王伟杰、贾磊

（1.中铁上海工程局集团第四工程有限公司，上海 201906；2.交通运输部公路科学研究院，北京 100088）

1 概述

随着近年来经济水平的提高，国内公路隧道的数量也在不断增加。为了保证隧道交通的安全性，需要改善行车环境，提高行车舒适度。本文通过对多条隧道的研究发现，封闭环境、侧壁颜色是白色以及侧壁无图案无标签都会对驾驶员产生影响。在封闭环境中驾驶时，驾驶员需要与侧壁保持一定距离，以防止碰撞隧道侧壁；但长时间处于该环境中会让驾驶员感到紧张，并想要快速驶出隧道，此种反应被称为“侧壁效应”[1]。驾驶员如果长期处于“侧壁效应”中，将变得反应缓慢，很难正确地控制车辆。如果在开阔的道路上行驶，驾驶员可以根据周围的环境来判断自己的速度；但由于隧道内部环境封闭，且为了避免视觉上的干扰，隧道侧壁上无图案无标签，导致周围环境单调乏味，驾驶员很容易出现视疲劳现象，驾驶员的速度感知能力会严重下降，只能依靠仪表板来控制车速[2]。

2 材料和方法

对公路隧道的一些研究发现，在侧壁上间隔一定距离设置图案将提高驾驶员的速度感知能力，从而有助于缓解驾驶员在公路隧道驾驶时容易出现视疲劳的现象。突然出现的视觉刺激会吸引驾驶员，特别是当刺激出现在视野的周边时。然而，到目前为止，定性分析占了研究的很大一部分，像图案的设置空间这样的定量分析较少。本文试图通过理论分析和试验找出合适的公路隧道侧壁图案设计，并推荐图案的尺寸。

2.1 图案设计研究

2.1.1 图案形式

图案的形式应该是简单且一致的。如果图案形式复杂，驾驶员就需要花时间去识别，这样就会分散驾驶员的注意力，降低安全性。此外，一致性在视觉感应中也起着重要作用。这里选择了波浪和箭头作为图案设计的形式，如图1、图2 所示。

图1 箭头图案

图2 波浪图案

2.1.2 图案尺寸

吸引驾驶员有两个要求：一个是刺激强度，另一个是足够的作用时间。一般而言，图案越大，驾驶员就越容易识别；但如果图案太大，图案就无法与周围环境协调。虽然图案的尺寸设计与汉字的高度不同，但它们都需要具有高度识别性。在图案设计中，我们假设设计速度为60km/h，图案的高度为40～80cm，宽度与高度相一致。设计的细节如图3、图4 所示。

图3 箭头图案的尺寸图

图4 波浪图案的尺寸图

2.1.3 路面和图案之间的距离

为了吸引驾驶员，路面和图案之间的距离应该和视线一样高。小型车辆的视线高度是1.2m，卡车的视线高度是2.5m。图案需要排成两行，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。因为设计方案模仿了小型车辆，所以路面和图案之间的距离为1.4m。设计的细节如图5、图6 所示。

图5 路面与波浪图案之间的距离

图6 路面与箭头图案之间的距离

2.2 图案的颜色

在隧道中，侧壁的颜色和照明状态在构建视觉环境中起着重要作用，它们会对驾驶员的视觉产生影响。有研究发现，深色的隧道侧壁比浅色的隧道侧壁更能引起驾驶员对前方巷道的长时间注视。可能是由于当侧壁是深色的时候，驾驶员很难看到道路边缘，所以需要花更多的时间来确定道路边缘。基于这一考虑，隧道侧壁的颜色总是选择浅色，尤其是白色。但事实上，白色在隧道灯光下会变得刺眼，可能导致驾驶员注意力不集中和视觉效果不佳。

2.2.1 四种颜色的对比

首先，研究人员用试验来证明不同颜色的不同影响。结果显示，当人们在墙壁被涂成蓝色和绿色的房间里时，皮肤温度会下降1～2℃，脉搏也会变慢。相反，当人们在墙壁被涂成红色和黄色的房间里时，皮肤温度会上升，脉搏也会加快。因此，蓝色和绿色有助于释放压力和缓解紧张，从而有利于交通安全。其次，对比了颜色导致的视错觉。发现不同的颜色会改变视线距离，当与汽车保持相同距离时，不同颜色的视觉距离是不同的。像蓝色和绿色这样的冷色系，视觉距离比实际距离要远；而像红色和黄色这样的暖色系，视觉距离则比实际距离要近。考虑到颜色导致的视错觉，如果把公路隧道侧壁涂成冷色系的颜色，将会降低隧道内压抑环境产生的影响。

2.2.2 色彩组合

设计图案的颜色应与隧道侧墙的颜色一致。为了避免景观的单调，可以将蓝色和绿色结合起来，即当隧道侧壁是蓝色时，图案则使用绿色。这样的设计会带来鲜明的视觉对比和强烈的视觉冲击。色彩组合如图7 所示。

图7 色彩组合

2.3 参与者

该研究的参与者采用社会招募的形式，最终确定了15 名女性和17 名男性，年龄在20～40 岁之间。

2.4 驾驶模拟器和驾驶场景

研究是通过SCANeR 模拟器进行的。SCANeR 模拟器由球形驾驶舱、钢制支架及控制平台组成，显示器是250°的弧形屏幕，因此它可以创造出更为真实的驾驶环境。采用的驾驶场景是一个典型的公路隧道路段，即一条1km 长的双车道。每条车道宽为3m，颜色为浅灰色，用虚线与相邻的车道分开。道路两侧的路肩宽为0.25m，颜色为深灰色。所有隧道的高度不发生变化且隧道内没有曲线序列，隧道的天花板为灰色。隧道一侧的设计图案是隧道内唯一的变化元素。

2.5 程序

在完成了驾驶环境的建立后，参与者开始试验。试验由两部分组成。

第一部分试验是关于设计图案的间距。如前所述，选择了箭头和波浪作为隧道侧壁的图案，并且设定了五种间距，分别是5m、10m、15m、20m 和30m。参与者在场景中以60km/h 的速度行驶，然后挑选出给他们的视觉带来最佳体验的方案。第二部分试验是对新设计的和实际使用的公路隧道侧壁装饰方案进行评估。在第一部分试验结果的基础上，总结出了最舒适的间距，然后将其纳入设计方案。所有的参与者还需要在使用实际方案的公路隧道中驾驶。采用模糊评价法来评估新设计的和实际使用的公路隧道侧壁装饰方案之间的优劣。

3 结果

3.1 设计模式的间距测试

当参与者以60km/h 的速度行驶、视线高度为1.2m 时：对于波浪图案，有45.7%的参与者认为10m的间距带来了最好的视觉效果；而对于箭头图案，有42.1%的参与者认为20m 的间距是最好的。图案风格和尺寸的不同可能导致了不同的结果。对于许多参与者而言，最好的间距是10m 或20m，而选择5m 和30m 的较少。因此，可以得出结论，10～20m 的间距是最理想的。

3.2 新设计与原设计的对比试验

驾驶员分别在使用新设计方案的模拟环境中和使用实际方案的公路隧道中行驶。该研究采用模糊评价法来评价新设计方案与实际方案之间的优劣。将视觉效果的要素分为三部分，分别是安全性、舒适性和美观性，以这三个要素作为评价因素。安全性包括驾驶环境的清晰度和速度感。舒适性是指轻松愉快的感觉，以及驾驶员是否感到紧张和压抑。美观性则是指视觉印象的协调性。参与者对这三个要素进行评估，评估由四个级别组成——优秀、良好、中等和不及格。评估结果如表1 所示。

表1 评估结果表

从表1 中可以得到两个评价矩阵R1和R2，其中R1是针对新设计的公路隧道侧壁装饰方案，R2是针对实际使用的公路隧道侧壁装饰方案。

为了全面展示参与者的感受，我们需要对三个评价因素设置不同的权重。将安全性的权重设为0.25，将舒适性的权重设为0.4，将美观性的权重设为0.35。这些权重构成了模糊向量A。

通过模糊向量A，可以得到视觉效果评价矩阵B1和B2。B1是针对新设计的公路隧道侧壁装饰方案，B2是针对实际使用的公路隧道侧壁装饰方案。

通过评估结果，发现新设计的公路隧道侧壁装饰方案在各方面都优于实际使用的公路隧道侧壁装饰方案。实际方案在侧壁上并没有作任何装饰，给驾驶员带来了不理想的视觉环境，同时也对交通安全产生了不良影响。对于新设计的公路隧道侧壁装饰方案，设计图案创造了舒适和美丽的环境，达到了改善隧道交通安全性的目标。

4 结语

试验证明，新设计的公路隧道侧壁装饰方案为驾驶员创造了舒适的公路隧道视觉环境。因此，新设计的公路隧道侧壁装饰方案可以应用于公路隧道侧壁装饰设计。

但是该项研究仍然有一些值得完善的地方。首先，只对60km/h 这一种设计速度进行了研究，然而国内公路隧道的最高限速是80km/h，因此在未来可以选择不同的设计速度进行更多的研究。其次，在研究中只讨论了两种图案的设计，实际上，还有很多类型的图案设计，不同类型的图案可以适用于不同的条件，因此对更多不同图案的设计也需要进一步研究。最后，使用的颜色是蓝色和绿色，因为它们对人的视觉具有生理上的影响，而自然界中有许多种颜色，所以合适的色彩组合会有很多。除了颜色，对于颜色的亮度和浓度也应该加以分析。总之，城市隧道侧壁的新设计方案对驾驶安全有相当好的影响，驾驶员对新设计的公路隧道侧壁装饰方案有较好的视觉反馈效果，总体上达到了改善驾驶员在公路隧道驾驶时容易出现视疲劳的目的。