基于层次分析法的互通式立交设计安全评价

摘 要：选择互通式立交的设计作为评价对象，评价范围为互通式立交中的各个设计指标。首先建立层次结构清晰的互通式立交安全性评价指标体系，然后运用层次分析法确定各个指标的权重值，将定性的指标量化；利用線性加权求和，最终得到互通式立交设计安全性评价的结果。

关键字：互通式立交设计，安全性评价，指标体系，层次分析法

0引 言

互通式立交是高速公路连接的枢纽和控制出入的重要交通设施，在路网中占有极其重要的地位。它取代了平面交叉口的信号管理，基本消除平面路口的冲突点，大大提高了道路的通行能力。然而要在有限的区域空间内完成各方面的交通转换，就加剧了其运行方向的复杂性；同时互通式立交的技术指标往往较低，当几个低限指标组合不当时，所构成的运行条件更为复杂。这些复杂因素导致互通式立交成为高速公路交通事故多发地。基于此，提高互通式立交的安全性就显得十分重要。

互通式立交评价准则较多，不同的指标对其安全性的影响程度不同，层次分析法是处理这类综合评价问题的有效方法，在工程实践中得到广泛应用。本文基于层次分析法对互通式立交进行安全性评价。

1评价指标体系的建立

按照系统性、科学性、公正性、实用性等原则，从匝道形式、线形及横断面组成、变速车道种类及长度、视距等方面对互通式立交进行安全性评价，建立层次结构的互通式立交安全性评价指标体系，分析其对交通事故的影响[1]。

1.1匝道形式

匝道的基本形式分为右转和左转。其中右转匝道通常采用直接右出的连接方式。在受地形地物的限制时，也采用左出右进的或左出左进的形式，但对行车安全极为不利，应尽量避免。左转匝道形式较多，常用直接式、半直接式和环道，在确定其类型时应考虑其行车安全性。

1.2匝道线形

在影响立交安全的因素中，线形的设计是关键。匝道各组成部分的行车状态不同，汽车行驶的安全性及可能发生的交通事故类型也不相同。根据汽车在匝道上的行驶特性，其分流前、后均为变速行驶状态。图1是其速度变化示意图。其中a表示v1—v2为减加速行驶过程，满足这种行驶状态的匝道平面线形比较理想的是在v1—v2区段设置非对称曲率变化率连续的平面线形，比较接近的平面线形是在v1—v2区段采用单曲线、凸形曲线、卵形曲线等。b表示v1—v2为常见的匀速或减速行驶过程，当匝道平面线形在反向曲线或同向曲线之间是由直线或曲线连接时就能满足这种行驶状态。当匝道纵坡为陡坡且上坡时，曲线间也可以采用较长的直线。c表示v1—v2为加减速行驶过程，由于汽车在匝道上过早加速，容易在入口附近造成减速不及而引起交通事故，应尽量避免在反向曲线或同向曲线之间用长直线或大半径平曲线连接。

图1 匝道中汽车行驶速度变化示意图

1.3匝道横断面组成

匝道横断面组成有3种形式。单向单车道是匝道中最常用的。在困难条件下，采用单向双车道横断面形式，应设置简易分隔设施或施划双黄线。对向分离双车道设置了中间分隔带，保证双向行驶车辆安全。

1.4变速车道种类

变速车道有平行式和直接式，这两种方式各分为加速车道和减速车道[2]。一般情况下，加速车道采用平行式，减速车道采用直接式。当变速车道为双车道时，加、减速车道均采用直接式。当主线交通量很小，所需加速车道很短时，可采用直接式。当主线用较小的尖锐曲线时，应用平行式变速车道。

1.5变速车道长度

变速车道长度为加（减）速车道与渐变段长度之和。变速车道的选用，除了应符合规范规定的最小长度之外，还应该结合正线和匝道的计算，以行车速度、交通量以及大型车所占的比例对其长度进行验算，按实际情况确定其合理长度。

1.6视距

视距问题是导致交通事故的主要原因之一。国外研究表明，8%～10%的交通事故与视距不足有关[3]，并且在视距不足段事故率远高于其他路段。经太旧高速公路立交调查，视距与交通事故率的关系见表1。

2层次单排序

2.1构造判断矩阵

对准则层的各指标之间的相对重要性进行比较，形成判断矩阵。判断矩阵的一般形式如表2所示。

2.2计算各层次上各因素的相对权重

根据判断矩阵和方根法，可计算各指标的相对权重，从而判别出影响度较大的因素。利用下式计算相对权重值：

2.3计算一致性指标

为保证权重合理，通常要对判断矩阵进行一致性检验，以观察其是否具有满意的一致性。否则，应修改判断矩阵，直到满足一致性要求为止。计算公式如下：

（4）

式中：n为判断矩阵的阶数； 为判断矩阵最大特征值；R为常数，随着n的变化而变化，具体数据见表4。

当I<0.1时，认为已执行可以接受，否则需要重新构造判断矩阵[4].

3评价结果计算

依据指标值本身并不能做出评价，特别是在一个包含多项评价指标的体系中，各项指标的取值范围各不相同。为了得到一个恰当的综合评价结果，需要将各项指标值化为取值范围相同的指数。本评价系统选择的指数取值范围为[0，100]。需对每个指标都进行分级，共分为5级，最优的为一级，次优的为二级，以此类推。每级对应一定的指标值范围和一定的指数范围，图2中的指数分级值构成了各级的范围上下界[5]。

图2 指标分级值和指数分级值

通过调查获得某一立交设计的各项指标值以后，依据各项指标的分级标定，将指标值换算为相应指数，利用加权求和的方法计算得到总分。计算公式如下：

（5）

其中： 为各单项评价指标的权重值，用前述层次分析法确定； 为各单项评价指标的指数值。

可以用U值对照表5来确定互通立交设计的安全性水平。

改善

4结语

本文运用层次分析法确定互通式立交设计安全性评价指标体系中各项指标的权重。依据各个指标的分级标定，将指标值换算为相应的指数值，再利用线性加权求和，得到了互通立交安全性评价的结果。并将评价结果分5个等级来反映不同的立交设计方面安全性水平，以期建立一个科学系统的互通式立交安全评价体系。

参考文献

[1] 陆化普.城市交通管理评价体系[M].北京：人民交通出版社，2003

[2] 孙家驷.道路设计资料集—交叉设计[M].北京：人民交通出版社，2003

[3] 裴玉龙，王炜.道路交通事故成因及预防对策[M].北京：科学出版社，2004

[4] 赵焕臣，许树柏，和金生.层次分析法[M].北京：科学出版社，1986

[5] 刘运通.道路交通安全指南[M].北京：人民交通出版社，2004

作者简介：李瑾（1989-），女，陕西武功人，长安大学公路学院道路与铁道专业硕士研究生。