地下环形隧道出入口交通延误影响因素研究

肖新波，何建平，邢 磊，徐 婷

（1.中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430010；2.长安大学，陕西 西安 710064）

0 引言

随着城市发展与机动车的逐年增加，城市中心区交通拥堵日益严重。据公安部交通管理局统计，截止至2018 年6 月底，全国机动车保有量达3.19 亿辆。地下环形隧道作为连接地下车库和分流过境交通的基础设施[1]，为缓解交通压力提供了一种新的解决方向。由于地下环形隧道的空间相对封闭，没有路侧绿化，只有人造灯光和压抑的护墙[2]，受照明和视觉条件的影响[3]，其环境、驾驶行为和道路条件等都与路面交通有所不同。作为与地面道路相连接的地下环形隧道出入口，经常会出现排队和交通组织混乱等现象，不仅影响到地下道路的正常运行，还使周边道路的交通功能无法正常发挥[4]。对此，现依托研究课题《西安中央文化商务区（CCBD）地下道路出入口设计与交通延误分析研究》（KY-N-L-2019-003），从线形[5]、交通、环境、驾驶人、车辆[6]和车库吸引率六个方面出发，利用DEMATEL 模型对影响地下环形隧道出入口交通延误的各因素之间的关系进行研究，确定原因因素和结果因素，为地下环形隧道出入口的设计及管控提供参考。

1 DEMATEL 模型

DEMATEL 方法是一种运用图论与矩阵论原理进行系统因素分析的方法，它借助系统中各因素之间的逻辑关系构建直接影响矩阵，计算各因素对其他因素的影响程度，以及被影响程度，从而计算各因素的中心度与原因度[7-8]，进而得出该因素是原因因素还是结果因素（被影响因素），以及影响或被影响程度。目前该方法已经广泛应用到实践中，如李春荣等人运用DEMATEL 方法研究得出影响沈阳市可持续发展的主要因素是地区财政紧张和领导不重视[9]，章玲等人借助DEMATEL 方法分析影响国防科技工业企业技术创新能力的主要原因为人力资源和软硬件基础[10]。但是此方法目前还未在交通领域得到广泛应用，因此现拟借助该方法来分析影响地下环形隧道出入口交通延误的各因素之间的关系，根据最终结果来调整地下环形隧道出入口的结构，达到减小延误的目的。

DEMATEL 方法的具体步骤如下：

步骤1：确定影响系统的各个因素，设定为a1，a2，……an。

步骤2：设定反映不同因素间影响关系的标度，通过请专家打分的方法确定不同因素之间的直接影响程度，得到系统初始的直接影响矩阵X（X=[xij]n×n）。

式中：xij（i=1，2…，n；j=1，2…，n；i≠j）表示因素ai对aj的影响程度；若i=j 则xij=0 。

步骤3 ： 运算得到规范化直接影响矩阵G（G=[gij]n×n）。

已知0≤gij≤1。

步骤4：计算系统中各影响因素间的综合影响矩阵T（T=[tij]n×n）。

步骤5：计算各个因素的影响度和被影响度，将矩阵T 中的各元素按照“行”进行相加可以得到相应元素的影响度，按照“列”进行相加可以得到相应元素的被影响度。因素ai（i=1，2，…，n）的影响度fi和被影响度ei可如下计算：

步骤6：计算各个因素的中心度和原因度，将系统的影响度和被影响度相加可以得到相应元素的中心度，将影响度和被影响度相减可以得到相应元素的原因度。如因素ai（i=1，2，…，n）的中心度mi和原因度ni可如下计算：

步骤7：做笛卡尔坐标系，标出各因素中心度和原因度在坐标系上的位置，分析各个因素的影响程度和被影响程度，对优化整个系统提出措施。

2 地下环形隧道出入口交通延误影响因素体系

构建较为完整的地下环形隧道出入口交通延误影响因素的体系结构，是分析地下环形隧道出入口交通延误的前提和基础。体系结构中所包含的影响因素应该具有一定的互补性并能较为全面地反映造成交通延误的规律。体系结构设置是否合理直接关系到地下环形隧道出入口设计与管控的调整。

影响地下环形隧道出入口延误的因素较多、结构多样，要确保分析结果的准确性，只有从多个层面和角度来设计相关因素。地下环形隧道出入口延误的影响因素划分应遵循科学全面的原则，其中科学性是确保交通延误影响因素分析合理的基础。另外，在设计地下环形隧道出入口延误影响因素体系结构时，要确保因素组成的合理性、系统性和完整性。

根据科学全面的设计原则和地下环形隧道自身的特点，设计出地下环形隧道出入口交通延误影响因素的体系结构。该体系结构中，目标层是地下环形隧道出入口延误。主因素由道路、交通、环境、驾驶人、车辆、车库六个方面组成。依据所涉及的内容不同，又可将上述六个主因素划分为若干个子因素。具体的划分情况见表1 所列。

表1 地下环形隧道出入口交通延误影响因素体系表

考察上述六个主因素（道路、交通、环境、驾驶人、车辆、车库），可以发现这六个主因素并不是相互独立的：车库的规模足够大，那么相应的配套设施道路也会较为完善，同时也会吸引更多的交通量。考察主因素（交通）所对应的子因素（速度、交通量），可以得出这两者之间也存在一定的关联性：一开始交通量较少，速度较快，随着交通量的增加，速度会随之降低，同时交通流密度也会经历一个由小到大再由大到小的过程。考察主因素（驾驶人）所对应的子因素（性别、年龄、反应判断能力），以及主因素车辆及其对应的子因素，也以此得出因素间存在一定关联这一结论。

3 地下环形隧道出入口交通延误影响因素分析

利用DEMATEL 方法，分析地下环形隧道出入口延误的影响因素，步骤如下：

Step1：确定影响因素之间的直接影响矩阵。采用1~9 标度对地下环形隧道出入口交通延误影响因素间的直接关联程度进行调研，9 个标度所对应的关联程度如表2 所列，表2 中没有0，因0 表示影响因素之间不存在关联影响。通过长安大学交通工程、路线方面的专家、教授的问卷调查，确定各子因素间的直接关联矩阵（见表3），其中因素xij，（i=1，2，…，n，j=1，2，…，n，i≠j）表示因素ai对因素aj的直接影响程度。

表2 关联程度分级表

表3 地下环形隧道出入口延误影响因素的直接影响矩阵一览表

Step2：确定影响因素之间的规范化直接影响矩阵。根据规范化直接影响矩阵的计算公式（1），可以得到第1 行元素对应的元素和最大为24 ，规范化矩阵G 如表4 所列。

Step3：确定影响因素之间的综合影响矩阵。依据公式（2）和表4 可得到综合影响矩阵如表5 所列。

表4 地下环形隧道出入口延误影响因素的规范化直接影响矩阵一览表

Step4：确定影响因素的影响度和被影响度。依据公式（3）和公式（4），以及表5 计算可得到这类数据。

表5 地下环形隧道出入口延误影响因素的综合影响矩阵一览表

Step5：确定影响因素的中心度和原因度。根据公式（5）和公式（6），以及步骤4 计算出的影响度和被影响度可计算出因素之间的中心度和原因度，并根据这两类数据绘制各项影响因素的原因- 结果图（见图1）。

图1 各影响因素的原因- 结果图

Step6：相关结论和建议。根据各项指标的原因-结果图可以得出以下结论：

（1）首先必须把握原因因素。根据DEMATEL 方法得出的原因因素是不易改变的且对其它因素影响比较大，而结果因素易受到某些原因因素的影响而发生改变。所以，若想减少地下环形隧道出入口延误，首先必须控制原因因素。从图1 可以看出地下环形隧道出入口延误的原因因素有：坡度、车道宽度、车道长度、侧向净宽、光照、性别、年龄、车辆性能、车辆类型和车库吸引率；结果因素有：视距、速度、交通量、噪声、和反应判断能力。

（2）需要特别注意道路因素和车库因素。这15 个指标中，主因素道路和车库对应的五个子因素的原因度都较大，尤其是坡度、车道长度和车库吸引率，它们对其它因素的影响较大。光照、性别、年龄的原因度相对较小，但也会影响其它因素。速度指标和反应判断能力是原因度指标较小，最容易受到其它因素的影响。

以上结论符合影响交通延误的相关因素的现实情况。因此，在设计地下环形隧道出入口时，首要考虑的就是根据预计的地下车库规模和吸引率修建与之配套的地下道路设施，合理设置车道坡度、长度、宽度。其次，在地下环形隧道出入管控中，要严格控制进出的车辆类型，不同类型的车辆也应分车道行驶。

4 结论

本文首先构建地下环形隧道出入口交通延误影响因素体系，其次，利用DEMATEL 模型对地下环形隧道出入口交通延误影响因素进行研究，得出地下环形隧道车库、出入口道路是关键。因此，为了减少在地下环形隧道出入口交通延误，尤其要重视在地下环形隧道出入口根据地下车库预计吸引率的大小所进行的合理设计。