本發(fā)明屬于公路隧道交通安全設(shè)施領(lǐng)域，特別涉及一種隧道入口遮陽(yáng)棚漸變光環(huán)境設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)公路隧道建設(shè)的發(fā)展，隧道入口處行車安全問(wèn)題越來(lái)越引起人們的重視。研究表明，隧道入口內(nèi)外光照度差異大，是隧道入口發(fā)生交通事故的主要原因。因此，在隧道入口處設(shè)置一定長(zhǎng)度的減光構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)隧道洞口內(nèi)外的照度差合理過(guò)渡非常必要。

目前國(guó)內(nèi)關(guān)于隧道入口減光構(gòu)件的研究主要有兩個(gè)方向：一種是通過(guò)改變梁肋板間距來(lái)改變透光率的遮光棚；另一種是頂部采用同一種材料遮擋的遮陽(yáng)棚。分析兩種不同的減光構(gòu)件可知，遮光棚雖然在一定的程度上緩解了隧道入口的交通事故，但晴天遮光棚下的眩光、路面上出現(xiàn)黑白相間的陰影等會(huì)對(duì)駕駛員的視覺產(chǎn)生一定的影響，不能有效地保證行車安全；同時(shí)鋼筋混凝土拱形結(jié)構(gòu)的變間距肋板型遮光棚施工工藝繁瑣、進(jìn)度慢，對(duì)其他施工行為干擾大。而國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的隧道入口遮陽(yáng)棚設(shè)計(jì)選用的遮擋材料的透光率單一，雖然降低了外界環(huán)境與隧道洞內(nèi)的亮度差，但這種單次亮度降低依舊不能消除隧道入口的“黑洞效應(yīng)”，與駕駛員適應(yīng)亮度差的視覺特性吻合性較低，其方法的科學(xué)性不足，改善隧道入口的行車安全收效不大。

因此，在上述相關(guān)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，研究一種光環(huán)境漸變的公路隧道入口遮陽(yáng)棚的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)確定遮陽(yáng)棚的長(zhǎng)度以及在不同位置使用多種透光率遮光板的組合，實(shí)現(xiàn)遮陽(yáng)棚整體透光率的變化沿著行車方向由大到小，把洞口亮度劇變通過(guò)設(shè)置遮陽(yáng)棚合理降低到駕駛員的視覺變化能適應(yīng)的范圍內(nèi)，對(duì)于降低隧道入口交通事故發(fā)生率具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種隧道入口遮陽(yáng)棚漸變光環(huán)境設(shè)計(jì)方法，以克服現(xiàn)有遮光棚設(shè)計(jì)方法的不足，以更加有效地保證隧道入口的行車安全。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種隧道入口遮陽(yáng)棚漸變光環(huán)境設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

步驟一：確定遮陽(yáng)棚的長(zhǎng)度L_c：

其中，v為設(shè)計(jì)車速；

t為駕駛員隧道入口處暗適應(yīng)時(shí)間；

步驟二：根據(jù)隧道洞口斷面形狀尺寸和初步確定的遮陽(yáng)棚長(zhǎng)度Lc，在CAD中構(gòu)建隧道和遮陽(yáng)棚模型；

步驟三：將隧道和遮陽(yáng)棚模型導(dǎo)入Ecotect Analysis軟件中進(jìn)行光環(huán)境仿真，通過(guò)確定不同透光率遮光板的組合使遮陽(yáng)棚內(nèi)光環(huán)境漸變滿足隧道入口駕駛員視覺暗適應(yīng)需求，并修正遮陽(yáng)棚總長(zhǎng)度。

進(jìn)一步的，駕駛員隧道入口處暗適應(yīng)時(shí)間t的計(jì)算過(guò)程如下：

隧道所處地區(qū)全年太陽(yáng)光照強(qiáng)度最大值L_max，該隧道駕駛員視場(chǎng)中的平均亮度L(S)，該隧道的入口段亮度折減系數(shù)為k，得出隧道入口段亮度L_th1：

L_th1＝k×L(S) (2)

駕駛員在隧道入口處的暗適應(yīng)時(shí)間

其中L_in為隧道加強(qiáng)照明段光照強(qiáng)度實(shí)測(cè)值；若無(wú)實(shí)測(cè)值，用L_th1代替。

進(jìn)一步的，對(duì)于已建隧道，駕駛員視場(chǎng)中的平均亮度L(S)和隧道入口段亮度L_th1均利用亮度計(jì)觀測(cè)得到；對(duì)于未建隧道，利用路面平均亮度與平均照度的換算率K，通過(guò)洞外、洞內(nèi)照度進(jìn)行換算，換算公式如下：

E_out＝K·L(S)

E_in＝K·L_th1 (4)

式中：E_out—隧道洞外平均照度，單位為lux；

E_in—隧道洞內(nèi)平均照度，單位為lux；

K—路面平均亮度與平均照度換算系數(shù)，lux/(cd·m^-2)；

平均亮度與平均照度間的換算系數(shù)K通過(guò)實(shí)測(cè)確定；無(wú)實(shí)測(cè)條件時(shí)，黑色瀝青路面取15lux/(cd·m^-2)，水泥混凝土路面取10lux/(cd·m^-2)。

進(jìn)一步的，所述遮陽(yáng)棚模型斷面輪廓大于隧道洞口，且遮陽(yáng)棚底部鋼拱架不侵入路面行車道。

進(jìn)一步的，在Ecotect Analysis中選擇隧道所處地區(qū)經(jīng)度、緯度，仿真日期以及洞口方向這幾個(gè)參數(shù)，并輸入仿真的太陽(yáng)光照強(qiáng)度值L_max；遮陽(yáng)棚模型沿行車方向每2m設(shè)置一道鋼拱架，遮光板的規(guī)格為2m×2m，在兩鋼拱架間沿鋼拱架圓弧外邊緣鋪設(shè)；通過(guò)Ecotect Analysis改變透光率參數(shù)；預(yù)設(shè)透光率70％、60％和50％遮光板沿車輛進(jìn)入隧道方向所占環(huán)數(shù)分別為n₁、n₂、n₃，根據(jù)3種基礎(chǔ)遮光板透光率降低的數(shù)值，令n₁:n₂:n₃＝3:2:5，且滿足2×(n₁+n₂+n₃)＝L_c。

進(jìn)一步的，從最靠近隧道入口處的一環(huán)開始調(diào)節(jié)，先將兩鋼拱架間最頂端一塊遮光板設(shè)置為不透明，運(yùn)行軟件進(jìn)行光環(huán)境仿真，輸出遮陽(yáng)棚最后一環(huán)內(nèi)路面照度值以及隧道洞口處照度值，取遮陽(yáng)棚最后一環(huán)內(nèi)路面光照強(qiáng)度L₁和隧道洞口內(nèi)路面光照強(qiáng)度L₀,，代入公式(3)中計(jì)算出駕駛員由光照強(qiáng)度L₁過(guò)渡到L₀所需暗適應(yīng)時(shí)間t₁，令t₀為車輛以設(shè)計(jì)速度行駛過(guò)一環(huán)遮光板的時(shí)間，若t₁>t₀，則此段光照強(qiáng)度突變較大，駕駛員難以適應(yīng)，需在已設(shè)置不透光板的兩端各添加一塊不透光板，然后重復(fù)以上計(jì)算直至t₁<t₀，則此時(shí)的不透光板和透光板的組合滿足設(shè)計(jì)要求；然后對(duì)每環(huán)遮光板的組合重復(fù)以上過(guò)程，直至當(dāng)外界光照強(qiáng)度L_max與第n環(huán)遮陽(yáng)棚內(nèi)路面的光照強(qiáng)度L_n代入公式(3)滿足t_n<t₀，則第n環(huán)為遮陽(yáng)棚最后一段，遮陽(yáng)棚最終設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度L_z＝2×n。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下技術(shù)效果：

本發(fā)明先通過(guò)暗適應(yīng)曲線公式初步確定遮陽(yáng)棚的長(zhǎng)度，再運(yùn)用Ecotect Analysis光環(huán)境仿真功能結(jié)合多種透光率遮光板組合方法來(lái)確定遮陽(yáng)棚整體光環(huán)境漸變，并修正遮陽(yáng)棚長(zhǎng)度，方法操作簡(jiǎn)單、結(jié)果可靠準(zhǔn)確，并且使遮陽(yáng)棚內(nèi)光照強(qiáng)度變化曲線更加平滑，有效地保證隧道入口的行車安全。

附圖說(shuō)明

圖1為遮陽(yáng)棚鋼拱架示意圖；

圖2為遮陽(yáng)棚整體側(cè)視圖；

圖3為遮陽(yáng)棚整體俯視圖；

圖4為遮陽(yáng)棚遮光板組合圖；

其中：1、遮陽(yáng)棚遮光板；2、遮陽(yáng)棚鋼拱架。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明：

一種隧道入口遮陽(yáng)棚漸變光環(huán)境設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

步驟一：確定遮陽(yáng)棚的長(zhǎng)度L_c：

其中，v為設(shè)計(jì)車速；

t為駕駛員隧道入口處暗適應(yīng)時(shí)間；

駕駛員隧道入口處暗適應(yīng)時(shí)間t的計(jì)算過(guò)程如下：

隧道所處地區(qū)全年太陽(yáng)光照強(qiáng)度最大值L_max，該隧道駕駛員視場(chǎng)中的平均亮度L(S)，該隧道的入口段亮度折減系數(shù)為k，得出隧道入口段亮度L_th1：

L_th1＝k×L(S) (2)

駕駛員在隧道入口處的暗適應(yīng)時(shí)間

其中L_in為隧道加強(qiáng)照明段光照強(qiáng)度實(shí)測(cè)值；若無(wú)實(shí)測(cè)值，用L_th1代替。

對(duì)于已建隧道，駕駛員視場(chǎng)中的平均亮度L(S)和隧道入口段亮度L_th1均利用亮度計(jì)觀測(cè)得到；對(duì)于未建隧道，利用路面平均亮度與平均照度的換算率K，通過(guò)洞外、洞內(nèi)照度進(jìn)行換算，換算公式如下：

E_out＝K·L(S)

E_in＝K·L_th1 (4)

式中：E_out—隧道洞外平均照度，單位為lux；

E_in—隧道洞內(nèi)平均照度，單位為lux；

K—路面平均亮度與平均照度換算系數(shù)，lux/(cd·m^-2)；

平均亮度與平均照度間的換算系數(shù)K通過(guò)實(shí)測(cè)確定；無(wú)實(shí)測(cè)條件時(shí)，黑色瀝青路面取15lux/(cd·m^-2)，水泥混凝土路面取10lux/(cd·m^-2)。

步驟二：根據(jù)隧道洞口斷面形狀尺寸和初步確定的遮陽(yáng)棚長(zhǎng)度Lc，在CAD中構(gòu)建隧道和遮陽(yáng)棚模型；所述遮陽(yáng)棚模型斷面輪廓大于隧道洞口，且遮陽(yáng)棚底部鋼拱架不侵入路面行車道。

步驟三：將隧道和遮陽(yáng)棚模型導(dǎo)入Ecotect Analysis軟件中進(jìn)行光環(huán)境仿真，通過(guò)確定不同透光率遮光板的組合使遮陽(yáng)棚內(nèi)光環(huán)境漸變滿足隧道入口駕駛員視覺暗適應(yīng)需求，并修正遮陽(yáng)棚總長(zhǎng)度。

在Ecotect Analysis中選擇隧道所處地區(qū)經(jīng)度、緯度，仿真日期以及洞口方向這幾個(gè)參數(shù)，并輸入仿真的太陽(yáng)光照強(qiáng)度值L_max；遮陽(yáng)棚模型沿行車方向每2m設(shè)置一道鋼拱架2，遮光板1的規(guī)格為2m×2m，在兩鋼拱架2間沿鋼拱架圓弧外邊緣鋪設(shè)；通過(guò)Ecotect Analysis改變透光率參數(shù)；預(yù)設(shè)透光率70％、60％和50％遮光板1沿車輛進(jìn)入隧道方向所占環(huán)數(shù)分別為n₁、n₂、n₃，根據(jù)3種基礎(chǔ)遮光板透光率降低的數(shù)值，令n₁:n₂:n₃＝3:2:5，且滿足2×(n₁+n₂+n₃)＝L_c。

從最靠近隧道入口處的一環(huán)開始調(diào)節(jié)，先將兩鋼拱架間最頂端一塊遮光板設(shè)置為不透明，運(yùn)行軟件進(jìn)行光環(huán)境仿真，輸出遮陽(yáng)棚最后一環(huán)內(nèi)路面照度值以及隧道洞口處照度值，取遮陽(yáng)棚最后一環(huán)內(nèi)路面光照強(qiáng)度L₁和隧道洞口內(nèi)路面光照強(qiáng)度L₀,，代入公式(3)中計(jì)算出駕駛員由光照強(qiáng)度L₁過(guò)渡到L₀所需暗適應(yīng)時(shí)間t₁，令t₀為車輛以設(shè)計(jì)速度行駛過(guò)一環(huán)遮光板的時(shí)間，若t₁>t₀，則此段光照強(qiáng)度突變較大，駕駛員難以適應(yīng)，需在已設(shè)置不透光板的兩端各添加一塊不透光板，然后重復(fù)以上計(jì)算直至t₁<t₀，則此時(shí)的不透光板和透光板的組合滿足設(shè)計(jì)要求；然后對(duì)每環(huán)遮光板的組合重復(fù)以上過(guò)程，直至當(dāng)外界光照強(qiáng)度L_max與第n環(huán)遮陽(yáng)棚內(nèi)路面的光照強(qiáng)度L_n代入公式(3)滿足t_n<t₀，則第n環(huán)為遮陽(yáng)棚最后一段，遮陽(yáng)棚最終設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度L_z＝2×n。