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：1000033X（2016）12007907

收稿日期：20160609

基金項目：云南省交通運輸廳聯合攻關科技項目（云交科教[2016]56號）

摘要：為了解決高速公路夜間行車時普遍存在的強光炫目問題，通過分析車輛前照燈、駕駛人視線和防眩板設置高度在道路橫縱斷面上的投影關系，構建相應的計算模型，從而提出包含前后縱坡的凹形豎曲線路段防眩高度計算方法，與基于不同高速公路設計標準和位于中線與中央分隔帶兩側的2種設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，可為相關施工提供借鑒。

關鍵詞：防眩板；幾何模型；防眩高度；設置位置

中圖分類號：U412.36文獻標志碼：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解決夜間對向行車的車燈強光眩目問題。《高速公路交通工程及沿線設施設計通用規范》（JTG D80—2006）（以下簡稱《規范》）規定直線路段防眩高度應為1.60～1.70 m，平、縱線形組合路段防眩高度應為1.20～1.80 m；《公路交通安全設施設計細則》（JTG/T D81—2006）（以下簡稱《細則》）建議防眩設施的高度不宜超過2 m。實踐表明，在平直線路段按照規定的1.60～1.70 m高度設置防眩板仍存在上側漏光問題，而在凹形豎曲線路段，處于高處的車前燈光高度亦會超過凹面路段較低處防眩板高度而造成眩光。

目前，國外道路防眩的研究大多是分析眩光對交通安全的影響，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，防眩設施應采用不同的高度；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施高度奠定了理論基礎；鄧海斌、吳燚等人均通過建立不同的凹曲線路段計算模型，分析獲得防眩設施設置高度的函數表達式[1]。楊春風等人認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向最外側車道位置[2]。楊少偉等人考慮超高、曲率和縱坡等不同因素單獨或組合的影響，根據車型選擇最不利位置作為特征點，利用空間幾何和平面線形理論，研究不同路段任意樁號中央分隔帶防眩植物高度的計算方法[3]。

國內相關技術規范只提供了防眩板防眩高度的選用范圍，沒有配合道路相關技術指標以及工程中常出現的設置方式給出貼近實際的防眩高度選用方案。近年來對于防眩高度的研究方法也主要是基于防眩板設于道路中線的幾何分析，所建立的計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不同位置處變化的防眩需求而可能導致的前后縱坡上的防眩板高度變化，也未探討實際工程對板高的經濟性需求，難以合理、經濟、有效地指導工程實踐。

本文依據汽車前照燈運動與駕駛人視線移動軌跡在道路橫縱斷面上的投影線，通過分析防眩板設計要素與高速公路幾何設計要素之間的關系，從而提出包含前后縱坡的凹形豎曲線路段防眩高度計算方法、基于不同高速公路設計標準和位于中線與中央分隔帶兩側2種設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，以科學便捷地指導工程應用。

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計采用式（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。《細則》表明，當相會兩車橫向距離B≥14 m時，兩車燈光不會使駕駛員眩目，且在中央分隔帶寬度d≥9 m的路段不必設置防眩設施。綜合文獻[2]、[4]對各車道組合形式下B1/B的大小進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，而光源車輛在對向較外側車道位置，此時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、左側路緣帶寬度的影響，故需根據光源車輛所處車道位置、防眩板設置位置以及表1中相關設計參數，對相應的B1和B值分以下3種路況進行分類討論。

（1）路況一。當光源車輛在平曲線內側第3條車道或距道路中線更遠的車道上行駛時，與對向車輛的橫向間距B≥14 m，駕駛員基本不會受到眩光影響，故不考慮該種情況。

（2）路況二。光源車輛在平曲線內側靠近道路中線的第2條車道上行駛。以120 km·h-1設計速度為例，當中央分隔帶寬度為2 m，對向兩車橫向間距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欄處防眩板橫向距離B′1取較大值為8375 m。同理可計算其他設計速度下不同中央分隔帶寬度時的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，此時考慮第3種情況。

（3）路況三。光源車輛在平曲線內側超車道行駛。以120 km·h-1設計速度為例，當中央分隔帶寬度為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計速度時不同中央分隔帶寬度的B1、B′1、B值。

將以上各情況計算出的B1、B′1和B值代入式（1）中，得到在不同設計速度、中央分隔帶寬度和設置位置下的防眩高度計算值H。計算過程中，由于直線段防眩高度計算值只受B1/B值的影響，故同一設計速度在路況二下，直線段中線處的防眩高度計算值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的防眩高度計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算值均為1.5 m，而在中央分隔帶任一側的防眩高度計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置高度應為1.5～1.7 m。經式（1）計算，中央分隔帶寬度d>6 m時，中線處防眩高度Hmin≤1.60 m，但此時會使兩車橫向間距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的防眩高度應為1.75～1.85 m，若按照《規范》中給定的1.6～1.7 m設置，在板位于中央分隔帶一側的情況下，會存在上方漏光。因此，防眩高度應根據不同設計速度、中央分隔帶寬度和設置位置，參照表2進行設置。此外，在具有相同防眩效果的前提下，在道路中線處設置防眩板相對于在中央分隔帶兩側護欄上設置所需防眩高度更低，經濟性更好。

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對防眩高度影響較大，而前后縱坡坡度變化對于高度值影響較小。以表2中考慮不同設計速度、中央分隔帶寬度以及設置位置所計算得到的直線段防眩高度作為基礎，按照上節的凹形豎曲線路段防眩高度計算方法，可得出對應于表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。

根據表3，對照直線段防眩高度計算值變化特性可知：同一設計速度的不同中央分隔帶寬度采用相同防眩高度Hmin時，在路況二下，由于直線段中線處的防眩高度計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的防眩高度計算值隨著中央分隔帶寬度的增加而增加，相應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的防眩高度計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，可根據設計速度、中央分隔帶寬度、防眩板設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，應根據式（2）～（8）計算豎曲線段以及前后縱坡的最小防眩高度。由于該計算方法得到的防眩高度具有連續變化的特性，為了方便設施生產和高度過渡，建議以5 cm為間隔設置，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，即可保持與相應平面線形段防眩高度一致，以減少設計計算工作量。

3算例與分析

云南省某高速公路是一條設計速度為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。參照現有規范，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，需要結合前文內容對防眩板參數進行調整。以下結合表2、3以及第2節中的計算方法，取3段凹形縱曲面（基本參數見表4）作為算例進行防眩高度的確定。

由Vd=80 km·h-1和中央分隔帶寬度d=2 m

兩個已知設計參數查表2、3，得到防眩板位于道路中線時和中央分隔帶任一側時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R<100 000 m，故在2種防眩板設置方式下，該豎曲線部分路段所需防眩高度均大于相應的平面線形路段防眩高度，根據第2節中的計算方法，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R>100 000 m，故在2種防眩板設置方式下所需防眩高度均與相應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R<100 000 m，故當防眩板位于道路中線時，豎曲線段包括前后縱坡所需防眩高度可與相應平面線形路段保持一致，為1.7 m；當防眩板位于中央分隔帶任一側時，所需防眩高度大于相應平面線形路段防眩高度，根據第2節中的計算方法，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出現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，防眩板設置于道路中線較設置于中央分隔帶任一側所需防眩高度更小，經濟性更好。

4結語

（1）根據平面線形段防眩高度計算公式，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向較外側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，得出可根據設計速度、中央分隔帶寬度、防眩板預設位置進行直接參考應用的平面線形段最小板高確定表，結果表明道路直線段中線處所需防眩高度應為150～170 m，而中央分隔帶任一側處的防眩高度大于規范規定范圍，應為1.75～1.85 m。

（2）所建立的包含前后縱坡的凹形豎曲線計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人視線移動軌跡與防眩板高度在道路縱斷面上的投影關系，給出了基于120 m眩光縱距的凹形豎曲線段防眩高度計算方法，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，有利于簡化設計工作量。

（3）在具有相同防眩效果的前提下，在中央分隔帶中線處設置防眩板相對于設置在中央分隔帶兩側護欄上而言所需板高較低，經濟性更好。

（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置方法是基于設計速度不小于60 km·h-1的高速公路，對于有中間分隔設施的一級公路、城市快速路等具有同等應用價值。

參考文獻：

[1]吳燚，王建軍，曹廣斌，等.凹形豎曲線路段防眩板高度計算方法[J].交通運輸工程學報，2013，13（2）：8691.

[2]楊春風，肖金林，孫吉書，等.高速公路防眩高度和交通安全關系[J].長安大學學報：自然科學版，2014，34（1）：9094.

[3]楊少偉，王云澤，潘兵宏.中央分隔帶防眩植物高度的計算方法[J].長安大學學報：自然科學版，2015，35（4）：2731.

[4]王春娥.雙向四車道高速公路防眩板設置高度研究[J].鹽城工學院學報：自然科學版，2012，25（1）：6266.

[5]慕慧，楊少偉.公路彎坡路段線形設計[J].長安大學學報：自然科學版，2007，27（2）：2629.

[責任編輯：杜衛華]