高速公路防眩設施設計研究

孟利強

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

0 引言

在汽車行駛過程中，駕駛人所收到的信息中有97%～99%是來自視覺方面的。因此，駕駛人能否正常獲得行駛環境中的視覺信息是行駛安全最基本、最重要的保證。然而，在夜間行車時，由于會車時對向來車的前照燈強光會造成駕駛人視野范圍內出現強烈的亮度對比，降低駕駛人獲取視覺信息的能力，而且駕駛人在這種情況下通常會趨利避害，調轉視線，逐漸使車輛偏離正常的行駛方向從而發生交通事故。

為消除眩光給公路交通安全帶來的巨大危害，在公路中央分隔帶設置防眩設施成為一種普遍而行之有效的方案。防眩設施是利用部分遮光原理（遮光角8°～15°）既可以有效地遮擋對向來車前照燈的眩光，改善夜間行車條件增加駕駛人視距，同時也能保證橫向通視良好，減少對駕駛人的心理壓力。實踐證明，設置防眩設施可以較好地解決眩光問題，降低交通事故率，并且設計合理的防眩設施還可以起到改善公路景觀的作用。目前，國內的防眩設施主要采用的形式有防眩板、防眩網、植樹防眩。

1 現行的防眩設施設計理論

現行的《公路交通安全設施設計規范》（JTG D81—2006）中對于防眩設施的設計提出了如下幾點要求[1]：

a)中央分隔帶寬度小于9 m的路段應設置防眩設施。

圖1 防眩板

圖2 防眩網

圖3 植樹防眩

b)平曲線、豎曲線曲率半徑較小的路段應設置防眩設施。

c)公路路基橫斷面若為分離式斷面，且上下行車道高度差大于2 m的路段可以不設防眩設施。

d)防眩設施的布設應連續，不應出現在兩段防眩設施中間突然間斷的情況。

e)防眩設施的遮光角與防眩設施寬度、間距等可按圖4所示，通過式（1）計算確定。

圖4 遮光角計算示意圖

式中：β0為防眩設施遮光角；b為防眩板寬度；L為防眩板間距；α為防眩板偏轉角度。

f)防眩設施的高度應根據駕駛人視線，車燈高度等參數按圖5所示，通過式（2）計算確定。

圖5 防眩設施高度計算示意圖

式中：H為防眩設施最小高度；h1為汽車前照燈高度；h2為駕駛人視線高度；B1、B2分別為行車道上車輛距防眩設施中心線的距離；B為B1與B2之和。

在實際設計方案中，設計者通常是按照上述的原則性規定、方法計算確定一個統一的防眩設施寬度、間距、高度，然后在整條路線上統一執行安裝，這樣往往會造成諸如曲線路段停車視距不足，遮光角不足或橫向通視不好，高度不合理出現漏光等問題。另外，全線采用統一規格的防眩設施結構呆板、單調給司乘人員造成視覺疲勞[2]。

2 平曲線路段防眩設施設計

平曲線路段，車輛前照燈的光線沿道路曲線的切線方向射出，平曲線內側車輛的前照燈光射向外側車道，外側車道上車輛駕駛人的眼睛易暴露在眩光區內，造成駕駛人看不清路況，致使車輛越出路外或撞到中央分隔帶護欄，造成交通事故。為了在平曲線路段獲得和直線段一樣的遮光效果，防止出現一道一道的眩光柵，在平曲線防眩設施設計時應采取減小間距、偏轉角度的措施來增加遮光角。具體的遮光角應不小于根據圖6所示，及式（3）計算得到的遮光角。

圖6 平曲線路段遮光角計算示意圖

根據圖6所示及三角形正弦定理有：

式中：β0為車輛前照燈與主光軸的最大水平偏角；B3為汽車行駛在A點時與道路中線的橫向距離；R為平曲線半徑。

在平曲線路段除了需要根據線形適當調整防眩設施的遮光角外，還應重點考慮由于設置防眩設施而對行車視距造成的影響。

在平曲線路段為保證行車安全在路線設計中都會考慮留足一定的行車視距（包括停車視距、會車視距、超車視距等）在高速公路行車過程中為保證行車安全需嚴格執行相關的停車視距要求，以保證駕駛人在發現前方障礙物后采取制動措施使車輛在接觸障礙物之前停下來，以免發生交通事故。在中央分隔帶設置防眩設施極有可能會影響駕駛人的視距，如圖7所示，這種情況將極大地威脅到車輛的行駛安全。

如何才能消除或降低這種影響呢？筆者認為可以采用降低防眩設施設計高度與偏移防眩設施橫向布置兩種方法。

圖7 平曲線路段停車視距示意圖

a)為使防眩設施高度不致影響駕駛人能夠看到本車道最后一輛車的尾部，防眩設施的高度最大值可按圖7所示按照下式確定平曲線路段防眩設施的最大高度。

式中：H為防眩設施最大高度；h1為障礙物高度；h2為駕駛人視線高度；R為平曲線半徑；ST為停車視距（可按公路路線設計規范取值）；D為駕駛人與障礙物通視的直線距離；α為駕駛人視線與障礙物處平曲線半徑的夾角。

在日本等國家平曲線路段采用高度不大于1.2 m的防眩設施就是一種降低防眩設施的方案。但是筆者認為這種設計與中央分隔帶護欄的功效有所重復，造成浪費。筆者建議在平曲線路段的中央分隔帶設置防撞等級為SB或SA級的波形梁護欄（可以只在一側采用，或采用聯設型以降低造價），而不再設置防眩設施。首先，SB、SA級波形梁護欄高度較高（SB級為950 mm，SA級為1 300 mm），加之平曲線路段一般都設有超高，這樣使得波形梁護欄上緣與路面的相對高差會在1～1.3 m左右，這樣的高度可以讓駕駛人從護欄上緣通視本車道上的車輛，亦可以阻擋大部分的眩光。另外，曲線路段是交通事故易發路段，車輛沖撞中央分隔帶護欄的幾率要遠大于平直路段，加強護欄防撞等級可以提高路段行車安全性。但需要注意的是，在正常設置防眩設施與不設防眩設施的路段應設置過渡段，逐漸降低防眩設施高度，避免突變給駕駛人造成不適。

b)在平曲線曲率半徑較大且中央分隔帶相對較寬的路段，曲線比較緩和，設置防眩設施對停車視距的影響也會減弱，對于這種情況可以采取改變防眩設施橫向布置的方法來解決?？梢詫⒎姥ＴO施不再設置在中央分隔帶的中央，而是根據停車視距等幾何參數將防眩設施的位置向平曲線內側做偏移，最大移動距離可以根據圖7與式（6）確定。同樣，橫向位置的偏移也應該注意平緩過渡，避免突變保證防眩設施線形的流暢。

式中：W為偏移距離；R為平曲線半徑；ST為停車視距。

3 豎曲線路段防眩設施設計

在高速公路工程中，由于中央分隔帶一般都設置有波形梁護欄等隔離設施所以一般不會出現在低等級公路上常有的凸曲線路段防眩設施下緣漏光的現象。高速公路豎曲線路段眩光問題主要集中在凹曲線路段上。

由于現行的設計中基本不會考慮豎曲線路段對防眩設施的特殊要求，因此，如圖8所示，很顯然，當駕駛員在凹曲線較高的點時可以看到對向車輛前照燈的燈光造成眩光。

圖8 凹曲線路段眩光現象示意圖

要解決凹曲線路段由于防眩設施高度不足發生漏光而導致的眩光的問題可以采用以下的方案。

a)在凹曲線路段采用植樹防眩。在中央分隔帶種植足夠高度的樹木可以有效起到防眩作用，而且植樹防眩還可以起到美化路容，降低噪聲，緩解駕駛人心理壓力的作用。在樹種選擇，栽種形式上應與綠化工程整體設計，當地生態環境相適應，一般可選用具有一定高度、生命力強、具有水土保持性、耐粗放管理的樹種，如：紫薇、檜柏、大葉黃楊、大葉黃楊球、龍柏球、鳳尾竹等[3]。

b)當中央分隔帶寬度不足或由于埋設通信管道等原因不宜采用植樹防眩時則應通過增加防眩設施的高度來避免凹曲線路段漏光現象的發生。防眩設施的高度一般可以通過凹曲線路段的幾何參數計算得到。但在豎曲線路段不同點取不同的防眩設施高度對產品加工、施工安裝都會帶來不小的困難。實踐中可以采用如下的設計方法：首先依據凹曲線幾何參數將整個凹曲線路段劃分為4～12個典型路段，然后計算或作圖求得各個典型路段內的最大防眩高度，將各個典型路段求得的防眩設施高度計算平均值，平均防眩高度可以作為整個凹曲線路段的防眩設施高度設計值。顯然，這樣的設計必然會出現在個別點上仍然有漏光現象，所以在防眩要求特別高的路段可在平均值的基礎上適當增加高度作為防眩設施的設計值。

4 防眩設施形式選用與結構設計

4.1 樹立全壽命周期成本的設計思想

全壽命周期成本理論（life cysle cost簡稱LCC）是一種科學的項目經濟性分析工具。它的主要思想是從項目的長期經濟效益出發考慮項目的設計、建造、運營、維護、更新改造直至報廢的全過程的成本，需求項目全部壽命周期內成本值最小。我國交通部門發布的《新概念公路設計指南》和《降低公路造價的設計指南》都對這一設計思想進行了闡述[4]。在公路工程主體設計中要注重全壽命周期成本的核算，防眩設施作為一種易耗品，相對來說使用周期短，更換頻繁，更應注重其建造成本以外的后期運營、維護、更新成本。這種設計思想應貫徹在防眩設施設計的每個環節上。防眩形式的采用，防眩設施光學幾何參數的確定直至工程支撐形式設計等等都可以影響防眩設施全壽命周期成本。

以往的設計中，在防眩設施的形式選擇上往往主要考慮初始的建造成本，而容易忽略后期的運營養護費用。防眩設施的兩種主要形式在建造成本上防眩板的單位造價要略高于防眩網，防眩板每延米造價約為防眩網每延米造價的1.5倍。所以在節約初始造價的思想指導下選擇防眩網是較為經濟的方案。但是如果從全壽命周期成本的角度去考慮情況則不同。防眩網每片長度為4 m，12 m為一個聯合組，若出現損壞需要養護更換，最小的更換長度也要4 m，而防眩板則可單個更換（一般就是1延米），4延米防眩網的維護成本明顯高于1延米防眩板的維護成本。另外，防眩網一般情況下是3片、12 m為一組設置，若出現由于交通事故造成的損壞極有可能是一組全部被牽連破壞，那么維修的成本將極大提高，而防眩板一般單個獨立設置，損壞不會擴散，維修方便。所以綜合考慮建造成本，維護費用，防眩板的全壽命周期相對要更低一些。

4.2 防眩設施形式的選擇要考慮當地氣候條件

國內外的調查均表明從防眩效果與緩解駕駛人壓力等多方面來講，防眩板要好于防眩網。因此，在我國大部分地區防眩板成為防眩設施的首選形式，也取得了良好的效果。但是，在我國北方一些地區，風沙較大，特別是春冬季節，經常出現防眩板被風沙吹斷、擊碎等現象，因此在這些區域的高速公路防眩設施的選擇上應采用結構更加堅固、耐用的防眩網或者更加結實耐用的鋼制防眩板。對于北方一些區域（如東北地區）冬季降雪較多，再加之與風吹雪飄綜合作用，會在通透性不佳的防眩網上不斷堆積積雪，使防眩網成為雪墻。這種現象不僅會破壞防眩設施本身，而且影響車輛橫向通視，甚至影響路面行車安全，所以，在這些區域應采用通風性能較好、材質強度較高的防眩板。綜上所述，建議在南方地區及北方多雪地區采用防眩板，在北方干燥多風的地區采用防眩網。

5 防眩設施與公路景觀配合設計

我國目前的防眩設施普遍采用統一高度、統一規格、甚至統一顏色（綠色）的設計指導思想，千篇一律，毫無美感可言。這樣的設計固然方便生產加工、施工安裝，但是呆板的景觀會給司乘人員帶來一定的心理壓力，使司乘人員感覺視覺疲勞，昏昏欲睡。在公路設計講究人性化、藝術化設計的當前，防眩設施作為重要的公路沿線景觀有必要改進設計理念，通過更活潑、動感明快、形式多樣、藝術化的設計形式來與周遭環境相配合，給司乘人員營造一個動感優美、和諧舒適的旅行環境。下面是幾條比較好的建議可供參考：

a)可以根據仿生學原理，將防眩板形狀做成常見綠化植物的樹冠形式，間錯搭配安裝，這樣會給人以樹林地帶的感覺使人心情愉悅。

b)可以將防眩設施的形式與當地歷史文化、風土人情相結合。例如將防眩板制作成具有當地地標意義的建筑或當地文化標識的形式，這樣使當地人感到親切，使過路客了解當地風土人情。

c)防眩設施要富于變化，每隔3～5 km應當適當在顏色、形式上進行變化調整，消除司乘人員視覺疲勞。

d)防眩板結構設計中可加入棱鏡、反光膜組合，輔助起到輪廓警示、誘導功能。在一些彎道、急彎地帶使用起到既防眩又誘導作用，提高行車安全。

6 結語

防眩設施作為一項重要的高速公路交通安全設施工程，應能有效防止眩光，確保駕駛人夜間行車能夠獲得保證安全行車的足夠視覺信息。但是，當前的設計方案中存在著一些不足，對細節設計不是十分重視，造成了一些設計缺陷與不足。本文針對平曲線路段防眩設施容易出現的外側區域漏光、影響停車視距；凹豎曲線路段防眩設施易出現的上部漏光等問題，從防眩設施部分遮光原理和工程實際兩方面出發，提出了在平曲線路段中央分隔帶設置SB、SA型護欄，防眩設施偏位，在凹豎曲線路段采用較高大植樹防眩，增加防眩設施高度等解決方案。另外，本文還針對目前防眩設施設計結構設計缺陷、外觀形式千篇一律的現象，從全壽命周期成本、運營養護、景觀化設計等方面對防眩設施的結構設計、形式選擇、環境適用性、與公路景觀的配合方面提出了合理的建議，以期能夠使防眩設施的功能作用、景觀作用都得到更好的體現。