基于層次分析法的非機動車道安全性評價

謝明逸，凌宏偉

（1.上海浦東地產有限公司，上海市 201204；2.上海浦東建筑設計研究院有限公司，上海市201206）

0 引言

非機動車出行是多年來我國常用的一種交通出行方式。近年來，隨著人民生活水平的不斷提高，對于健身的需求不斷提升，同時隨著大氣環境保護理念的逐步推進，城市交通建設發展越來越多地關注和提倡慢行、低碳的交通出行方式。

非機動車道是城市道路空間規劃設計的重要內容。根據《城市道路工程設計規范》（CJJ 37—2012）（2016 年版），道路橫斷面一般由機動車道、非機動車道、人行道、分車帶(中間分車帶、兩側分車帶)、停車帶等部分組成[1]。道路橫斷面形式和各組成部分的尺寸及比例應按照道路等級、設計速度、設計年限中機動車和非機動車的交通量以及人流量、交通特性、交通組織、交通設施、地上桿線、地下管線、綠化、地形等因素進行統一安排，以保障車輛和人行交通的安全通暢。在道路斷面布置型式中，按非機動車道與機動車道的關系，一般可分為相對隔離和機非共板2 種，其典型布置斷面見圖1、圖2。

圖1 道路非機動車道與機動車道典型布置斷面（相對隔離）

圖2 道路非機動車道與機動車道典型布置斷面（機非共板）

實踐表明，城市道路橫斷面的選型需要一個客觀、科學的工程評價體系支撐[2]。現階段，面對不同城市交通情況，交通活動的參與者一般只注意到機動車道的擁堵情況、安全威脅等，但是非機動車道的擁堵、騎行安全也是一個不容忽視的問題[3]。以往城市道路的規劃設計研究和決策工作中，一般主要側重于機動車的空間布局和安全性設計，對于非機動車道大都僅考慮通行能力的分析和寬度的規劃設計，而缺少對非機動車道安全性的綜合分析和評價。然而，非機動車道的安全性設計往往會很大程度地影響道路工程的總體設計方案，比如會引起道路整體斷面型式的變化、橋梁坡度大小的調整、交叉口整體平面布局和交通組織的優化等等。因此在規劃設計研究和決策階段，在重視非機動車道通行能力分析的同時，還應重視非機動車道的安全性評價分析。

對于非機動車道通行能力的分析，目前有比較成熟和規范的計算和評價體系。根據《城市道路工程設計規范》，非機動車道寬度根據自行車設計交通量以及按每條自行車道設計通行能力計算的自行車車道條數來確定。但對于非機動車道安全性的評價分析，還沒有比較全面、客觀的綜合分析方法。目前主要采用專家打分法等，但這類方法受方案研究者和決策分析組織者的主觀因素影響較大，并不十分客觀。

本文結合筆者近年來參與的部分上海市道路工程規劃設計工作，以層次分析法為基礎決策分析方法，對非機動車道的安全性評價進行研究，并結合實際工程案例對非機動車道總體方案比選方法進行分析和總結，以期為今后相關道路工程的規劃和設計決策提供一些經驗借鑒。

1 評價研究方法

1.1 方法概述

層次分析法（簡稱AHP）是20 世紀70 年代初提出的一種層次權重決策分析方法。該方法的特點是在對復雜決策問題的本質、影響因素及其內在關系等進行深入分析后，構建一個層次結構模型，利用較少的定量信息，把決策的思維過程數學化，從而為求解多準則或無結構特性的復雜決策問題提供一種簡便的綜合決策分析方法。層次分析法簡單實用，是一種系統性的分析方法，適用于定量數據信息較少時的決策評價。

本次采用層次分析法來評價非機動車道安全性設計，分析步驟是：建立層次結構模型→構造比較判別矩陣→單準則下的層次排序和一致性檢驗→層次總排序和一致性檢驗。

1.2 建立層次結構模型

以層次分析法建立層次結構模型，結合工程實踐總結，本文采用3 層式：目標層、因素層和因子層。其中第1 層為目標層A 層，為非機動車道安全性；第2 層B 層，為安全性評價因素，主要包括路段安全、交叉口安全、橋坡安全3 個方面；第3 層C 層，為安全評估因子，影響非機動車道的安全因子非常多，包括非機動車駕駛人的安全意識和行為、道路設施條件、交通管理措施等等。在方案規劃設計研究和決策階段，初步考慮取用路段安全、交叉口安全、橋坡安全3 方面的9 個因素。其中的路段安全性評價因素以通行路權、車道寬度、機非隔離為評估因子；交叉口安全性評價因素以機非分道行駛、專用信號燈和相位、其他配套安全措施為評估因子；橋坡安全性評價因素以縱坡度、鋪裝抗滑力、下坡出入口距離為評估因子。

非機動車道安全性評價的層次結構模型見圖3。

圖3 非機動車道安全性評價的層次結構模型

1.3 構造比較判別矩陣

層次結構模型建立后，從第1 個準則層開始向下，確定不同因素相對于上一層因素的重要性權數。通常采用兩兩比較的方法，用一個比較標度aij來表達下一層次中第i 個因素和第j 個因素的相對重要性，并由aij來組成比較判別矩陣A=（aij）。

根據評價因素，第1 層對第2 層的兩兩比較判斷矩陣見表1。

表1 A-Bi 評價因素層判別矩陣

根據評估因子，第2 層對第3 層的兩兩比較判別矩陣見表2～表4。

表2 B1-Ci 評估因子判別矩陣

表3 B2-Ci 評估因子判別矩陣

表4 B3-Ci 評估因子判別矩陣

1.4 單準則下的層次排序和一致性檢驗

根據判別矩陣來計算權重。計算權重的方法有多種，其中和法和根法是比較成熟和常用的方法，本文采用和法進行計算。

對于上述各比較判別矩陣，求出最大的特征值和對應的特征向量，將特征向量進行歸一化后，得到相應的單層次排序重要性權重向量，以及一致性指標CI 和一致性比例CR。其中平均隨機一致性指標RI 值見表5，表中n 為矩陣階數。

表5 平均隨機一致性指標RI

一致性指標CI 和一致性比例CR 計算結果見表6。

表6 一致性指標CI 和一致性比例CR

由表6 可見，4 個層次的單排序一致性比例CR值均小于0.1，符合一致性要求。

1.5 層次總排序和一致性檢驗

通過A-B 矩陣分析已計算出第2 層（B 層）相對于總目標（A 層）的排序向量是：

W（2）=（0.6333，0.2605，0.1062）T。

而第3 層（C 層）以第2 層第i 個因素（Bi）為準則時的排序向量分別為：

（B1-Ci）（3）=（0.6194，0.2842，0.0964，0，0，0，0，0，0）T。

（B2-Ci）（3）=（0，0，0，0.5390，0.2973，0.1638，0，0，0）T。

（B3-Ci）（3）=（0，0，0，0，0，0，0.6479，0.2299，0.1222）T。

通過計算得第3 層（C 層）相對于總目標（A 層）的排序向量W 為：

W=（（B1-Ci）（3）（B2-Ci）（3）（B3-Ci）（3）））W（2）=（0.3923，0.1800，0.0611，0.1404，0.0774，0.0427，0.0688，0.0244，0.0130）T。

對層次總排序進行一致性檢驗：

由表6 得，CI（2）=（0.0433，0.0046，0.0018）T；RI（2）=（0.52，0.52，0.52）T。

則CI（3）=W（2）×CI（2）=（0.6333，0.2605，0.1062）T×（0.043，0.0046，0.0018）T= 0.0288。

再求RI（3），RI（3）=W（2）×RI（2）=（0.6333，0.2605，0.1062）T×（0.52，0.52，0.52）T=0.5200。

再求CR（3），CR（3）= CR（2）+ CI（3）/ RI（3）= 0.0372 +0.0288/0.5200 = 0.0927。

從以上計算結果可見，總排序一致性比例CR（3）值小于0.1，符合一致性要求。

1.6 權重確定

由第3 層（C 層）相對于總目標（A 層）的排序向量W 得到各評估因子的重要性排序，見表7。

表7 評估因子的重要性排序

2 工程案例分析

本文以某市政道路新建工程為例，運用基于層次分析法的非機動車道安全性評價方法，進行非機動車道設計方案的比選。

（1）方案一。路段單獨設置非機動車道，非機動車道寬度3.5 m，路段設有機非分隔帶和人非分隔帶；在各交叉口考慮安全措施，設有機非分道行駛導向標線，但沒有設非機動車專用信號燈和相位，沒有其他配套安全措施；為便于騎行，橋梁坡度采用較小坡度2%，采用普通路面鋪裝，橋坡兩側有2 處小區出入口，接地處距離小區出入口20 m。

（2）方案二。路段單獨設置非機動車道，非機動車道寬度3.5 m，路段設有機非分隔帶；在各交叉口考慮安全措施，設機非分道行駛導向標線、非機動車專用信號燈和相位，但沒有其他配套安全措施；橋梁坡度采用2.5%，采用抗滑鋪裝，橋坡兩側有2 處小區出入口，接地處距離小區出入口40 m。

（3）方案三。路段單獨設置非機動車道，非機動車道寬度3.5 m，路段機非混行；交叉口不設機非分道行駛導向標線、非機動車專用信號燈和相位，但考慮了其他配套安全措施；橋梁坡度采用3.5%，采用抗滑鋪裝，橋坡兩側有2 處小區出入口，接地處距離小區出入口較遠，約60 m。

方案比選的步驟是通過層次分析法計算各評估因子的權重，再以各方案評估因子的優劣排序分值為基數，計算整體加權得分進行比較，選出最優方案，并對最優方案提出優化建議。

首先，由表7 可以得到各評估因子的重要性排序和權重；再按3 個方案評估因子的優劣排序考慮分值，各取3 分、2 分和1 分；最后列出評估因子分值和權重表（見表8）。

表8 評估因子分值統計表

由表8 中的評估因子分值乘以各自權重，可以得出方案一總得分為2.69；方案二總得分為2.83；方案三總得分為2.30。通過比較可以看出，方案二總得分高于方案一、方案三，故推薦采用方案二。

在推薦方案基礎上，根據評估因子的分值可作進一步分析，提出優化建議。在本案例中，方案二的交叉口其他配套安全措施為1 分，橋坡縱坡度和下坡出入口距離為2 分，尚有優化余地。因此提出：在交叉口設計中可以加強配套安全措施的設計，如增加護欄設施、非機動車二次過街、機動車道右轉必停等措施；下坡出入口距離為中等，為進一步提高安全性，可以采取增設出入口警示標志、減速帶等措施。

3 結語

（1）非機動車道的安全性評價可以為道路總體方案和道路規劃設計斷面型式確定提供重要的決策依據。基于層次分析法的非機動車道安全性評價方法可以彌補一般的專家打分法受方案研究者和決策分析組織者主觀因素影響較大的缺陷，是一種較為有效、客觀的決策分析方法。

（2）層次分析法在非機動車道安全性評價中的應用步驟主要包括：建立層次結構模型（本文采用目標層、因素層、因子層共3 層）、構造比較判別矩陣、單準則下的層次排序和一致性檢驗、層次總排序和一致性檢驗。

（3）在具體項目實踐中，可以運用層次分析法，以各評估因子的權重和優劣排序分值為基數，計算出方案的整體加權得分，由此進行非機動車道設計方案的比選。

（4）安全性評價因素包括路段安全、交叉口安全、橋坡安全3 個方面，安全評估因子則選擇了路段通行路權、車道寬度，交叉口專用信號燈和相位，橋坡縱坡度、鋪裝抗滑等9 項評估因子。但實際上每個項目的情況會有所不同，所面臨的影響因素和因子也有所差別。因此在工作實踐中運用層次分析法時，應對項目的規劃和現狀建設條件等進行充分調研，再根據項目實際情況確定合適的影響因素和評估因子。