.1.Khái niệm mệnh đề hợp thành mờ

Mệnh đề hợp thành mờ là mệnh đề dạng Nếu A Thì B (A ⇒ B) : Nghĩa là với

giá trị đầu vào xo thoả mãn mệnh đề thì sẽ xác định được giá trị mờ đầu ra của

yo

Mệnh đề hợp thành mờ là phép suy diễn được xây dựng trên cơ sở tri thức của người thực hiện chương trình

3.1.3.2.Phép suy diễn mờ

Giá trị của mệnh đề hợp thành mờ là một tập mờ B’ định nghĩa trên nền Y

(không gian nền của B) và có hàm thuộc :

1 µ (µA ,µB) = min{(µA ,µB }

2 µ (µA ,µB) = µA µB Hai công thứùc trên có tên chung là quy tắc hợp thành theo Mamdani

3.1.3.3.Qui tắc hợp thành Min

Theo qui tắc hợp thành Min, giá trị của mệnh đề hợp thành mờ B’ được định

nghĩa trên nền Y (không gian nền của B) có hàm thuộc :

µB’(y) = min{µA ,µB(y )}

3.1.3.4.Qui tắc hợp thành Prod

Theo qui tắc hợp thành Prod, giá trị của mệnh đề hợp thành mờ B’ được định nghĩa trên nền Y (không gian nền của B) có hàm thuộc :

µ

µtăng(y)(x)

chậm µ

x 0

(y) B' µ

µB'(y)0

µ

µtăng(y)(x)

chậm µ

Hình 3.7: a Hàm thuộc µchậm(x) và µtăng(y)

b µB’(y) xác định theo quy tắc hợp thành Min

c µB’(y) xác định theo quy tắc hợp thành Prod

3.1.3.5.Luật hợp thành mờ

Luật hợp thành mờ là tập hợp của một hay nhiều mệnh đề hợp thành mờ Một luật hợp thành chỉ có một mệnh đề hợp thành được gọi là luật hợp thành đơn Ngược lại, nếu luật hợp thành có hơn nhiều hơn một mệnh đề hợp thành được gọi là luật hợp thành kép

Phần lớn các hệ mờ trong thực tế đều có mô hình xây dựng từ các luật hợp thành

kép

a Thuật toán thực hiện luật hợp thành đơn max-Min, max-Prod cấâu trúc SISO:

Luật hợp thành max-Min:

Xét luật hợp thành SISO chỉ có một mệnh đề hợp thành

R1 : Nếu X = A Thì Y = B

Ma trận R của luật hợp thành max-Min được xây dựng gồm các giá trị µB’(y) tương ứng với giá trị đầu vào x Ứng với giá trị (x,y) thì giá trị µR(x,y) được xác định :

y 0.9 0.7 0.5

0.5 0.7 0.9

0.5

µtăng(y) (x)

chậm

µ

0.1

Hình 3.8 : Xây dựng R theo quy tắc max - Min

Luật hợp thành Max-Prod:

Xét luật hợp thành SISO chỉ có một mệnh đề hợp thành