高速公路改擴(kuò)建作業(yè)區(qū)夜間輪廓標(biāo)布設(shè)研究

梁健健 姚勝彪

(廣西桂海高速公路有限公司 南寧 530022)

車輛在夜間通過(guò)高速公路改擴(kuò)建作業(yè)區(qū)時(shí)，主要依據(jù)輪廓標(biāo)來(lái)確定道路線形，進(jìn)而及時(shí)了解道路線形的變化，從而有效預(yù)防事故的發(fā)生,確保行車安全[1]。但在夜間,由于車輛近光燈的燈光分布呈現(xiàn)左右不對(duì)稱特性，且輪廓標(biāo)采用左黃右白的布設(shè)更加劇了這一現(xiàn)象，使駕駛?cè)说囊曈X(jué)不對(duì)稱效果加劇。

而輪廓標(biāo)反光膜的面積大小會(huì)在很大程度上影響輪廓標(biāo)效用的發(fā)揮,輪廓標(biāo)的反光膜面積尺寸過(guò)小，會(huì)影響其誘導(dǎo)效果,尺寸過(guò)大又會(huì)影響造價(jià)或者出現(xiàn)反光過(guò)強(qiáng)現(xiàn)象[2]。因此，可以通過(guò)布設(shè)不同尺寸、不同等級(jí)的輪廓標(biāo)來(lái)減弱這種不對(duì)稱效應(yīng)。本研究將依托廣東省開(kāi)陽(yáng)高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目(簡(jiǎn)稱開(kāi)陽(yáng)高速改擴(kuò)建工程)從輪廓標(biāo)的誘導(dǎo)功能著手,對(duì)半幅雙向四車道高速公路夜間的輪廓標(biāo)反光膜尺寸進(jìn)行研究。

1 改擴(kuò)建作業(yè)區(qū)夜間現(xiàn)狀分析

據(jù)現(xiàn)有高速公路改擴(kuò)建的實(shí)際道路寬度要求，假定道路寬度為3.75 m,側(cè)向余寬為0.75 m；以小汽車為例，車輛前照燈距水平面的高度取為0.625 m。根據(jù)規(guī)范GB/T 24970-2010《輪廓標(biāo)》[3]對(duì)于輪廓標(biāo)規(guī)定最小間距為8 m進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合Lucidshape軟件的夜間照明仿真結(jié)果，認(rèn)為夜間車輛開(kāi)啟近光燈的有效視認(rèn)距離30 m和實(shí)際視認(rèn)距離70 m是可以得到保障的。此外依據(jù)改擴(kuò)建實(shí)際情況，夜間實(shí)際運(yùn)行速度約為60 km/h，則此時(shí)所規(guī)定的停車視距75 m是可以滿足的。因此本次照度模擬計(jì)算從車輛前方30 m開(kāi)始計(jì)算，100 m處結(jié)束，其仿真示例見(jiàn)圖1。

圖1 模擬仿真示例

夜間的車型暫時(shí)以小車為主，且夜間車輛一般開(kāi)啟近光燈行駛，因此駕駛?cè)说娜搜畚恢酶叨纫话銥?.2 m，此外，考慮到工程實(shí)際布設(shè)要求，條件允許下的布設(shè)間距為8 m。最終分析得到輪廓標(biāo)布設(shè)方案見(jiàn)表1。

表1 布設(shè)方案

根據(jù)Lucidshape所得到的車輛近光燈夜間照明仿真結(jié)果，可得到車輛在行車道位置時(shí)30～100 m距離處的照度分布見(jiàn)表2。車輛在超車道位置時(shí)30～100 m距離處的照度分布見(jiàn)表3。

表2 行車道不同距離的照度值

表3 超車道不同距離的照度值

綜上，得到行車道和超車道的左、右照度比見(jiàn)表4。

表4 車道不同距離照度比值

2 改擴(kuò)建作業(yè)區(qū)夜間輪廓標(biāo)布設(shè)分析

在開(kāi)陽(yáng)高速布設(shè)時(shí)選取V類反光膜作為左側(cè)輪廓標(biāo)的反光體，IV類反光膜作為右側(cè)輪廓標(biāo)的反光體。其反光膜參數(shù)見(jiàn)表5。

表5 直線段反光膜逆反射系數(shù)

考慮到不同位置的反光膜逆反射系數(shù)[4-5]不同，因此對(duì)于不同位置的反光膜的逆反射系數(shù)進(jìn)行定性分析。逆反射系數(shù)計(jì)算方法見(jiàn)式(1)。

(1)

式中：d0為探測(cè)器與試樣中心的水平距離；A為試樣單位面積；α為觀測(cè)角；E為被測(cè)樣品反射到探測(cè)器的照度；Eσ為光源到樣品中心的垂直照度。

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，車輛在超車道中心位置行駛時(shí)，相應(yīng)位置的觀測(cè)角見(jiàn)表6，車輛在行車道中心位置行駛時(shí)，相應(yīng)位置的觀測(cè)角見(jiàn)表7。

表6 超車道不同距離的入射角值

表7 行車道不同距離的入射角值

通過(guò)上述得到的超車道和行車道的入射角值及表5反光膜逆反射系數(shù)表，采用線性插值法推算出對(duì)應(yīng)距離下的逆反射系數(shù)，具體見(jiàn)表8，車輛在超車道位置時(shí)30～100 m距離處的照度分布見(jiàn)表9。由于左側(cè)輪廓標(biāo)的面積為右側(cè)輪廓標(biāo)面積的1.6倍，需要考慮輪廓標(biāo)的面積比對(duì)亮度的影響。

表8 行車道不同距離的逆反射系數(shù)

表9 超車道不同距離的逆反射系數(shù)

其中照度E(lx)和亮度L(cd/ m2)之間的換算方法見(jiàn)式(2)。

L=R×E

(2)

式中：R為逆反射系數(shù)，cd/(lx·m2)。

由此得到超車道和行車道直線布設(shè)的人眼亮度比見(jiàn)表10；并根據(jù)上述原理計(jì)算得到采用本方案改善前后人眼視覺(jué)亮度比見(jiàn)圖2。

表10 行車道、超車道亮度比(右側(cè)/左側(cè))

圖2 人眼視覺(jué)亮度比

由圖2可見(jiàn)，改善前的亮度比為0～35，改善后其范圍為0～8，故認(rèn)為相較最初的人眼視覺(jué)亮度比而言，改善后方案亮度比均得到有效降低，因此證明此方案合理有效。

3 布設(shè)方案成本效益分析

以廣東省開(kāi)陽(yáng)高速公路為布設(shè)對(duì)象展開(kāi)布設(shè)方案分析，其路線全長(zhǎng)125.2 km。考慮到其直線段布設(shè)方案為8 m間隔，因此將其全線均視作直線路段進(jìn)行工程經(jīng)濟(jì)性分析。

3.1 設(shè)施生產(chǎn)成本

路段全線共125.2 km，間隔8 m布設(shè)，由于處在半幅雙向通行階段，因此共需要6.26萬(wàn)個(gè)輪廓標(biāo)，所采用的輪廓標(biāo)為規(guī)范所規(guī)定的梯形輪廓標(biāo)(上底50 mm、下底120 mm、高70 mm)，附著于兩側(cè)的波形梁板上。附著式輪廓標(biāo)參考市場(chǎng)售價(jià)約8 元/個(gè)，因此成本大約為50萬(wàn)元。本方案對(duì)輪廓標(biāo)的反光膜等級(jí)和形狀提出了相應(yīng)的規(guī)定及要求，因此假定成本增加30%，因此本方案需要額外考慮增加15萬(wàn)元成本。

3.2 設(shè)施安裝維護(hù)成本

輪廓標(biāo)在后期的維護(hù)基本不用進(jìn)行維修，直接進(jìn)行更換即可。因此假定輪廓標(biāo)的損耗率為50%，此外不計(jì)算安裝成本。則其額外的安裝維護(hù)成本假定為7.5萬(wàn)元。使用壽命一般在 2 年以上，遠(yuǎn)超改擴(kuò)建的擴(kuò)建階段，因此忽略使用壽命。

3.3 布設(shè)經(jīng)濟(jì)效益

輪廓標(biāo)的經(jīng)濟(jì)效益一般是指道路使用者獲取的直接效益，也就是高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目的內(nèi)部效益，通常表現(xiàn)為交通事故及其損失的減少。在此僅通過(guò)減少交通事故損失來(lái)進(jìn)行分析。

美國(guó)高速公路合作研究組織第627號(hào)研究報(bào)告[6]通過(guò)采用標(biāo)準(zhǔn)化的事故成本分析，發(fā)現(xiàn)在夜間發(fā)生人身傷害事故的成本約為20.6萬(wàn)美元，發(fā)生車輛碰撞事故的成本約為7 800美元。由于沒(méi)有實(shí)際的開(kāi)陽(yáng)高速改擴(kuò)建期間的事故數(shù)據(jù)資料，因此根據(jù)同類事故數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。以深圳市高速公路事故為例，深圳市高速公路上2020年1-6月期間，共發(fā)生一般程序道路交通事故27起，死亡19人,受傷25人。平均每條高速發(fā)生事故4起，死亡3人，受傷4人。由于廣東省與深圳市相接，因此以深圳市的事故數(shù)據(jù)來(lái)代替廣東省的數(shù)據(jù)。但一般而言，高速公路改擴(kuò)建施工的事故數(shù)量為正常路段的1.5倍，夜間事故更為多發(fā)。由于夜間的死亡人數(shù)為總體的31%，則分析在未來(lái)一年夜間內(nèi)發(fā)生事故4起，人身傷亡3起，受傷4人。則此時(shí)因事故所造成的財(cái)產(chǎn)損失為147.3萬(wàn)美元，按匯率7進(jìn)行計(jì)算，折合人民幣1 031萬(wàn)元。

4 布設(shè)方案經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

4.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)選取

本文從現(xiàn)有評(píng)價(jià)方法中選取凈現(xiàn)值法作為評(píng)價(jià)方法，以效益成本比作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

效益成本比BCR為項(xiàng)目每年的效益總和B與成本總和C′的比值。其計(jì)算方法見(jiàn)式(3)。

(3)

當(dāng)BCR>1時(shí)，表示方案具有可行性，反之不宜實(shí)施。

4.2 方案評(píng)價(jià)

以廣東佛開(kāi)高速為例，其輪廓標(biāo)本方案的額外布設(shè)維護(hù)成本為22.5萬(wàn)元。考慮到輪廓標(biāo)主要功能是為駕駛?cè)颂峁┑缆肪€形信息，并且改擴(kuò)建期間道路照明設(shè)置嚴(yán)重匱乏，因此輪廓標(biāo)在夜間駕駛安全中起到主要作用，假定本布設(shè)方案能減少10%的事故財(cái)產(chǎn)損失。因此其效益現(xiàn)值可以假定為103.1萬(wàn)元，則此時(shí)的效益成本比BCR為4.58。

根據(jù)價(jià)值工程理論，實(shí)施本輪廓標(biāo)布設(shè)方案較傳統(tǒng)布設(shè)輪廓標(biāo)方案，其所創(chuàng)造的價(jià)值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其花費(fèi)的成本。從經(jīng)濟(jì)效益角度分析，本輪廓標(biāo)布設(shè)方案經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)越，值得進(jìn)一步發(fā)展與推廣。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)模擬仿真的方法對(duì)改擴(kuò)建作業(yè)區(qū)夜間輪廓標(biāo)布設(shè)的視認(rèn)效果進(jìn)行驗(yàn)證，此外通過(guò)工程經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)對(duì)布設(shè)方案的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，均表明本布設(shè)方案具有顯著意義，進(jìn)而驗(yàn)證夜間安全設(shè)施布設(shè)的有效性，因此本方案值得進(jìn)一步發(fā)展與推廣。