基于BIM的校園道路交通風險因素識別及設計優化

周橋遠， 楊冰鳳， 劉丹虹， 劉健豪， 楊 旭， 蔣 杰

(西南石油大學土木工程與測繪學院，四川成都 610500)

[通信作者]蔣杰(1982—)，男，碩士，講師，研究方向為項目管理、BIM技術應用等。

現在的城市道路規劃設計已經非常成熟，但是像校園這樣的封閉區域里的道路設計，往往只考慮基本的設計標準，卻不能綜合考慮路邊的景觀、構筑物和車位停車等因素可能造成的視線遮擋，尤其校園道路其轉彎半徑往往較小，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技術的可視化效果提供了對校園區域內道路進行設計前優化的可能性，可以找出由于路邊景觀遮擋、路口設置不合理、停車位設置等問題導致的校園內道路駕駛時的不安全因素，模擬在不同情況下校園道路中車輛行駛出現的問題，根據各種風險因素在校園道路規劃就時做到最優化，建設最優的道路，大大地降低校園道路交通事故的發生。

1 BIM技術在道路規劃與建設中的應用現狀

BIM技術建立的三維可視化模型，可以將建筑以三維效果展現在大家面前，還可以模擬不能在真實世界中進行操作的事物，通過BIM技術進行道路規劃與安全優化，需要利用BIM技術具有的自動計算功能與輔助分析功能使二維設計文件和BIM數據之間實現互聯互通，并提出一套以BIM技術為基礎的道路工程行車安全設計及綜合評價方法，以此提高設計工作效率與道路交通的安全性[1]，對此，國內外都有所研究。

國外，西班牙瓦倫西亞政治大學設計與制造研究所利用非侵入性設備(例如攝像機和LIDAR)收集實際操作建立一個駕駛模擬器，將駕駛模擬器運用到用BIM技術建立好的3D道路模型中去，進行了兩條道路在3D模型上的駕駛模擬[2]，可以清楚直觀地看到在車輛行駛中這些道路所存在的危險因素；國內，建立基于真實環境創建真實的三維模型，還有周圍建筑物道路隔離帶、建筑、景觀、河流等其他基礎設施模型，并且可以分析區域用途，設計師直接在三維模型上進行規劃設計城市道路[3]，并且可以在同一模型中創建多種路線規劃設計方案，設計完成后通過三維模擬道路真實情況，進行再次優化。

由此可見，BIM技術運用在道路規劃與建設中是有可行性的。

2 研究思路

項目組擬針對所在高校的校園內道路建立完整的BIM模型，對路口的視線遮擋情況進行定量分析，識別出可能影響交通安全的風險因素，針對不同的遮擋程度對應的風險發生概率，對路口進行分類，再針對不同類型的路口提出有效的優化方案，最后在三維模型中將優化方案付諸實現并評估優化效果，從而證實這一手段對于路口規劃設計的有效性。

3 校園道路交通風險因素識別及設計優化過程

3.1 風險調查與識別

項目組對所在高校內的校園道路交通狀況開展了問卷調查，并按照問卷調查的結果對20個路口進行了實地調研，篩選出來存在較為明顯的交通風險的幾個典型路口，詳見表1。

3.2 利用Revit軟件進行道路交通風險評估

運用Revit軟件建立場地模型，一比一還原校園道路，對工程道路的實際行車情況進行模擬，包括模擬道路兩側的樹木、停車位、標志牌及部分其他標志性參照物，實地觀察測量樹木覆蓋和其他物體導致的視線遮擋范圍及道路轉彎處的盲區角度，結合Revit漫游模擬的駕駛員視角角度進行分析，綜合各項數據計算出路口的視線盲區范圍及駕駛員的盲區角度，對安全剎車距離與汽車所形成的視野三角形內的視線遮擋進行判別(圖1)。

3.2.1 計算安全剎車距離

根據公式S=V2/(2gμ)計算安全剎車距離，考慮人的反應時間和車子的響應時間，正常情況下所需總時間約0.5～0.6 s，大多數人的動作時間約需1 s。式中：V為車速m/s;g為9.8 m/s2假設摩擦系數μ為0.8，則不同的車速，剎車距離計算結果見表2。

表1 典型路口及風險識別

表2 車速與剎車距離數據

圖1 校園道路模擬

圖2 安全剎車距離示意

選擇20～30 km/h的速度區間，其安全距離為7.6～12.7 m，選取10 m為安全剎車距離進行研究。

3.2.2 視線遮擋情況分析

使用Revit的漫游功能，對于視線遮擋問題的情況，根據遮擋情況的不同情況對路口進行分類，總共可以分為4類路口。

3.2.2.1 一類路口

另一方向來車，但發現其時的距離大于10 m的。以下路口為一類：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。

由于此類路口發現來車距離大于安全剎車距離10 m，屬于安全路口因此不作分析。

3.2.2.2 二類路口

另一方向來車，但發現其時的距離大于5 m，小于10 m的。對二類路口作出以下具體分析，見表3。

表3 二類路口具體情況分析

以路口16為例，其路口平面俯視如圖3所示。

圖3 路口16剎車距離及視線遮擋情況分析

3.2.2.3 三類路口

另一方向來車，但發現其時的距離小于5 m的。三類路口造成目視距離不足的原因和二類路口相同，區別在于，三類路口的情況更加緊急，安全的隱患更大，急需改善。我校不存在三類路口因此不作討論。

3.2.2.4 四類路口

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

(1)部分植被過于茂密，駕駛員在轉彎時看不見左(右)方向的情況。

(2)部分車輛遮擋住了視線，導致剎車距離不足。

3.2.3 風險識別和評估總結

根據對校園道路的風險識別與分析，并在實地考察的基礎上與三維模型進行對照，項目組將導致校園道路交通風險的主要因素分為幾種：①非機動車輛和行人過馬路干擾嚴重；②車輛隨意停放；③分叉路口車輛行駛方向混亂；④視線被遮擋導致駕駛員存在視野盲區，剎車距離不足。

在后文中將針對性的對此類問題進行整改和優化。

4 校園道路交通風險應對以及優化對比

4.1 風險應對建議

運用Revit軟件建立場地模型，結合Revit漫游模擬的駕駛員視角角度進行分析，可以利用降低或移除路口遮擋視線性的植被、優化道路拐角的形狀，增設固定反光鏡等方法，改造路口的視線情況，使駕駛員視野增大、視野盲區減小。為了在經過路口時保持安全剎車距離，提前發現側向來車以及道路上可能突然出現的行人等，及時做出反應，使得道路設施符合安全設計標準，項目組提出了優化建議，形成校園道路優化方案：

(1)將原來的道路擴寬，設置路障，強行將機動車輛與行人分開，防止行人通過的區域與機動車輛混合，在實在無法避免人車交流的地方設置紅綠燈，從時間上進行人車分離。

(2)去除在轉彎處遮擋視線的障礙物(例如植被、路標牌、崗亭等)。

(3)存在違經常規停車的地方設立間隔為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立臨時停車位。

(5)在三岔路口中間設置圍欄或者路障劃分出道路，并進行道路渠化，規范車輛行駛方向。

(6)對于校內隨意停車問題進行整治，將隨意停放的車輛進行拍照記錄。

4.2 典型路口優化效果分析

項目組對所有具有交通風險的路口進行優化設計，并利用軟件模擬分析其優化效果，本文仍以路口16作為典型實例進行展示。

路口16的風險是由于部分車輛停留在路邊平臺，而導致車輛經過轉角時視線遮擋明顯，因此提出優化方案：

路邊平臺旁設置足夠的停車位，使車輛不再停放在平臺處，從而使剎車距離大于10 m，且斜向觀察路口時視線不會被遮擋，在接近轉角處的平臺處設置防撞立柱，避免有車輛強行駛上平臺。防撞柱的高度與寬度設計不會遮擋駕駛員的視線，使停放的車輛不會遮擋駕駛員的視線，還可以使剎車距離增加到10 m。

優化前效果如前文中圖3所示，在平臺上有車輛停放時，會形成明顯的視線遮擋，無法做到兩方向的車輛發現對方時離交匯點的距離都達到10 m的基本要求。

在采取上述優化方案后，其效果如圖4所示，由于取消了平臺上的車輛停放可能，使得道路上的車輛在路口處可以獲得寬闊的側方視野，達到了兩方向車輛目視發現對方時到達交匯點距離都達到10 m的要求。

圖4 路口16優化后俯視

由此可見，針對性地對路口進行設計調整，可以在遵守交通規則，有效限速的前提下有效降低交通事故發生的隱患。

5 結論

本文對于校園內道路交通風險因素的識別提供了BIM技術這一探索性的方案，由于BIM技術的三維可視化效果，實際上是可以實現在道路規劃設計付諸實施前有效的進行前期模擬和設計優化的。這樣的優化可以有效避免在道路建成后出現的各種交通事故隱患，同時這一設計思想也可以應用于景觀設計、路燈布置等設計方案的優化中。