基于改进解释结构模型和交叉影响矩阵相乘法的建设工程质量影响因素分析

吴碾子， 徐 雷

(西安建筑科技大学土木工程学院，西安 710055)

建筑业作为中国国民经济的支柱性产业之一，对促进就业、改善民生和推动城乡发展具有重大作用。然而，在建筑业不断发展壮大的同时，随着新时代到来和人们对高质量生活生产要求的不断提高，行业发展背后隐藏的质量水平不足的问题，也在日益凸显，表现在消费者对房屋质量方面的投诉逐年增多、工程质量通病问题较为普遍存在等方面。根据中国消费者协会2019年1月23日发布的《2018年全国消协组织受理投诉情况分析》[1]，2018年全年房屋建材类投诉有27 916件，同比增长30.35%，房屋装修及物业服务类投诉达17 352件，同比增长超过100%，其质量问题投诉点主要集中在楼板渗漏、墙体和楼板裂缝、墙体空、墙皮脱落、公共设施设计不合理等常见质量问题方面。在高质量发展的社会背景下，如何提升建设工程质量水平就成为一个具有重大现实意义的课题。

要有效地提升建设工程质量，首先就必须要搞清楚建设工程质量水平不足的影响因素有哪些，只有找到了问题的原因，才可能制定有效的对策。而建设工程质量问题的成因依据不同的角度会有不同的发现，基于建设、勘察、设计、施工、监理等单位的五方责任主体的角度对建设工程质量的影响因素进行分析，可以较好地保证得到的质量问题成因结论的系统性、全面性。因此，从五方责任主体角度出发，识别建设工程质量的影响因素，并探究这些因素之间的深层关系。这一研究将为有针对性地制定提升工程质量的对策，打下较为科学和更加坚实的基础。

1 建设工程质量影响因素识别

通过对大量文献的阅读、理论分析以及向从事工程项目管理工作人员咨询3个方面收集质量影响因素，在初步确定影响因素之后，咨询了5位从事工程项目质量管理研究的专家和实际项目质量管理人员，听取相关专家意见后，对因素进行了完善，最终确定了基于五方责任主体单位的建设工程质量影响因素，如表1所示。因勘察和设计两方工作和技术关系衔接紧密，二者工作成果都属于施工的依据，又都是提供智力成果，故将二者结合分析。

表1 建设工程质量影响因素

2 改进ISM-MICMAC方法概述

解释结构模型(interpretative structural modeling, ISM)是J.华费尔特教授于1973年提出来的，主要用来分析复杂的社会经济系统问题，主要特点在于将复杂的系统用若干个子系统或者若干个系统要素加以解释，依托计算机的辅助，结合人们的实践经验和理论知识，将系统构造成一个多层级递阶的模型，可以更加清晰地认识系统构成要素的关系本质[51]。交叉影响矩阵相乘法(matrices impacts crocses-multiplication appliance classement, MICMAC)是法国学者Duperrin和Godet在1973年提出的，能够用来分析复杂系统中组成要素之间的相互关系和相互作用的系统分析方法[52]。其主要是通过矩阵相乘的原理，对不同影响因素的驱动力和依赖性进行影响因素分类，并利用因素关系的可达路径和层次循环来研究影响因素之间的影响程度[53]。ISM与MICMAC都是基于复杂系统构成要素之间的关系展开的系统分析方法[54]。运用ISM进行研究的重要基础就是确定研究系统要素之间的关联性。但是这个问题十分复杂，系统要素间关系模糊，个人主观性强，难以定量描述，而且对于不同要素之间的关系各专家之间看法不一，一旦专家之间分歧较大则会降低模型质量，所以需要对ISM进行改进。引入模糊数学中的模糊矩阵的思想对ISM加以改进，即将模糊数学的理念应用到复杂系统构成要素两两之间的比较关系判断之中，通过模糊数替代单一的“0-1”法评判，将评判结果定量化，降低了专家判断的分歧和极个别专家的偏见[55-56]。

具体应用步骤如下。

步骤1：界定研究系统，明确系统构成要素。明确研究系统的边界和内容，这是进行研究的基础和前提，在此过程中对研究的问题和范围进行了限定，确定了系统的基本框架，接下来的整个研究在此基础上进行。在已确定研究系统的基础上，提取系统构成要素，然后将目标因素添加进去，所以最终所提取的要素并非全等同于第一步所建立的系统中的因素。

步骤2：影响因素模糊评分。通过德尔菲法，邀请专家对所有影响系统目标的因素进行两两之间的关联程度评分，关联程度越深则分数越大，关联程度越小则分数越小，分数在0～1，最后汇总专家打分，依据专家打分的平均分建立模糊邻接矩阵F。

步骤3：建立关联强度矩阵。选择隶属度函数，如式(1)所示，并计算关联强度矩阵B，关联强度矩阵B的实质是聚类的过程，即把具有相似功能的特征聚集为一类[57]。

(1)

式(1)中：bij是关联强度矩阵B的元素；fij是模糊邻接矩阵F的元素；fi·是矩阵F中第i行的所有元素之和；f·j是矩阵F中第j列的所有元素之和。

步骤4：邻接矩阵的建立。为了合理确定邻接矩阵A的元素aij，需要确定阈值λ，利用阈值将关联强度矩阵B转变为邻接矩阵A，阈值λ的取值大小会影响系统层级划分。λ越大则系统层级划分的层级愈多，系统划分得越细；λ越小则系统层级划分的层级愈少，系统划分得越粗糙，系统划分并不是越细或越粗糙越好[57-58]。邻接矩阵的元素可表示为

(2)

步骤5：可达矩阵的计算。为了更好地描述邻接矩阵中某一要素通过一定路径可以达到另一个要素的程度，用矩阵来表示，这就是可达矩阵M。通过邻接矩阵A加上单位矩阵I利用布尔运算，则可得到(A+I)≠(A+I)2≠…≠(A+I)r-1=(A+I)r=M，即所求的可达矩阵M。

步骤6：系统层级分析。根据可达矩阵的结果进行系统要素层级划分，并以此建立结构模型。

步骤7：计算驱动力和依赖性。为准确刻画各影响因素之间的关系和验证各影响因素之间的关联性，依托具体项目，通过实地调研的形式获取基础数据，从而构建影响因素关系矩阵A′。

根据关系矩阵A′可计算驱动力和依赖度，驱动力所指的是对其他要素的影响，所以在可达矩阵中该要素所在行之和即为驱动力Di，如式3所示；依赖度所指的是其他要素对该要素的影响，所以在可达矩阵中该要素所在列之和即为依赖度Rj，如式4所示。

(3)

(4)

式中：mij为关系矩阵A′中的元素。

步骤8：绘制驱动力-依赖度图。按照式(3)和式(4)的计算结果，以依赖度为横坐标，驱动力为纵坐标，建立直角坐标系即可将因素分为自治因素、依赖因素、联动因素和独立因素。自治因素的驱动力和依赖度均比较低，依赖因素的驱动力低而依赖度较高，联动因素的驱动力和依赖度均较高，独立因素的驱动力较高而依赖度较低，对不同的影响因素需要采取不同的应对措施。

步骤9：质量影响因素关系的验证分析。对ISM和MICMAC的结果进行验证分析。

3 改进ISM-MICMAC模型的建立与分析

3.1 改进ISM分析

首先提取构成系统要素共有20个(其中具体影响因素19个，如表1所示，目标因素1个，为S20：建设工程质量)。

然后进行系统各要素间的关系评分，邀请23位专家进行系统要素评分，其中7位来自高校从事建设工程质量学术研究的学者，5位来自建设单位，3位来自勘察设计单位，5位来自施工单位，3位来自监理单位。以此建立影响建设工程质量因素的模糊邻接矩阵，根据模糊邻接矩阵和式(1)，可得影响建设工程质量因素的关联强度矩阵，根据式(2)和关联强度矩阵，阈值λ取0.04，可构造出邻接矩阵A=[aij]。

根据邻接矩阵计算得到可达矩阵M。

根据可达矩阵进行层级划分，层级划分是以可达矩阵为依据，将系统中要素Si能到达的要素集中起来，称作要素Si的可达集R(Si)；将能到达要素Si的要素集中起来，称作要素Si的前因集A(Si)，并以此划分成不同层级。统计集合元素的规则是：可达集R(Si)是可达矩阵中第Si行中元素为1的要素所组成的集合；前因集A(Si)是可达矩阵中第Si列中元素为1的要素所组成的集合。本文层级划分9级，即

Πi(S)=[P1; P2; P3; P4; P5; P6; P7; P8; P9]=[S20; S10, S11, S18; S17; S8, S16; S7, S19; S5, S6; S4; S1, S2, S3, S12, S13, S14, S15; S9;]

通过层级划分Πi(S)，可得按层级划分排列的可达矩阵M′。

观察可达矩阵M′，矩阵基本呈左下角矩阵排列模式，表明系统各要素层级关系是从上至下依次排列，进一步表明影响建设工程质量的因素具有明显的层次。这说明各因素之间不仅存在相关关系而且还具有传递性，不同层级不同因素的影响通过相应关系的传递最终都会影响到工程质量，所以为提高建设工程质量，对质量应该实施系统化管理。

通过上文的层级分析，得出影响工程质量的因素可分为9个层级(其中目标因素为1级，影响目标因素的其他因素可分为8层)，根据研究需要，将8层因素进一步分为表层因素、中层因素和深层因素。

表层因素包含：属于施工单位主体的因素有S10现场材料设备保障能力、S11施工组织设计的编制质量；属于监理单位主体的因素有S17监理规划和监理实施细则的编制质量、S18监理合同执行水平。

中层因素包含：属于勘察设计单位主体的因素有S5勘察设计人员的专业水平和现场经验、S6设计施工图的内外部审查力度、S7勘察设计文件的质量、S8对施工单位的图纸答疑及交底；属于监理单位主体的因素有S16现场监理的职业素养和专业水平、S19监理企业对现场监理人员的考核管理。这些因素是影响因素传递的中间环节，既承受来自深层因素的影响，也将影响进一步传递给表层因素，需参建各方协同控制。

深层因素包含：属于建设单位主体的因素有S1质量、成本及进度等的管理决策能力，S2招投标及合同管理能力，S3资金供应能力，S4对质量工作的重视程度；属于施工单位主体的因素有S9现场管理和技术人员的管理能力和专业素质、S12分包单位选择水平、S13企业的综合实力、S14农民工的综合素质、S15施工技术水平。这是影响工程质量的源头性因素，其会对中层、表层因素产生各种影响，这些作用通过各种途径最终对工程质量造成影响，提高工程质量必须重点考虑深层次因素。

图1 建设工程质量影响因素的解释结构模型Fig.1 ISM of influencing factors of construction engineering quality

依据层级建立基于五方责任主体的建设工程质量影响因素的解释结构模型，各具体因素的分层内容和逻辑关系具体如图1(图中虚线框所在的位置并不代表其出现的层级，其目的是为了使模型的关系在画法上更为清楚，虚线框的因素由图中实线框位置决定)所示。

3.2 绘制因素驱动力-依赖度图

选取3个在建项目进行调研，每个项目的建设单位和施工单位各选择5人，勘察、设计和监理单位各选择3人，一共57人。根据调研结果得出关系矩阵A′。

关系矩阵可知影响建设工程质量的19项因素的驱动力和依赖度，如表2所示。

由表2可绘制影响建设工程质量的因素驱动力-依赖度图，如图2所示。

表2 影响工程质量的因素驱动力和依赖度

图2 建设工程质量影响因素驱动力-依赖度图Fig.2 Driving force-dependency diagram of influencing factors of construction quality

由图2可知，第Ⅰ象限自治因素有S5、S6、S7、S10、S16、S19；第Ⅱ象限依赖因素有S8、S11、S17、S18；第Ⅳ象限独立因素有S1、S2、S3、S4、S9、S12、S13、S14、S15；联动因素具有高驱动力和高依赖度，易受其他因素的影响，同时对系统产生的影响大，稳定性差。由图可知在本系统中没有联动因素。

3.3 建设工程质量影响因素验证分析

将图1与图2的结论对比分析，其结论如下。

(1)ISM中的深层因素全部分布在第Ⅳ象限独立类因素中，其因素特征符合其所处层级。独立因素受其他因素的影响小，但是其驱动力高对其他因素的影响程度深，属于根源性因素，其影响力通过各种途径最终传递到工程质量上，要想提高工程质量，必须重点处理好此类型因素。

(2)ISM中的表层因素大都分布在第Ⅱ象限依赖类因素之中，其因素特征符合其所处层级。依赖因素受其他因素的影响大，是造成质量问题的直接因素，易于识别，受其他因素的影响较大且直接影响工程质量。S8(对施工单位的图纸答疑及交底)位于中层因素而又属于依赖类因素，虽然答疑和交底工作的质量会影响后续施工过程质量，但是图纸答疑和交底工作涉及参建主体众多，各方工作均会对其产生影响，所以其依赖度相对中间层其他因素较大，并且由图1所展示的层级关系可知，S8处于表层和中间因素的交界处，其性质可能兼具两种特性。

(3)ISM中的中间因素主要分布在第Ⅰ象限自治类因素中，其因素特征符合其所处层级。自治因素受其他因素的影响和影响其他因素的力度相对而言较小，由其层级和类别可以看出，在提高工程质量的举措中，此类因素需多方协同控制。S10(现场材料设备保障能力)位于表层因素而又处于自治因素类，材料设备直接影响工程质量，并不影响其他方面的因素，因材料设备一经采购其质量已基本确定，从邻接矩阵中也可看出，材料设备受其他因素的影响并不多，所以其驱动力和依赖度均相对较小，可归入自治类因素处理。

综上所述，利用ISM将影响建设工程质量的因素进行关联性分析得出的成果是合理和科学的。

3.4 建设工程质量提升对策建议

ISM模型从本质上讲，其展现出建设工程质量的影响因素关联关系，各影响因素并不是独立存在于影响系统中，而是相互作用、相互协调的[59-60]，从系统论的视角分析，诸多影响建设工程的质量因素会组成影响因素群，并且影响因素群在不同的阶段会有不同的组合情况，对质量产生的影响效果不同，而诸多影响因素叠加则会成倍地放大原有单个因素的负面影响，产生因素倍效效应[61-62]，对工程质量造成更大的影响，而MICMAC法通过驱动力和依赖性两种手段将影响进行分类，直观描述了影响因素的倍效效果。

将ISM的模型和MICMAC的驱动力和依赖度图结合起来看，建设工程质量形成过程就是一个质量链运行过程，不同层级因素的影响力经过层层传递产生出倍效效应，而驱动力从某种角度看作是因素的倍效基。故提出提升建设工程质量的三点建议：①在制定提升工程质量的措施时，必须破除以往在工程质量管理和治理对策方面的片面观点和“头痛医头，脚痛医脚”式的零碎方案，树立标本兼治的工程质量治理提升理念。②必须认识到建设工程质量形成的系统性，应该树立系统论和质量链管理的思维，对所有参建单位的负面行为均应采取相应的措施予以制止，并形成一个完整、系统的工程质量控制闭环，实施系统管理。③在制定建设工程质量提升措施时，需要从项目建设前期开始针对不同阶段的特点制定相应的措施，持续改进，实施工程质量过程动态管控。

4 结语

从五方责任主体的视角对影响建设工程质量的各个因素展开深入分析。首先，通过对大量文献的研究、理论分析以及向专家调研等方式收集并归纳19项影响因素；然后，利用ISM进行因素关联性分析，将各影响因素进行递阶层级划分，以得出影响工程质量的表层因素、中层因素和深层因素，并对不同层级因素在系统中的不同作用进行了分析；其次，通过实际案例并应用MICMAC对ISM的研究成果进行验证分析，发现基于MICMAC得出的影响建设工程质量的自治因素、依赖因素和独立因素，与通过ISM得出的表层因素、中层因素和深层因素，在影响性质上具有高度的一致性，从而进一步证明了ISM对影响因素的分类及关系分析的科学性；最后，提出提升建设工程质量的三点建议。