基于BIM技術的三維虛擬道路綠化樹木稀疏度對駕駛員視覺疲勞的影響

齊源達，郭根勝，劉博淵，王作豪

(1.內蒙古農業大學 能源與交通工程學院；2.內蒙古博睿億鑫科技有限公司，內蒙古 呼和浩特 010000)

近年來，隨著BIM技術的發展和推廣，在建筑行業的應用已日漸成熟，能夠貫穿于“建管養運”一體化全生命周期過程[1～4]。公路工程涉及的工程范圍廣、相關專業多，同時，又是長線條帶狀構造物，與點狀建筑構筑物特性有很大的區別，因此，BIM技術在公路工程上的應用還在發展摸索過程中[5]。交通運輸部科學研究院伍朝輝等人對道路設施養護的業務特征和應用需求進行了分析，探討了BIM在道路設施養護中的應用目標與內容，并提出了BIM應用創新的重點方向[6]。中建七局的王鵬威等人針對公路改建工程中的重點、難點，提出了采用BIM技術輔助施工措施，從場地優化、危險工程的可視化解析、碰撞檢索深化優化等方面開展了BIM技術應用，一定程度上保證了工程的順利施工，提高了施工質量，降低了施工成本[7]。石澤桂、孟煒、徐占杰、從俊林、王碧軍、羅瑤等人從隧道工程、鐵路工程、交通工程、高速公路、橋梁鋼圍堰、公路勘測等方面對BIM技術在具體工程案例中的應用進行了闡述[8～13]。

視覺適應是由于刺激物的持續感化所引起的感覺轉變。明適應就是當眼睛突然從弱光狀態下轉到強光狀態下時，眼球中的感受性會降低，而在強光中停留一段時間后，眼球中的感受性會隨著時間增長而逐漸提高。同理，暗適應為眼睛突然從光線較明處轉移到暗處的適應過程。由于明暗適應是一個適應過程，所以頻繁的明暗環境的轉變會增加眼睛的負荷，易造成視覺疲勞的出現[14]。筆者從駕駛員視覺角度出發，運用BIM技術及3DS MAX軟件建立三維道路模型，探討車輛在高速行車過程中，道路兩側樹木稀疏度對駕駛員視覺疲勞的影響。

1 三維道路模型的建立

1.1 運用3DS MAX建立三維道路

3DS MAX軟件具有可以運行多種腳本文件的特點，如圖1所示，可以在其基礎功能上應用插入腳本文件roadland制作完成。在制作工程中以道路三維圖為模型，插入上雙黃線等基本的交通道路線條。

圖1 道路綠化三維模型

1.2 建立車輛因素模型

研究的車型選擇為道路設計的標準車型小客車，應用BIM技術和3DS MAX軟件建立的車輛三維模型如圖2所示。

圖2 標準車型(小汽車)模型

1.3 三維模型建立

把車輛模型和道路模型進行結合，構建車、路一體的三維運行模型，在三維環境下可以體現道路本身的設計要素，還可以更加形象地展現出道路附屬構造物各要素指標，有助于較清晰、較容易地獲取實驗的參數指標。經過以上加工成如圖3所示。

圖3 三維道路模型平面

2 運用BIM技術分析

2.1 運用Revit建模

選擇道路綠化樹種，構建實驗所需的不同樹木稀疏度，運用Revit建模，建立道路元素模型，如圖4、圖5、圖6所示。

圖4 汽車三維模型

圖5 白楊樹三維模型

圖6 皮卡車三維模型

筆者選取以上模型為基本建模模型，選擇白楊樹綠化樹種，做了簡單的實驗，后期再結合不同綠化樹種(道路景觀)進行大量的研究。

2.2 不同樹木稀疏度不同時間段的日照圖

2.2.1 較低稀疏度。樹木較稀疏時，秋分時節呼和浩特市北京時間9時、12時和16時日照圖如圖7、圖8、圖9。

圖7 9時日照

圖8 12時日照

圖9 16時日照

2.2.2 中等稀疏度。樹木中等稀疏度時，秋分時節呼和浩特市北京時間9時、12時和16時日照圖如圖10、圖11、圖12。

圖10 9時日照

圖11 12時日照

圖12 16時日照

2.2.3 較高稀疏度。樹木較高稀疏度時，秋分時節呼和浩特市北京時間9時、12時和16時日照圖如圖13、圖14、圖15。

圖13 9時日照

圖14 12時日照

圖15 16時日照

3 結論分析

本研究選取樹木的陰影比例、道路的光線照射情況、明暗適應轉變頻率、視覺環境是否單一等為試驗的評價指標。

由表1可知，當道路兩側樹木較稀疏時，不管在9時、12時還是16時樹木在太陽光的照射下倒映在道路上的樹蔭都不連貫，且無陰影處與有陰影處的面積呈3∶7比例。當駕駛員駕駛小汽車高速通過時，會經過連續的敏感適應階段。當眼睛連續經過許多次明暗適應轉變，會增加眼部運作壓力，易造成視覺疲勞。

表1 道路兩側樹木較稀疏指標

由表2可知，當道路兩側樹木稀疏度為中等時，在9時及16時兩個時刻樹木在太陽光的照射下倒映在道路上的樹蔭基本連貫在一起，12點時刻無陰影處面積與有陰影處面積比例約為4∶6。當駕駛員駕駛小汽車高速通過時，不會經過過多的敏感適應轉變，且由于樹木稀疏度為中等，太陽光線小部分照射在路面上，公路的照明條件亦為良好，不易引起駕駛員視覺疲勞。

表2 道路兩側樹木中等稀疏指標

由表3可知，當道路兩側樹木較為稠密時，不管是在9時、12時還是16時樹木在太陽光的照射下倒映在道路面上的樹蔭連貫，道路會被樹蔭所遮蓋。當駕駛員駕駛小汽車高速駛過時，不會發生過多的明暗適應轉變。但由于兩側樹木過于稠密，使駕駛員的視線內的景物過于單一，且光線在樹冠的遮擋下不易射入，造成關照情況不良，人的視覺在過于單一的情況下更易發生視覺疲勞。

表3 道路兩側樹木較稠密指標

4 結束語

隨著BIM技術在交通運輸工程領域的進一步推廣和應用，道路交通運輸業數字信息化技術手段充當著越來越重要的角色。筆者從駕駛員角度出發，運用BIM技術及3DS MAX軟件建立了三維道路模型，將不同綠化樹木稀疏度的公路以圖形的形式展現出來，并通過BIM軟件把不同道路在一天不同時間段的日照所投射出來的樹蔭進行了分析，探討了車輛在高速行車過程中，道路兩側樹木稀疏度對駕駛員視覺疲勞的影響，為后續行車安全方面研究提供基礎數據。