淺談高速公路防眩板設(shè)計(jì)高度的研究現(xiàn)況

楊韻可YANG Yun-ke；尹存源YIN Cun-yuan；李玲LI Ling；楊仕強(qiáng)YANG Shi-qiang；馬利平MA Li-ping；張恒ZHANG Heng

（①云南省交通科學(xué)研究院有限公司，昆明 650200；②云南交通工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，昆明 650200；③云南省交通工程試驗(yàn)檢測(cè)企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，昆明 650200）

0 引言

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，作為地區(qū)間紐帶的高速公路發(fā)展趨勢(shì)迅猛。在2006-2016 年，我國(guó)高速公路總里程增長(zhǎng)8.57 萬(wàn)公里[1]（圖1），高速公路為人們的日常生活和工作提供巨大便利。同時(shí)，由于行車(chē)速度快，近年高速公路行車(chē)安全事故發(fā)生頻繁，特別是夜間行車(chē)事故，據(jù)事故統(tǒng)計(jì)，約60%的交通事故發(fā)生在夜間[2]。夜間兩輛汽車(chē)相向行駛，對(duì)向車(chē)輛前燈強(qiáng)光的照射會(huì)引起駕駛員眩光，出現(xiàn)暫時(shí)性失明或視覺(jué)疲勞，這是引發(fā)高速公路夜間行車(chē)事故的一個(gè)重要原因。因此，在降低高速公路事故的研究工作中，如何科學(xué)的有效防眩已成為亟待解決的重要問(wèn)題。目前，我國(guó)采用的防眩光途徑主要是在高速公路中央分隔帶設(shè)置防眩裝置，防眩裝置主要包含植物防眩、防眩網(wǎng)、防眩板三種形式，分別具有不同的防眩光效果（圖2）。其中，防眩板憑借其經(jīng)濟(jì)型、防眩效果好和安裝簡(jiǎn)易的優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用在實(shí)際工程，高速公路施工時(shí)采用同一參數(shù)設(shè)計(jì)防眩裝置并進(jìn)行安裝。但是高速公路的路況復(fù)雜，不同路段對(duì)防眩要求不一，若采用相同參數(shù)設(shè)計(jì)防眩裝置，可能危害高速公路夜間行車(chē)人的生命安全。因此，本文對(duì)現(xiàn)有的研究成果進(jìn)行整理，總結(jié)不同路段的防眩板參數(shù)設(shè)計(jì)，為今后我國(guó)高速公路防眩裝置的設(shè)計(jì)工作提供更多的參考資料。

圖1 2006-2016 年我國(guó)高速公路通車(chē)?yán)锍塘縖1]

圖2 防眩裝置

1 不同路段防眩板設(shè)計(jì)高度

防眩板的影響因素主要包括遮光角、防眩板高度和寬度、防眩板間距。其中，防眩板高度是最重要的影響因素之一。

1.1 平直路段

在平直路段，對(duì)向車(chē)輛車(chē)燈高度和駕駛?cè)艘暰€高度與防眩板的高度關(guān)系密切。平直路段車(chē)輛眩光原理圖如圖3所示，防眩板高度計(jì)算圖為圖4，防眩板的高度計(jì)算公式如下

圖3 平直路段車(chē)輛眩光圖[3]

圖4 平直路段防眩板高度計(jì)算圖[4]

其中，H：防眩板高度；ha：車(chē)輛燈光高度；hx：開(kāi)車(chē)人的視線高度；B1：強(qiáng)光車(chē)輛與防眩板的橫向距離；B：強(qiáng)光車(chē)輛與受眩車(chē)輛間的橫向距離。

由公式（1）可知，B 值與防眩板高度關(guān)系密切，國(guó)家規(guī)范表明當(dāng)強(qiáng)光車(chē)輛與受眩光車(chē)輛的橫向距離大于14m 不會(huì)出現(xiàn)眩光現(xiàn)象，因此，眩光分析只針對(duì)B 值小于或等于14m 的情況。在公式（1）的基礎(chǔ)上，學(xué)者們進(jìn)行了一些相關(guān)研究工作。王春娥[5]研究發(fā)現(xiàn)在雙向四車(chē)道的高速公路上，防眩板高度1.6-1.7m 時(shí)防眩效果好，同時(shí)防眩板滿(mǎn)足風(fēng)荷載承受能力的要求。另外，中央分隔帶的寬度作為公式（1）中B 值的一部分，與防眩板高度關(guān)系密切。當(dāng)防眩板高度為1.6m 時(shí)，中央分隔帶的寬度應(yīng)高于或等于3.75m；當(dāng)防眩板高度1.7m 時(shí)，中央分隔帶寬度高于或等于2m 才能達(dá)到防眩作用。趙錫森[6]考慮防眩板安裝位置因素對(duì)防眩板高度的影響，發(fā)現(xiàn)若防眩板位于中央分割帶的一側(cè)時(shí)，防眩高度按照規(guī)范設(shè)計(jì)要求的1.6-1.7m，會(huì)存在漏光現(xiàn)象，應(yīng)設(shè)置防眩板高度為1.75-1.85m，可以有效避免漏光現(xiàn)象。同時(shí)，相較于中央分隔帶兩側(cè)護(hù)欄位置，在中央分隔帶中線處安裝防眩板更具有經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)勢(shì)[6]。此外，防眩板高度也與設(shè)計(jì)車(chē)輛行駛速度存在相關(guān)性。

1.2 凹形豎曲線路段

由于現(xiàn)行規(guī)范中，未考慮不同路段對(duì)防眩光的要求差異，防眩設(shè)施設(shè)計(jì)存在不合理性。圖5 為凹形豎曲線路段汽車(chē)眩光原理圖。在凹形豎曲線路段上兩輛相向行駛的車(chē)輛，距凹形曲線底部較低位置的車(chē)輛容易讓對(duì)向車(chē)輛駕駛員受到眩光作用。如果設(shè)置與平直路段同一防眩高度的防眩板，則夜間高速行駛的車(chē)輛存在嚴(yán)重的安全隱患。因此，為避免防?，F(xiàn)象，需要對(duì)凹形豎曲線路段的防眩高度進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和修正。

圖5 凹形豎曲線路段汽車(chē)眩光圖[3]

近年來(lái)，學(xué)者們已逐漸認(rèn)識(shí)到凹形豎曲線路段防眩設(shè)置高度與直線路段的差異性，開(kāi)展了相關(guān)研究工作。顏佑啟[7]按照汽車(chē)車(chē)燈照射角12°計(jì)算凹性豎曲線路段防眩高度，肖代全[8]依據(jù)凹曲線半徑和照射角進(jìn)行修正防眩設(shè)施高度，這些學(xué)者提出在凹形縱斷面利用燈光照射角進(jìn)行防眩高度修正，但會(huì)造成依據(jù)遮光角獲得的縱距偏小。鄧海斌[9]提出應(yīng)基于駕駛員受到眩光時(shí)的縱距距離140m 進(jìn)行凹形縱斷面防眩高度修正較為合適。作者修正最小防眩高度為公式（2），并通過(guò)算例證明凹形曲線修正防眩高度的必要性。孫吉書(shū)[10]進(jìn)一步考慮坡度差和曲線半徑對(duì)凹形路段防眩板高度的影響，通過(guò)幾何運(yùn)算推導(dǎo)出凹形路段的最小防眩板高度為公式（3），利用工程實(shí)例驗(yàn)證推導(dǎo)出的防眩板高度在高速公路不同路段均能高效率的避免眩光。通常凹形曲線分為圓曲線和拋物線兩種，一般分析時(shí)，將凹形路段看作凹型曲線進(jìn)行數(shù)學(xué)化。與以上文獻(xiàn)[9，10]依據(jù)圓曲線形狀分析不同，趙曉娟[11]針對(duì)拋物線性曲線開(kāi)展研究，基于強(qiáng)光車(chē)輛、防眩板位置和受眩光駕駛員是否在凹曲線內(nèi)，分為兩種車(chē)輛組合的情況，一種為強(qiáng)光車(chē)輛和受眩車(chē)輛均在凹形豎曲線，第二種為一車(chē)在凹形豎曲線內(nèi)而另一車(chē)在凹形豎曲線的直線路段，建立計(jì)算模型。潘兵宏[12]針對(duì)凹曲線內(nèi)的兩種車(chē)輛組合位置情況，建立詳細(xì)的凹形豎曲線路段防眩板高度流程圖，如圖6 所示。鄭坤鵬[13]也將凹形豎曲線視為拋物線，研究發(fā)現(xiàn)防眩板高度與凹形豎曲線半徑成反比，與對(duì)向車(chē)車(chē)燈照射距離成正比。但其依據(jù)的公式具有局限性，僅適用于對(duì)向車(chē)與受眩光車(chē)均在凹形豎曲線路段的情況。此外，趙曉娟[9]在凹形豎曲線路段順著公路的前進(jìn)方向，防眩高度呈先增大，后保持恒定，隨后逐漸減小的變化趨勢(shì)。另外，為了避免防眩高度突然增大給駕車(chē)員造成不適應(yīng)，趙曉娟[11]提出在需防眩修正的凹型豎曲線路段安裝50m 防眩板過(guò)度段，過(guò)渡段防眩板高度間距可設(shè)置為0.05m。吳焱[3]推薦防眩設(shè)施過(guò)渡段為120m。施工人員可根據(jù)防眩板經(jīng)濟(jì)性和避光情況，采取合理的防眩板過(guò)渡段即可。

圖6 凹形豎曲線路段防眩板高度計(jì)算流程[12]

其中，R：凹曲線半徑；θ：凹曲線圓心角；hf：平直路段防眩板高度；H 是凹形豎曲線路段最小防眩高度。

其中，R：凹曲線半徑；θ：凹曲線圓心角；w：對(duì)向車(chē)與受眩光車(chē)的坡度差；H：平直路段防眩板高度。

2 防眩板安裝設(shè)置

在實(shí)際工程中，防眩板嚴(yán)格遵循安裝原則才能保證防眩光效果，因此防眩板的高質(zhì)量安裝對(duì)于確保夜間行車(chē)安全至關(guān)重要。防眩板安裝類(lèi)型分為獨(dú)立安裝和防眩板-護(hù)欄兩種。安裝時(shí)，需注意以下幾個(gè)方面：①在需安裝防眩板路段，應(yīng)按照連續(xù)性原則進(jìn)行安裝，避免因間斷安裝造成駕車(chē)人遭遇眩光。②目前防眩板種類(lèi)和形狀具有多樣性，如豎直板、人字形、樹(shù)葉形和名勝古跡形（圖7）。所以，在選擇防眩板種類(lèi)時(shí)需因地制宜，應(yīng)考慮高速公路所在地區(qū)的實(shí)際情況。③防眩板應(yīng)安裝穩(wěn)定牢固，確保安裝平整，無(wú)傾斜不平現(xiàn)象。④防眩板需嚴(yán)格按照要求安裝，確保安裝角度和間距準(zhǔn)確。⑤防眩板安裝前，需檢查防眩板尺寸、平整度和色澤度是否與圖紙要求一致。（圖8）

圖7 不同形狀的防眩板

圖8 現(xiàn)場(chǎng)安裝防眩板

3 總結(jié)

①在平直路段，防眩光效果與防眩板高度和中央隔離帶之間的關(guān)系密切。在不同路段，按照統(tǒng)一高度設(shè)施防眩板存在不合理性，多位學(xué)者們根據(jù)實(shí)際工程案例已證明凹形豎曲面路段采用平直路段的防眩板高度會(huì)出現(xiàn)眩光，并推導(dǎo)出防眩板高度計(jì)算公式，施工人員可根據(jù)工程情況，通過(guò)公式推算出防眩板的合理高度，從而有效避免不同路段的眩光現(xiàn)象。②在實(shí)際工程中，保證防眩板的高質(zhì)量安裝對(duì)夜間行車(chē)安全至關(guān)重要，應(yīng)引起施工人員的重視。