层次分析法在城市道路设计中的应用

层次分析法在城市道路设计中的应用
摘要：随着近年来我国社会经济水平的飞速增长，全国推进城市化的进程也在飞速前进中，随之而来的是私家车的保有量，以及城市道路货运交通的车辆数量大幅提升。

城市路网作为城市的骨架，承担着市内外及过境交通，这对于城市道路的设计工作提出了更高的要求。

道路设计作为城市路网建设中的重要环节，设计工作的合理性和科学性，都将是能否实现路网功能的关键因素。

关键词：城市道路设计；层次分析法；方案比选
引言
科学的城市道路规划能够为城市居民提供更加舒适便捷的生活环境，也能够有效规避城市交通拥堵问题。

城市道路设计是城市总体布局的骨架，其设计质量会直接影响城市整体建设的好坏，而要做好城市道路设计工作，需要明确城市道路设计中的要点。

1层次分析法理论及数学模型
1.1层次分析法理论层次分析法的决策过程，包含了定性分析及定量分析。

通过对决策目标的分析，分解出关于影响决策的不同影响因素，以及因素与因素之间、因素与不同方案之间的关系，从而构造出层次分析法的数学模型，来对不同方案进行排序比较，最终确定实现决策目标的最优方案。

层次分析法的使用步骤如下：（1）构造层次分析法数学模型；（2）构造判别矩阵；（3）层次单排序及其一致性检验；（4）层次总排序及其一致性检验。

1.2构造层次分析法数学模型
层次分析法是将决策的目标、影响因素和决策对象（待比选方案）分为三个不同层次，从高到低依次是：（1）最高层级（目标层）；（2）中间层级（指标层）；（3）最下层级（方案层）。

结构模型如图1所示：
图1层次结构模型
1.3构造判别矩阵
在构建完成层次结构模型后，需要对“指标层”中的各个影响因素进行两两比较，通过对比影响因素对决策目标实现的相对重要性，逐步确定各个影响因素的权重取值，并以此来构造判别矩阵，各因素的两两对比标度表如表1所列。

1两两对比标度表
在确定各元素的赋值后，构成判别矩阵，如下式：
1.4判别矩阵计算及其一致性检验
在计算出判别矩阵的特征值及特征向量后，为了验证权重取值是否合理，还需进行一致性检验。

计算过程如下（设判别矩阵A为n阶正互反矩阵）：
式中：λmax为判别矩阵A的最大特征值；CI为一致性指标。

定义RI为平均随机一致性指标，其取值如表2所列。

表2平均随机一致性指标RI取值表
设一致性比例：CR=CI/RI（n≥3；当n=1或2时，RI=0，因为1阶矩阵及2阶矩阵的判别结果总是一致的），计算结果按如下规则进行判别：（1）当CR＜0.1时，通过一致性检验；（2）当CR≥0.1时，未通过一致性检验，需适当调整判别矩阵及权重取值。

2道路设计的现状及存在的问题
2.1道路平面设计中的常见问题
平面设计是城市道路设计中的一个重要组成部分，但也是容易被设计人员忽略的内容，城市道路平面设计关系着道路的整体布局，如果设计人员对于平面设计不够重视，又或者没有严格依照相关规范进行设计，则可能引发各种各样的问题，如平面设计的转点角度、平曲线半径、平曲线长度不达标等，影响道路设计的整体效果。

2.2道路纵断面设计中的常见问题
道路纵断面设计是城市道路设计的重点和难点，也是道路设计方案是否合理的关键。

在纵断面设计中，同样存在一些常见的问题：（1）没有能够做好有效的道路标高设计，一般来讲，道路标高需要和地面排水设施、地下管线设施以及两侧建筑实现相互配合，但是当前部分设计人员对于道路标高设计不够重视，没有到项目现场进行勘察，又或者现场勘察收集的数据信息不够完善，在设计中缺
乏有效的数据支持；（2）在针对一些关键控制点进行设计时，没有做到有效的
交通分析，也没有对相应的高程点进行精准计算，设计方案的合理性和安全性无
法得到保障；（3）纵断面线形设计不合理。

城市道路纵断面线形设计需要做到
顺畅性，宁可缩小相邻坡度差，否则很容易引发局部积水问题，这也是当前很多
城市一旦遇到短时强降水就会出现内涝问题的一个重要原因。

交叉口纵坡需要与
相交道路横坡匹配，不能将变坡点设置在道路中心点。

同时，部分城市在道路设
计中存在着单纯依靠雨水口收水的情况，在竖向设计不合理的情况下，容易出现
路面脏、初期雨水携带大量垃圾、树叶堵塞雨水口的情况。

2.3道路横断面设计中的常见问题
道路横断面设计需要充分考虑周边地形地貌以及环境问题，在一些周边地形
条件复杂，横断面形式多样的路段，如果依然按照常规的道路设计要求，仅仅标
示一个标准横断面，显然无法将道路横断面的实际情况反映出来。

同时，非机动
车道宽度的设置同样是道路横断面设计中需要解决的一个关键问题，结合当前的
实际情况，部分城市道路的非机动车道的宽度为1m，从实际运行情况分析，由于
自行车或者三轮车因行驶速度慢，后面的车辆想要超车往往需要从机动车道借道，造成机动车与非机动车混行，存在极大的安全隐患。

3应用案例
3.1项目背景
新汇路规划道路等级为城市次干路，北接上南路，全长约15km，是主要通道
之一该工程新汇路设计范围：南起跃进河桥接坡，北接现状先新路，设计长度约2.01km，设计速度40km/h，规划红线宽度40m。

其中一段新汇路建成后将连通先
新路以北新汇路与新汇路大治河桥路段。

该项设计拟对4组横断面方案进行比选。

方案一：新汇路路段3m景观带+3.5m人行道+3.5m非机动车道+1.5m侧分带+7.5m
机动车道+2m中央带+7.5m机动车道+1.5m侧分带+3.5m非机动车道+3.5m人行道
+3m景观带=40m规划红线宽度。

方案二：新汇路路段3.5m人行道+3.5m非机动车
道+4.5m侧分带+7.5m机动车道+2m中央带+7.5m机动车道+4.5m侧分带+3.5m非
机动车道+3.5m人行道=40m规划红线宽度。

方案三：次干路典型断面3m景观带
+3.5m人行道+3.5m非机动车道+2.5m侧分带+15m机动车道+2.5m侧分带+3.5m非
机动车道+3.5m人行道+3m景观带=40m规划红线宽度。

方案四：两幅式型断面1m
绿带+3.5m人行道+3.5m非机动车道+11m机动车道+2m中央带+11m机动车道+3.5m
非机动车道+3.5m人行道+1m绿带=40m规划红线宽度。

3.2横断面方案层次结构模型
道路横断面方案需要考虑多方面因素，来最终确定最科学合理的断面组成方案。

此次新汇路横断面方案比选考虑的主要因素，按相对重要性排列如下：（1）很重要a.交通需求因素；b.行车安全性因素；c.道路设计指标因素d.道路景观
效果因素；e.经济性因素；f.用地因素。

（2）比较重要 a.起终点路段衔接因素；
b.未来改扩建便利性因素。

结束语
本文尝试通过运用层次分析法，建立层次结构模型，构建量化的权重矩阵，
将方案比选工作转为定量分析。

最终通过所有方案的权重得分排序，来确定最优
的推荐方案。

本文通过对道路横断面方案及路面结构方案的比选为例，介绍了层
次分析法在道路设计工作中的应用，以期为道路方案的设计工作提供一些有益的
参考。

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