農(nóng)村公路蓄能型自發(fā)光交通標(biāo)志設(shè)計(jì)與應(yīng)用*

張倩，周雄，張德育，陸曉義，郁佳宇，康馨，胡晨曦

（南京工程學(xué)院 建筑工程學(xué)院 江蘇 南京 211167）

0 引言

交通標(biāo)志在現(xiàn)代公路交通管理中發(fā)揮著舉足輕重的作用，對(duì)公路交通標(biāo)志進(jìn)行合理的設(shè)置，可以減少交通事故，節(jié)約能源。在我國(guó)，現(xiàn)有的交通標(biāo)志大部分都是反光標(biāo)志，只有在車燈照射的情況下才會(huì)發(fā)光，騎自行車的人及行人看不見(jiàn)。因此，在照明設(shè)施不完善的農(nóng)村道路，我們可以設(shè)置蓄能型自發(fā)光交通標(biāo)識(shí)，一方面可以改善人們夜晚出行的條件，保障安全，另一方面蓄能型自發(fā)光交通標(biāo)志也極大的降低了成本。

1 蓄能型自發(fā)光材料的優(yōu)選

蓄光型自發(fā)光材料，又稱長(zhǎng)余輝發(fā)光材料，其本質(zhì)上是一種光致發(fā)光的材料。蓄能型自發(fā)光材料一般由基質(zhì)、激活劑和輔助激活劑3個(gè)部分組成。其在光源激發(fā)停止后，能發(fā)出20min以上被人眼察覺(jué)的光。

2.1 蓄能型自發(fā)光材料的分類及其優(yōu)缺點(diǎn)

根據(jù)基質(zhì)材料的不同，蓄能型自發(fā)光材料可分為硫化物、鋁酸鹽、硅酸鹽、硅鋁酸鹽等幾大類[2]。

2.1.1 硫化物長(zhǎng)余輝材料

硫化物材料是第一代的長(zhǎng)余輝材料，主要是由硫與第二主族的Ca，Sr，Ba和堿土金屬形成，如堿土硫化物、硫化鋅、硫化鋇、硫化鈣等。優(yōu)點(diǎn)是發(fā)光顏色鮮艷多樣，基本上覆蓋了從藍(lán)色到紅色的整個(gè)可見(jiàn)光區(qū)域，在弱光下吸光速度較快；但也存在著明顯的缺點(diǎn)：

圖1 長(zhǎng)余輝材料按基質(zhì)種類分類圖

（1）合成過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量有害氣體，環(huán)境污染很大；

（2）發(fā)光亮度低、時(shí)間短；

（3） 化學(xué)穩(wěn)定性差、易分解,在陽(yáng)光照射下會(huì)與空氣中的水反應(yīng)放出硫化氫氣體，不能用于室外。

（4）最大缺點(diǎn)是不耐紫外線，在紫外線的照射下會(huì)逐漸發(fā)黑，極大地限制了使用范圍[3]。2.1.2鋁酸鹽長(zhǎng)余輝材料

作為第二代長(zhǎng)余輝材料中最主要的基質(zhì)材料，鋁酸鹽材料比第一代的硫化物高出了一個(gè)數(shù)量級(jí)的亮度和余輝時(shí)間，同時(shí)也具有許多優(yōu)良特性：

（1）蓄光能力強(qiáng)、發(fā)光效率高、強(qiáng)度高。

（2）化學(xué)穩(wěn)定性高、發(fā)光時(shí)間長(zhǎng)。

（3）無(wú)毒、價(jià)格便宜。但耐水性較差，發(fā)光顏色較為單一，主要集中在藍(lán)綠光波長(zhǎng)范圍，對(duì)原材料純度要求高，生產(chǎn)成本高[1]。

2.1.3硅酸鹽長(zhǎng)余輝材料

硅酸鹽材料化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性良好，發(fā)光顏色多樣，亮度較高、時(shí)間較長(zhǎng)，耐水性比鋁酸鹽材料更好，同時(shí)原料SiO2廉價(jià)、易得，合成的成本更低，因此更適合作為基質(zhì)材料。但總的來(lái)說(shuō)，硅酸鹽材料的發(fā)光性能還未達(dá)到鋁酸鹽材料的水平，硅酸鹽材料的發(fā)光性能還需要通過(guò)更加深入的工作來(lái)進(jìn)一步提高[1]。

2.1.4 鋁硅酸鹽長(zhǎng)余輝材料

作為一種新型的基質(zhì)材料，堿土金屬鋁硅酸鹽材料具有廣闊的應(yīng)用前景。其晶體結(jié)構(gòu)及物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，發(fā)光強(qiáng)度大，價(jià)格便宜，但顏色往往是在藍(lán)光和綠光范圍[1]。

2.1.5 稀土離子摻雜的長(zhǎng)余輝材料

稀土離子摻雜長(zhǎng)余輝發(fā)光材料如稀土鋁酸鹽、硅酸鹽材料，環(huán)保無(wú)毒無(wú)放射性，化學(xué)穩(wěn)定性好、發(fā)光亮度和時(shí)間是傳統(tǒng)材料的30～50倍，可以反復(fù)使用。目前，商用的由銪、鏑激發(fā)的鋁酸鈣材料和由銪、鏑激發(fā)的鋁酸鍶發(fā)光亮度以及時(shí)間都超過(guò)了傳統(tǒng)的堿土金屬硫化物材料，且在空氣中的化學(xué)穩(wěn)定性比硫化物更加優(yōu)良，但缺點(diǎn)是浸泡在水中易發(fā)生分解。

2.2 蓄能型自發(fā)光材料的優(yōu)選

就以上列舉的常用發(fā)光材料而言，硫化物材料發(fā)光顏色豐富，但發(fā)光時(shí)間短，化學(xué)穩(wěn)定性差，很容易水解、光解。鋁酸鹽材料發(fā)光化學(xué)穩(wěn)定性好，發(fā)光時(shí)間長(zhǎng)，亮度高，但發(fā)光色缺乏紅色，耐水性差。硅酸鹽材料化學(xué)穩(wěn)定性好、抗水性好，發(fā)光亮度高，時(shí)間長(zhǎng)，但發(fā)光顏色不豐富。鋁硅酸鹽長(zhǎng)余輝材料物理和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，發(fā)光強(qiáng)度大，余輝時(shí)間短。稀土離子摻雜的材料環(huán)保無(wú)毒無(wú)放射性、化學(xué)穩(wěn)定性好，發(fā)光亮度高，時(shí)間長(zhǎng)，可反復(fù)使用。

綜上所述，對(duì)于農(nóng)村公路我們建議蓄能型自發(fā)光交通標(biāo)志選取稀土離子摻雜的長(zhǎng)余輝材料發(fā)光材料，如銪、鏑激發(fā)的鋁酸鈣長(zhǎng)余輝發(fā)光材料以及銪、鏑激發(fā)的鋁酸鍶長(zhǎng)余輝發(fā)光材料等。

3 農(nóng)村公路蓄能型自發(fā)光交通標(biāo)志設(shè)計(jì)

3.1 誘導(dǎo)標(biāo)識(shí)

誘導(dǎo)標(biāo)識(shí)是用來(lái)誘導(dǎo)道路的輪廓、線形。包括柱式和附著式輪廓標(biāo)識(shí)兩類。柱式輪廓標(biāo)識(shí)如圖1a）、1b），宜采用組合型。

圖1 柱式輪廓標(biāo)識(shí)

附著式輪廓標(biāo)識(shí)按設(shè)置位置分為如圖2所示的10種形式：

（1） 附著于波形梁護(hù)欄的，包括圖a、圖b、圖 c、圖 f、圖 g；

（2） 附著于混凝土護(hù)欄的，包括圖d、圖e、圖 f、圖 g；

圖2 附著式輪廓標(biāo)識(shí)圖

3.2 警示標(biāo)識(shí)

（1） 警示標(biāo)識(shí)用于警告路側(cè)危險(xiǎn)、路側(cè)接入口、路側(cè)絆阻物、前方施工等危險(xiǎn)情況。包括示警柱警示標(biāo)識(shí)、絆阻物警示標(biāo)識(shí)、施工區(qū)警示標(biāo)識(shí)。

（2） 示警柱警示標(biāo)識(shí)由金屬管、反光體、蓄能自發(fā)光體構(gòu)成，地面以上高度為95cm或100cm，如圖3示例。

圖3 示警柱

（3）絆阻物警示標(biāo)識(shí)用于警示可能給出行者造成絆阻的低于30cm的低矮結(jié)構(gòu)物，如橋梁人行道板、綠化帶路邊緣石等，如圖4a）、b）示例。

圖4 絆阻物警示標(biāo)識(shí)

（4） 施工區(qū)警示標(biāo)識(shí)如圖5所示為矩形，當(dāng)條件受限，無(wú)法滿足圖5的設(shè)置尺寸時(shí)，可適當(dāng)減小字高并成比例縮小字間距，但不應(yīng)小于圖5要求的60%。

圖5 施工區(qū)警示標(biāo)識(shí)

3.3 路面標(biāo)識(shí)

路面標(biāo)識(shí)用于誘導(dǎo)公路線形、引導(dǎo)出行者行路方向；警示道路邊緣、護(hù)欄端頭以及高出路面的低矮結(jié)構(gòu)物轉(zhuǎn)角處；包括圓形和方形兩種，如圖6，圖7示例。

圖6 圓形

圖7 方形

3.4 立面標(biāo)識(shí)

立面標(biāo)識(shí)用于警示可能給出行者造成危害的障礙物，如：混凝土護(hù)欄、水泥墩、護(hù)欄端頭、橋頭、橋梁墩柱或橋臺(tái)、以及高于路面的人行道板等。沒(méi)有設(shè)置反光立面標(biāo)記的地點(diǎn)采用如圖8a（所示的立面標(biāo)識(shí)，已經(jīng)設(shè)置了反光立面標(biāo)記的地點(diǎn)增設(shè)圓形或方形立面標(biāo)識(shí)，如圖8b）示例，具體尺寸按結(jié)構(gòu)物實(shí)際情況確定。

圖8 立面標(biāo)識(shí)

3.5 指引標(biāo)識(shí)

地名指引標(biāo)識(shí)用于指引沿線村莊、餐飲、度假村等單位、場(chǎng)所，設(shè)置于路側(cè)。為矩形，由底板和文字組成，如圖11示例，設(shè)置在綠道上的，可適當(dāng)減小字高并成比例縮小字間距，但不應(yīng)小于圖11要求的60%。

4 農(nóng)村公路交通標(biāo)志布設(shè)方案

4.1 不同區(qū)域類型農(nóng)村公路

4.1.1 山區(qū)農(nóng)村公路

山區(qū)農(nóng)村公路沿線村鎮(zhèn)較少，所需指路標(biāo)志較少，但受地形限制，急彎、陡坡、路基寬度不足等視距不良的情況非常多，以及很多橋兩端接的小半徑曲線，需要設(shè)置警告標(biāo)志，如急彎警告標(biāo)志、陡坡警告標(biāo)志、限制車速等。山區(qū)農(nóng)村公路如采用常規(guī)的交通標(biāo)志，在夜間，行人、駕駛員等過(guò)危險(xiǎn)路段時(shí)，會(huì)增加事故發(fā)生率。采用自發(fā)光交通標(biāo)識(shí)就可以很好的降低風(fēng)險(xiǎn)。

圖9 地名指引標(biāo)志

4.1.2 平原區(qū)農(nóng)村公路

（1）平原區(qū)農(nóng)村公路線性較好，且平原區(qū)路網(wǎng)密度大，平交口較多，指路標(biāo)志的需求較大相對(duì)于山區(qū)公路警告標(biāo)志，禁令標(biāo)志要少一些。

（2）平原區(qū)農(nóng)村公路的警告標(biāo)志應(yīng)該是注意行人、牲畜、村莊和學(xué)校等標(biāo)志，和山區(qū)公路警告標(biāo)志內(nèi)容有所不同。

（3） 平原區(qū)農(nóng)村公路的指路標(biāo)志應(yīng)該根據(jù)其在整個(gè)路網(wǎng)中的地位、作用以及與相連公路的關(guān)系，進(jìn)行總體的布局。

4.2 不同路段農(nóng)村公路

4.2.1 一類路段

以下路段為一類路段：

（1） 橋梁路段；

（2）曲線半徑小于60 m的道路彎道路段；

（3）在出行者通行范圍內(nèi)存在絆阻物的路段；

（4） 夜間出行者較多的其他路段。

路側(cè)設(shè)置有波形梁護(hù)欄、混凝土護(hù)欄、混凝土墩時(shí)，宜設(shè)置附著式輪廓標(biāo)識(shí)，間隔4m。如圖10示例。安裝單一型或組合型附著式輪廓標(biāo)識(shí)時(shí)，半徑小于60m的彎道路段間隔4m，其他路段4m～16m。路側(cè)未設(shè)置防護(hù)設(shè)施或其他結(jié)構(gòu)物時(shí)，宜設(shè)置柱式輪廓標(biāo)識(shí)，間距10m～40m。見(jiàn)圖11示例。

（1） 橋梁路段

橋梁護(hù)欄端部、橋梁墩柱、橋臺(tái)等宜在橋梁端部設(shè)置立面標(biāo)識(shí)，每側(cè)1塊，橋梁護(hù)欄宜設(shè)置附著式輪廓標(biāo)識(shí)，間距4～16m，如圖12示例。橋梁段人行道板等高于路面時(shí)，應(yīng)在面向交通流的一側(cè)設(shè)置立面標(biāo)識(shí)，標(biāo)識(shí)底端距路面高度宜為1 m。

圖10 路測(cè)設(shè)有防護(hù)設(shè)施時(shí) 附著式輪廓標(biāo)志設(shè)置示例

圖11 路側(cè)設(shè)有防護(hù)設(shè)施時(shí) 柱式輪廓標(biāo)志設(shè)置

（2） 曲線半徑小于60 m的道路彎道路段

圖12 橋梁段自發(fā)光警示標(biāo)志設(shè)置示例

在小半徑曲線所造成的不良視距路段，駕駛?cè)思靶腥艘驗(yàn)椴荒芗皶r(shí)發(fā)現(xiàn)對(duì)向的車輛，容易引起對(duì)向撞車或因躲避對(duì)撞而引發(fā)的交通事故。因此，應(yīng)在彎道前設(shè)置鳴笛標(biāo)志和急轉(zhuǎn)彎警示標(biāo)志，同時(shí)在道路邊緣處設(shè)置一系列連續(xù)間距為8m的附著式輪廓標(biāo)識(shí)，起到一定的道路線型誘導(dǎo)作用。輪廓標(biāo)識(shí)底端距路面的高度宜為50～100cm。

（3）在出行者通行范圍內(nèi)存在絆阻物的路段。

出行者通行的路線上存在絆阻物時(shí)，宜在絆阻物邊緣設(shè)置絆阻物警示標(biāo)識(shí)，間隔2～6 m。

（4）夜間出行者較多的其他路段。

當(dāng)路側(cè)設(shè)置有防護(hù)設(shè)施或結(jié)構(gòu)物時(shí)，應(yīng)設(shè)置附著式輪廓標(biāo)識(shí)，附著式輪廓標(biāo)識(shí)底端距路面的高度宜為50～100 cm。無(wú)防護(hù)設(shè)施的路段應(yīng)設(shè)置柱式輪廓標(biāo)識(shí)。安裝誘導(dǎo)標(biāo)識(shí)時(shí)，反光體、蓄能自發(fā)光體應(yīng)面向交通流。

4.2.2 二類路段

以下路段為二類路段：

（1） 路側(cè)高差超過(guò)1m的路段；

（2） 路側(cè)邊緣外3m范圍內(nèi)，存在水塘、湖泊、溝渠的路段。

路側(cè)沒(méi)有設(shè)置防護(hù)設(shè)施的二類路段宜設(shè)置示警柱警示標(biāo)識(shí)或路面標(biāo)識(shí)等，間距10～20m，如圖13示例。路側(cè)設(shè)置有梁護(hù)欄、混凝土護(hù)欄或砼墩時(shí)，應(yīng)設(shè)置附著式輪廓標(biāo)識(shí)、立面標(biāo)識(shí)，間隔8m。

（1）路側(cè)高差超過(guò)1m的路段。

此路段與地面高差較大，故需要對(duì)邊坡做特殊設(shè)計(jì)處理，應(yīng)進(jìn)入該路段前設(shè)置警示標(biāo)識(shí)，警告路側(cè)危險(xiǎn)

（2） 路側(cè)邊緣外3m范圍內(nèi)，存在水塘、湖泊、溝渠的路段。

圖13 路側(cè)未設(shè)置防護(hù)設(shè)施時(shí) 示警柱警示標(biāo)志設(shè)置示例

圖13 小型交叉口路面標(biāo)志設(shè)置示例

路側(cè)或交叉口應(yīng)設(shè)置一系列示警柱警示標(biāo)識(shí)，間距10～20m，道路交叉口每側(cè)1根，示警柱地面以上高度為95cm或100cm。

4.3 特殊路段

4.3.1 上下坡路段

農(nóng)村公路上下坡較多，在上下坡路段前要設(shè)置上下坡的警示標(biāo)記。對(duì)駕駛?cè)诉M(jìn)行減速提醒，以免車輛的速度過(guò)大沖撞行人。

4.3.2 小型交叉口以及接入口路段

（1）當(dāng)公路沒(méi)有設(shè)置邊緣線時(shí)，宜在距交叉點(diǎn)100 m范圍的各相交公路上設(shè)置路面標(biāo)識(shí)，如圖13示例。

（2） 地點(diǎn)指引標(biāo)識(shí)宜設(shè)置于通往相關(guān)單位、場(chǎng)所的最后一個(gè)交叉口處。

（3） 在綠道距交叉口右轉(zhuǎn)彎起始點(diǎn)100 m處的各相交公路上設(shè)置路面標(biāo)識(shí)。

4.3.3 施工區(qū)路段

施工區(qū)起點(diǎn)前20～30m處宜設(shè)置施工區(qū)警示標(biāo)識(shí)。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）對(duì)于農(nóng)村公路我們建議蓄能型自發(fā)光交通標(biāo)志選取稀土離子摻雜的長(zhǎng)余輝材料發(fā)光材料，如銪、鏑激發(fā)的鋁酸鈣長(zhǎng)余輝發(fā)光材料以及銪、鏑激發(fā)的鋁酸鍶長(zhǎng)余輝發(fā)光材料等。

（2）蓄能自發(fā)光交通標(biāo)識(shí)有很大的發(fā)展空間，節(jié)能減排效益顯著，利國(guó)利民，一舉兩得。農(nóng)村公路蓄能型自發(fā)光交通標(biāo)識(shí)的推廣應(yīng)用能為夜間出行人員提供照明，進(jìn)一步提升農(nóng)村公路交通安保設(shè)施的綜合安全服務(wù)水平。

（3）我們對(duì)于農(nóng)村公路提出的更加合理的蓄能型自發(fā)光交通標(biāo)志布設(shè)建議對(duì)比于普通的交通標(biāo)志在夜間，在危險(xiǎn)路段、在路網(wǎng)中可以更好的增強(qiáng)農(nóng)村公路的安全性，也相比于需要用通電的發(fā)光交通標(biāo)志更加節(jié)約經(jīng)濟(jì)，從安全性、經(jīng)濟(jì)性、適用性上都是蓄能型自發(fā)光交通標(biāo)志更為優(yōu)越。