三維可視的互通式立交視距評價方法研究

摘要 互通式立交作為高速公路的重要組成部分，事故發生率高達30%，事故誘發因素多樣，大量研究結果表明道路視距是重要因素之一。文章應用視線棱體理論，借助BIM可視化技術，構建了道路空間視距測算模型，通過自動檢測、運行分析，對視距進行了評價。評價結果表明：易出現視距不良位置主要在匝道入口匯流區和環形匝道的停車視距范圍。

關鍵詞 互通式立交；BIM；可視化；視距；交通安全

中圖分類號 U412 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）16-0007-03

0 引言

我國高速公路交通事故總體呈下降趨勢，但目前仍處于高發期。根據世界衛生組織（WHO）發布的2015年《道路安全全球現狀報告》，全球2013年共有125萬多人死于交通事故傷害[1]。根據相關研究，互通式立交路段交通事故發生率高達30%，事故誘發因素多樣，根據大量交通事故統計結果顯示，駕駛員、道路視距、天氣、交通量、時段是主要誘因。

受復雜的地形、地質條件限制，我國西部山嶺重丘區互通式立交的設計指標往往取規范的一般最小值，甚至是極限值，服務水平較東部地區低。高速公路主線設計速度以80 km/h、100 km/h居多，在實際運營時采用限速120 km/h，運行速度與設計速度嚴重不匹配，實際所需視距大于設計視距，增加了事故發生的概率[2]。

通過對類似文獻的檢索發現，國內外許多學者對公路交通事故誘因進行了大量研究，分析了公路各組成部分對交通安全的影響，采用事故率系數分析了各因素對事故的影響，根據影響程度找出事故多發的主要誘因。楊豐羽等[3]以某典型高速公路互通式立交路段為例，運用數理統計方法研究了運行速度和交通事故的分布規律，分析了事故高發區域的發生機理，得出互通式立交路段的交通事故特征和發生規律；王曉[4]運用數學分析、概率論分析、計算機仿真等方法，對互通式立交范圍的安全視距及交通沿線設施的布設進行了研究，確立了匝道視距、分流點視距、合流點視距及通視三角區安全設計的評價方法；Yau[5]運用Logistic回歸模型，研究了香港單車事故嚴重程度的影響因素，結果表明眩光是事故嚴重程度的重要因素。

目前，國內外研究主要傾向于從統計分析、模型推演方面研究已營運互通式立交的交通事故誘因，并提出相應的安全措施；而從設計階段入手，結合BIM技術，針對立交方案進行視距評價，從源頭上解決方案缺陷等方面研究的資料較少。鑒于此，該文以四川某高速公路上17座互通式立交為研究基礎，采用Bentley系列軟件建立互通BIM模型，對易產生視距盲點的位置進行仿真運行分析，為優化方案和針對性預防、治理提供依據。

1 BIM技術應用現狀

BIM技術的本質是工程數字化，應用重心逐步從技術要素向數據要素轉化，從偏重3D模型到重視多元化數據的發掘和應用轉化，從以流程為中心向以數據為中心轉化[6]。經過多年發展，其應用范圍不斷擴大，應用水平逐步提高。公路行業主要在輔助設計、碰撞檢查、智能建造、信息化項目建設管理、運營養護等方面開展了廣泛應用，取得了一些應用成果，但仍存在一些問題。總體來說，公路行業BIM技術應用水平仍處于初步階段，呈現應用階段多，但不規范；應用點廣泛，但不深入的特點。還缺乏相關的行業規范標準、數據流轉格式不統一等頂層問題。

基于此，該文以實際項目為研究對象，充分挖掘BIM技術的可視化優勢，解決山區互通式立交視距評價難等痛點，將BIM與VR技術深度融合，虛擬呈現不同工況下的車輛運營安全問題，為解決此問題提供一種行之有效的方案。

2 視距評價應用技術路線

根據山區高速互通式立交特點，基于設計施工圖紙建立BIM模型，針對匝道分匯流三角區、跨線橋橋墩視距、環形小半徑匝道、收費站進出口、行車眩光影響等進行分析評價，形成評價報告。實施流程如圖1所示：

2.1 BIM建模

采用無人機進行航拍測量，獲取高精度點云數據，利用Context Capture將點云數據處理成Las格式，最后通過OpenRoads Designer生成三維地形模型。

將緯地數據導入ORD軟件生成匝道空間線，再定制9 m、10.5 m、12.25 m、16.5 m、18 m五種類型的橫斷面模板。將橫斷面模板沿三維路線放樣生成互通路基模型。

利用CivilStation Designer軟件生成互通橋梁模型。將標志、標線等交安設施作成共享單元，放置在總裝后的互通模型上，形成互通整體BIM模型。

2.2 視距評價

行車中駕駛員視線與視距是行駛安全的關鍵因素，因此在道路設計中，視距也應作為規范的最基本指標之一，從而引申出路線平面、縱面等各項具體指標。但是由于道路是不規則的空間實體，駕駛員的視線不僅受道路本身的影響，還受結構物、路側邊坡以及護欄、會車燈光等影響[7]。因此，應從多方位、多視角進行視距評價。

基于此，該文將互通BIM模型導入Lurment軟件中，結合VR技術，對匝道分合流三角區、路側邊坡對視距的影響等進行分析。

依據道路空間視距檢測原理，建立視線影響模型，精確檢測任意樁號、任意車道的空間視距條件，計算分析遮擋和影響視距因素，進行環形匝道的視距檢驗、收費站進出口的數據檢驗、對向行車眩光的影響分析。空間視距分析棱體模型見圖2所示：

2.3 總結評價結論

將以上各位置評價結論形成評價報告，包括互通名稱、評價位置、存在問題、修改建議等。將評價報告反饋給互通設計人員，在設計階段零代價解決后期運營安全隱患。

3 實例分析

對四川某高速公路上17座互通式立交逐一進行視距評價，將典型問題歸納如下：

3.1 匝道匯流區視距檢驗

某樞紐互通式立交，互通區地形起伏較大，路塹邊坡高，對D匝道與主線匯流通視三角區進行視距檢驗，發現路塹邊坡遮擋通視區域，形成視線盲區，如圖3所示。在合流鼻端前，主線距合流鼻端100 m、匝道距合流鼻端60 m形成的通視三角區內，如圖4所示，主線與匝道之間應滿足車輛相互通視的要求[8]。經核查，以上位置均不滿足規范中關于通視的要求，存在安全隱患。

解決方案：沿主線側110 m、匝道側65 m范圍內鏟平合流三角區的路塹邊坡；修改方案后，再次檢驗發現通視效果較好，滿足規范要求，如圖5所示。

3.2 環形匝道停車視距檢驗

某A形喇叭形互通，環形匝道半徑R=55 m，內側為13 m高的路塹邊坡，挖方坡比為1∶0.75，匝道設計速度為40 km/h，經檢驗停車視距為56 m，滿足規范要求。通過實際運行速度測算，小客車實際運行速度為48 km/h，需62 m的停車視距，不滿足實際運行需求，存在安全隱患，如圖6所示。

解決方案：將內側邊坡坡比從1∶0.75改為1∶2，放緩后停車視距達68 m，滿足實際運行需要，如圖7所示。

3.3 眩光影響分析

車輛前身燈光是夜晚安全行駛的必要條件，但對向車輛燈光，尤其是遠光燈，會對駕駛員視線產生極為不利的眩目影響，因此，眩光也是影響行車安全的一個重要因素。建立車燈的三維錐形燈影響模型進行三維仿真分析，動態實時分析對向車燈的眩光影響范圍，為設置防眩設施提供依據。

公路主線K97+300～K99+600的右側與X075縣道并行，對并行段進行空間位置三維仿真分析，可以得出眩光的影響范圍，并在該范圍設置合適高度的防眩設施，如圖8所示：

3.4 評價結果統計分析

對全線17座互通進行視距評價，其中有10座局部位置出現視距不良現象，主要出現在：（1）匯流三角區視距受路塹邊坡遮擋，不滿足規范要求；（2）環形匝道按照實際運行速度測算，停車視距不達標。將分析結果反饋給方案設計人員，有針對性地調整方案，修改后重新進行建模分析，以上視距不良點全部得到改善，滿足了規范要求和實際車輛運行視距的需要。

4 結語

（1）視距是保障行車安全的關鍵因素，也是道路幾何設計的主要控制性指標。但是由于道路是不規則的空間實體，駕駛員的視線不僅受道路本身的影響，還受結構物、路側邊坡以及護欄、會車燈光等影響。因此，應從多方位、多視角進行視距評價。

（2）基于視線棱體理論，借助BIM可視化技術，快速構建三維道路空間視距測算模型，通過自動檢測、運行分析，評價視距情況。將BIM與VR技術深度融合，虛擬可視呈現不同工況下的車輛運營安全問題，并提出相應的解決方案，收到較好效果，對同類項目具有一定的借鑒應用價值。

（3）評價結果表明，易出現視距不良位置主要在：1）匯流三角區視距受路塹邊坡遮擋，不滿足規范要求；2）環形匝道按照實際運行速度測算，停車視距不達標。

（4）眩光影響分析是方案設計時易忽略的因素，利用緯地軟件進行三維仿真分析，建立車燈的三維錐形燈影響模型，動態實時分析對向車燈的眩光影響范圍，為設置防眩設施提供依據。

（5）BIM技術在公路行業仍處于初級應用階段，應用面廣，但不深入，應緊密結合專業特點，深入挖掘BIM技術的應用價值。

參考文獻

[1]World Health Organization. global status report on road safety[R].Geneva： World Health Organization， 2015.

[2]向正松，王海珠，劉萬春，等.一種基于BIM技術的互通式立交視距評價方法：CN202010696224.6[P].2020-11-03.

[3]楊豐羽，趙艷，張燕飛.高速公路互通式立交路段交通事故特性分析[J].交通科技，2019（2）：107-110.

[4]王曉.高速公路互通式立體交叉關鍵技術研究[D].西安：長安大學，2013.

[5] Yau K K W . Risk factors affecting the severity of single vehicle traffic accidents in Hong Kong [J]. Accident Analysis amp; Prevention，2004（3）：333-340.

[6]王海珠.互通式立交改擴建方案設計要點分析[J].建筑技術開發，2019（8）：19-21.

[7]孫建誠，朱雙晗，蔣浩鵬.BIM技術在公路工程中的應用研究[J].中外公路，2019（4）：294-297.

[8]公路立體交叉設計細則：JDG/T D21—2014[S].北京：人民交通出版社，2014.