黃婷，靳如平, 倪玉丹，杜志剛

(1.貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司, 貴州 貴陽(yáng) 550000；2.武漢理工大學(xué))

1 引言

根據(jù)《2020年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》權(quán)威發(fā)布：截止到2020年底，中國(guó)公路隧道為21 316處/2 199.93萬(wàn)延m，比2019年末增加2 249處/303.27萬(wàn)延m。中國(guó)是世界上公路隧道規(guī)模最大、數(shù)量最多、地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)形式最復(fù)雜、發(fā)展速度最快的國(guó)家。以貴州省為例，貴州地處崇山峻嶺，受地形限制，高速公路建設(shè)橋隧比大，截至2020年底，已建成高速公路7 606.919 km，貴州省高速公路共有隧道230.864/2 178座。受經(jīng)濟(jì)、自然條件限制，高速公路運(yùn)營(yíng)過(guò)程中低照度、低流量、低養(yǎng)護(hù)現(xiàn)象長(zhǎng)期存在，低照度隧道光環(huán)境常常誘發(fā)不良的視覺(jué)心理反應(yīng)——隧道中部的“時(shí)空隧道”效應(yīng)、隧道進(jìn)出口的“白洞效應(yīng)”與“黑洞效應(yīng)”，駕駛?cè)顺霈F(xiàn)嚴(yán)重的視錯(cuò)覺(jué)，對(duì)車速、車距、方向等發(fā)生較大誤判，導(dǎo)致超速、車距不足、視覺(jué)不適等現(xiàn)象，易誘發(fā)追尾、撞(側(cè))墻的交通事故。

為了解決公路隧道照明節(jié)能與交通安全之間的矛盾，JTG D81—2017《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》、JTG/T D81—2017《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)細(xì)則》中提出應(yīng)該在隧道中設(shè)置視線誘導(dǎo)設(shè)施(突起路標(biāo)、輪廓標(biāo)、輪廓帶等)。杜志剛等研究表明，視線誘導(dǎo)設(shè)施能夠以低成本改善隧道光環(huán)境，預(yù)防事故的發(fā)生，但實(shí)際應(yīng)用中存在視認(rèn)性差、誘導(dǎo)性不足等問(wèn)題；李海光等研究表明，反光環(huán)等設(shè)施有助于提升駕駛?cè)藢?duì)隧道入口的注意力和方向感；馬兆有等指出，現(xiàn)有公路隧道視線誘導(dǎo)系統(tǒng)的有效性缺乏評(píng)價(jià)研究。

公路隧道輪廓帶系統(tǒng)主要是由輪廓帶(含大反光環(huán)、小反光環(huán)、反光條、多點(diǎn)輪廓帶幾種形式)和突起路標(biāo)、輪廓標(biāo)等組成的用于誘導(dǎo)駕駛?cè)艘暰€、改善行車環(huán)境的綜合系統(tǒng)。輪廓帶系統(tǒng)能夠輔助照明，清晰勾勒隧道輪廓，提升駕駛?cè)丝臻g感，誘導(dǎo)效果好，尤其有利于大貨車駕駛?cè)?，同時(shí)能降低隧道照明用電量。近幾年，隨著蓄能自發(fā)光技術(shù)和逆反射材料的不斷創(chuàng)新發(fā)展，輪廓帶系統(tǒng)在中國(guó)貴州、浙江、江西、四川等地得到廣泛應(yīng)用，但其布設(shè)理論依據(jù)不足，應(yīng)用中較為混亂(表1)，主要問(wèn)題如下。

表1 各規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、指南中輪廓帶設(shè)施相關(guān)內(nèi)容統(tǒng)計(jì)

(1)隧道輪廓帶種類較多，缺少統(tǒng)一的分類。輪廓帶主要是在構(gòu)件的表面張貼反光膜的設(shè)施，安裝于隧道側(cè)壁，根據(jù)在隧道側(cè)壁的安裝范圍又可分為大反光環(huán)、小反光環(huán)、反光條3種。其中大反光環(huán)由隧道檢修道路面延伸至隧道洞頂；小反光環(huán)從距離檢修道底面約2 m的高度開(kāi)始延伸至隧道洞頂；反光條則是由隧道檢修道路面沿側(cè)壁延伸3 m左右，不延伸至隧道頂部。在中國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及各地應(yīng)用中其名稱、設(shè)置方案等極為混亂。

圖1 各規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、指南中輪廓帶設(shè)施

(2)在實(shí)際工程案例中輪廓帶系統(tǒng)設(shè)置方案混淆雜亂，其誘導(dǎo)設(shè)施的種類、組合布設(shè)方案、設(shè)施間距及色彩等均存在顯著的差異，缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

(3)實(shí)際工程中輪廓帶系統(tǒng)有效性缺乏評(píng)價(jià)方法。目前輪廓帶系統(tǒng)在高速公路隧道中應(yīng)用廣泛，不少方案存在誘導(dǎo)信息設(shè)置間距不合理、位置過(guò)高等問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致駕駛?cè)艘暰嘁晠^(qū)改善效果不佳、視覺(jué)負(fù)荷過(guò)大等一系列后果。

因此，亟需針對(duì)現(xiàn)在的隧道輪廓帶系統(tǒng)提出一種合理的評(píng)價(jià)體系，對(duì)于建立和優(yōu)化隧道視線誘導(dǎo)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提高隧道行車環(huán)境具有重要的意義。

2 高速公路隧道空間路權(quán)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則

空間路權(quán)是指道路交通主管部門(mén)為了提升道路使用效率、確保用路者的通行安全，根據(jù)道路交通工程與管理的原理，由道路交通法規(guī)、交通控制設(shè)施，在一定空間內(nèi)，規(guī)范道路使用者使用道路的權(quán)利，是保障道路安全行車功能正常發(fā)揮的首要條件。

隧道空間路權(quán)，即在有通行路權(quán)的前提下，車輛可以合法行駛的長(zhǎng)度(即距離)、寬度與高度，如圖2所示。但是，擁有路權(quán)不代表絕對(duì)安全，交通設(shè)施缺失、不明確或設(shè)置不當(dāng)將會(huì)導(dǎo)致駕駛?cè)藢?duì)路權(quán)的困惑?？紤]到高速公路隧道相對(duì)普通道路有著特殊的行駛環(huán)境，更應(yīng)提供給駕駛?cè)肆己玫目臻g路權(quán)感知環(huán)境，主要要求有：

圖2 高速公路隧道內(nèi)空間路權(quán)示意圖

(1)清晰明確?？臻g路權(quán)系統(tǒng)完整，需要向駕駛?cè)颂峁┣宄鞔_的車道信息(橫向)，防止行車軌跡偏移過(guò)大，造成交通沖突或碰撞側(cè)壁。同時(shí)給駕駛?cè)颂峁┟鞔_的隧道內(nèi)部輪廓信息(豎向)，防止車輛碰撞側(cè)壁或者超高碰撞洞頂。

(2)一致性。所有明確空間信息的視線誘導(dǎo)設(shè)施必須保持全路線(縱向，即行車方向)的連續(xù)性、一致性。

(3)給予駕駛?cè)顺渥愕囊曊J(rèn)-反應(yīng)時(shí)間。必須保障所有誘導(dǎo)設(shè)施的可視性、誘導(dǎo)性以及與隧道環(huán)境的協(xié)調(diào)性。

因此高速公路隧道內(nèi)誘導(dǎo)信息的設(shè)置應(yīng)該為駕駛?cè)颂峁┣逦鞔_的空間路權(quán)，降低低照度環(huán)境下駕駛?cè)藢?duì)路權(quán)邊界及空間輪廓認(rèn)知難度，使駕駛?cè)四茏裱T導(dǎo)設(shè)施的指引安全行車。

3 基于空間路權(quán)的輪廓帶系統(tǒng)評(píng)價(jià)

3.1 評(píng)價(jià)體系及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

空間路權(quán)評(píng)價(jià)主要針對(duì)高速公路隧道輪廓帶系統(tǒng)中的各類型設(shè)施在前進(jìn)方向、豎向以及橫向空間位置的設(shè)置情況進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。黃靜研究發(fā)現(xiàn)：在隧道內(nèi)行駛時(shí)駕駛?cè)?0%以上注視點(diǎn)分布在隧道的車道內(nèi)，注視點(diǎn)主要分布在視野內(nèi)右下方位置，且視認(rèn)概率右下>左下>上方。因此，隧道內(nèi)空間路權(quán)信息顯著度及重要度為道路邊線位置(右下)>檢修道路緣位置(右下)>隧道側(cè)壁位置(左下)>洞頂位置(上方)。依據(jù)路權(quán)信息顯著度及重要度等對(duì)指標(biāo)進(jìn)行排序，提出如圖3所示的空間路權(quán)評(píng)價(jià)體系，各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的行車空間路權(quán)評(píng)價(jià)方法如表2所示。

圖3 高速公路隧道輪廓帶系統(tǒng)空間路權(quán)評(píng)價(jià)

表2 公路隧道輪廓帶系統(tǒng)空間路權(quán)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)說(shuō)明

3.2.1 橫向路權(quán)評(píng)價(jià)指標(biāo)

(1)車道分界線(圖4)：雙排突起路標(biāo)或雙白線的形式能避免并排車輛均接近道路邊線時(shí)發(fā)生碰撞危險(xiǎn)，保障行車安全，同時(shí)突起路標(biāo)逆反射系數(shù)優(yōu)于道路標(biāo)線。故雙白線+雙排突起路標(biāo)>單排突起路標(biāo)+雙白線>突起路標(biāo)+單白線(低照度條件)>雙白線>單白線。

圖4 車道分界線

(2)車道邊線：檢修道側(cè)壁輪廓標(biāo)反光面積更大，設(shè)置位置更高，不易被遮擋，空間感更強(qiáng)。設(shè)置檢修道輪廓標(biāo)加突起路標(biāo)，可分隔出路側(cè)凈區(qū)，且逆反射系數(shù)高，路權(quán)更清晰，此為最佳方案(評(píng)價(jià)分級(jí)見(jiàn)表2)。

3.2.2 豎向路權(quán)評(píng)價(jià)指標(biāo)

隧道輪廓誘導(dǎo)見(jiàn)圖5。

圖5 隧道輪廓誘導(dǎo)

(1)側(cè)壁輪廓：隧道內(nèi)部交通事故主要為追尾和撞擊側(cè)壁，其中撞壁事故占20.1%。明確隧道的豎向路權(quán)旨在給駕駛?cè)颂峁┟鞔_的隧道內(nèi)部輪廓信息，防止車輛碰撞側(cè)壁，主要通過(guò)設(shè)置隧道輪廓帶實(shí)現(xiàn)，能勾勒隧道形狀，明確空間路權(quán)，提升空間感與方向感；與輪廓標(biāo)、突起路標(biāo)協(xié)同設(shè)置，能起到更好的效果。具體評(píng)價(jià)分級(jí)見(jiàn)表2。

(2)洞頂輪廓：高速公路隧道交通事故中的主要車型以小型客車和大型貨車為主。隧道內(nèi)部光線昏暗，洞頂輪廓的凸顯有助于大貨車駕駛?cè)嗣鞔_隧道高度，同時(shí)便于后方被大貨車遮擋視線的車輛辨識(shí)前方車輛運(yùn)行狀況。

3.2.3 縱向路權(quán)評(píng)價(jià)指標(biāo)

(1)一致性：在考察行車道的縱向路權(quán)時(shí)，要求隧道及相鄰路段各種設(shè)施都應(yīng)連續(xù)設(shè)置、成比例且無(wú)相互影響。具體評(píng)價(jià)分級(jí)見(jiàn)表2。

(2)差異性：研究表明，多頻率多尺度信息共同組合能改善駕駛?cè)说囊曞e(cuò)覺(jué)效應(yīng)，使反應(yīng)時(shí)間顯著縮短。輪廓帶系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)使隧道內(nèi)各部分具有顯著區(qū)分度，因此不同位置的誘導(dǎo)信息應(yīng)當(dāng)具備差異性，如隧道路面與檢修道、側(cè)壁及洞頂可分別采用點(diǎn)狀、條狀和環(huán)狀信息，具體評(píng)價(jià)分級(jí)見(jiàn)表2。

4 工程應(yīng)用實(shí)例

貴州某高速公路隧道左右洞長(zhǎng)度分別為4 060、4 048 m雙向四車道的分離式隧道，設(shè)計(jì)車速為80 km/h，改善前方案如表3和圖6所示。應(yīng)當(dāng)?shù)厮淼拦芾聿块T(mén)要求，對(duì)該隧道進(jìn)行提質(zhì)升級(jí)，并在隧道中以200 m的設(shè)置間距加裝反光環(huán)，改善后方案圖7所示。

表3 改善前隧道輪廓帶系統(tǒng)設(shè)置情況

圖6 改善前隧道無(wú)輪廓帶方案設(shè)置情況(單位:m)

圖7 改善后隧道輪廓帶系統(tǒng)設(shè)置情況(單位:m)

改善后該隧道內(nèi)部輪廓信息通過(guò)反光環(huán)與側(cè)壁誘導(dǎo)標(biāo)實(shí)現(xiàn)，但側(cè)壁誘導(dǎo)標(biāo)與檢修道誘導(dǎo)標(biāo)頻率無(wú)差異，且反光面積小，對(duì)于側(cè)壁輪廓誘導(dǎo)效果不佳。針對(duì)這一問(wèn)題，將側(cè)壁輪廓標(biāo)改為反光環(huán)，具體方案及設(shè)施信息如表4和圖8所示。通過(guò)視線誘導(dǎo)設(shè)施構(gòu)成多頻率、多尺度信息系統(tǒng)。

表4 隧道輪廓帶系統(tǒng)推薦方案設(shè)置情況

圖8 隧道輪廓帶系統(tǒng)推薦方案設(shè)置情況(單位:m)

依據(jù)所提出的評(píng)價(jià)體系及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)改善前的無(wú)輪廓帶方案(含突起路標(biāo)、檢修道輪廓標(biāo)、側(cè)壁輪廓標(biāo))、改善后大反光環(huán)方案(含突起路標(biāo)、檢修道輪廓標(biāo)、側(cè)壁輪廓標(biāo)、大反光環(huán))及推薦的大反光環(huán)與反光條組合方案(含突起路標(biāo)、檢修道輪廓標(biāo)、大反光環(huán)、反光條)進(jìn)行評(píng)價(jià)并匯總，結(jié)果見(jiàn)表5。

從圖6和表5可以看出：改善前該隧道為無(wú)輪廓帶方案，突起路標(biāo)的設(shè)置可保障車道邊線清晰明辨。車道分界線為雙白線，在低照度隧道環(huán)境中辨識(shí)性較低，安全性不足。改善前側(cè)壁輪廓標(biāo)無(wú)法凸顯隧道空間形狀，同時(shí)視線誘導(dǎo)設(shè)施設(shè)置連續(xù)但不協(xié)調(diào)，輪廓標(biāo)過(guò)于集中于隧道底部，不利于路側(cè)及洞頂障礙物的發(fā)現(xiàn)及提醒，豎向及縱向路權(quán)不明確，改善前輪廓帶系統(tǒng)空間路權(quán)總體評(píng)價(jià)為C-級(jí)。

綜合圖7及表5可以看出：改善后的反光環(huán)方案，添加隧道側(cè)壁及洞頂輪廓參照信息，豎向路權(quán)由D級(jí)提升至A級(jí)。路側(cè)突起路標(biāo)及輪廓標(biāo)設(shè)置間距對(duì)齊，實(shí)現(xiàn)行車方向上誘導(dǎo)設(shè)施的連續(xù)與一致性，避免視線的突然性跳躍，一致性由C級(jí)提升為A級(jí)；由改善前單一高頻信息變?yōu)楦哳l與低頻信息結(jié)合，信息類型更加豐富，側(cè)壁與洞頂有差異，但是側(cè)壁與檢修道無(wú)顯著性差異，差異性由D級(jí)提升至C級(jí)。綜上所述，改善后輪廓帶系統(tǒng)空間路權(quán)為B+級(jí)。

表5 隧道輪廓帶系統(tǒng)改善前后及推薦方案評(píng)分情況

綜合圖8和表5可以看出：反光環(huán)與反光條結(jié)合在道路分界線上設(shè)置突起路標(biāo)，提升了車道分界線的可視性，實(shí)現(xiàn)隧道斷面平順過(guò)渡，使車道分界線由最初的C級(jí)提升至A級(jí)；輪廓帶利用反光條替換改善方案中的側(cè)壁輪廓標(biāo)，與反光環(huán)結(jié)合，視距范圍內(nèi)可見(jiàn)輪廓信息增加，設(shè)置高度更加合理，較改善前后均有顯著提升，輪廓誘導(dǎo)效果更優(yōu)。誘導(dǎo)信息為高、中、低頻信息組合，大中小尺寸信息互補(bǔ)的綜合信息系統(tǒng)，推薦方案在可視性、連續(xù)性、導(dǎo)向性以及視覺(jué)調(diào)控方面均有較大提升，空間路權(quán)綜合評(píng)價(jià)為A級(jí)。

綜上所述，反光環(huán)與反光條以及其他視線誘導(dǎo)設(shè)施結(jié)合組成的輪廓帶系統(tǒng)更能明確空間信息，保障隧道空間路權(quán)的明確性、可視性及可辨認(rèn)性。因此，推薦在高速公路隧道內(nèi)部使用該方案。

5 結(jié)論

(1)提出了基于空間路權(quán)的高速公路隧道輪廓帶系統(tǒng)評(píng)價(jià)體系，在復(fù)雜的隧道安全系統(tǒng)中能反映隧道交通工程設(shè)施設(shè)置的合理性。該方法較為簡(jiǎn)便，可操作性強(qiáng)，以貴州某高速公路隧道為實(shí)例，利用該評(píng)價(jià)體系對(duì)輪廓帶系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，為評(píng)估隧道輪廓帶系統(tǒng)的有效性提供了可靠依據(jù)。

(2)車道分界線建議采用雙排突起路標(biāo)與雙白線的形式，與現(xiàn)有的單/雙白線相比，其表達(dá)的路權(quán)信息更加明確且視認(rèn)效果更佳。

(3)現(xiàn)狀設(shè)置了輪廓帶的隧道往往也設(shè)置了高頻側(cè)壁輪廓標(biāo)，與檢修道路緣的輪廓標(biāo)在形狀、尺寸和間距方面均缺乏差異性?？v向視距范圍內(nèi)很難辨識(shí)，容易混淆，導(dǎo)致空間路權(quán)不清晰，側(cè)壁輪廓標(biāo)的輪廓誘導(dǎo)效果低于反光條誘導(dǎo)效果，建議不設(shè)置側(cè)壁輪廓標(biāo)。

(4)在高速公路隧道中，反光環(huán)、反光條結(jié)合，與其他交通工程設(shè)施共同組成的輪廓帶系統(tǒng)其空間輪廓更好，路面及檢修道的點(diǎn)狀信息、側(cè)壁的條狀信息、洞頂?shù)沫h(huán)狀信息在形狀、尺寸、頻率上有顯著差異，能提供更明確的空間路權(quán)，推薦在高速公路隧道中采用該方案。