高速公路防眩高度确定方法

文章编号：1000033X（2016）12007907

收稿日期：20160609

基金项目：云南省交通运输厅联合攻关科技项目（云交科教[2016]56号）

摘要：为了解决高速公路夜间行车时普遍存在的强光炫目问题，通过分析车辆前照灯、驾驶人视线和防眩板设置高度在道路横纵断面上的投影关系，构建相应的计算模型，从而提出包含前后纵坡的凹形竖曲线路段防眩高度计算方法，与基于不同高速公路设计标准和位于中线与中央分隔带两侧的2种设置情形下的直线段最小防眩高度，以及不需增加防眩高度的凹形竖曲线半径临界值查询表，可为相关施工提供借鉴。

关键词：防眩板；几何模型；防眩高度；设置位置

中图分类号：U412.36文献标志码：B

Determination of Antiglare Height of Expressway

ZHAO Xisen1， WU Jinhai2， PENG Yuhua3， WANG Jianghong3， DUAN Huayong1

（1. Zhaotong Dashanbao Highway Construction Headquarters， Zhaotong 657000， Yunnan， China；

2. China Road and Bridge Corporation， Beijing 100011， China； 3. School of Highway， Chang an University， Xian 710064， Shaanxi， China）

Abstract： In order to resolve the problem of glare that is ubiquitous when driving at night on expressway， the projection relationship on cross section between vehicle headlamp， drivers line of sight and the height of antiglare plate was analyzed ，and related calculation model was built. The calculation method of antiglare height of concave vertical curve section including longitudinal slope was proposed. Minimum antiglare height for straight line segments based on different highway design standards and two settings on both sides of the center line and center divider and lookup table for critical value of the radius of concave vertical curve without increasing of antiglare height， provide reference for similar projects.

Key words： antiglare plate； geometric model； antiglare height； setting location

0引言

目前，高速公路的桥梁路段以及由于过窄、干旱缺水等原因而难以植树的中央分隔带广泛采用防眩板来解决夜间对向行车的车灯强光眩目问题。《高速公路交通工程及沿线设施设计通用规范》（JTG D80―2006）（以下简称《规范》）规定直线路段防眩高度应为1.60～1.70 m，平、纵线形组合路段防眩高度应为1.20～1.80 m；《公路交通安全设施设计细则》（JTG/T D81―2006）（以下简称《细则》）建议防眩设施的高度不宜超过2 m。实践表明，在平直线路段按照规定的1.60～1.70 m高度设置防眩板仍存在上侧漏光问题，而在凹形竖曲线路段，处于高处的车前灯光高度亦会超过凹面路段较低处防眩板高度而造成眩光。

目前，国外道路防眩的研究大多是分析眩光对交通安全的影响，并从光源体、传播路径及受光体3方面采取措施削弱眩光影响。对于凹形竖曲线路段，Mok等提出在不同的道路线形条件下，防眩设施应采用不同的高度；Wang等研究了凹形竖曲线的线形特征，为研究凹形竖曲线上防眩设施高度奠定了理论基础；邓海斌、吴D等人均通过建立不同的凹曲线路段计算模型，分析获得防眩设施设置高度的函数表达式[1]。杨春风等人认为防眩高度主要取决于光源车辆距防眩板的横向距离与光源车辆和受光车辆之间横向距离之比的大小，以此提出最不利车道组合形式为接受眩光车辆在最里车道位置和光源车辆在对向最外侧车道位置[2]。杨少伟等人考虑超高、曲率和纵坡等不同因素单独或组合的影响，根据车型选择最不利位置作为特征点，利用空间几何和平面线形理论，研究不同路段任意桩号中央分隔带防眩植物高度的计算方法[3]。

国内相关技术规范只提供了防眩板防眩高度的选用范围，没有配合道路相关技术指标以及工程中常出现的设置方式给出贴近实际的防眩高度选用方案。近年来对于防眩高度的研究方法也主要是基于防眩板设于道路中线的几何分析，所建立的计算模型大都只含有竖曲线段，没有考虑较小半径凹形竖曲线为适应不同位置处变化的防眩需求而可能导致的前后纵坡上的防眩板高度变化，也未探讨实际工程对板高的经济性需求，难以合理、经济、有效地指导工程实践。

本文依据汽车前照灯运动与驾驶人视线移动轨迹在道路横纵断面上的投影线，通过分析防眩板设计要素与高速公路几何设计要素之间的关系，从而提出包含前后纵坡的凹形竖曲线路段防眩高度计算方法、基于不同高速公路设计标准和位于中线与中央分隔带两侧2种设置情形下的直线段最小防眩高度，以及不需增加防眩高度的凹形竖曲线半径临界值查询表，以科学便捷地指导工程应用。

1平面线形段最小防眩高度

平面线形段防眩板防眩高度设计采用式（1）。

H=hd+（hy-hd）B1B（1）

式中：H为直线段防眩高度（m）；hd为汽车前照灯高度（m）；hy为驾驶员视线高度（m）；B1为行车道上光源车辆距防眩板的距离（m）；B为光源车辆与受光车辆之间的横向距离（m）。

为保证所有组合类型车辆的安全性，选取货车驾驶员受对向货车前照灯眩光影响作为最不利的情况，故式（1）中hd=1 m，hy=2 m。《细则》表明，当相会两车横向距离B≥14 m时，两车灯光不会使驾驶员眩目，且在中央分隔带宽度d≥9 m的路段不必设置防眩设施。综合文献[2]、[4]对各车道组合形式下B1/B的大小进行比较可得出最不利车道组合形式为：在保证两车横向间距B

（1）路况一。当光源车辆在平曲线内侧第3条车道或距道路中线更远的车道上行驶时，与对向车辆的横向间距B≥14 m，驾驶员基本不会受到眩光影响，故不考虑该种情况。

（2）路况二。光源车辆在平曲线内侧靠近道路中线的第2条车道上行驶。以120 km・h-1设计速度为例，当中央分隔带宽度为2 m，对向两车横向间距B=3.75×2+0.75×2+2=11 m，光源车辆与道路中线横向距离B1=3.75+3.75/2+0.75+2/2=7375 m，光源车辆与中央分隔带护栏处防眩板横向距离B′1取较大值为8375 m。同理可计算其他设计速度下不同中央分隔带宽度时的B1、B′1、B值。但随着中央分隔带宽度的增加，该状况下相会两车横向距离B亦可能不小于14 m，不符合最不利车道组合形式，此时考虑第3种情况。

（3）路况三。光源车辆在平曲线内侧超车道行驶。以120 km・h-1设计速度为例，当中央分隔带宽度为5 m，则B1=3.75/2+5/2+0.75= 5.125 m，B′1=3.75/2+5+0.75= 7.625 m，B=3.75+5+0.75×2=10.25 m。同理可得此情形下其他设计速度时不同中央分隔带宽度的B1、B′1、B值。

将以上各情况计算出的B1、B′1和B值代入式（1）中，得到在不同设计速度、中央分隔带宽度和设置位置下的防眩高度计算值H。计算过程中，由于直线段防眩高度计算值只受B1/B值的影响，故同一设计速度在路况二下，直线段中线处的防眩高度计算值H随着中央分隔带宽度的增加而降低，而在中央分隔带任一侧的防眩高度计算值随着中央分隔带宽度的增加而增加；在路况三下，直线段中线处的防眩高度计算值均为1.5 m，而在中央分隔带任一侧的防眩高度计算值仍随着中央分隔带宽度的增加而增加。为保证各因素影响下的直线段防眩效果及易实施性，最终采用的最小防眩高度值见表2。

由表2可知，直线路段位于中线处的防眩板采用的最小设置高度应为1.5～1.7 m。经式（1）计算，中央分隔带宽度d>6 m时，中线处防眩高度Hmin≤1.60 m，但此时会使两车横向间距B≥14 m，不满足最不利情况，故表中处于中线处的防眩板不存在1.55 m及1.60 m的防眩高度。另外，位于中央分隔带任一侧的防眩高度应为1.75～1.85 m，若按照《规范》中给定的1.6～1.7 m设置，在板位于中央分隔带一侧的情况下，会存在上方漏光。因此，防眩高度应根据不同设计速度、中央分隔带宽度和设置位置，参照表2进行设置。此外，在具有相同防眩效果的前提下，在道路中线处设置防眩板相对于在中央分隔带两侧护栏上设置所需防眩高度更低，经济性更好。

2.2不需增加防眩高度的竖曲线半径临界值

由式（2）～（8）可知，光源车辆与防眩板的横向距离B1、光源车辆与接收光线车辆之间的横向距离B以及竖曲线半径R对防眩高度影响较大，而前后纵坡坡度变化对于高度值影响较小。以表2中考虑不同设计速度、中央分隔带宽度以及设置位置所计算得到的直线段防眩高度作为基础，按照上节的凹形竖曲线路段防眩高度计算方法，可得出对应于表2所列各种情形下，不需增加防眩高度的凹形竖曲线半径临界值，见表3。

根据表3，对照直线段防眩高度计算值变化特性可知：同一设计速度的不同中央分隔带宽度采用相同防眩高度Hmin时，在路况二下，由于直线段中线处的防眩高度计算值随着中央分隔带宽度的增加而降低，故所需的凹形竖曲线半径临界值随之而减小，而在中央分隔带任一侧的防眩高度计算值随着中央分隔带宽度的增加而增加，相应所需的凹形竖曲线半径临界值也随之增大；在路况三下，直线段中线处的防眩高度均为1.5 m，所需的凹形竖曲线半径临界值均相同，而中央分隔带任一侧的防眩高度计算值随着中央分隔带宽度的增加而增加，所需的凹形竖曲线半径临界值亦随之增大。

在具体工程中，可根据设计速度、中央分隔带宽度、防眩板设置位置以及凹形竖曲线半径，通过表3直接确定该凹形竖曲线段是否可与相应直坡段防眩高度相一致。若凹形竖曲线半径不满足表3的临界条件时，应根据式（2）～（8）计算竖曲线段以及前后纵坡的最小防眩高度。由于该计算方法得到的防眩高度具有连续变化的特性，为了方便设施生产和高度过渡，建议以5 cm为间隔设置，即170 m、1.75 m等；若凹形竖曲线半径满足表3的临界值条件，即可保持与相应平面线形段防眩高度一致，以减少设计计算工作量。

3算例与分析

云南省某高速公路是一条设计速度为80 km・h-1的双向四车道高速公路，中央分隔带宽为2 m，行车道为4×3.75 m。参照现有规范，该条道路防眩高度拟采用17 m，能满足直线路段和平曲线路段防眩高度要求，但难以保证凹形竖曲线路段不同位置处多变的防眩需求，因此，需要结合前文内容对防眩板参数进行调整。以下结合表2、3以及第2节中的计算方法，取3段凹形纵曲面（基本参数见表4）作为算例进行防眩高度的确定。

由Vd=80 km・h-1和中央分隔带宽度d=2 m

两个已知设计参数查表2、3，得到防眩板位于道路中线时和中央分隔带任一侧时平面线形路段所需防眩高度分别为17 m和175 m，不需增加防眩高度的凹形竖曲线半径临界值分别为34 000 m和100 000 m。

由于第1段竖曲线的R=15 000 m

第2段竖曲线的R=109 942 m>34 000 m，同时R>100 000 m，故在2种防眩板设置方式下所需防眩高度均与相应平面线形路段保持一致。

第3段竖曲线的R=50 000 m>34 000 m，同时R

由此可见，半径小于表3临界值的凹形竖曲线前后坡段会出现板高大于普通路段防眩高度的情况，所以建立包含前后纵坡的凹形竖曲线计算模型是必要的。半径小于临界值的凹曲线路段的防眩高度变化规律为：从平面线形路段防眩高度基本值开始逐渐增大至最大值，然后又逐渐减小至平面线形路段防眩高度基本值，且随着半径的减小，凹曲线路段所需的防眩高度最大值增大。同一凹形竖曲线段在保证相同防眩效果的前提下，防眩板设置于道路中线较设置于中央分隔带任一侧所需防眩高度更小，经济性更好。

4结语

（1）根据平面线形段防眩高度计算公式，采用保证两车横向间距小于14 m的前提下，受光货车处于超车道而光源货车在对向较外侧车道位置作为最不利情况，通过探讨最不利情况下的B1/B值，得出可根据设计速度、中央分隔带宽度、防眩板预设位置进行直接参考应用的平面线形段最小板高确定表，结果表明道路直线段中线处所需防眩高度应为150～170 m，而中央分隔带任一侧处的防眩高度大于规范规定范围，应为1.75～1.85 m。

（2）所建立的包含前后纵坡的凹形竖曲线计算模型更全面地考虑了凹形竖曲线几何特征影响下的不同位置处多变的防眩需求。通过分析车辆前照灯和驾驶人视线移动轨迹与防眩板高度在道路纵断面上的投影关系，给出了基于120 m眩光纵距的凹形竖曲线段防眩高度计算方法，以及配合直线段板高确定表使用的不需增加防眩高度的凹形竖曲线临界半径值表，有利于简化设计工作量。

（3）在具有相同防眩效果的前提下，在中央分隔带中线处设置防眩板相对于设置在中央分隔带两侧护栏上而言所需板高较低，经济性更好。

（4）半径小于临界值的凹曲线路段的防眩高度变化规律为：从平面线形路段防眩高度基本值开始逐渐增大至最大值，然后又逐渐减小至平面线形路段防眩高度基本值，且随着半径的减小，凹曲线路段所需的防眩高度最大值增大。

（5）本文提出的防眩板设置方法是基于设计速度不小于60 km・h-1的高速公路，对于有中间分隔设施的一级公路、城市快速路等具有同等应用价值。

参考文献：

[1]吴D，王建军，曹广斌，等.凹形竖曲线路段防眩板高度计算方法[J].交通运输工程学报，2013，13（2）：8691.

[2]杨春风，肖金林，孙吉书，等.高速公路防眩高度和交通安全关系[J].长安大学学报：自然科学版，2014，34（1）：9094.

[3]杨少伟，王云泽，潘兵宏.中央分隔带防眩植物高度的计算方法[J].长安大学学报：自然科学版，2015，35（4）：2731.

[4]王春娥.双向四车道高速公路防眩板设置高度研究[J].盐城工学院学报：自然科学版，2012，25（1）：6266.

[5]慕慧，杨少伟.公路弯坡路段线形设计[J].长安大学学报：自然科学版，2007，27（2）：2629.