城市道路環境下交通標志反光膜選用技術分析

陸嘉成 ，唐 鋒

（江蘇省科佳工程設計有限公司，江蘇 無錫 214000）

0 引言

改革開放以來，我國的經濟進入了快速發展階段，隨著城市化和機動化水平的不斷提高，我國交通事業也進入了飛速發展階段。根據相關統計調查顯示，從2002年到2014年底，全國機動車保有量從8 000萬輛增長到2.71億輛，其中汽車1.63億輛，保有量僅次于美國，已經成為全球第二。預計到2020年，僅私家車數量就將達到1.76億輛。

然而長期以來“重建設，輕管理；重路面，輕設施”的建設思路，又使得道路交通安全設施處于數量缺失，級別及性能低下的局面[1]。道路交通反光膜作為一種重要的道路交通安全設施，在實際工程建設和交通管理中對于反光膜的選用缺乏統一的選用標準，使得工程設計和管理人員對于反光膜的選用存在了一些認識上的誤區。因此，對于現有城市道路中反光膜的選用標準和設置要求如何明確，成為亟需解決的問題。本文通過分析運行車速、觀測角度、字膜與底膜的對比度、耐候性、經濟性和設施類型等因素對反光膜等級選用產生的影響，重點解決城市道路道路交通標志反光膜選用技術標準的問題。

1 相關規范的發展歷程

我國第一部關于反光膜的國家標準誕生于1996年。1996年1月，交通部發布了《公路交通標志板技術條件》（JT/T 279-1995）。該規范在澳大利亞和新西蘭國家標準AS 1906-1993的基礎之上，結合我國實際情況，將反光膜分為兩大類和五個等級[2]。這也是反光膜第一次有了國家標準的分級依據，對于規范反光膜的科研、生產和使用有著重要意義。但是該規范屬于產品規范，對于反光膜的設置并沒有做出詳細規定。到了1999年，交通部和公安部共同提出了《道路交通標志和標線》（GB 5768-1999）。這也是我國對于反光膜設置的第一部規范。

直到2002年，反光膜才有了一部真正屬于自己的規范——《公路交通標志反光膜》（GB/T 18833-2002）。該標準對反光膜的定義、分類、技術要求、測試方法、檢驗等進行了明確規定，是反光交通設施應用的基礎性標準，其對中國反光膜的應用技術和理念具有風向標的作用。在此之后發布的《公路交通標志板》（JT/T 279-2004）、《公路交通安全設施設計細則》（JTG/T D81-2006）、《道路交通標志和標線》（GB 5768-2009）、《道路交通標志板及支撐件》（GB/T 23827-2009）、《交通錐》（GB/T 24720-2009）和《城市道路交通設施設計規范》（GB 50688-2011）等規范對于反光膜的分類均參照《公路交通標志反光膜》（GB/T 18833-2002）執行，見圖1。

圖1 反光膜相關規范的相互關系圖

在《公路交通標志反光膜》（GB/T 18833—2002）發布10 a之后，隨著道路寬度的不斷加大，再加上各種環境下（多雨、霧、霾、霓虹燈等）的光線干擾，反光膜也面臨著更高的挑戰[3]。到了2012年新修訂的《道路交通反光膜》（GB/T 18833—2012），在參照美國 ASTM 標準[4]、英國 BS 標準[5]、德國DIN標準和歐盟反光膜的標準EN12899[6]等國外標準的基礎上，反光膜的等級由按級別分類調整為按類型分類，具體變化詳見表1。此外，從規范名稱的變化也可以看出，規范的適用范圍也從公路擴大了到更大的范圍。

2 現狀問題和誤區

通過綜合分析，可將現狀存在的問題主要分為3個方面。

2.1 各類規范要求不統一

本文比較了各類規范對于反光膜的選用條款，并作摘要對比如下。《道路交通標志和標線》（GB 5768—1999）第15.1條b）款規定“高速公路、一級公路及城市主干路的交通標志宜采用一～三級反光膜；二、三級公路及一般城市道路的交通標志宜采用四級以上的反光膜。四、五級反光膜可用于四級公路和交通量很小的其他道路”[7]。《公路交通安全設施設計細則》（JTG/T D81—2006）第6.5.1條（2）款規定“交通標志板采用反光膜材料時，高速公路、一級公路上宜采用一、二級反光膜，二、三級公路的交通標志宜采用三、四級反光膜，四級公路宜采用四、五級反光膜”[8]。《道路交通標志和標線》（GB5768—2009）第 3.11.2.2 條 a)款和 c)規定“標志背景環境影響大、行駛速度快、交通量大的道路宜選用逆反射性能好的材料；四級及以下公路、交通量很小的道路，根據實際情況可選用較其他道路逆反射性能低的材料”[9]。《城市道路交通設施設計規范》（GB 50688—2011）第5.4.2條規定“城市快速路、城市主干路的標志應采用一級～三級反光膜，在曲線段或其他危險路段應采用二級以上反光膜。城市次干路及以下等級道路的標志應采用四級以上的反光膜”[10]。《城市道路交通標志和標線設置規范》（GB 51038—2015）第4.6.1條（3）款規定“快速路、主干路的標志應采用Ⅲ類～Ⅴ類反光膜，次干路及以下等級道路的標志可在Ⅰ類～Ⅳ類的反光膜中選擇”[11]。

通過比較上述規范不難發現，在規范的適用標準上，有些規范僅適用于公路，有些規范僅適用于城市道路，還有一些適用于各類道路；在反光膜的分類和設置標準上，不同規范參照的分類標準不同且設置要求過于寬泛，無法細化和落實。

表1 反光膜分類對照表

2.2 反光膜級別和公路級別的對應誤區限定了設計者的思路

由于《公路交通標志反光膜》（GB/T 18833—2002）將反光膜等級按照逆反射系數分成五個等級，性能從一級到五級呈逐漸下降趨勢。這種分類方法與《公路工程技術標準》（JTG B01—2003）中將公路按照功能和交通量分為高速公路和一二三四級公路十分相似。而且《公路交通安全設施設計細則》（JTG/T D81—2006）第 6.5.1條（2）款規定“交通標志板采用反光膜材料時，高速公路、一級公路上宜采用一、二級反光膜，二、三級公路的交通標志宜采用三、四級反光膜，四級公路宜采用四、五級反光膜”。

因此不少交通工程師經常簡單地將反光膜等級和公路等級相對應，誤認為高等級的道路必須使用高等級的反光膜，而低等級的道路則可以使用等級較低的反光膜。對此，《道路交通標志和標線》（GB5768—2009）第 3.11.2.2 條 a）款和 c）規定“標志背景環境影響大、行駛速度快、交通量大的道路宜選用逆反射性能好的材料；四級及以下公路、交通量很小的道路，根據實際情況可選用較其他道路逆反射性能低的材料”。

2.3 反光膜越亮越好

既然目前尚未形成統一的反光膜選用標準，很多工程技術人員就認為，在實際工程中只要盡量選擇較高等級的反光膜，對于交通安全就一定會起到正面作用。然而事實恰恰相反，盲目選擇過高等級的反光膜，反而會過猶不及，造成不必要的交通隱患。

通常人們認為，逆反射系數越大，反射距離越遠，視認性就越好，對于駕駛員和行人就越安全。但對于交通標志來說，尤其是板面文字較多或信息復雜的指路標志時，并非逆反射系數越大，視認性就越好。相反，如果逆反射系數太大，即標志太亮，反而容易產生眩光，影響對標志信息的視認[12]。另外由于我國漢字的特殊性，筆畫與拉丁文字符是完全不同的。如果使用逆反射系數較高的反光膜制作高等級道路上的指路標志的話，雖然駕駛員能夠在較遠的位置發現標志，但由于文字筆畫間會產生“光滲”現象，導致駕駛員無法完整清晰地辨認出文字整體結構和筆畫，反而造成視認效果比較差。近年來，由于此類原因已出現過多起交通事故。日本的文字與我們有些相似，在日本的高速公路上，就很少見到用微棱鏡反光膜制作的指路標志[2]。

因此逆反射系數較大的反光膜，用于制作警告標志、禁令標志、視線誘導標以及輪廓標等較為適宜，屬于遠距離提醒司機注意標志，而不適合做近距離閱讀的文字標志[13]。未來在反光膜規范修編的過程中，除了規定逆反射系數的最低限度，對于不同交通標志的逆反射系數的上限也不能不有所考慮。

3 影響反光膜選擇的主要因素

綜上所述，反光膜的選擇首先應該建立統一的分類標準和體系，然后分析不同影響因素與反光膜選擇的關系。按照《道路交通反光膜》（GB/T 18833—2012），反光膜分為Ⅰ類～Ⅶ類七個類別。本文試圖研究運行車速、觀測角度、字膜與底膜的對比度、耐候性、經濟性和設施類型等因素對反光膜類別的影響。

3.1 運行車速

交通標志的視認過程是駕駛員對交通標志的認知和對車輛進行操作的過程，這一過程主要依靠駕駛員的視覺和運動輸出來完成。其中信息處理的過程見圖2，從A點到S點，駕駛員大致經歷了刺激、認讀、決策和行為4個過程，與之對應的節點有視認點、給讀點、決策點、行動點[14]。

圖2 交通標志視認原理關系圖

從上述分析過程不難看出，運行車速越快，駕駛員所需的視認距離就越長。根據相關研究，當逆反射系數為20～50時，其視認距離（BS）在113～155 m左右，適用于70～85 km/h的行車速度；當逆反射系數為100～170時，其視認距離（BS）在185.93～214.88 m左右，適用于100～111 km/h的行車速度；當逆反射系數為340～660時，其視認距離（BS）在 243～282 m左右，適用于117～128 km/h的行車速度[15]。

若某種反光膜制作的標志提供的可讀距離小于安全行車距離，則駕駛員沒有足夠的時間對標志進行恰當的反應；只有在可讀距離大于安全行車距離的情況下，駕駛者才能有足夠的時間對標志作出正確的反應。因此，運行車速是反光膜選擇的重要因素。

3.2 觀測角度

除了運行車速以外，觀測角度也是影響反光膜逆反射系數的重要因素。在交通標志的逆反射體系中，觀測角度是用來描述交通標志反光膜反光亮度的特有參數[16]。

由于交通標志設置位置的不同，觀測角度也會不同。在同一條道路上，四塊標志分別設置于路兩側及門架上，一輛汽車在150 m處用車燈探射（見圖3）。由圖中數據可知，道路右側的標志反射效果最佳；道路左側的標志反射效果其次，但已經降至右側標志的22%；道路上方門架式的標志反光效果最差，僅為右側標志的14%和17%。

圖3 不同位置交通標志所產生的反光效果圖

因此，我們在設置交通標志時應該優先選擇靠右設置，如果需要靠道路左側或采用門架式時，應該選用比路右側標志更高等級的反光膜材料。

3.3 字膜與底膜的對比度

從理論角度來說，反光膜等級越高，其逆反射系數越大，駕駛員的視認距離應該越遠。但是由于漢字結構的特殊性，當逆反射系數過大時，反光膜所產生的逆反射光線會形成炫光效應。這種炫光會和漢字筆畫熔融，反而會導致駕駛員視認距離的下降。

根據相關實驗數據，最高等級的鉆石級反光膜的平均視認距離明顯小于有1層、2層和3層衰減膜覆蓋下的視認距離。實測字膜與底膜的逆反射系數對比度在7.59～8.18之間時，駕駛員的平均視認距離最大，為140.8～143.5 m。

因此，在兼顧安全和經濟的原則下，指路標志文字反光膜的等級可略高于背景色反光膜的等級，以達到降低字膜與底膜對比度的效果。

3.4 耐候性能

在選擇反光材料，初始亮度雖然很重要，但同樣重要的是，標志材料的亮度必須具有持久性，也就是說，不僅在剛使用時，而且要在使用壽命內能保持良好的反光性能。使標志在整個使用期內保持足夠的視認性。做到看得清，看得遠。

由于不同地區氣候條件的差異，交通標志所經受的環境影響也不一樣。作為一種長期暴露在戶外的交通安全設施，必須能夠經受不同環境的考驗，如溫度變化、紫外線輻射、雨水和鹽霧的侵蝕以及風沙吹打等。現實中一旦交通標志的穩定性無法滿足環境的要求，往往會在短時間內出現脫落、褪色和逆反射系數下降等現象，造成交通安全的隱患。

根據表2的數據，Ⅱ～Ⅴ類反光膜的使用壽命為10 a，其中Ⅲ～Ⅴ類反光膜在使用壽命末期最小逆反射系數均為出廠亮度的80%，Ⅱ類反光膜在使用壽命末期最小逆反射系數為出廠亮度的65%；Ⅰ類、Ⅵ類和Ⅶ類反光膜的使用壽命為7 a，在使用壽命末期最小逆反射系數均為出廠亮度的50%。由此可見，Ⅲ～Ⅴ類反光膜的耐候性能最好，Ⅱ類反光膜耐候性能次之，Ⅰ類、Ⅵ類和Ⅶ類反光膜的耐候性能一般。

表2 不同類別反光膜耐候性能比較

3.5 設施類型

除逆反射系數以外，不同類型的反光膜還具有各自獨特的性能。因此，根據交通設施的類型，可采用不同類別的反光膜。

Ⅰ類反光膜耐候性一般，適用于臨時標志；Ⅱ～Ⅴ類反光膜耐候性能較好，適用于耐久性的交通標志，可同時滿足遠距離的顯著性和近距離的識讀性；Ⅴ類具備大觀測角性能，最適合用于指路標志；Ⅵ類反光膜正面亮度最好，以輪廓標的應用為主，只需提供遠距離的輪廓線形，不需近距離識讀；Ⅶ類反光膜柔韌性最好，適合交通錐、交通柱等曲面的應用，主要應用在施工區域。

3.6 經濟性

在進行經濟性分析時，應當計算反光膜設計壽命內的平均使用成本，其公式如下：

式中：A為標志年平均費用（元/a）；T1為底膜使用壽命內的總費用（包括更新反光膜的費用、底板和支柱的人工安裝費用等）；T2為字膜使用壽命內的總費用（包括更新反光膜的費用、底板和支柱的人工安裝費用等）；P為反光膜的使用壽命。

根據目前市場行情，Ⅴ類反光膜和Ⅵ類反光膜的價格比約為1.8∶1，而兩者的使用壽命和耐候性能相同。因此，在滿足逆反射系數的前提下，采用Ⅴ類字膜、Ⅵ類底膜的標志要比字膜和底膜均采用Ⅴ類反光膜的標志年平均使用成本要低。

另外，由于Ⅱ類膜的耐候性能不如Ⅲ類膜，根據標志的造價與使用年限比較，底膜和字膜全部采用Ⅲ類膜的標志反而要比采用Ⅲ類字膜、Ⅱ類底膜的標志年平均使用成本要低。

4 設計標準

在城市道路條件下，同一地區的交通狀況和氣候條件等比較接近，對于反光膜選擇較大的因素主要是設施類型、道路等級、設計車速和設置位置。因此，為便于廣大交通工程建設、設計和施工人員選擇，本文總結出一種面向城市道路的交通反光膜選用標準（見表3）。

表3 道路交通反光膜選用標準表

該標準首先按照設施類型，明確了交通標志采用Ⅱ～Ⅴ類反光膜，其他設施采用Ⅵ類和Ⅶ類反光膜。然后再按照道路等級、設計車速、標志類型和設置位置等因素，詳細區分了不同標志所應該采用的反光膜類型。其中，按照快速路、主干路、次干路和支路的道路等級，所采用的反光膜類型依次降低；對于同一路段的標志，設置于道路左側和上方的交通標志所采用的反光膜類型要高于設置于道路右側的交通標志；對于同一塊標志，字膜所采用的反光膜類型要高于底膜所采用的反光膜類型。

5 結 語

《道路交通反光膜》（GB/T 18833—2012）相對于舊國標，其對反光膜性能和道路安全性能的要求大幅度提高。但是目前對于不同類別的反光膜如何選用，在國標層面仍然沒有一個統一的標準。

影響道路交通反光膜選擇的因素有很多，道路等級、運行車速是選擇標志反光材料的一個基礎因素，但不是唯一因素。為提高視認效果，確保行車安全，在設計使用標志反光膜時要結合當前反光膜的市場狀況，綜合考慮經濟性和技術性，按實際情況對使用類別予以區別，使得交通標志真正成為道路交通安全的保障。