基于眩光時(shí)變特性的東西朝向公路隧道接近段安全性分析*

張曉堅(jiān) 梁 波 何 偉 劉寧偉

（1.重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶400074 2.重慶交通大學(xué)省部共建山區(qū)橋梁及隧道工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 重慶400074 3.四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四川德陽618000)

0 引 言

我國公路隧道建設(shè)進(jìn)程加快，隧道照明設(shè)施的規(guī)模和數(shù)量日益增大，隨之帶來照明能耗愈加嚴(yán)重且分布不均勻，東西朝向接近段易出現(xiàn)不舒適性眩光，其增大駕駛員的心理和生理載荷，造成駕駛員無法準(zhǔn)確判斷前方路況并產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)。然而東西朝向接近段不舒適性眩光對(duì)駕駛員安全行車的影響常被忽視。交通事故率不斷增加等問題。公路隧道接近段指的是隧道入口外一倍停車視距長度段。由于公路隧道內(nèi)外亮度差較大且分布不均勻，東西朝向接近段易出現(xiàn)不舒適性眩光，其增大駕駛員的心理和生理載荷，造成駕駛員無法準(zhǔn)確判斷前方路況并產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)。然而人們卻常忽視東西朝向接近段不舒適性眩光對(duì)駕駛員安全行車的影響。

實(shí)際上，在隧道內(nèi)外亮度分布不適當(dāng)?shù)那闆r下，隧道接近段易出現(xiàn)不舒適性眩光；眩光會(huì)延長人體對(duì)隧道路況的辨識(shí)時(shí)間，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致暫時(shí)性光幕失明，從而誘發(fā)交通事故[1]。現(xiàn)階段基于眩光現(xiàn)象的公路隧道接近段安全性研究較少。黃婷等[2]、胡順峰[3]分別針對(duì)高速公路隧道交通事故的致因機(jī)理進(jìn)行分析，得出隧道內(nèi)外亮度差異較大的時(shí)段既是事故頻發(fā)的時(shí)段又是事故多發(fā)的主要致因。王健等[4]研究表明，隧道內(nèi)外強(qiáng)弱視覺環(huán)境的快速轉(zhuǎn)變會(huì)增加駕駛員視覺心理和生理負(fù)荷，導(dǎo)致其難以及時(shí)辨別環(huán)境信息，易誘發(fā)不良駕駛行為。PETER[5]指出：自然光與隧道燈光間顯著的亮度差使得駕駛員在接近段降低車速從而危及接近段行車安全性。艾杰等[6]通過研究不同洞門防眩構(gòu)造物，指出遮光棚可起到防眩效果和提高隧道進(jìn)出段的行車安全性。Yu等[7]針對(duì)接近段遮光棚在光照下所形成的亮暗區(qū)建立了不舒適性眩光定量評(píng)估方法，研究結(jié)果表明等間距遮光棚的眩光值比不等間距小。樊亞珍等[8]和楊少偉等[9]分別對(duì)高速公路中央分隔帶綠化間距與高度進(jìn)行研究，指出綠化防眩可代替工程防眩從而實(shí)現(xiàn)更好的生態(tài)和景觀效益。R.Jurado-Pi?a 等[10]建立數(shù)學(xué)模型對(duì)防眩構(gòu)造物的防眩效果進(jìn)行分析，指出在隧道出口340 m 處建立6.7 m 高的遮光屏可達(dá)到最佳防眩效果。潘貝貝等[11]指出隧道接近段路面宜鋪設(shè)低反射率的瀝青材質(zhì)和隧道內(nèi)路面宜鋪設(shè)高反射率的材質(zhì)，以此降低隧道內(nèi)外亮度差從而提高隧道行車安全性。由文獻(xiàn)[12]可知，當(dāng)眩光源光線與駕駛員視線夾角為20°時(shí)，公路隧道極易產(chǎn)生眩光現(xiàn)象；公路隧道眩光研究大多基于上述理論展開，但其僅適用于固定的直接眩光源；而公路隧道外景觀和路面所形成的間接眩光源散射光線不規(guī)律，難以尋找眩光角。CIE 88—2004[13]提出了隧道接近段人眼視野20°視場的概念，20°視場涵蓋于20°視線夾角范圍內(nèi)；即在20°視場范圍內(nèi)易產(chǎn)生眩光現(xiàn)象，故可采用基于20°視場的等效光源法對(duì)隧道接近段眩光進(jìn)行研究。

綜上所述，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)基于眩光現(xiàn)象的東西朝向公路隧道接近段行車安全性的研究較少，主要研究隧道內(nèi)外亮度差、隧道內(nèi)內(nèi)燈具眩光和隧道外防眩措施及其對(duì)安全形成的影響；但忽視了由隧道內(nèi)外亮度差而引起的接近段不舒適性眩光。隧道眩光的研究方法主要是數(shù)值模擬和室內(nèi)縮尺模型仿真試驗(yàn)，其可解決實(shí)體隧道不便實(shí)驗(yàn)的問題。但數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性受模型構(gòu)建和網(wǎng)格劃分精度的影響；公路隧道微縮模型仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性受人眼視野范圍相似比的影響，但縮尺模型并未考慮上述視野范圍相似比的影響。綜上所述，本文采用實(shí)體隧道試驗(yàn)對(duì)東西朝向公路隧道接近段不舒適性眩光進(jìn)行研究；引入PGSV 日光計(jì)算模型（Predicted glare sensation vote）將隧道內(nèi)外景觀量化為間接眩光源和眩光背景，結(jié)合現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)分析不舒適性眩光的趨勢與規(guī)律；旨在揭示眩光時(shí)變特性及其對(duì)隧道安全行駛的影響，為改善接近段視覺環(huán)境質(zhì)量和提高駕駛安全、舒適性提供理論分析依據(jù)。同時(shí)基于20°視場的等效光源法和量化間接眩光源的研究方法可為非燈具產(chǎn)生的隧道洞外眩光和其他構(gòu)造物室外眩光提供了研究方向。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 測試指標(biāo)

1.1.1 洞外亮度L20（S）

洞外亮度L20（S）是指在距離隧道入口段一倍停車視距處，距地面1.5 m高正對(duì)洞口方向20°視場實(shí)測得到的平均亮度。CIE 88—2004[13]采用環(huán)境簡圖法對(duì)洞外亮度進(jìn)行計(jì)算，即將人眼視野20°視場范圍內(nèi)的景物基于天空、路面、隧道內(nèi)外景觀進(jìn)行劃分，見圖1。

圖1 洞外亮度L20（S）測試示意圖Fig.1 Schematic of L20（S）Test Outside the Tunnel

1.1.2 不舒適性眩光

《國際照明工程詞匯》中對(duì)眩光有如下定義：眩光是一種視覺條件，形成條件是由于亮度分布不適當(dāng)或變化幅度太大，或在時(shí)空上存在著極端的對(duì)比，以致引起觀察者不舒適或降低其觀察、辨識(shí)重要物體的能力[14-16]。而不舒適性眩光，其常由于亮度不均勻分布的環(huán)境所引起[14]，環(huán)境中的眩光源發(fā)出散射光線射入人眼而產(chǎn)生的[17]。不舒適性眩光來源又分為直接眩光、間接眩光和由亮度差引起的眩光。由于東西朝向接近段隧道外景觀和路面易反射太陽刺眼光線而形成間接眩光和隧道內(nèi)外存在由亮度差引起“黑洞效應(yīng)”，故筆者將20°視場內(nèi)的隧道外景觀和路面量化為間接眩光源，低亮度狀態(tài)的隧道內(nèi)景觀量化為眩光背景。圖2為接近段眩光的形成原理，ω是眩光源對(duì)眼睛的張角，θ是眩光源和視線方向的夾角，眩光源亮度Lg，背景亮度Lb，見圖2。

圖2 眩光形成Fig.2 Glare Formation

1.1.3 眩光時(shí)變特性

眩光時(shí)變特性是東西朝向公路隧道接近段眩光隨時(shí)間變化的規(guī)律，其基于20°視場內(nèi)隧道內(nèi)外亮度差的現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)和PGSV眩光模型分析得出。

1.2 測試方案

為了定性分析20°視場內(nèi)由隧道內(nèi)外亮度差引起的接近段眩光時(shí)變特性，根據(jù)《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》[18]的要求選取相同天空率、相同設(shè)計(jì)車速的不同朝向公路隧道進(jìn)行分析?，F(xiàn)場試驗(yàn)基于CIE 88—2004的環(huán)境簡圖法與數(shù)碼相機(jī)法2種方法[19]，在距離隧道入口段1 個(gè)停車視距處，離地面1.5 m 高度位置處利用數(shù)碼相機(jī)和PR-655 光譜輻射亮度計(jì)分別記錄接近段的情況和隧道內(nèi)外景觀環(huán)境亮度。再采用AutoCAD 對(duì)人眼視野20°范圍內(nèi)的景觀進(jìn)行分塊，見圖3。測試時(shí)間為09：00—17：00，整點(diǎn)測試，共8～9 次?；诂F(xiàn)場20°視場內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)隧道外景觀亮度貢獻(xiàn)比及其差異程度進(jìn)行量化計(jì)算，結(jié)合PGSV 眩光值，分析得出東西朝向接近段眩光時(shí)變特性及其對(duì)接近段行車的影響。

圖3 龍泉山二號(hào)隧道分塊圖Fig.3 Block Diagram of Longquanshan No.2 Tunnel

1.3 測試對(duì)象

試驗(yàn)對(duì)象選取相同天空率、相同設(shè)計(jì)速度、不同朝向的隧道。調(diào)研中國重慶市與四川省內(nèi)中除去高速路或快速路等不便實(shí)地調(diào)研的公路隧道，最終選擇東西朝向和作為對(duì)比工況的正南朝向隧道，共計(jì)5個(gè)隧道作為試驗(yàn)對(duì)象。

2 基于洞外亮度L2（0S）的東西朝向隧道接近段眩光時(shí)變特性分析

由于東西朝向隧道具有與太陽東升西落趨勢一致的特殊性，在上午、下午隧道接近段遭受陽光直射而使洞外亮度過大，但隧道內(nèi)仍保持低亮度狀態(tài)，隧道內(nèi)外亮度差過大易使接近段出現(xiàn)眩光；同時(shí)隧道外景觀和路面存在反射陽光的間接眩光。故本節(jié)基于此分析接近段眩光現(xiàn)象。

2.1 東西朝向公路隧道接近段內(nèi)外亮度差異的測試分析

本節(jié)將隧道外亮度量化為間接眩光源亮度，即20°視場范圍內(nèi)隧道外景觀和路面的亮度；將隧道內(nèi)亮度量化為暗背景亮度，即隧道內(nèi)景觀的亮度；引入了環(huán)境因素亮度貢獻(xiàn)比來量化分析接近段隧道內(nèi)外亮度差，即20°視場范圍內(nèi)隧道內(nèi)外亮度值與其面積百分比乘積值占總亮度L20（S）值的比值差異，可使隧道內(nèi)外亮度差更加直觀。圖4～7為東西朝向公路隧道內(nèi)外亮度貢獻(xiàn)比，左縱軸為隧道內(nèi)亮度貢獻(xiàn)比，右縱軸為隧道外亮度貢獻(xiàn)比。

圖4 天公堂隧道東洞門隧道內(nèi)外亮度貢獻(xiàn)比Fig.4 Contribution Ratio of the Luminance in the Inside and Outside of Facing-East Tiangongtang Tunnel

圖5 友誼隧道西洞門隧道內(nèi)外亮度貢獻(xiàn)比Fig.5 Contribution Ratio of the Luminance in the Inside and Outside of Facing-West Youyi Tunnel

圖6 同茂隧道西洞門隧道內(nèi)外亮度貢獻(xiàn)比Fig.6 Contribution Ratio of the Luminance in the Inside and Outside of Facing-West Tongmao Tunnel

圖7 龍泉山壹號(hào)隧道西洞門隧道內(nèi)外亮度貢獻(xiàn)比Fig.7 Contribution Ratio of the Luminance in the Inside and Outside of Facing-West Longquanshan No.1 Tunnel

由圖4～6 可知，隧道口朝東的公路隧道在上午時(shí)太陽光較強(qiáng)、隧道外亮度環(huán)境貢獻(xiàn)比較大；下午時(shí)未受到太陽光照射，隧道外亮度環(huán)境貢獻(xiàn)比較??；而隧道內(nèi)保持低亮度狀態(tài)，亮度貢獻(xiàn)比在1%～9%以內(nèi)。隧道口朝西的公路隧道在下午時(shí)太陽光較強(qiáng)、洞外亮度環(huán)境貢獻(xiàn)比較大；上午時(shí)因未受到太陽光照射，隧道外亮度環(huán)境貢獻(xiàn)比較??；而隧道內(nèi)保持低亮度，變化范圍在10%以內(nèi)?；谒淼纼?nèi)外亮度貢獻(xiàn)比繪制隧道內(nèi)外亮度差異比，見圖8～9。

圖8 天公堂隧道與友誼隧道內(nèi)外亮度差異比Fig.8 Ratio of Difference in Luminance between Inside and Outside of the Tiangongtang and Youyi Tunnel

由圖8～9 可知，正東朝向公路隧道內(nèi)外亮度貢獻(xiàn)差異比在上午時(shí)比下午時(shí)大得多；上午時(shí)差異比在95%以上，最高達(dá)到將近97%；下午時(shí)總體差異比在88%以下。而正西朝向公路隧道（除龍泉山壹號(hào)隧道外）內(nèi)外亮度貢獻(xiàn)差異比在下午時(shí)比上午時(shí)大得多，下午時(shí)分最高差異比達(dá)到96%以上，而上午時(shí)亮度差異比值總體在82%左右。東西朝向公路隧道內(nèi)外亮度貢獻(xiàn)差異比總體變化趨勢為先增后減，分別于上、下午達(dá)到最大。其中圖7與圖9中龍泉山壹號(hào)隧道涉及雨后工況，相關(guān)論述見3.3。

圖9 龍泉山壹號(hào)隧道與同茂隧道西洞門隧道內(nèi)外亮度差異比Fig.9 Ratio of Difference in Luminance between Inside and Outside of the Longquanshan No.1 and Tongmao Tunnel

圖10 火風(fēng)山隧道南洞門和江北城北洞門的隧道內(nèi)外亮度差異比Fig.10 Contribution Ratio of the Luminance in the Inside and Outside of Facing-South Huofengshan Tunnel and Facing-North Jiangbeicheng Tunnel

由圖10可知，南北朝向公路隧道上下午時(shí)段的內(nèi)外亮度貢獻(xiàn)差異比在70%至85%；其亮度貢獻(xiàn)差異比總體小于東（西）朝向公路隧道未受太陽光照射的下（上）午時(shí)段；其中南朝向隧道內(nèi)外亮度差與東（西）朝向隧道的下（上）午時(shí)段內(nèi)外亮度差異比總體相差不大，而北朝向隧道內(nèi)外亮度差遠(yuǎn)小于東（西）朝向隧道下（上）午時(shí)段。然而在東（西）朝向公路隧道分別受到太陽照射的（上）下午時(shí)段，南北朝向公路隧道內(nèi)外亮度差遠(yuǎn)小于東西朝向公路隧道?？梢娫?0°視場內(nèi)，相比于南北朝向隧道，東西朝向公路隧道內(nèi)外亮度差異比和差異值過大，故更加有必要分析東西朝向公路隧道內(nèi)外亮度差及其對(duì)隧道接近段行車安全性的影響?，F(xiàn)場所得到的亮度差極大的測試結(jié)果將進(jìn)一步驗(yàn)證眩光產(chǎn)生的現(xiàn)象。

2.2 東西朝向公路隧道接近段的眩光時(shí)變特性分析

本節(jié)對(duì)由亮暗環(huán)境所引起的東西朝向公路隧道接近段間接眩光進(jìn)行分析，旨在得出接近段眩光變化規(guī)律，并為其對(duì)行車安全性的影響提供理論分析依據(jù)。

2.2.1 眩光值PGSV

現(xiàn)階段眩光研究主要采用GB 50034—2013《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[20]附錄中的統(tǒng)一眩光值URG；但URG適用于室內(nèi)小光源照明、間接照明和發(fā)光頂棚的大光源，不適用于公路隧道接近段眩光分析。對(duì)于室外眩光，現(xiàn)階段研究常采用Iwata等[21]提出的預(yù)測眩光值模型（Predicted glare sensation vote，PGSV）；基于隧道外眩光試驗(yàn)的特殊性，本節(jié)采用PGSV 計(jì)算模型對(duì)接近段20°視場內(nèi)的眩光進(jìn)行分析，將視場內(nèi)遭受陽光直射產(chǎn)生反光效應(yīng)的隧道外景觀與路面量化為間接眩光源，即亮背景；低亮度狀態(tài)的隧道內(nèi)景觀量化為眩光背景，即暗背景。部分隧道亮暗背景分塊圖見圖11。

眩光值PGSV公式如下。

式中：Ls為發(fā)光源亮度，cd/m2；Lb為背景亮度；cd/m2；ω為發(fā)光源對(duì)觀察者眼睛所形成的立體角，sr。PGSV 眩光值主要由發(fā)光源、背景以及視線立體角3個(gè)因素決定。由公式PGSV計(jì)算結(jié)果，0=可感知的眩光，1=可以接受的眩光，2=不舒適的眩光，3=無法忍受的眩光[5]。

圖11 公路隧道亮暗背景分塊圖Fig.11 Highway Tunnel Light and Dark Background Block Diagram

2.2.2 正東朝向公路隧道接近段眩光時(shí)變特性分析

本節(jié)對(duì)正東朝向公路隧道接近段眩光時(shí)變特性進(jìn)行分析；由圖12 可知，正東朝向公路隧道眩光值總體呈現(xiàn)先增后減的趨勢，其中上午時(shí)段的眩光值較其他時(shí)段的大；09：00—11：00 都出現(xiàn)不舒適乃至難以容忍的眩光，10：00時(shí)眩光現(xiàn)象最嚴(yán)重。正東朝向公路隧道眩光時(shí)變特性與隧道內(nèi)外亮度貢獻(xiàn)差異比的變化趨勢、太陽東升西落照射于東洞門的趨勢一致；即隧道內(nèi)外亮度差異比越大，接近段眩光越嚴(yán)重。

圖12 天公堂隧道正東洞門PGSV眩光值Fig.12 PGSV Value of the Facing-East Tiangongtang Tunnel

2.2.3 正西朝向公路隧道接近段眩光時(shí)變特性分析

本節(jié)對(duì)正西朝向公路隧道接近段眩光時(shí)變特性進(jìn)行了分析；由圖13～14可知，正西朝向公路隧道眩光值總體呈現(xiàn)先增后減的趨勢，在下午時(shí)的眩光值比其他時(shí)段的偏大；其中14：00—16：00出現(xiàn)不舒適或難以容忍的眩光。正西朝向公路隧道眩光時(shí)變特性與隧道內(nèi)外亮度貢獻(xiàn)差異比的變化趨勢、太陽東升西落照射于西洞門的趨勢一致；即隧道內(nèi)外亮度差異比越大，接近段眩光越嚴(yán)重。

圖13 友誼隧道正西朝向PGSV眩光值Fig.13 PGSV Value of the Facing-West Youyi Tunnel

圖14 同茂隧道正西洞門PGSV眩光值Fig.14 PGSV Value of the Facing-West Tongmao Tunnel

3 東西朝向隧道接近段行車安全性分析

3.1 正東朝向公路隧道接近段行車安全性分析

由圖12 可知，正東朝向公路隧道眩光時(shí)變特性總體變化趨勢為先增后減，其中在上午時(shí)的眩光值比其他時(shí)段的偏大，與隧道內(nèi)外亮度貢獻(xiàn)差異比的變化趨勢大體一致；其中PGSV 眩光值在9：00—11：00 分別為5.057，8.41402，7.59794，均遠(yuǎn)超無法忍受的眩光界限；對(duì)應(yīng)的隧道內(nèi)外亮度差異比分別到達(dá)了95.5%，96.6%，95.8%。12時(shí)的PGSV值為1.42393，未達(dá)到產(chǎn)生不舒適的眩光界限；此時(shí)對(duì)應(yīng)的隧道內(nèi)外亮度差異比僅達(dá)到87.4%。而下午時(shí)分的PGSV眩光值都小于1，并不會(huì)影響接近段的行車安全和舒適性，對(duì)應(yīng)差異比總體在88%以下?？梢娝淼纼?nèi)外亮度差異越大或超過95.5%，接近段所產(chǎn)生的不舒適性眩光越嚴(yán)重；而當(dāng)隧道內(nèi)外亮度差異越小或在88%以下，接近段并不會(huì)產(chǎn)生不舒適性眩光。究其原因，由于朝向因素，在上午時(shí)正東朝向洞門受到東升太陽的照射，洞外亮度較大；而洞口段仍保持低亮度狀態(tài)不變，故此時(shí)內(nèi)外亮度差異較大，從而產(chǎn)生了不舒適乃至難以容忍的眩光，進(jìn)而危及接近段行車安全性。而在下午時(shí)未受到西落太陽的照射，洞外亮度較低；故此時(shí)隧道內(nèi)外亮度差異較小，并不會(huì)產(chǎn)生不舒適性眩光。駕駛員在正常行駛經(jīng)過隧道接近段時(shí)，若感受到不舒適性眩光，其會(huì)延長駕駛員對(duì)隧道路況的辨識(shí)時(shí)間并產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)若隧道外景觀表面過于光澤，反射出刺眼陽光形成的間接眩光可能會(huì)使得駕駛員暫時(shí)性光幕失明，嚴(yán)重影響安全行駛。

從PGSV眩光值的組成因素洞外路面和景觀角度分析，當(dāng)眩光總值較大時(shí)，景觀眩光值均超過了無法忍受的眩光界限同時(shí)路面眩光值亦均超過了不舒適的眩光界限?？梢?，隧道接近段所產(chǎn)生的眩光值主要來自于景觀眩光，由于隧道外景觀相比于路面表面更加光澤，故產(chǎn)生的間接眩光更加明顯。由上分析可間接證明了量化隧道外景觀和路面為間接眩光源對(duì)20°視場內(nèi)眩光進(jìn)行分析的合理性。

3.2 正西朝向公路隧道接近段行車安全性分析

由圖13～14 可知，正西朝向隧道的眩光時(shí)變特性總體變化趨勢為先增后減，在下午時(shí)的眩光值比其他時(shí)段的大，與隧道內(nèi)外亮度差異比的總體變化趨勢一致；其中PGSV 眩光值在14：00—16：00 分別為2.54735，2.9063，3.2188，均超過不舒適的眩光界限；對(duì)應(yīng)的隧道內(nèi)外亮度差異比分別為94%，94.5%；而16：00 的內(nèi)外亮度差異比為1 d 內(nèi)最大差異比96%，故而在此時(shí)出現(xiàn)了無法忍受的眩光現(xiàn)象。在16：00 同茂隧道接近段眩光值為2.149，超過了不舒適性眩光界限；對(duì)應(yīng)的隧道內(nèi)外亮度比差異為90%。其余時(shí)刻并未出現(xiàn)不舒適性眩光。可見當(dāng)內(nèi)外亮度差異達(dá)到90%以上時(shí)，接近段會(huì)出現(xiàn)眩光現(xiàn)象。究其原因，洞門朝西的隧道在上午時(shí)未受到東升陽光的照射，隧道外亮度較大；隧道內(nèi)外亮度差異比較小，故而未出現(xiàn)不舒適性眩光。而在下午時(shí)接近段受到西落陽光的照射，洞外亮度較大；隧道內(nèi)外亮度差較大，從而出現(xiàn)了不舒適乃至難以忍受的眩光。從洞外景觀和路面因素分析，朝向?yàn)槲鞯乃淼涝谙挛鐣r(shí)眩光值較大，此時(shí)主要眩光值來自于景觀眩光；而在眩光值較小的上午時(shí)段，眩光值主要來自于路面眩光。究其原因，隧道外景觀受到陽光照射所形成的眩光效應(yīng)比路面的強(qiáng)。在未受到陽光照射時(shí)，隧道外景觀并不會(huì)產(chǎn)生反光效應(yīng)；而隧道外路面仍有可能受到陽光的部分照射而產(chǎn)生反光效應(yīng)。

3.3 正西朝向公路隧道接近段雨后行車安全性分析

一般而言，降雨或雨后，隧道外亮度會(huì)有所降低。但雨后隧道外景物和路面受水浸濕后更易形成間接眩光源，形成的眩光現(xiàn)象更加嚴(yán)重。本文針對(duì)實(shí)地隧道雨后工況不舒適性眩光進(jìn)行分析，得出結(jié)果見圖15。

圖15 龍泉山壹號(hào)隧道正西朝向PGSV眩光值Fig.15 PGSV Value of the Facing-West Longquanshan No.1 Tunnel

龍泉山壹號(hào)隧道接近段在10：00—12：00，16：00測試前后出現(xiàn)了降雨的情況，隧道外景觀和路面都出現(xiàn)濕潤和反光現(xiàn)象。由圖15 可知，在10：00—12：00，龍泉山壹號(hào)隧道PGSV 眩光值分別為2.3515，2.3831，2.6262，均超過了不舒適的眩光界限；對(duì)應(yīng)的洞內(nèi)外亮度差異分別為90%，91%，92.2%。可見，雖然當(dāng)出現(xiàn)降雨或雨后工況時(shí)隧道外的亮度有所降低，但隧道外景觀和路面表面的濕潤或積水現(xiàn)象更易產(chǎn)生反光現(xiàn)象，進(jìn)而加劇接近段的眩光影響程度。而在16：00，龍泉山壹號(hào)隧道接近段的眩光值為7.1017，遠(yuǎn)超無法忍受的眩光界限；對(duì)應(yīng)內(nèi)外亮度差異高達(dá)94%；同時(shí)路面和景觀的眩光值分別為3.0987 與4.003，都遠(yuǎn)超不可忍受眩光臨界值。對(duì)比正常天氣下的眩光值，雨后工況的眩光值都比較大?？梢姡旰蠊r比正常天氣下的眩光現(xiàn)象還要嚴(yán)重。在降雨天氣下，由于接近段能見度較小，駕駛員的感知閾值相應(yīng)提高。而降雨天氣會(huì)降低路面的亮度從而很大程度降低駕駛員的視覺反應(yīng)時(shí)間。倘若接近段在此刻出現(xiàn)不舒適性眩光，這將進(jìn)一步提高駕駛員的感知閾值和視覺恢復(fù)需要時(shí)間；駕駛員在此時(shí)會(huì)缺乏正確的車速和車距估計(jì)，無法正確區(qū)分客觀環(huán)境的安全與危險(xiǎn)狀態(tài)；進(jìn)而影響接近段的安全駕駛并產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 東西朝向公路隧道接近段行車安全性改善措施

然而在對(duì)東西朝向公路隧道進(jìn)行設(shè)計(jì)和建造時(shí)，大多數(shù)設(shè)計(jì)、建設(shè)者都忽視了接近段眩光對(duì)行車安全的影響；上述分析基于洞外亮度20°視場，揭示了東西朝向公路隧道會(huì)因其朝向特殊性而使得隧道外景觀和路面變?yōu)殚g接眩光源從而產(chǎn)生眩光現(xiàn)象，或因隧道內(nèi)外亮度分布不均勻而產(chǎn)生的眩光從而對(duì)駕駛員產(chǎn)生極大的影響。故對(duì)于已建成的東西朝向隧道而言，若要提高接近段行車安全性，可以從避免出現(xiàn)間接眩光、降低洞內(nèi)外亮度差和改變20°視場內(nèi)景觀構(gòu)成3 個(gè)方面入手。經(jīng)研究，筆者認(rèn)為可通過增大入口段的光照亮度，即增大隧道內(nèi)亮度，以解決隧道內(nèi)外亮度差較大的現(xiàn)象；但增大入口段光照亮度會(huì)浪費(fèi)大量電能，故應(yīng)視實(shí)際隧道照明情況設(shè)置合理的隧道加強(qiáng)段照明。對(duì)于采用削竹式洞門的東西朝向公路隧道可對(duì)其進(jìn)行洞門加長改造，使其具有如遮光棚的防眩效果。基于20°視場的景觀構(gòu)成，東西朝向公路隧道外的景觀環(huán)境可對(duì)接近段路面鋪設(shè)反射率較低的材料，如瀝青材質(zhì)；隧道洞門應(yīng)采用深暗色且反射率低于0.17的材料進(jìn)行，黑色面磚、毛面大理石等，以利于降低其表面亮度；隧道上方或兩側(cè)的巖壁護(hù)坡可進(jìn)行大面積的深色或低反射率植被綠化；通過上述措施可降低隧道外景觀的亮度占比，且一定程度下削弱隧道外亮度。東西朝向公路隧道內(nèi)的環(huán)境可對(duì)入口段側(cè)壁鋪設(shè)高反射率或淺色的材料進(jìn)行裝飾，如蓄能反光材料或卡索板等；隧道入口段路面可采用彩色瀝青材質(zhì)；通過上述措施可提升洞內(nèi)景觀的亮度占比，且一定程度上提高隧道內(nèi)亮度。通過改變20°視場內(nèi)隧道內(nèi)外景觀構(gòu)成，以此降低洞外景觀的亮度占比和內(nèi)外亮度差異程度，從而提高東西朝向公路隧道接近段行車安全性。

4 結(jié)束語

在20°視場內(nèi)，東西朝向公路隧道的眩光時(shí)變特性總體呈現(xiàn)先增后減的趨勢，分別于上、下午時(shí)達(dá)到最大；其與隧道內(nèi)外亮度差的總體變化趨勢一致。此外當(dāng)東西朝向隧道出現(xiàn)最大眩光值時(shí)，接近段伴隨出現(xiàn)不舒適性乃至難以容忍的眩光，眩光主要來源于隧道外景觀眩光；且雨后隧道接近段的眩光值都大于正常天氣下的眩光值。東西朝向公路隧道在設(shè)計(jì)和建造時(shí)忽略了接近段眩光的影響，不舒適性眩光會(huì)延長駕駛員對(duì)隧道路況的判斷時(shí)間并對(duì)接近段的安全舒適產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)。故公路隧道在進(jìn)行選址時(shí)，朝向應(yīng)盡量避免設(shè)計(jì)為東西向；對(duì)于已建成的東西朝向隧道，可以從避免出現(xiàn)間接眩光、降低隧道內(nèi)外亮度差和改變20°視場內(nèi)景觀構(gòu)成3 個(gè)方面入手，以提高東西朝向公路隧道接近段的行車安全性。

本文將基于20°視場的等效光源試驗(yàn)方案應(yīng)用于東西朝向公路隧道眩光研究之中，其可降低尋找眩光場的難度且有利于分析眩光現(xiàn)象；同時(shí)提出將高亮度狀態(tài)的隧道外景觀和路面量化為間接眩光源、將低亮度狀態(tài)的隧道內(nèi)景觀量化為眩光暗背景，以及利用隧道內(nèi)外亮度環(huán)境貢獻(xiàn)比的概念對(duì)其亮度差異程度進(jìn)行量化分析，為量化分析公路隧道內(nèi)外亮度差、隧道外眩光和其他構(gòu)造物室外眩光提供了新的研究思路。

本文采用現(xiàn)場試驗(yàn)方案可解決采用數(shù)值模擬方法和室內(nèi)仿真試驗(yàn)所帶來的問題，為東西朝向公路隧道接近段的現(xiàn)場眩光試驗(yàn)研究提供借鑒與參考。但由于本文的現(xiàn)場試驗(yàn)所選隧道樣本量較少，今后可選取全國范圍內(nèi)的其他公路隧道來增加樣本量再進(jìn)行更加深入的研究。同時(shí)本文在選擇隧道時(shí)僅考慮了《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》所規(guī)定的朝向、天空率、設(shè)計(jì)車速等因素，還應(yīng)考慮其他因素對(duì)隧道選擇的影響。本文側(cè)重研究東西朝向公路隧道接近段間接眩光現(xiàn)象，實(shí)際上東西朝向隧道出洞口存在更加嚴(yán)重的直接眩光現(xiàn)象，后續(xù)應(yīng)補(bǔ)充出口段直接眩光的研究。