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(biāo)，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(biāo)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?，絕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(fù)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(biāo)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?、心理的影響，提出了城市隧道不同照明段燈具色溫的建議值，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?，對隧道光環(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(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)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?，加劇駕駛?cè)说钠诟?，使得駕駛?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(biāo)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?、車距、坡度等感知失誤或分心、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(biāo)

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?、視區(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(biāo)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(biāo)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?；谟寐啡嗽诠匪淼啦煌范未嬖诓煌沫h(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?、駕駛?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。

參考文獻

［1］孫家偉，劉小飛.營運高速公路隧道出入口段綜合整治方案研究［J］.公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2020，16（7）：252-254.

［2］Jiao F，Du Z，Zheng H，Wang S.Visual Characteristics of Drivers at Different Sections of An Urban Underpass Tunnel Entrance：An Experimental Study ［J］.Sustainability，2021（13）：5 224-5 224.

［3］吳小麗，張 琦，潘 勇.超特長隧道特殊光環(huán)境的對比試驗研究［J］.公路交通技術(shù)，2021，37（3）：125-131.

［4］徐 萌，潘曉東，陳 豐，等.彩色燈光視覺調(diào)節(jié)對長隧道駕駛催眠緩解作用的試驗［J］.中國公路學(xué)報，2020，33（11）：235-244.

［5］朱合華，李談詞，馮守中，等.城市隧道不同照明段的燈具色溫選取分析［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2020，57（S1）：277-284.

［6］[JP4]閻 瑩，葉 飛，王曉飛，等.隧道群路段環(huán)境光照度與駕駛?cè)送酌娣e分析［J］.華南理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2016，44（12）：89-96.

［7］王首碩，杜志剛，馮守中，等.高速公路隧道入口區(qū)域視線誘導(dǎo)系統(tǒng)有效性研究［J］.交通運輸工程學(xué)報，2021，21（2）：267-277.

［8］Zheng Z，Du Z，Yan Q.The Impact of Rhythm-based Visual Reference System in Long Highway Tunnels ［J］.Safety Science，2017（95）：75-82.

［9］薛 鋒，胡 萍，黃 宇.基于組合模型的公路隧道交通安全評價［J］.公路交通科技，2021，38（7）：85-95.

［10］Wang S，Du Z，Jiao F，Zheng H，et al.Drivers Visual Load at Different Time Periods in Entrance and Exit Zones of Extra-long Tunnel ［J］.Traffic Injury Prevention，2020（21）：539-544.

［11］JTG 3370.1-2018，公路隧道設(shè)計規(guī)范［S］.

［12］焦方通，杜志剛，王首碩，等.城市水下特長隧道出入口視覺及舒適性研究［J］.中國公路學(xué)報，2020，33（6）：147-156.

［13］Jiao F，Du Z，Wang S，et al.Drivers Saccade Characteristics in Curves of Extra-Long Urban Underwater Tunnels［J］.Transportation Research Record，2020（2 674）：102-111.

［14］Pan F，Yang Y，Zhang L，et al.Analysis of EEG Characteristics of Drivers at the Entrance and Exit of an Undersea Tunnel and Research on Driving Safety ［J］.International Journal of Safety and Security Engineering，2021，11（2）：155-165.

［15］[JP4]杜志剛，梅家林，倪玉丹，等.基于視覺需求的城市水下特長隧道光環(huán)境評價與優(yōu)化綜述［J］.交通運輸工程學(xué)報，2020，20（6）：48-61.

［16］安 欣，孫 毅，李 濤，等.高速公路隧道出口與互通出口最小凈距研究［J］.公路交通科技，2021，38（9）：132-140.

［17］杜志剛，倪玉丹，楊理波，等.高速公路隧道曲線路段視線誘導(dǎo)設(shè)施有效性試驗［J］.交通運輸工程學(xué)報，2020，20（1）：215-225.

［18］Wang J，Pervez A，Wang Z.Crash Analysis of Chinese Freeway Tunnel Groups Using A Five-zone Analytic Approach ［J］.Tunnelling and Underground Space Technology，2018（82）：358-365.

［19］Yang Y，Du Z，Jiao F，et al.Analysis of EEG Characteristics of Drivers and Driving Safety in Undersea Tunnel ［J］.International journal of environmental research and public health，2021，18（18）：9 810.

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。