高速公路改扩建作业区夜间轮廓标布设研究

梁健健 姚胜彪

(广西桂海高速公路有限公司 南宁 530022)

车辆在夜间通过高速公路改扩建作业区时，主要依据轮廓标来确定道路线形，进而及时了解道路线形的变化，从而有效预防事故的发生,确保行车安全[1]。但在夜间,由于车辆近光灯的灯光分布呈现左右不对称特性，且轮廓标采用左黄右白的布设更加剧了这一现象，使驾驶人的视觉不对称效果加剧。

而轮廓标反光膜的面积大小会在很大程度上影响轮廓标效用的发挥,轮廓标的反光膜面积尺寸过小，会影响其诱导效果,尺寸过大又会影响造价或者出现反光过强现象[2]。因此，可以通过布设不同尺寸、不同等级的轮廓标来减弱这种不对称效应。本研究将依托广东省开阳高速公路改扩建项目(简称开阳高速改扩建工程)从轮廓标的诱导功能着手,对半幅双向四车道高速公路夜间的轮廓标反光膜尺寸进行研究。

1 改扩建作业区夜间现状分析

据现有高速公路改扩建的实际道路宽度要求，假定道路宽度为3.75 m,侧向余宽为0.75 m；以小汽车为例，车辆前照灯距水平面的高度取为0.625 m。根据规范GB/T 24970-2010《轮廓标》[3]对于轮廓标规定最小间距为8 m进行计算，结合Lucidshape软件的夜间照明仿真结果，认为夜间车辆开启近光灯的有效视认距离30 m和实际视认距离70 m是可以得到保障的。此外依据改扩建实际情况，夜间实际运行速度约为60 km/h，则此时所规定的停车视距75 m是可以满足的。因此本次照度模拟计算从车辆前方30 m开始计算，100 m处结束，其仿真示例见图1。

图1 模拟仿真示例

夜间的车型暂时以小车为主，且夜间车辆一般开启近光灯行驶，因此驾驶人的人眼位置高度一般为1.2 m，此外，考虑到工程实际布设要求，条件允许下的布设间距为8 m。最终分析得到轮廓标布设方案见表1。

表1 布设方案

根据Lucidshape所得到的车辆近光灯夜间照明仿真结果，可得到车辆在行车道位置时30～100 m距离处的照度分布见表2。车辆在超车道位置时30～100 m距离处的照度分布见表3。

表2 行车道不同距离的照度值

表3 超车道不同距离的照度值

综上，得到行车道和超车道的左、右照度比见表4。

表4 车道不同距离照度比值

2 改扩建作业区夜间轮廓标布设分析

在开阳高速布设时选取V类反光膜作为左侧轮廓标的反光体，IV类反光膜作为右侧轮廓标的反光体。其反光膜参数见表5。

表5 直线段反光膜逆反射系数

考虑到不同位置的反光膜逆反射系数[4-5]不同，因此对于不同位置的反光膜的逆反射系数进行定性分析。逆反射系数计算方法见式(1)。

(1)

式中：d0为探测器与试样中心的水平距离；A为试样单位面积；α为观测角；E为被测样品反射到探测器的照度；Eσ为光源到样品中心的垂直照度。

通过分析发现，车辆在超车道中心位置行驶时，相应位置的观测角见表6，车辆在行车道中心位置行驶时，相应位置的观测角见表7。

表6 超车道不同距离的入射角值

表7 行车道不同距离的入射角值

通过上述得到的超车道和行车道的入射角值及表5反光膜逆反射系数表，采用线性插值法推算出对应距离下的逆反射系数，具体见表8，车辆在超车道位置时30～100 m距离处的照度分布见表9。由于左侧轮廓标的面积为右侧轮廓标面积的1.6倍，需要考虑轮廓标的面积比对亮度的影响。

表8 行车道不同距离的逆反射系数

表9 超车道不同距离的逆反射系数

其中照度E(lx)和亮度L(cd/ m2)之间的换算方法见式(2)。

L=R×E

(2)

式中：R为逆反射系数，cd/(lx·m2)。

由此得到超车道和行车道直线布设的人眼亮度比见表10；并根据上述原理计算得到采用本方案改善前后人眼视觉亮度比见图2。

表10 行车道、超车道亮度比(右侧/左侧)

图2 人眼视觉亮度比

由图2可见，改善前的亮度比为0～35，改善后其范围为0～8，故认为相较最初的人眼视觉亮度比而言，改善后方案亮度比均得到有效降低，因此证明此方案合理有效。

3 布设方案成本效益分析

以广东省开阳高速公路为布设对象展开布设方案分析，其路线全长125.2 km。考虑到其直线段布设方案为8 m间隔，因此将其全线均视作直线路段进行工程经济性分析。

3.1 设施生产成本

路段全线共125.2 km，间隔8 m布设，由于处在半幅双向通行阶段，因此共需要6.26万个轮廓标，所采用的轮廓标为规范所规定的梯形轮廓标(上底50 mm、下底120 mm、高70 mm)，附着于两侧的波形梁板上。附着式轮廓标参考市场售价约8 元/个，因此成本大约为50万元。本方案对轮廓标的反光膜等级和形状提出了相应的规定及要求，因此假定成本增加30%，因此本方案需要额外考虑增加15万元成本。

3.2 设施安装维护成本

轮廓标在后期的维护基本不用进行维修，直接进行更换即可。因此假定轮廓标的损耗率为50%，此外不计算安装成本。则其额外的安装维护成本假定为7.5万元。使用寿命一般在 2 年以上，远超改扩建的扩建阶段，因此忽略使用寿命。

3.3 布设经济效益

轮廓标的经济效益一般是指道路使用者获取的直接效益，也就是高速公路改扩建项目的内部效益，通常表现为交通事故及其损失的减少。在此仅通过减少交通事故损失来进行分析。

美国高速公路合作研究组织第627号研究报告[6]通过采用标准化的事故成本分析，发现在夜间发生人身伤害事故的成本约为20.6万美元，发生车辆碰撞事故的成本约为7 800美元。由于没有实际的开阳高速改扩建期间的事故数据资料，因此根据同类事故数据进行分析。以深圳市高速公路事故为例，深圳市高速公路上2020年1-6月期间，共发生一般程序道路交通事故27起，死亡19人,受伤25人。平均每条高速发生事故4起，死亡3人，受伤4人。由于广东省与深圳市相接，因此以深圳市的事故数据来代替广东省的数据。但一般而言，高速公路改扩建施工的事故数量为正常路段的1.5倍，夜间事故更为多发。由于夜间的死亡人数为总体的31%，则分析在未来一年夜间内发生事故4起，人身伤亡3起，受伤4人。则此时因事故所造成的财产损失为147.3万美元，按汇率7进行计算，折合人民币1 031万元。

4 布设方案经济性评价

4.1 评价指标选取

本文从现有评价方法中选取净现值法作为评价方法，以效益成本比作为评价指标。

效益成本比BCR为项目每年的效益总和B与成本总和C′的比值。其计算方法见式(3)。

(3)

当BCR>1时，表示方案具有可行性，反之不宜实施。

4.2 方案评价

以广东佛开高速为例，其轮廓标本方案的额外布设维护成本为22.5万元。考虑到轮廓标主要功能是为驾驶人提供道路线形信息，并且改扩建期间道路照明设置严重匮乏，因此轮廓标在夜间驾驶安全中起到主要作用，假定本布设方案能减少10%的事故财产损失。因此其效益现值可以假定为103.1万元，则此时的效益成本比BCR为4.58。

根据价值工程理论，实施本轮廓标布设方案较传统布设轮廓标方案，其所创造的价值要远远大于其花费的成本。从经济效益角度分析，本轮廓标布设方案经济效益优越，值得进一步发展与推广。

5 结语

本文通过模拟仿真的方法对改扩建作业区夜间轮廓标布设的视认效果进行验证，此外通过工程经济性评价对布设方案的经济性进行评价，均表明本布设方案具有显著意义，进而验证夜间安全设施布设的有效性，因此本方案值得进一步发展与推广。