基于碳中和的公路隧道光環(huán)境評價及優(yōu)化方法

摘要：文章對公路隧道主要安全隱患進行了分析總結(jié)，在交通事故特性分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合“碳中和”目標，從駕駛?cè)艘曈X需求出發(fā)，提出基于路權(quán)、人因、駕駛?cè)蝿?wù)的公路隧道光環(huán)境評價體系。同時，根據(jù)隧道不同區(qū)域的環(huán)境特點、駕駛?cè)说鸟{駛特點及疲勞特征，結(jié)合運營養(yǎng)護、照明、及誘導(dǎo)等需求，提出針對公路隧道光環(huán)境的優(yōu)化升級方案，在確保地下道路交通安全性的同時提高節(jié)能性。

關(guān)鍵詞：碳中和；公路隧道；光環(huán)境；交通安全

中圖分類號：U453.7? ? 文獻標識碼：A

文意編號：1673-4874（2024）04-0190-02

0 引言

公路隧道是一種修筑在地下供汽車行駛的通道，其能突破山川、水域等地理條件對交通的限制，改善隧道兩側(cè)的交通格局，降低運輸成本，極大地促進交通效率。隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展以及基建能力的穩(wěn)步提升，我國的公路隧道建設(shè)總量和規(guī)模持續(xù)增大。截至2020年，我國公路隧道數(shù)量為21 316處，隧道建設(shè)總長度達到2 199.93×104 m，已成為了公路隧道大國與公路隧道強國。伴隨著公路隧道里程的增加，隧道能耗問題也逐漸顯現(xiàn)［1］。公路隧道位于地下，這意味著公路隧道無法受到太陽光照，為保障駕駛?cè)恕⑿腥说恼彰餍枨螅^大部分公路隧道都需要采用人工照明［2］。當(dāng)前，公路隧道耗電量巨大，不僅帶來了較大的經(jīng)濟負擔(dān)，同時對環(huán)境保護造成了不利影響。煤炭發(fā)電一直以來是我國主要能源消費，占我國發(fā)電量的59%。在考慮“碳中和”的情況下，對公路隧道光環(huán)境進行評價并優(yōu)化，不僅可以有效提升公路隧道交通安全，還可以實現(xiàn)公路隧道的節(jié)能減排，有力促進“碳中和”目標的實現(xiàn)。

對于公路隧道光環(huán)境評價與優(yōu)化，有許多學(xué)者進行了研究。吳小麗等［3］通過對光源色溫改變、彩色燈光帶、LED點光源像素矩陣、高清圖像投影等特殊光環(huán)境方案進行對比試驗，建立起了隧道內(nèi)視覺環(huán)境與駕駛?cè)艘曈X行為特征及生理反應(yīng)的聯(lián)系。徐萌等［4］分析了彩色燈光視覺調(diào)節(jié)對長隧道駕駛催眠緩解作用，研究發(fā)現(xiàn)紅色特殊色彩燈光帶能夠在保證視覺舒適性的同時給駕駛?cè)颂峁┮曈X刺激，起到視覺警示作用，緩解隧道催眠現(xiàn)象。朱合華等［5］綜合色溫對駕駛?cè)松怼⑿睦淼挠绊懀岢隽顺鞘兴淼啦煌彰鞫螣艟呱珳氐慕ㄗh值，以期促進城市隧道的照明安全與節(jié)能。閻瑩等［6］研究發(fā)現(xiàn)隧道群路段駕駛?cè)送酌娣e與環(huán)境光照度呈指數(shù)變化關(guān)系，上游隧道出口視覺明適應(yīng)水平及連接段長度是影響下游隧道及整個隧道群路段視覺適應(yīng)的主要因素。

當(dāng)前的研究多集中在分析隧道不良光環(huán)境對駕駛?cè)松砑靶睦淼挠绊懀瑢λ淼拦猸h(huán)境的研究主要集中在理論層面，并未給出一個全面而系統(tǒng)的公路隧道光環(huán)境評價標準，也未給出解決公路隧道光環(huán)境問題的優(yōu)化方案［7］。因此本文基于碳中和，對公路隧道空間路權(quán)、駕駛?cè)艘蚣榜{駛?cè)蝿?wù)進行分析，對公路隧道駕駛?cè)艘曈X需求分析及視覺參照系進行分類［8］，建立起涵蓋交通效率、交通安全、碳排放的公路隧道光環(huán)境評價標準并給出了相應(yīng)的優(yōu)化方案［9］。

1 主要問題與改善思路

公路隧道光環(huán)境是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涵蓋了地下工程、人體生理學(xué)、人機工程學(xué)等諸多方面［10］。相關(guān)研究表明，公路隧道光照亮度和交通安全以及交通效率并沒有線性關(guān)系，反而公路隧道過度照明會造成駕駛?cè)恕办拍俊备校觿●{駛?cè)说钠诟校沟民{駛?cè)烁菀拙o張。此外，公路隧道光環(huán)境缺少或設(shè)置不當(dāng)也是當(dāng)前存在的問題，這不僅僅造成了能源的浪費，也對公路隧道交通安全造成了不利影響。因此，本研究基于“碳中和”，以改善地下通道光環(huán)境的目標出發(fā)，以駕駛?cè)艘曈X為參量，對公路隧道光環(huán)境進行評價并優(yōu)化，提升地下通道交通安全性以及通行效率，并有效降低地下通道能源消耗。

本研究將解決以下兩個問題：

（1）理論上，在交通事故特性分析與“碳中和”的基礎(chǔ)上從駕駛?cè)艘曈X需求出發(fā)，提出基于路權(quán)、人因、駕駛?cè)蝿?wù)的公路隧道光環(huán)境評價體系，為公路隧道光環(huán)境優(yōu)化提供依據(jù)［11］。

（2）技術(shù)上，根據(jù)隧道不同區(qū)域的環(huán)境特點、駕駛?cè)说鸟{駛特點及疲勞特征，結(jié)合運營養(yǎng)護需求、照明及誘導(dǎo)等技術(shù)發(fā)展需求，提出針對性的公路隧道光環(huán)境優(yōu)化升級方案（圖1），在確保公路隧道交通安全性的同時提高地下道路節(jié)能性［12］。

公路隧道出口段亮度和視覺參照變化劇烈，加之交通流量大，極易發(fā)生超速現(xiàn)象和撞側(cè)壁事故；隧道中部環(huán)境單調(diào)、路面與側(cè)壁對比度低，易出現(xiàn)路權(quán)不明、駕駛疲勞，造成駕駛?cè)藢τ谲囁佟④嚲唷⑵露鹊雀兄д`或分心、疏忽等不良駕駛行為，故公路隧道光環(huán)境優(yōu)化應(yīng)重構(gòu)視覺參照系，提升公路隧道光環(huán)境［13-14］。對于公路隧道光環(huán)境優(yōu)化，主要包括4個部分，如圖2所示。

2 改善建議

2.1 公路隧道設(shè)施（照明、交通工程設(shè)施）碳足跡分析，減少能源消耗

公路隧道的設(shè)施主要為照明設(shè)備與安全設(shè)置，當(dāng)前的照明設(shè)備主要為各種燈泡、燈管。安全設(shè)置多為一些電子產(chǎn)品（電子顯示屏、攝像頭、聲音播放裝置等）以及玻璃產(chǎn)品。通過對地下道路設(shè)施的生產(chǎn)、包裝、運輸、生命周期使用、報廢處理等各個環(huán)節(jié)的碳足跡分析，可得出公路隧道設(shè)施的能源消耗情況，并將當(dāng)前的公路隧道設(shè)施與擬優(yōu)化的道路設(shè)施進行能耗對比。

2.2 公路隧道光環(huán)境評價，提高交通效率、交通安全、碳排放等綜合指標

空間路權(quán)包括橫向路權(quán)、豎向路權(quán)、縱向路權(quán)，構(gòu)成了行車道的基本功能，如圖3所示。駕駛?cè)艘蛑饕ㄒ暰唷⒁晠^(qū)、視錯覺（速度錯覺、距離錯覺、方向錯覺等）［15］。駕駛?cè)蝿?wù)主要包括車速控制、車道及車距保持，駕駛?cè)艘蚣榜{駛?cè)蝿?wù)構(gòu)成了交通安全評價的基本要素［16］。

基于線性誘導(dǎo)原理的公路隧道視線誘導(dǎo)系統(tǒng)，綜合利用點、線、環(huán)等局部視覺參照元素，對公路隧道輪廓及線形進行組合誘導(dǎo)設(shè)計，從空間路權(quán)、駕駛?cè)艘颉Ⅰ{駛?cè)蝿?wù)三方面進行綜合考慮，改善公路隧道光環(huán)境整體視覺參照系，從交通效率、交通安全、碳排放等綜合指標對公路隧道光環(huán)境進行評價［17］。如圖4所示。

2.3 使用低碳、全壽命周期更長的材料及方法

從事故預(yù)防的角度出發(fā)，全面考慮駕駛?cè)诵熊嚢踩枨螅诰€性誘導(dǎo)原理對公路隧道交通安全設(shè)施優(yōu)化設(shè)計［18］。通過合理設(shè)置交通設(shè)施，如視線誘導(dǎo)設(shè)施、照明燈具、景觀裝飾等，重構(gòu)隧道視覺參照系，以改善隧道視覺參照系；并基于運營養(yǎng)護需求、照明、誘導(dǎo)等技術(shù)發(fā)展需求，結(jié)合駕駛?cè)说囊曈X需求分析，提高公路隧道通行效率。通過碳足跡分析，比較線形誘導(dǎo)系統(tǒng)與普通照明系統(tǒng)的節(jié)能效果；利用鋼化玻璃產(chǎn)品替換普通易碎玻璃，利用長壽命節(jié)能燈替換普通白熾燈，利用交通零能耗的誘導(dǎo)標志代替部分電子屏、語音裝置，采取低碳全壽命周期更長的材料及方法減碳。

2.4 高中低頻誘導(dǎo)信息相結(jié)合重構(gòu)地下道路視覺參照系

公路隧道主要可以分為出入口與內(nèi)部兩部分。基于用路人在公路隧道不同路段存在不同的環(huán)境特點，結(jié)合用路人的視覺需求，對不同區(qū)段用路人的視覺需求進行分析并提出具體的光環(huán)境改善方法［19］。采用高中低頻誘導(dǎo)信息豐富隧道視覺參照系，同時采用不同尺寸與不同色彩信息，即高頻小尺度、中頻中尺度與低頻大尺度組合，從而合理控制駕駛?cè)艘曞e覺，輔助駕駛?cè)伺袛嘬囁佟④嚲嗪推露鹊锐{駛信息。通過低能耗或零能耗的線性誘導(dǎo)裝置代替部分燈光照明，實現(xiàn)節(jié)能減排。

3 結(jié)語

（1）公路隧道光環(huán)境缺少或設(shè)置不當(dāng)是當(dāng)前存在較多的問題，這不僅僅造成了能源的浪費，也對地下通道交通安全造成了不利影響。

（2）基于線性誘導(dǎo)原理的公路隧道視線誘導(dǎo)系統(tǒng)，綜合利用點、線、環(huán)等局部視覺參照元素，對公路隧道輪廓及線形進行組合誘導(dǎo)設(shè)計，公路隧道設(shè)計從空間路權(quán)、駕駛?cè)艘颉Ⅰ{駛?cè)蝿?wù)三方面進行綜合考慮，可以有效改善公路隧道光環(huán)境整體視覺參照系，提高交通效率、保障交通安全，降低碳排放。

（3）采用高中低頻誘導(dǎo)信息豐富公路隧道視覺參照系，同時采用不同尺寸與不同色彩信息，即高頻小尺度、中頻中尺度與低頻大尺度組合，從而合理控制駕駛?cè)艘曞e覺，輔助駕駛?cè)伺袛嘬囁佟④嚲嗪推露鹊锐{駛信息。

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作者簡介：韋逸清（1993—），工程師，主要從事高速公路建設(shè)管理工作。