基于BIM的校園道路交通風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別及設(shè)計(jì)優(yōu)化

周橋遠(yuǎn)， 楊冰鳳， 劉丹虹， 劉健豪， 楊 旭， 蔣 杰

(西南石油大學(xué)土木工程與測(cè)繪學(xué)院，四川成都 610500)

[通信作者]蔣杰(1982—)，男，碩士，講師，研究方向?yàn)轫?xiàng)目管理、BIM技術(shù)應(yīng)用等。

現(xiàn)在的城市道路規(guī)劃設(shè)計(jì)已經(jīng)非常成熟，但是像校園這樣的封閉區(qū)域里的道路設(shè)計(jì)，往往只考慮基本的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，卻不能綜合考慮路邊的景觀、構(gòu)筑物和車(chē)位停車(chē)等因素可能造成的視線遮擋，尤其校園道路其轉(zhuǎn)彎半徑往往較小，即使在滿足限速30 km/h的前提下，也容易存在著各種交通安全隱患。

BIM技術(shù)的可視化效果提供了對(duì)校園區(qū)域內(nèi)道路進(jìn)行設(shè)計(jì)前優(yōu)化的可能性，可以找出由于路邊景觀遮擋、路口設(shè)置不合理、停車(chē)位設(shè)置等問(wèn)題導(dǎo)致的校園內(nèi)道路駕駛時(shí)的不安全因素，模擬在不同情況下校園道路中車(chē)輛行駛出現(xiàn)的問(wèn)題，根據(jù)各種風(fēng)險(xiǎn)因素在校園道路規(guī)劃就時(shí)做到最優(yōu)化，建設(shè)最優(yōu)的道路，大大地降低校園道路交通事故的發(fā)生。

1 BIM技術(shù)在道路規(guī)劃與建設(shè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

BIM技術(shù)建立的三維可視化模型，可以將建筑以三維效果展現(xiàn)在大家面前，還可以模擬不能在真實(shí)世界中進(jìn)行操作的事物，通過(guò)BIM技術(shù)進(jìn)行道路規(guī)劃與安全優(yōu)化，需要利用BIM技術(shù)具有的自動(dòng)計(jì)算功能與輔助分析功能使二維設(shè)計(jì)文件和BIM數(shù)據(jù)之間實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，并提出一套以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)的道路工程行車(chē)安全設(shè)計(jì)及綜合評(píng)價(jià)方法，以此提高設(shè)計(jì)工作效率與道路交通的安全性[1]，對(duì)此，國(guó)內(nèi)外都有所研究。

國(guó)外，西班牙瓦倫西亞政治大學(xué)設(shè)計(jì)與制造研究所利用非侵入性設(shè)備(例如攝像機(jī)和LIDAR)收集實(shí)際操作建立一個(gè)駕駛模擬器，將駕駛模擬器運(yùn)用到用BIM技術(shù)建立好的3D道路模型中去，進(jìn)行了兩條道路在3D模型上的駕駛模擬[2]，可以清楚直觀地看到在車(chē)輛行駛中這些道路所存在的危險(xiǎn)因素；國(guó)內(nèi)，建立基于真實(shí)環(huán)境創(chuàng)建真實(shí)的三維模型，還有周?chē)ㄖ锏缆犯綦x帶、建筑、景觀、河流等其他基礎(chǔ)設(shè)施模型，并且可以分析區(qū)域用途，設(shè)計(jì)師直接在三維模型上進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)城市道路[3]，并且可以在同一模型中創(chuàng)建多種路線規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)完成后通過(guò)三維模擬道路真實(shí)情況，進(jìn)行再次優(yōu)化。

由此可見(jiàn)，BIM技術(shù)運(yùn)用在道路規(guī)劃與建設(shè)中是有可行性的。

2 研究思路

項(xiàng)目組擬針對(duì)所在高校的校園內(nèi)道路建立完整的BIM模型，對(duì)路口的視線遮擋情況進(jìn)行定量分析，識(shí)別出可能影響交通安全的風(fēng)險(xiǎn)因素，針對(duì)不同的遮擋程度對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率，對(duì)路口進(jìn)行分類(lèi)，再針對(duì)不同類(lèi)型的路口提出有效的優(yōu)化方案，最后在三維模型中將優(yōu)化方案付諸實(shí)現(xiàn)并評(píng)估優(yōu)化效果，從而證實(shí)這一手段對(duì)于路口規(guī)劃設(shè)計(jì)的有效性。

3 校園道路交通風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別及設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程

3.1 風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查與識(shí)別

項(xiàng)目組對(duì)所在高校內(nèi)的校園道路交通狀況開(kāi)展了問(wèn)卷調(diào)查，并按照問(wèn)卷調(diào)查的結(jié)果對(duì)20個(gè)路口進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研，篩選出來(lái)存在較為明顯的交通風(fēng)險(xiǎn)的幾個(gè)典型路口，詳見(jiàn)表1。

3.2 利用Revit軟件進(jìn)行道路交通風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

運(yùn)用Revit軟件建立場(chǎng)地模型，一比一還原校園道路，對(duì)工程道路的實(shí)際行車(chē)情況進(jìn)行模擬，包括模擬道路兩側(cè)的樹(shù)木、停車(chē)位、標(biāo)志牌及部分其他標(biāo)志性參照物，實(shí)地觀察測(cè)量樹(shù)木覆蓋和其他物體導(dǎo)致的視線遮擋范圍及道路轉(zhuǎn)彎處的盲區(qū)角度，結(jié)合Revit漫游模擬的駕駛員視角角度進(jìn)行分析，綜合各項(xiàng)數(shù)據(jù)計(jì)算出路口的視線盲區(qū)范圍及駕駛員的盲區(qū)角度，對(duì)安全剎車(chē)距離與汽車(chē)所形成的視野三角形內(nèi)的視線遮擋進(jìn)行判別(圖1)。

3.2.1 計(jì)算安全剎車(chē)距離

根據(jù)公式S=V2/(2gμ)計(jì)算安全剎車(chē)距離，考慮人的反應(yīng)時(shí)間和車(chē)子的響應(yīng)時(shí)間，正常情況下所需總時(shí)間約0.5～0.6 s，大多數(shù)人的動(dòng)作時(shí)間約需1 s。式中：V為車(chē)速m/s;g為9.8 m/s2假設(shè)摩擦系數(shù)μ為0.8，則不同的車(chē)速，剎車(chē)距離計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 典型路口及風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

表2 車(chē)速與剎車(chē)距離數(shù)據(jù)

圖1 校園道路模擬

圖2 安全剎車(chē)距離示意

選擇20～30 km/h的速度區(qū)間，其安全距離為7.6～12.7 m，選取10 m為安全剎車(chē)距離進(jìn)行研究。

3.2.2 視線遮擋情況分析

使用Revit的漫游功能，對(duì)于視線遮擋問(wèn)題的情況，根據(jù)遮擋情況的不同情況對(duì)路口進(jìn)行分類(lèi)，總共可以分為4類(lèi)路口。

3.2.2.1 一類(lèi)路口

另一方向來(lái)車(chē)，但發(fā)現(xiàn)其時(shí)的距離大于10 m的。以下路口為一類(lèi)：路口1、路口2、路口、路口5、路口6、路口9、路口11、路口12、路口13、路口14、路口15、路口19、路口20。

由于此類(lèi)路口發(fā)現(xiàn)來(lái)車(chē)距離大于安全剎車(chē)距離10 m，屬于安全路口因此不作分析。

3.2.2.2 二類(lèi)路口

另一方向來(lái)車(chē)，但發(fā)現(xiàn)其時(shí)的距離大于5 m，小于10 m的。對(duì)二類(lèi)路口作出以下具體分析，見(jiàn)表3。

表3 二類(lèi)路口具體情況分析

以路口16為例，其路口平面俯視如圖3所示。

圖3 路口16剎車(chē)距離及視線遮擋情況分析

3.2.2.3 三類(lèi)路口

另一方向來(lái)車(chē)，但發(fā)現(xiàn)其時(shí)的距離小于5 m的。三類(lèi)路口造成目視距離不足的原因和二類(lèi)路口相同，區(qū)別在于，三類(lèi)路口的情況更加緊急，安全的隱患更大，急需改善。我校不存在三類(lèi)路口因此不作討論。

3.2.2.4 四類(lèi)路口

十字路口，兩面來(lái)車(chē)，不能滿足20 m×10 m的等腰直角三角形的可視范圍的。只有國(guó)重樓樓下的路口4為四類(lèi)路口。此路口造成剎車(chē)距離不足的原因有2個(gè)：

(1)部分植被過(guò)于茂密，駕駛員在轉(zhuǎn)彎時(shí)看不見(jiàn)左(右)方向的情況。

(2)部分車(chē)輛遮擋住了視線，導(dǎo)致剎車(chē)距離不足。

3.2.3 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和評(píng)估總結(jié)

根據(jù)對(duì)校園道路的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與分析，并在實(shí)地考察的基礎(chǔ)上與三維模型進(jìn)行對(duì)照，項(xiàng)目組將導(dǎo)致校園道路交通風(fēng)險(xiǎn)的主要因素分為幾種：①非機(jī)動(dòng)車(chē)輛和行人過(guò)馬路干擾嚴(yán)重；②車(chē)輛隨意停放；③分叉路口車(chē)輛行駛方向混亂；④視線被遮擋導(dǎo)致駕駛員存在視野盲區(qū)，剎車(chē)距離不足。

在后文中將針對(duì)性的對(duì)此類(lèi)問(wèn)題進(jìn)行整改和優(yōu)化。

4 校園道路交通風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)以及優(yōu)化對(duì)比

4.1 風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)建議

運(yùn)用Revit軟件建立場(chǎng)地模型，結(jié)合Revit漫游模擬的駕駛員視角角度進(jìn)行分析，可以利用降低或移除路口遮擋視線性的植被、優(yōu)化道路拐角的形狀，增設(shè)固定反光鏡等方法，改造路口的視線情況，使駕駛員視野增大、視野盲區(qū)減小。為了在經(jīng)過(guò)路口時(shí)保持安全剎車(chē)距離，提前發(fā)現(xiàn)側(cè)向來(lái)車(chē)以及道路上可能突然出現(xiàn)的行人等，及時(shí)做出反應(yīng)，使得道路設(shè)施符合安全設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，項(xiàng)目組提出了優(yōu)化建議，形成校園道路優(yōu)化方案：

(1)將原來(lái)的道路擴(kuò)寬，設(shè)置路障，強(qiáng)行將機(jī)動(dòng)車(chē)輛與行人分開(kāi)，防止行人通過(guò)的區(qū)域與機(jī)動(dòng)車(chē)輛混合，在實(shí)在無(wú)法避免人車(chē)交流的地方設(shè)置紅綠燈，從時(shí)間上進(jìn)行人車(chē)分離。

(2)去除在轉(zhuǎn)彎處遮擋視線的障礙物(例如植被、路標(biāo)牌、崗?fù)さ?。

(3)存在違經(jīng)常規(guī)停車(chē)的地方設(shè)立間隔為1～2 m的防撞立柱。

(4)在不影響交通安全和師生行走的地方設(shè)立臨時(shí)停車(chē)位。

(5)在三岔路口中間設(shè)置圍欄或者路障劃分出道路，并進(jìn)行道路渠化，規(guī)范車(chē)輛行駛方向。

(6)對(duì)于校內(nèi)隨意停車(chē)問(wèn)題進(jìn)行整治，將隨意停放的車(chē)輛進(jìn)行拍照記錄。

4.2 典型路口優(yōu)化效果分析

項(xiàng)目組對(duì)所有具有交通風(fēng)險(xiǎn)的路口進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并利用軟件模擬分析其優(yōu)化效果，本文仍以路口16作為典型實(shí)例進(jìn)行展示。

路口16的風(fēng)險(xiǎn)是由于部分車(chē)輛停留在路邊平臺(tái)，而導(dǎo)致車(chē)輛經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)角時(shí)視線遮擋明顯，因此提出優(yōu)化方案：

路邊平臺(tái)旁設(shè)置足夠的停車(chē)位，使車(chē)輛不再停放在平臺(tái)處，從而使剎車(chē)距離大于10 m，且斜向觀察路口時(shí)視線不會(huì)被遮擋，在接近轉(zhuǎn)角處的平臺(tái)處設(shè)置防撞立柱，避免有車(chē)輛強(qiáng)行駛上平臺(tái)。防撞柱的高度與寬度設(shè)計(jì)不會(huì)遮擋駕駛員的視線，使停放的車(chē)輛不會(huì)遮擋駕駛員的視線，還可以使剎車(chē)距離增加到10 m。

優(yōu)化前效果如前文中圖3所示，在平臺(tái)上有車(chē)輛停放時(shí)，會(huì)形成明顯的視線遮擋，無(wú)法做到兩方向的車(chē)輛發(fā)現(xiàn)對(duì)方時(shí)離交匯點(diǎn)的距離都達(dá)到10 m的基本要求。

在采取上述優(yōu)化方案后，其效果如圖4所示，由于取消了平臺(tái)上的車(chē)輛停放可能，使得道路上的車(chē)輛在路口處可以獲得寬闊的側(cè)方視野，達(dá)到了兩方向車(chē)輛目視發(fā)現(xiàn)對(duì)方時(shí)到達(dá)交匯點(diǎn)距離都達(dá)到10 m的要求。

圖4 路口16優(yōu)化后俯視

由此可見(jiàn)，針對(duì)性地對(duì)路口進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整，可以在遵守交通規(guī)則，有效限速的前提下有效降低交通事故發(fā)生的隱患。

5 結(jié)論

本文對(duì)于校園內(nèi)道路交通風(fēng)險(xiǎn)因素的識(shí)別提供了BIM技術(shù)這一探索性的方案，由于BIM技術(shù)的三維可視化效果，實(shí)際上是可以實(shí)現(xiàn)在道路規(guī)劃設(shè)計(jì)付諸實(shí)施前有效的進(jìn)行前期模擬和設(shè)計(jì)優(yōu)化的。這樣的優(yōu)化可以有效避免在道路建成后出現(xiàn)的各種交通事故隱患，同時(shí)這一設(shè)計(jì)思想也可以應(yīng)用于景觀設(shè)計(jì)、路燈布置等設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化中。