基于改進解釋結構模型和交叉影響矩陣相乘法的建設工程質量影響因素分析

吳碾子， 徐 雷

(西安建筑科技大學土木工程學院，西安 710055)

建筑業作為中國國民經濟的支柱性產業之一，對促進就業、改善民生和推動城鄉發展具有重大作用。然而，在建筑業不斷發展壯大的同時，隨著新時代到來和人們對高質量生活生產要求的不斷提高，行業發展背后隱藏的質量水平不足的問題，也在日益凸顯，表現在消費者對房屋質量方面的投訴逐年增多、工程質量通病問題較為普遍存在等方面。根據中國消費者協會2019年1月23日發布的《2018年全國消協組織受理投訴情況分析》[1]，2018年全年房屋建材類投訴有27 916件，同比增長30.35%，房屋裝修及物業服務類投訴達17 352件，同比增長超過100%，其質量問題投訴點主要集中在樓板滲漏、墻體和樓板裂縫、墻體空、墻皮脫落、公共設施設計不合理等常見質量問題方面。在高質量發展的社會背景下，如何提升建設工程質量水平就成為一個具有重大現實意義的課題。

要有效地提升建設工程質量，首先就必須要搞清楚建設工程質量水平不足的影響因素有哪些，只有找到了問題的原因，才可能制定有效的對策。而建設工程質量問題的成因依據不同的角度會有不同的發現，基于建設、勘察、設計、施工、監理等單位的五方責任主體的角度對建設工程質量的影響因素進行分析，可以較好地保證得到的質量問題成因結論的系統性、全面性。因此，從五方責任主體角度出發，識別建設工程質量的影響因素，并探究這些因素之間的深層關系。這一研究將為有針對性地制定提升工程質量的對策，打下較為科學和更加堅實的基礎。

1 建設工程質量影響因素識別

通過對大量文獻的閱讀、理論分析以及向從事工程項目管理工作人員咨詢3個方面收集質量影響因素，在初步確定影響因素之后，咨詢了5位從事工程項目質量管理研究的專家和實際項目質量管理人員，聽取相關專家意見后，對因素進行了完善，最終確定了基于五方責任主體單位的建設工程質量影響因素，如表1所示。因勘察和設計兩方工作和技術關系銜接緊密，二者工作成果都屬于施工的依據，又都是提供智力成果，故將二者結合分析。

表1 建設工程質量影響因素

2 改進ISM-MICMAC方法概述

解釋結構模型(interpretative structural modeling, ISM)是J.華費爾特教授于1973年提出來的，主要用來分析復雜的社會經濟系統問題，主要特點在于將復雜的系統用若干個子系統或者若干個系統要素加以解釋，依托計算機的輔助，結合人們的實踐經驗和理論知識，將系統構造成一個多層級遞階的模型，可以更加清晰地認識系統構成要素的關系本質[51]。交叉影響矩陣相乘法(matrices impacts crocses-multiplication appliance classement, MICMAC)是法國學者Duperrin和Godet在1973年提出的，能夠用來分析復雜系統中組成要素之間的相互關系和相互作用的系統分析方法[52]。其主要是通過矩陣相乘的原理，對不同影響因素的驅動力和依賴性進行影響因素分類，并利用因素關系的可達路徑和層次循環來研究影響因素之間的影響程度[53]。ISM與MICMAC都是基于復雜系統構成要素之間的關系展開的系統分析方法[54]。運用ISM進行研究的重要基礎就是確定研究系統要素之間的關聯性。但是這個問題十分復雜，系統要素間關系模糊，個人主觀性強，難以定量描述，而且對于不同要素之間的關系各專家之間看法不一，一旦專家之間分歧較大則會降低模型質量，所以需要對ISM進行改進。引入模糊數學中的模糊矩陣的思想對ISM加以改進，即將模糊數學的理念應用到復雜系統構成要素兩兩之間的比較關系判斷之中，通過模糊數替代單一的“0-1”法評判，將評判結果定量化，降低了專家判斷的分歧和極個別專家的偏見[55-56]。

具體應用步驟如下。

步驟1：界定研究系統，明確系統構成要素。明確研究系統的邊界和內容，這是進行研究的基礎和前提，在此過程中對研究的問題和范圍進行了限定，確定了系統的基本框架，接下來的整個研究在此基礎上進行。在已確定研究系統的基礎上，提取系統構成要素，然后將目標因素添加進去，所以最終所提取的要素并非全等同于第一步所建立的系統中的因素。

步驟2：影響因素模糊評分。通過德爾菲法，邀請專家對所有影響系統目標的因素進行兩兩之間的關聯程度評分，關聯程度越深則分數越大，關聯程度越小則分數越小，分數在0～1，最后匯總專家打分，依據專家打分的平均分建立模糊鄰接矩陣F。

步驟3：建立關聯強度矩陣。選擇隸屬度函數，如式(1)所示，并計算關聯強度矩陣B，關聯強度矩陣B的實質是聚類的過程，即把具有相似功能的特征聚集為一類[57]。

(1)

式(1)中：bij是關聯強度矩陣B的元素；fij是模糊鄰接矩陣F的元素；fi·是矩陣F中第i行的所有元素之和；f·j是矩陣F中第j列的所有元素之和。

步驟4：鄰接矩陣的建立。為了合理確定鄰接矩陣A的元素aij，需要確定閾值λ，利用閾值將關聯強度矩陣B轉變為鄰接矩陣A，閾值λ的取值大小會影響系統層級劃分。λ越大則系統層級劃分的層級愈多，系統劃分得越細；λ越小則系統層級劃分的層級愈少，系統劃分得越粗糙，系統劃分并不是越細或越粗糙越好[57-58]。鄰接矩陣的元素可表示為

(2)

步驟5：可達矩陣的計算。為了更好地描述鄰接矩陣中某一要素通過一定路徑可以達到另一個要素的程度，用矩陣來表示，這就是可達矩陣M。通過鄰接矩陣A加上單位矩陣I利用布爾運算，則可得到(A+I)≠(A+I)2≠…≠(A+I)r-1=(A+I)r=M，即所求的可達矩陣M。

步驟6：系統層級分析。根據可達矩陣的結果進行系統要素層級劃分，并以此建立結構模型。

步驟7：計算驅動力和依賴性。為準確刻畫各影響因素之間的關系和驗證各影響因素之間的關聯性，依托具體項目，通過實地調研的形式獲取基礎數據，從而構建影響因素關系矩陣A′。

根據關系矩陣A′可計算驅動力和依賴度，驅動力所指的是對其他要素的影響，所以在可達矩陣中該要素所在行之和即為驅動力Di，如式3所示；依賴度所指的是其他要素對該要素的影響，所以在可達矩陣中該要素所在列之和即為依賴度Rj，如式4所示。

(3)

(4)

式中：mij為關系矩陣A′中的元素。

步驟8：繪制驅動力-依賴度圖。按照式(3)和式(4)的計算結果，以依賴度為橫坐標，驅動力為縱坐標，建立直角坐標系即可將因素分為自治因素、依賴因素、聯動因素和獨立因素。自治因素的驅動力和依賴度均比較低，依賴因素的驅動力低而依賴度較高，聯動因素的驅動力和依賴度均較高，獨立因素的驅動力較高而依賴度較低，對不同的影響因素需要采取不同的應對措施。

步驟9：質量影響因素關系的驗證分析。對ISM和MICMAC的結果進行驗證分析。

3 改進ISM-MICMAC模型的建立與分析

3.1 改進ISM分析

首先提取構成系統要素共有20個(其中具體影響因素19個，如表1所示，目標因素1個，為S20：建設工程質量)。

然后進行系統各要素間的關系評分，邀請23位專家進行系統要素評分，其中7位來自高校從事建設工程質量學術研究的學者，5位來自建設單位，3位來自勘察設計單位，5位來自施工單位，3位來自監理單位。以此建立影響建設工程質量因素的模糊鄰接矩陣，根據模糊鄰接矩陣和式(1)，可得影響建設工程質量因素的關聯強度矩陣，根據式(2)和關聯強度矩陣，閾值λ取0.04，可構造出鄰接矩陣A=[aij]。

根據鄰接矩陣計算得到可達矩陣M。

根據可達矩陣進行層級劃分，層級劃分是以可達矩陣為依據，將系統中要素Si能到達的要素集中起來，稱作要素Si的可達集R(Si)；將能到達要素Si的要素集中起來，稱作要素Si的前因集A(Si)，并以此劃分成不同層級。統計集合元素的規則是：可達集R(Si)是可達矩陣中第Si行中元素為1的要素所組成的集合；前因集A(Si)是可達矩陣中第Si列中元素為1的要素所組成的集合。本文層級劃分9級，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;]

通過層級劃分Πi(S)，可得按層級劃分排列的可達矩陣M′。

觀察可達矩陣M′，矩陣基本呈左下角矩陣排列模式，表明系統各要素層級關系是從上至下依次排列，進一步表明影響建設工程質量的因素具有明顯的層次。這說明各因素之間不僅存在相關關系而且還具有傳遞性，不同層級不同因素的影響通過相應關系的傳遞最終都會影響到工程質量，所以為提高建設工程質量，對質量應該實施系統化管理。

通過上文的層級分析，得出影響工程質量的因素可分為9個層級(其中目標因素為1級，影響目標因素的其他因素可分為8層)，根據研究需要，將8層因素進一步分為表層因素、中層因素和深層因素。

表層因素包含：屬于施工單位主體的因素有S10現場材料設備保障能力、S11施工組織設計的編制質量；屬于監理單位主體的因素有S17監理規劃和監理實施細則的編制質量、S18監理合同執行水平。

中層因素包含：屬于勘察設計單位主體的因素有S5勘察設計人員的專業水平和現場經驗、S6設計施工圖的內外部審查力度、S7勘察設計文件的質量、S8對施工單位的圖紙答疑及交底；屬于監理單位主體的因素有S16現場監理的職業素養和專業水平、S19監理企業對現場監理人員的考核管理。這些因素是影響因素傳遞的中間環節，既承受來自深層因素的影響，也將影響進一步傳遞給表層因素，需參建各方協同控制。

深層因素包含：屬于建設單位主體的因素有S1質量、成本及進度等的管理決策能力，S2招投標及合同管理能力，S3資金供應能力，S4對質量工作的重視程度；屬于施工單位主體的因素有S9現場管理和技術人員的管理能力和專業素質、S12分包單位選擇水平、S13企業的綜合實力、S14農民工的綜合素質、S15施工技術水平。這是影響工程質量的源頭性因素，其會對中層、表層因素產生各種影響，這些作用通過各種途徑最終對工程質量造成影響，提高工程質量必須重點考慮深層次因素。

圖1 建設工程質量影響因素的解釋結構模型Fig.1 ISM of influencing factors of construction engineering quality

依據層級建立基于五方責任主體的建設工程質量影響因素的解釋結構模型，各具體因素的分層內容和邏輯關系具體如圖1(圖中虛線框所在的位置并不代表其出現的層級，其目的是為了使模型的關系在畫法上更為清楚，虛線框的因素由圖中實線框位置決定)所示。

3.2 繪制因素驅動力-依賴度圖

選取3個在建項目進行調研，每個項目的建設單位和施工單位各選擇5人，勘察、設計和監理單位各選擇3人，一共57人。根據調研結果得出關系矩陣A′。

關系矩陣可知影響建設工程質量的19項因素的驅動力和依賴度，如表2所示。

由表2可繪制影響建設工程質量的因素驅動力-依賴度圖，如圖2所示。

表2 影響工程質量的因素驅動力和依賴度

圖2 建設工程質量影響因素驅動力-依賴度圖Fig.2 Driving force-dependency diagram of influencing factors of construction quality

由圖2可知，第Ⅰ象限自治因素有S5、S6、S7、S10、S16、S19；第Ⅱ象限依賴因素有S8、S11、S17、S18；第Ⅳ象限獨立因素有S1、S2、S3、S4、S9、S12、S13、S14、S15；聯動因素具有高驅動力和高依賴度，易受其他因素的影響，同時對系統產生的影響大，穩定性差。由圖可知在本系統中沒有聯動因素。

3.3 建設工程質量影響因素驗證分析

將圖1與圖2的結論對比分析，其結論如下。

(1)ISM中的深層因素全部分布在第Ⅳ象限獨立類因素中，其因素特征符合其所處層級。獨立因素受其他因素的影響小，但是其驅動力高對其他因素的影響程度深，屬于根源性因素，其影響力通過各種途徑最終傳遞到工程質量上，要想提高工程質量，必須重點處理好此類型因素。

(2)ISM中的表層因素大都分布在第Ⅱ象限依賴類因素之中，其因素特征符合其所處層級。依賴因素受其他因素的影響大，是造成質量問題的直接因素，易于識別，受其他因素的影響較大且直接影響工程質量。S8(對施工單位的圖紙答疑及交底)位于中層因素而又屬于依賴類因素，雖然答疑和交底工作的質量會影響后續施工過程質量，但是圖紙答疑和交底工作涉及參建主體眾多，各方工作均會對其產生影響，所以其依賴度相對中間層其他因素較大，并且由圖1所展示的層級關系可知，S8處于表層和中間因素的交界處，其性質可能兼具兩種特性。

(3)ISM中的中間因素主要分布在第Ⅰ象限自治類因素中，其因素特征符合其所處層級。自治因素受其他因素的影響和影響其他因素的力度相對而言較小，由其層級和類別可以看出，在提高工程質量的舉措中，此類因素需多方協同控制。S10(現場材料設備保障能力)位于表層因素而又處于自治因素類，材料設備直接影響工程質量，并不影響其他方面的因素，因材料設備一經采購其質量已基本確定，從鄰接矩陣中也可看出，材料設備受其他因素的影響并不多，所以其驅動力和依賴度均相對較小，可歸入自治類因素處理。

綜上所述，利用ISM將影響建設工程質量的因素進行關聯性分析得出的成果是合理和科學的。

3.4 建設工程質量提升對策建議

ISM模型從本質上講，其展現出建設工程質量的影響因素關聯關系，各影響因素并不是獨立存在于影響系統中，而是相互作用、相互協調的[59-60]，從系統論的視角分析，諸多影響建設工程的質量因素會組成影響因素群，并且影響因素群在不同的階段會有不同的組合情況，對質量產生的影響效果不同，而諸多影響因素疊加則會成倍地放大原有單個因素的負面影響，產生因素倍效效應[61-62]，對工程質量造成更大的影響，而MICMAC法通過驅動力和依賴性兩種手段將影響進行分類，直觀描述了影響因素的倍效效果。

將ISM的模型和MICMAC的驅動力和依賴度圖結合起來看，建設工程質量形成過程就是一個質量鏈運行過程，不同層級因素的影響力經過層層傳遞產生出倍效效應，而驅動力從某種角度看作是因素的倍效基。故提出提升建設工程質量的三點建議：①在制定提升工程質量的措施時，必須破除以往在工程質量管理和治理對策方面的片面觀點和“頭痛醫頭，腳痛醫腳”式的零碎方案，樹立標本兼治的工程質量治理提升理念。②必須認識到建設工程質量形成的系統性，應該樹立系統論和質量鏈管理的思維，對所有參建單位的負面行為均應采取相應的措施予以制止，并形成一個完整、系統的工程質量控制閉環，實施系統管理。③在制定建設工程質量提升措施時，需要從項目建設前期開始針對不同階段的特點制定相應的措施，持續改進，實施工程質量過程動態管控。

4 結語

從五方責任主體的視角對影響建設工程質量的各個因素展開深入分析。首先，通過對大量文獻的研究、理論分析以及向專家調研等方式收集并歸納19項影響因素；然后，利用ISM進行因素關聯性分析，將各影響因素進行遞階層級劃分，以得出影響工程質量的表層因素、中層因素和深層因素，并對不同層級因素在系統中的不同作用進行了分析；其次，通過實際案例并應用MICMAC對ISM的研究成果進行驗證分析，發現基于MICMAC得出的影響建設工程質量的自治因素、依賴因素和獨立因素，與通過ISM得出的表層因素、中層因素和深層因素，在影響性質上具有高度的一致性，從而進一步證明了ISM對影響因素的分類及關系分析的科學性；最后，提出提升建設工程質量的三點建議。