地下環形隧道出入口交通延誤影響因素研究

肖新波，何建平，邢 磊，徐 婷

（1.中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北 武漢 430010；2.長安大學，陜西 西安 710064）

0 引言

隨著城市發展與機動車的逐年增加，城市中心區交通擁堵日益嚴重。據公安部交通管理局統計，截止至2018 年6 月底，全國機動車保有量達3.19 億輛。地下環形隧道作為連接地下車庫和分流過境交通的基礎設施[1]，為緩解交通壓力提供了一種新的解決方向。由于地下環形隧道的空間相對封閉，沒有路側綠化，只有人造燈光和壓抑的護墻[2]，受照明和視覺條件的影響[3]，其環境、駕駛行為和道路條件等都與路面交通有所不同。作為與地面道路相連接的地下環形隧道出入口，經常會出現排隊和交通組織混亂等現象，不僅影響到地下道路的正常運行，還使周邊道路的交通功能無法正常發揮[4]。對此，現依托研究課題《西安中央文化商務區（CCBD）地下道路出入口設計與交通延誤分析研究》（KY-N-L-2019-003），從線形[5]、交通、環境、駕駛人、車輛[6]和車庫吸引率六個方面出發，利用DEMATEL 模型對影響地下環形隧道出入口交通延誤的各因素之間的關系進行研究，確定原因因素和結果因素，為地下環形隧道出入口的設計及管控提供參考。

1 DEMATEL 模型

DEMATEL 方法是一種運用圖論與矩陣論原理進行系統因素分析的方法，它借助系統中各因素之間的邏輯關系構建直接影響矩陣，計算各因素對其他因素的影響程度，以及被影響程度，從而計算各因素的中心度與原因度[7-8]，進而得出該因素是原因因素還是結果因素（被影響因素），以及影響或被影響程度。目前該方法已經廣泛應用到實踐中，如李春榮等人運用DEMATEL 方法研究得出影響沈陽市可持續發展的主要因素是地區財政緊張和領導不重視[9]，章玲等人借助DEMATEL 方法分析影響國防科技工業企業技術創新能力的主要原因為人力資源和軟硬件基礎[10]。但是此方法目前還未在交通領域得到廣泛應用，因此現擬借助該方法來分析影響地下環形隧道出入口交通延誤的各因素之間的關系，根據最終結果來調整地下環形隧道出入口的結構，達到減小延誤的目的。

DEMATEL 方法的具體步驟如下：

步驟1：確定影響系統的各個因素，設定為a1，a2，……an。

步驟2：設定反映不同因素間影響關系的標度，通過請專家打分的方法確定不同因素之間的直接影響程度，得到系統初始的直接影響矩陣X（X=[xij]n×n）。

式中：xij（i=1，2…，n；j=1，2…，n；i≠j）表示因素ai對aj的影響程度；若i=j 則xij=0 。

步驟3 ： 運算得到規范化直接影響矩陣G（G=[gij]n×n）。

已知0≤gij≤1。

步驟4：計算系統中各影響因素間的綜合影響矩陣T（T=[tij]n×n）。

步驟5：計算各個因素的影響度和被影響度，將矩陣T 中的各元素按照“行”進行相加可以得到相應元素的影響度，按照“列”進行相加可以得到相應元素的被影響度。因素ai（i=1，2，…，n）的影響度fi和被影響度ei可如下計算：

步驟6：計算各個因素的中心度和原因度，將系統的影響度和被影響度相加可以得到相應元素的中心度，將影響度和被影響度相減可以得到相應元素的原因度。如因素ai（i=1，2，…，n）的中心度mi和原因度ni可如下計算：

步驟7：做笛卡爾坐標系，標出各因素中心度和原因度在坐標系上的位置，分析各個因素的影響程度和被影響程度，對優化整個系統提出措施。

2 地下環形隧道出入口交通延誤影響因素體系

構建較為完整的地下環形隧道出入口交通延誤影響因素的體系結構，是分析地下環形隧道出入口交通延誤的前提和基礎。體系結構中所包含的影響因素應該具有一定的互補性并能較為全面地反映造成交通延誤的規律。體系結構設置是否合理直接關系到地下環形隧道出入口設計與管控的調整。

影響地下環形隧道出入口延誤的因素較多、結構多樣，要確保分析結果的準確性，只有從多個層面和角度來設計相關因素。地下環形隧道出入口延誤的影響因素劃分應遵循科學全面的原則，其中科學性是確保交通延誤影響因素分析合理的基礎。另外，在設計地下環形隧道出入口延誤影響因素體系結構時，要確保因素組成的合理性、系統性和完整性。

根據科學全面的設計原則和地下環形隧道自身的特點，設計出地下環形隧道出入口交通延誤影響因素的體系結構。該體系結構中，目標層是地下環形隧道出入口延誤。主因素由道路、交通、環境、駕駛人、車輛、車庫六個方面組成。依據所涉及的內容不同，又可將上述六個主因素劃分為若干個子因素。具體的劃分情況見表1 所列。

表1 地下環形隧道出入口交通延誤影響因素體系表

考察上述六個主因素（道路、交通、環境、駕駛人、車輛、車庫），可以發現這六個主因素并不是相互獨立的：車庫的規模足夠大，那么相應的配套設施道路也會較為完善，同時也會吸引更多的交通量。考察主因素（交通）所對應的子因素（速度、交通量），可以得出這兩者之間也存在一定的關聯性：一開始交通量較少，速度較快，隨著交通量的增加，速度會隨之降低，同時交通流密度也會經歷一個由小到大再由大到小的過程。考察主因素（駕駛人）所對應的子因素（性別、年齡、反應判斷能力），以及主因素車輛及其對應的子因素，也以此得出因素間存在一定關聯這一結論。

3 地下環形隧道出入口交通延誤影響因素分析

利用DEMATEL 方法，分析地下環形隧道出入口延誤的影響因素，步驟如下：

Step1：確定影響因素之間的直接影響矩陣。采用1~9 標度對地下環形隧道出入口交通延誤影響因素間的直接關聯程度進行調研，9 個標度所對應的關聯程度如表2 所列，表2 中沒有0，因0 表示影響因素之間不存在關聯影響。通過長安大學交通工程、路線方面的專家、教授的問卷調查，確定各子因素間的直接關聯矩陣（見表3），其中因素xij，（i=1，2，…，n，j=1，2，…，n，i≠j）表示因素ai對因素aj的直接影響程度。

表2 關聯程度分級表

表3 地下環形隧道出入口延誤影響因素的直接影響矩陣一覽表

Step2：確定影響因素之間的規范化直接影響矩陣。根據規范化直接影響矩陣的計算公式（1），可以得到第1 行元素對應的元素和最大為24 ，規范化矩陣G 如表4 所列。

Step3：確定影響因素之間的綜合影響矩陣。依據公式（2）和表4 可得到綜合影響矩陣如表5 所列。

表4 地下環形隧道出入口延誤影響因素的規范化直接影響矩陣一覽表

Step4：確定影響因素的影響度和被影響度。依據公式（3）和公式（4），以及表5 計算可得到這類數據。

表5 地下環形隧道出入口延誤影響因素的綜合影響矩陣一覽表

Step5：確定影響因素的中心度和原因度。根據公式（5）和公式（6），以及步驟4 計算出的影響度和被影響度可計算出因素之間的中心度和原因度，并根據這兩類數據繪制各項影響因素的原因- 結果圖（見圖1）。

圖1 各影響因素的原因- 結果圖

Step6：相關結論和建議。根據各項指標的原因-結果圖可以得出以下結論：

（1）首先必須把握原因因素。根據DEMATEL 方法得出的原因因素是不易改變的且對其它因素影響比較大，而結果因素易受到某些原因因素的影響而發生改變。所以，若想減少地下環形隧道出入口延誤，首先必須控制原因因素。從圖1 可以看出地下環形隧道出入口延誤的原因因素有：坡度、車道寬度、車道長度、側向凈寬、光照、性別、年齡、車輛性能、車輛類型和車庫吸引率；結果因素有：視距、速度、交通量、噪聲、和反應判斷能力。

（2）需要特別注意道路因素和車庫因素。這15 個指標中，主因素道路和車庫對應的五個子因素的原因度都較大，尤其是坡度、車道長度和車庫吸引率，它們對其它因素的影響較大。光照、性別、年齡的原因度相對較小，但也會影響其它因素。速度指標和反應判斷能力是原因度指標較小，最容易受到其它因素的影響。

以上結論符合影響交通延誤的相關因素的現實情況。因此，在設計地下環形隧道出入口時，首要考慮的就是根據預計的地下車庫規模和吸引率修建與之配套的地下道路設施，合理設置車道坡度、長度、寬度。其次，在地下環形隧道出入管控中，要嚴格控制進出的車輛類型，不同類型的車輛也應分車道行駛。

4 結論

本文首先構建地下環形隧道出入口交通延誤影響因素體系，其次，利用DEMATEL 模型對地下環形隧道出入口交通延誤影響因素進行研究，得出地下環形隧道車庫、出入口道路是關鍵。因此，為了減少在地下環形隧道出入口交通延誤，尤其要重視在地下環形隧道出入口根據地下車庫預計吸引率的大小所進行的合理設計。