王偉杰、賈磊

（1.中鐵上海工程局集團(tuán)第四工程有限公司，上海 201906；2.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院，北京 100088）

1 概述

隨著近年來經(jīng)濟(jì)水平的提高，國內(nèi)公路隧道的數(shù)量也在不斷增加。為了保證隧道交通的安全性，需要改善行車環(huán)境，提高行車舒適度。本文通過對多條隧道的研究發(fā)現(xiàn)，封閉環(huán)境、側(cè)壁顏色是白色以及側(cè)壁無圖案無標(biāo)簽都會對駕駛員產(chǎn)生影響。在封閉環(huán)境中駕駛時，駕駛員需要與側(cè)壁保持一定距離，以防止碰撞隧道側(cè)壁；但長時間處于該環(huán)境中會讓駕駛員感到緊張，并想要快速駛出隧道，此種反應(yīng)被稱為“側(cè)壁效應(yīng)”[1]。駕駛員如果長期處于“側(cè)壁效應(yīng)”中，將變得反應(yīng)緩慢，很難正確地控制車輛。如果在開闊的道路上行駛，駕駛員可以根據(jù)周圍的環(huán)境來判斷自己的速度；但由于隧道內(nèi)部環(huán)境封閉，且為了避免視覺上的干擾，隧道側(cè)壁上無圖案無標(biāo)簽，導(dǎo)致周圍環(huán)境單調(diào)乏味，駕駛員很容易出現(xiàn)視疲勞現(xiàn)象，駕駛員的速度感知能力會嚴(yán)重下降，只能依靠儀表板來控制車速[2]。

2 材料和方法

對公路隧道的一些研究發(fā)現(xiàn)，在側(cè)壁上間隔一定距離設(shè)置圖案將提高駕駛員的速度感知能力，從而有助于緩解駕駛員在公路隧道駕駛時容易出現(xiàn)視疲勞的現(xiàn)象。突然出現(xiàn)的視覺刺激會吸引駕駛員，特別是當(dāng)刺激出現(xiàn)在視野的周邊時。然而，到目前為止，定性分析占了研究的很大一部分，像圖案的設(shè)置空間這樣的定量分析較少。本文試圖通過理論分析和試驗(yàn)找出合適的公路隧道側(cè)壁圖案設(shè)計(jì)，并推薦圖案的尺寸。

2.1 圖案設(shè)計(jì)研究

2.1.1 圖案形式

圖案的形式應(yīng)該是簡單且一致的。如果圖案形式復(fù)雜，駕駛員就需要花時間去識別，這樣就會分散駕駛員的注意力，降低安全性。此外，一致性在視覺感應(yīng)中也起著重要作用。這里選擇了波浪和箭頭作為圖案設(shè)計(jì)的形式，如圖1、圖2 所示。

圖1 箭頭圖案

圖2 波浪圖案

2.1.2 圖案尺寸

吸引駕駛員有兩個要求：一個是刺激強(qiáng)度，另一個是足夠的作用時間。一般而言，圖案越大，駕駛員就越容易識別；但如果圖案太大，圖案就無法與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)。雖然圖案的尺寸設(shè)計(jì)與漢字的高度不同，但它們都需要具有高度識別性。在圖案設(shè)計(jì)中，我們假設(shè)設(shè)計(jì)速度為60km/h，圖案的高度為40～80cm，寬度與高度相一致。設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)如圖3、圖4 所示。

圖3 箭頭圖案的尺寸圖

圖4 波浪圖案的尺寸圖

2.1.3 路面和圖案之間的距離

為了吸引駕駛員，路面和圖案之間的距離應(yīng)該和視線一樣高。小型車輛的視線高度是1.2m，卡車的視線高度是2.5m。圖案需要排成兩行，其中一排排列在1.2m 的高度上，另一排排列在2.5m 的高度上。因?yàn)樵O(shè)計(jì)方案模仿了小型車輛，所以路面和圖案之間的距離為1.4m。設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)如圖5、圖6 所示。

圖5 路面與波浪圖案之間的距離

圖6 路面與箭頭圖案之間的距離

2.2 圖案的顏色

在隧道中，側(cè)壁的顏色和照明狀態(tài)在構(gòu)建視覺環(huán)境中起著重要作用，它們會對駕駛員的視覺產(chǎn)生影響。有研究發(fā)現(xiàn)，深色的隧道側(cè)壁比淺色的隧道側(cè)壁更能引起駕駛員對前方巷道的長時間注視?？赡苁怯捎诋?dāng)側(cè)壁是深色的時候，駕駛員很難看到道路邊緣，所以需要花更多的時間來確定道路邊緣?；谶@一考慮，隧道側(cè)壁的顏色總是選擇淺色，尤其是白色。但事實(shí)上，白色在隧道燈光下會變得刺眼，可能導(dǎo)致駕駛員注意力不集中和視覺效果不佳。

2.2.1 四種顏色的對比

首先，研究人員用試驗(yàn)來證明不同顏色的不同影響。結(jié)果顯示，當(dāng)人們在墻壁被涂成藍(lán)色和綠色的房間里時，皮膚溫度會下降1～2℃，脈搏也會變慢。相反，當(dāng)人們在墻壁被涂成紅色和黃色的房間里時，皮膚溫度會上升，脈搏也會加快。因此，藍(lán)色和綠色有助于釋放壓力和緩解緊張，從而有利于交通安全。其次，對比了顏色導(dǎo)致的視錯覺。發(fā)現(xiàn)不同的顏色會改變視線距離，當(dāng)與汽車保持相同距離時，不同顏色的視覺距離是不同的。像藍(lán)色和綠色這樣的冷色系，視覺距離比實(shí)際距離要遠(yuǎn)；而像紅色和黃色這樣的暖色系，視覺距離則比實(shí)際距離要近?？紤]到顏色導(dǎo)致的視錯覺，如果把公路隧道側(cè)壁涂成冷色系的顏色，將會降低隧道內(nèi)壓抑環(huán)境產(chǎn)生的影響。

2.2.2 色彩組合

設(shè)計(jì)圖案的顏色應(yīng)與隧道側(cè)墻的顏色一致。為了避免景觀的單調(diào)，可以將藍(lán)色和綠色結(jié)合起來，即當(dāng)隧道側(cè)壁是藍(lán)色時，圖案則使用綠色。這樣的設(shè)計(jì)會帶來鮮明的視覺對比和強(qiáng)烈的視覺沖擊。色彩組合如圖7 所示。

圖7 色彩組合

2.3 參與者

該研究的參與者采用社會招募的形式，最終確定了15 名女性和17 名男性，年齡在20～40 歲之間。

2.4 駕駛模擬器和駕駛場景

研究是通過SCANeR 模擬器進(jìn)行的。SCANeR 模擬器由球形駕駛艙、鋼制支架及控制平臺組成，顯示器是250°的弧形屏幕，因此它可以創(chuàng)造出更為真實(shí)的駕駛環(huán)境。采用的駕駛場景是一個典型的公路隧道路段，即一條1km 長的雙車道。每條車道寬為3m，顏色為淺灰色，用虛線與相鄰的車道分開。道路兩側(cè)的路肩寬為0.25m，顏色為深灰色。所有隧道的高度不發(fā)生變化且隧道內(nèi)沒有曲線序列，隧道的天花板為灰色。隧道一側(cè)的設(shè)計(jì)圖案是隧道內(nèi)唯一的變化元素。

2.5 程序

在完成了駕駛環(huán)境的建立后，參與者開始試驗(yàn)。試驗(yàn)由兩部分組成。

第一部分試驗(yàn)是關(guān)于設(shè)計(jì)圖案的間距。如前所述，選擇了箭頭和波浪作為隧道側(cè)壁的圖案，并且設(shè)定了五種間距，分別是5m、10m、15m、20m 和30m。參與者在場景中以60km/h 的速度行駛，然后挑選出給他們的視覺帶來最佳體驗(yàn)的方案。第二部分試驗(yàn)是對新設(shè)計(jì)的和實(shí)際使用的公路隧道側(cè)壁裝飾方案進(jìn)行評估。在第一部分試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，總結(jié)出了最舒適的間距，然后將其納入設(shè)計(jì)方案。所有的參與者還需要在使用實(shí)際方案的公路隧道中駕駛。采用模糊評價(jià)法來評估新設(shè)計(jì)的和實(shí)際使用的公路隧道側(cè)壁裝飾方案之間的優(yōu)劣。

3 結(jié)果

3.1 設(shè)計(jì)模式的間距測試

當(dāng)參與者以60km/h 的速度行駛、視線高度為1.2m 時：對于波浪圖案，有45.7%的參與者認(rèn)為10m的間距帶來了最好的視覺效果；而對于箭頭圖案，有42.1%的參與者認(rèn)為20m 的間距是最好的。圖案風(fēng)格和尺寸的不同可能導(dǎo)致了不同的結(jié)果。對于許多參與者而言，最好的間距是10m 或20m，而選擇5m 和30m 的較少。因此，可以得出結(jié)論，10～20m 的間距是最理想的。

3.2 新設(shè)計(jì)與原設(shè)計(jì)的對比試驗(yàn)

駕駛員分別在使用新設(shè)計(jì)方案的模擬環(huán)境中和使用實(shí)際方案的公路隧道中行駛。該研究采用模糊評價(jià)法來評價(jià)新設(shè)計(jì)方案與實(shí)際方案之間的優(yōu)劣。將視覺效果的要素分為三部分，分別是安全性、舒適性和美觀性，以這三個要素作為評價(jià)因素。安全性包括駕駛環(huán)境的清晰度和速度感。舒適性是指輕松愉快的感覺，以及駕駛員是否感到緊張和壓抑。美觀性則是指視覺印象的協(xié)調(diào)性。參與者對這三個要素進(jìn)行評估，評估由四個級別組成——優(yōu)秀、良好、中等和不及格。評估結(jié)果如表1 所示。

表1 評估結(jié)果表

從表1 中可以得到兩個評價(jià)矩陣R1和R2，其中R1是針對新設(shè)計(jì)的公路隧道側(cè)壁裝飾方案，R2是針對實(shí)際使用的公路隧道側(cè)壁裝飾方案。

為了全面展示參與者的感受，我們需要對三個評價(jià)因素設(shè)置不同的權(quán)重。將安全性的權(quán)重設(shè)為0.25，將舒適性的權(quán)重設(shè)為0.4，將美觀性的權(quán)重設(shè)為0.35。這些權(quán)重構(gòu)成了模糊向量A。

通過模糊向量A，可以得到視覺效果評價(jià)矩陣B1和B2。B1是針對新設(shè)計(jì)的公路隧道側(cè)壁裝飾方案，B2是針對實(shí)際使用的公路隧道側(cè)壁裝飾方案。

通過評估結(jié)果，發(fā)現(xiàn)新設(shè)計(jì)的公路隧道側(cè)壁裝飾方案在各方面都優(yōu)于實(shí)際使用的公路隧道側(cè)壁裝飾方案。實(shí)際方案在側(cè)壁上并沒有作任何裝飾，給駕駛員帶來了不理想的視覺環(huán)境，同時也對交通安全產(chǎn)生了不良影響。對于新設(shè)計(jì)的公路隧道側(cè)壁裝飾方案，設(shè)計(jì)圖案創(chuàng)造了舒適和美麗的環(huán)境，達(dá)到了改善隧道交通安全性的目標(biāo)。

4 結(jié)語

試驗(yàn)證明，新設(shè)計(jì)的公路隧道側(cè)壁裝飾方案為駕駛員創(chuàng)造了舒適的公路隧道視覺環(huán)境。因此，新設(shè)計(jì)的公路隧道側(cè)壁裝飾方案可以應(yīng)用于公路隧道側(cè)壁裝飾設(shè)計(jì)。

但是該項(xiàng)研究仍然有一些值得完善的地方。首先，只對60km/h 這一種設(shè)計(jì)速度進(jìn)行了研究，然而國內(nèi)公路隧道的最高限速是80km/h，因此在未來可以選擇不同的設(shè)計(jì)速度進(jìn)行更多的研究。其次，在研究中只討論了兩種圖案的設(shè)計(jì)，實(shí)際上，還有很多類型的圖案設(shè)計(jì)，不同類型的圖案可以適用于不同的條件，因此對更多不同圖案的設(shè)計(jì)也需要進(jìn)一步研究。最后，使用的顏色是藍(lán)色和綠色，因?yàn)樗鼈儗θ说囊曈X具有生理上的影響，而自然界中有許多種顏色，所以合適的色彩組合會有很多。除了顏色，對于顏色的亮度和濃度也應(yīng)該加以分析?？傊?，城市隧道側(cè)壁的新設(shè)計(jì)方案對駕駛安全有相當(dāng)好的影響，駕駛員對新設(shè)計(jì)的公路隧道側(cè)壁裝飾方案有較好的視覺反饋效果，總體上達(dá)到了改善駕駛員在公路隧道駕駛時容易出現(xiàn)視疲勞的目的。