高速公路防眩高度確定方法

趙錫森吳金海彭余華王江紅段華勇

文章編號(hào)：1000033X（2016）12007907

收稿日期：20160609

基金項(xiàng)目：云南省交通運(yùn)輸廳聯(lián)合攻關(guān)科技項(xiàng)目（云交科教[2016]56號(hào)）

摘要：為了解決高速公路夜間行車時(shí)普遍存在的強(qiáng)光炫目問題，通過分析車輛前照燈、駕駛?cè)艘暰€和防眩板設(shè)置高度在道路橫縱斷面上的投影關(guān)系，構(gòu)建相應(yīng)的計(jì)算模型，從而提出包含前后縱坡的凹形豎曲線路段防眩高度計(jì)算方法，與基于不同高速公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和位于中線與中央分隔帶兩側(cè)的2種設(shè)置情形下的直線段最小防眩高度，以及不需增加防眩高度的凹形豎曲線半徑臨界值查詢表，可為相關(guān)施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：防眩板；幾何模型；防眩高度；設(shè)置位置

中圖分類號(hào)：U412.36文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Determination of Antiglare Height of Expressway

ZHAO Xisen1， WU Jinhai2， PENG Yuhua3， WANG Jianghong3， DUAN Huayong1

（1. Zhaotong Dashanbao Highway Construction Headquarters， Zhaotong 657000， Yunnan， China；

2. China Road and Bridge Corporation， Beijing 100011， China； 3. School of Highway， Chang an University， Xian 710064， Shaanxi， China）

Abstract： In order to resolve the problem of glare that is ubiquitous when driving at night on expressway， the projection relationship on cross section between vehicle headlamp， drivers line of sight and the height of antiglare plate was analyzed ，and related calculation model was built. The calculation method of antiglare height of concave vertical curve section including longitudinal slope was proposed. Minimum antiglare height for straight line segments based on different highway design standards and two settings on both sides of the center line and center divider and lookup table for critical value of the radius of concave vertical curve without increasing of antiglare height， provide reference for similar projects.

Key words： antiglare plate； geometric model； antiglare height； setting location

0引言

目前，高速公路的橋梁路段以及由于過窄、干旱缺水等原因而難以植樹的中央分隔帶廣泛采用防眩板來(lái)解決夜間對(duì)向行車的車燈強(qiáng)光眩目問題。《高速公路交通工程及沿線設(shè)施設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D80—2006）（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》）規(guī)定直線路段防眩高度應(yīng)為1.60～1.70 m，平、縱線形組合路段防眩高度應(yīng)為1.20～1.80 m；《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T D81—2006）（以下簡(jiǎn)稱《細(xì)則》）建議防眩設(shè)施的高度不宜超過2 m。實(shí)踐表明，在平直線路段按照規(guī)定的1.60～1.70 m高度設(shè)置防眩板仍存在上側(cè)漏光問題，而在凹形豎曲線路段，處于高處的車前燈光高度亦會(huì)超過凹面路段較低處防眩板高度而造成眩光。

目前，國(guó)外道路防眩的研究大多是分析眩光對(duì)交通安全的影響，并從光源體、傳播路徑及受光體3方面采取措施削弱眩光影響。對(duì)于凹形豎曲線路段，Mok等提出在不同的道路線形條件下，防眩設(shè)施應(yīng)采用不同的高度；Wang等研究了凹形豎曲線的線形特征，為研究凹形豎曲線上防眩設(shè)施高度奠定了理論基礎(chǔ)；鄧海斌、吳燚等人均通過建立不同的凹曲線路段計(jì)算模型，分析獲得防眩設(shè)施設(shè)置高度的函數(shù)表達(dá)式[1]。楊春風(fēng)等人認(rèn)為防眩高度主要取決于光源車輛距防眩板的橫向距離與光源車輛和受光車輛之間橫向距離之比的大小，以此提出最不利車道組合形式為接受眩光車輛在最里車道位置和光源車輛在對(duì)向最外側(cè)車道位置[2]。楊少偉等人考慮超高、曲率和縱坡等不同因素單獨(dú)或組合的影響，根據(jù)車型選擇最不利位置作為特征點(diǎn)，利用空間幾何和平面線形理論，研究不同路段任意樁號(hào)中央分隔帶防眩植物高度的計(jì)算方法[3]。

國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù)規(guī)范只提供了防眩板防眩高度的選用范圍，沒有配合道路相關(guān)技術(shù)指標(biāo)以及工程中常出現(xiàn)的設(shè)置方式給出貼近實(shí)際的防眩高度選用方案。近年來(lái)對(duì)于防眩高度的研究方法也主要是基于防眩板設(shè)于道路中線的幾何分析，所建立的計(jì)算模型大都只含有豎曲線段，沒有考慮較小半徑凹形豎曲線為適應(yīng)不同位置處變化的防眩需求而可能導(dǎo)致的前后縱坡上的防眩板高度變化，也未探討實(shí)際工程對(duì)板高的經(jīng)濟(jì)性需求，難以合理、經(jīng)濟(jì)、有效地指導(dǎo)工程實(shí)踐。

本文依據(jù)汽車前照燈運(yùn)動(dòng)與駕駛?cè)艘暰€移動(dòng)軌跡在道路橫縱斷面上的投影線，通過分析防眩板設(shè)計(jì)要素與高速公路幾何設(shè)計(jì)要素之間的關(guān)系，從而提出包含前后縱坡的凹形豎曲線路段防眩高度計(jì)算方法、基于不同高速公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和位于中線與中央分隔帶兩側(cè)2種設(shè)置情形下的直線段最小防眩高度，以及不需增加防眩高度的凹形豎曲線半徑臨界值查詢表，以科學(xué)便捷地指導(dǎo)工程應(yīng)用。

1平面線形段最小防眩高度

平面線形段防眩板防眩高度設(shè)計(jì)采用式（1）。

H=hd+（hy-hd）B1B（1）

式中：H為直線段防眩高度（m）；hd為汽車前照燈高度（m）；hy為駕駛員視線高度（m）；B1為行車道上光源車輛距防眩板的距離（m）；B為光源車輛與受光車輛之間的橫向距離（m）。

為保證所有組合類型車輛的安全性，選取貨車駕駛員受對(duì)向貨車前照燈眩光影響作為最不利的情況，故式（1）中hd=1 m，hy=2 m?！都?xì)則》表明，當(dāng)相會(huì)兩車橫向距離B≥14 m時(shí)，兩車燈光不會(huì)使駕駛員眩目，且在中央分隔帶寬度d≥9 m的路段不必設(shè)置防眩設(shè)施。綜合文獻(xiàn)[2]、[4]對(duì)各車道組合形式下B1/B的大小進(jìn)行比較可得出最不利車道組合形式為：在保證兩車橫向間距B<14 m的前提下，受光車輛處于超車道，而光源車輛在對(duì)向較外側(cè)車道位置，此時(shí)得到的防眩板高度較為安全可靠，見圖1。由于B1、B的大小受車輛所處位置、防眩板位置、行車道寬度、中央分隔帶寬度、左側(cè)路緣帶寬度的影響，故需根據(jù)光源車輛所處車道位置、防眩板設(shè)置位置以及表1中相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)相應(yīng)的B1和B值分以下3種路況進(jìn)行分類討論。

（1）路況一。當(dāng)光源車輛在平曲線內(nèi)側(cè)第3條車道或距道路中線更遠(yuǎn)的車道上行駛時(shí)，與對(duì)向車輛的橫向間距B≥14 m，駕駛員基本不會(huì)受到眩光影響，故不考慮該種情況。

（2）路況二。光源車輛在平曲線內(nèi)側(cè)靠近道路中線的第2條車道上行駛。以120 km·h-1設(shè)計(jì)速度為例，當(dāng)中央分隔帶寬度為2 m，對(duì)向兩車橫向間距B=3.75×2+0.75×2+2=11 m，光源車輛與道路中線橫向距離B1=3.75+3.75/2+0.75+2/2=7375 m，光源車輛與中央分隔帶護(hù)欄處防眩板橫向距離B′1取較大值為8375 m。同理可計(jì)算其他設(shè)計(jì)速度下不同中央分隔帶寬度時(shí)的B1、B′1、B值。但隨著中央分隔帶寬度的增加，該狀況下相會(huì)兩車橫向距離B亦可能不小于14 m，不符合最不利車道組合形式，此時(shí)考慮第3種情況。

（3）路況三。光源車輛在平曲線內(nèi)側(cè)超車道行駛。以120 km·h-1設(shè)計(jì)速度為例，當(dāng)中央分隔帶寬度為5 m，則B1=3.75/2+5/2+0.75= 5.125 m，B′1=3.75/2+5+0.75= 7.625 m，B=3.75+5+0.75×2=10.25 m。同理可得此情形下其他設(shè)計(jì)速度時(shí)不同中央分隔帶寬度的B1、B′1、B值。

將以上各情況計(jì)算出的B1、B′1和B值代入式（1）中，得到在不同設(shè)計(jì)速度、中央分隔帶寬度和設(shè)置位置下的防眩高度計(jì)算值H。計(jì)算過程中，由于直線段防眩高度計(jì)算值只受B1/B值的影響，故同一設(shè)計(jì)速度在路況二下，直線段中線處的防眩高度計(jì)算值H隨著中央分隔帶寬度的增加而降低，而在中央分隔帶任一側(cè)的防眩高度計(jì)算值隨著中央分隔帶寬度的增加而增加；在路況三下，直線段中線處的防眩高度計(jì)算值均為1.5 m，而在中央分隔帶任一側(cè)的防眩高度計(jì)算值仍隨著中央分隔帶寬度的增加而增加。為保證各因素影響下的直線段防眩效果及易實(shí)施性，最終采用的最小防眩高度值見表2。

由表2可知，直線路段位于中線處的防眩板采用的最小設(shè)置高度應(yīng)為1.5～1.7 m。經(jīng)式（1）計(jì)算，中央分隔帶寬度d>6 m時(shí)，中線處防眩高度Hmin≤1.60 m，但此時(shí)會(huì)使兩車橫向間距B≥14 m，不滿足最不利情況，故表中處于中線處的防眩板不存在1.55 m及1.60 m的防眩高度。另外，位于中央分隔帶任一側(cè)的防眩高度應(yīng)為1.75～1.85 m，若按照《規(guī)范》中給定的1.6～1.7 m設(shè)置，在板位于中央分隔帶一側(cè)的情況下，會(huì)存在上方漏光。因此，防眩高度應(yīng)根據(jù)不同設(shè)計(jì)速度、中央分隔帶寬度和設(shè)置位置，參照表2進(jìn)行設(shè)置。此外，在具有相同防眩效果的前提下，在道路中線處設(shè)置防眩板相對(duì)于在中央分隔帶兩側(cè)護(hù)欄上設(shè)置所需防眩高度更低，經(jīng)濟(jì)性更好。

2.2不需增加防眩高度的豎曲線半徑臨界值

由式（2）～（8）可知，光源車輛與防眩板的橫向距離B1、光源車輛與接收光線車輛之間的橫向距離B以及豎曲線半徑R對(duì)防眩高度影響較大，而前后縱坡坡度變化對(duì)于高度值影響較小。以表2中考慮不同設(shè)計(jì)速度、中央分隔帶寬度以及設(shè)置位置所計(jì)算得到的直線段防眩高度作為基礎(chǔ)，按照上節(jié)的凹形豎曲線路段防眩高度計(jì)算方法，可得出對(duì)應(yīng)于表2所列各種情形下，不需增加防眩高度的凹形豎曲線半徑臨界值，見表3。

根據(jù)表3，對(duì)照直線段防眩高度計(jì)算值變化特性可知：同一設(shè)計(jì)速度的不同中央分隔帶寬度采用相同防眩高度Hmin時(shí)，在路況二下，由于直線段中線處的防眩高度計(jì)算值隨著中央分隔帶寬度的增加而降低，故所需的凹形豎曲線半徑臨界值隨之而減小，而在中央分隔帶任一側(cè)的防眩高度計(jì)算值隨著中央分隔帶寬度的增加而增加，相應(yīng)所需的凹形豎曲線半徑臨界值也隨之增大；在路況三下，直線段中線處的防眩高度均為1.5 m，所需的凹形豎曲線半徑臨界值均相同，而中央分隔帶任一側(cè)的防眩高度計(jì)算值隨著中央分隔帶寬度的增加而增加，所需的凹形豎曲線半徑臨界值亦隨之增大。

在具體工程中，可根據(jù)設(shè)計(jì)速度、中央分隔帶寬度、防眩板設(shè)置位置以及凹形豎曲線半徑，通過表3直接確定該凹形豎曲線段是否可與相應(yīng)直坡段防眩高度相一致。若凹形豎曲線半徑不滿足表3的臨界條件時(shí)，應(yīng)根據(jù)式（2）～（8）計(jì)算豎曲線段以及前后縱坡的最小防眩高度。由于該計(jì)算方法得到的防眩高度具有連續(xù)變化的特性，為了方便設(shè)施生產(chǎn)和高度過渡，建議以5 cm為間隔設(shè)置，即170 m、1.75 m等；若凹形豎曲線半徑滿足表3的臨界值條件，即可保持與相應(yīng)平面線形段防眩高度一致，以減少設(shè)計(jì)計(jì)算工作量。

3算例與分析

云南省某高速公路是一條設(shè)計(jì)速度為80 km·h-1的雙向四車道高速公路，中央分隔帶寬為2 m，行車道為4×3.75 m。參照現(xiàn)有規(guī)范，該條道路防眩高度擬采用17 m，能滿足直線路段和平曲線路段防眩高度要求，但難以保證凹形豎曲線路段不同位置處多變的防眩需求，因此，需要結(jié)合前文內(nèi)容對(duì)防眩板參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。以下結(jié)合表2、3以及第2節(jié)中的計(jì)算方法，取3段凹形縱曲面（基本參數(shù)見表4）作為算例進(jìn)行防眩高度的確定。

由Vd=80 km·h-1和中央分隔帶寬度d=2 m

兩個(gè)已知設(shè)計(jì)參數(shù)查表2、3，得到防眩板位于道路中線時(shí)和中央分隔帶任一側(cè)時(shí)平面線形路段所需防眩高度分別為17 m和175 m，不需增加防眩高度的凹形豎曲線半徑臨界值分別為34 000 m和100 000 m。

由于第1段豎曲線的R=15 000 m<34 000 m，同時(shí)R<100 000 m，故在2種防眩板設(shè)置方式下，該豎曲線部分路段所需防眩高度均大于相應(yīng)的平面線形路段防眩高度，根據(jù)第2節(jié)中的計(jì)算方法，從而得到表4中“①”具體為：K69+332～K69+378段防眩高度為1.75 m， K69+378～K69+695段防眩高度為1.80 m，K69+695～K69+731段防眩高度為1.75 m，其余路段防眩板高度與平面線形段防眩高度1.70 m保持一致；“②”具體為：K69+304～K69+351段防眩高度為1.80 m， K69+351～K69+725段防眩高度為1.85 m，K69+725～K69+793為1.80 m。

第2段豎曲線的R=109 942 m>34 000 m，同時(shí)R>100 000 m，故在2種防眩板設(shè)置方式下所需防眩高度均與相應(yīng)平面線形路段保持一致。

第3段豎曲線的R=50 000 m>34 000 m，同時(shí)R<100 000 m，故當(dāng)防眩板位于道路中線時(shí)，豎曲線段包括前后縱坡所需防眩高度可與相應(yīng)平面線形路段保持一致，為1.7 m；當(dāng)防眩板位于中央分隔帶任一側(cè)時(shí)，所需防眩高度大于相應(yīng)平面線形路段防眩高度，根據(jù)第2節(jié)中的計(jì)算方法，從而得到表4中“③”具體為：K71+768～K72+386段防眩高度為1.80 m，其余路段防眩高度與相應(yīng)平面線形路段保持一致，為1.75 m。

由此可見，半徑小于表3臨界值的凹形豎曲線前后坡段會(huì)出現(xiàn)板高大于普通路段防眩高度的情況，所以建立包含前后縱坡的凹形豎曲線計(jì)算模型是必要的。半徑小于臨界值的凹曲線路段的防眩高度變化規(guī)律為：從平面線形路段防眩高度基本值開始逐漸增大至最大值，然后又逐漸減小至平面線形路段防眩高度基本值，且隨著半徑的減小，凹曲線路段所需的防眩高度最大值增大。同一凹形豎曲線段在保證相同防眩效果的前提下，防眩板設(shè)置于道路中線較設(shè)置于中央分隔帶任一側(cè)所需防眩高度更小，經(jīng)濟(jì)性更好。

4結(jié)語(yǔ)

（1）根據(jù)平面線形段防眩高度計(jì)算公式，采用保證兩車橫向間距小于14 m的前提下，受光貨車處于超車道而光源貨車在對(duì)向較外側(cè)車道位置作為最不利情況，通過探討最不利情況下的B1/B值，得出可根據(jù)設(shè)計(jì)速度、中央分隔帶寬度、防眩板預(yù)設(shè)位置進(jìn)行直接參考應(yīng)用的平面線形段最小板高確定表，結(jié)果表明道路直線段中線處所需防眩高度應(yīng)為150～170 m，而中央分隔帶任一側(cè)處的防眩高度大于規(guī)范規(guī)定范圍，應(yīng)為1.75～1.85 m。

（2）所建立的包含前后縱坡的凹形豎曲線計(jì)算模型更全面地考慮了凹形豎曲線幾何特征影響下的不同位置處多變的防眩需求。通過分析車輛前照燈和駕駛?cè)艘暰€移動(dòng)軌跡與防眩板高度在道路縱斷面上的投影關(guān)系，給出了基于120 m眩光縱距的凹形豎曲線段防眩高度計(jì)算方法，以及配合直線段板高確定表使用的不需增加防眩高度的凹形豎曲線臨界半徑值表，有利于簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工作量。

（3）在具有相同防眩效果的前提下，在中央分隔帶中線處設(shè)置防眩板相對(duì)于設(shè)置在中央分隔帶兩側(cè)護(hù)欄上而言所需板高較低，經(jīng)濟(jì)性更好。

（4）半徑小于臨界值的凹曲線路段的防眩高度變化規(guī)律為：從平面線形路段防眩高度基本值開始逐漸增大至最大值，然后又逐漸減小至平面線形路段防眩高度基本值，且隨著半徑的減小，凹曲線路段所需的防眩高度最大值增大。

（5）本文提出的防眩板設(shè)置方法是基于設(shè)計(jì)速度不小于60 km·h-1的高速公路，對(duì)于有中間分隔設(shè)施的一級(jí)公路、城市快速路等具有同等應(yīng)用價(jià)值。

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[責(zé)任編輯：杜衛(wèi)華]