Olivia 叶飞 苏恩杰 梁晓明 张兴冰 夏天晗 魏艳春
长安大学公路学院 中国市政工程中南设计研究总院有限公司
摘 要：
公路隧道由于结构特殊性，导致其交通事故率和死亡率高于普通路段。适宜的隧道景观可以有效缓解驾驶人的不适心理，合理的隧道洞口景观还能缓和行车环境的剧烈变化，从而提高驾驶安全。由于缺乏成熟的设计体系和详细的行业规范，隧道景观在设计过程中随意性较大，效果把控困难。目前部分设计未充分考虑驾驶特性，使隧道景观在行车安全方面的作用未充分体现。针对隧道景观的设计与研究现状，基于驾驶安全和舒适性，对隧道洞口景观(洞门外观、洞口绿化、洞口标志)和洞内景观(拱顶及侧墙、洞内路面、洞内景观带)进行分析总结，提出了相应的设计建议，并指出了隧道景观设计中亟待解决的问题。结果表明：隧道洞门外观既要考虑单一元素，还要考虑不同元素的叠加效应，而目前对公路隧道洞门外观进行详细研究还较少，面对各种造型独特的洞门外观尚需有效的评价指标，以实现洞门外观定量分析；洞口绿化能够有效提高驾驶舒适性及缓和洞内外亮度差，应尽量设置丰富的绿化使隧道洞口更加美观，但植物种类选择、植被搭配、植株间距量化等方面仍需系统研究与总结；目前隧道铭牌设计的随意性较大，若设计不当可能存在负面影响，此外应尽量避免在洞口设置亮度高、颜色艳的广告牌和标语；洞内拱顶及侧墙设计应打破惯性思维，积极探索浅色系及合适的图案装饰；为了在隧道中充分发挥彩色路面的作用，尚需对彩色路面设置的位置、颜色、长度、形式等问题进行定量分析；洞内景观带可有效缓解驾驶疲劳，但其布设位置、间距及长度等参数仍需深入研究。同时，针对当前隧道景观研究方法存在的问题，在研究方式、试验人员选取及研究指标选取方面提出些许建议。
关键词：
隧道工程;洞口景观;综述;洞内景观;设计架构;安全;舒适;
作者简介：
叶飞(1977-),男，陕西安康人，教授，博士研究生导师，工学博士，E-mail:xianyefei@126.com。;
基金：
国家自然科学基金项目(52078046,51878060);
0 引 言
随着社会经济的长足发展，中国基础建设取得了引人注目的成就，隧道工程建设也取得了跨越式的进步。截至2020年，全国公路隧道有21 316处，总里程2 199.93×104 m, 较2019年增加2 249处，总里程增加303.27×104 m[1]。然而，在隧道规模不断增长的同时，交通事故也相应增多，且隧道是交通事故易发、多发区域，其交通事故率及致死率均高于普通路段[2,3,4]。
在驾驶人直接影响的隧道交通事故中，由于驾驶人注意力分散、感知迟缓、心理紧张或疏忽大意等因素导致的事故数约占81%[5]。驾驶人对隧道交通中动态信息的及时感知、正确判断和精准操作是确保隧道交通安全的前提，而驾驶心理在信息的接受、处理及判断中会受到潜移默化的影响[6,7]。在公路上行驶时，受隧道自身结构特殊性的影响，视觉连续性被阻断，导致驾驶人无法准确地判断前方道路走向，从而产生不安和焦急感，进而影响驾驶人对信息的判断和反应能力。在驶近隧道的过程中，驾驶人的视线会被隧道洞门、隧道铭牌及交通标志所吸引，若视线偏离道路的时间过长，则不能及时判别前方交通状况。在进入隧道时，由于隧道洞内外巨大的亮度差，常出现“黑洞效应”,驾驶人需要一段时间适应，此时车辆会继续在隧道内行驶，在该时间段内易发生交通事故[8,9,10]。“黑洞效应”消失后，驾驶人从广阔的洞外过渡到空间狭小、景观单调的隧道内，驾驶人的疲劳感和枯燥感加重[11,12,13]。为了降低疲劳感，驾驶人往往会寻求视觉刺激，以满足视野的连续性，从而产生逃逸心理，不由自主地加快速度，这在长大隧道中尤为明显[14,15]。
因此，符合驾驶安全与舒适的隧道景观显得尤为重要。然而，目前公路隧道景观设计方面缺乏成熟的设计体系，行业规范也不够全面具体，设计人员主要依据个人喜好或者惯性思维进行景观设计，部分设计方案未对驾驶安全性和舒适性进行充分考虑。因此，有必要对目前公路隧道景观设计及研究现状进行系统梳理，总结出合理适宜的公路隧道景观设计架构。本文将基于景观设计架构，分别对洞口景观和洞内景观的设计现状、研究内容与亟待解决的问题进行分析，针对目前隧道景观研究方法中存在的不足进行思考并提出一些建议，以期为公路隧道景观的设计和研究工作提供些许参考。
1 隧道景观设计架构
在靠近隧道洞口的过程中，出现在驾驶人视野范围内的景观要素有山体、洞门、道路、绿化以及相关标志等。考虑到对山体进行整体设计的可行性不强，因此隧道洞口景观的设计主要围绕洞门、绿化以及相关标志进行。
进入隧道后，隧道拱顶、侧墙、路面、各类视线诱导标志以及通风照明设施等共同构成隧道洞内景观。由于《公路隧道设计规范(第二册):交通工程与附属设施》(JTG D70/2—2014)[16]已经对通风照明设施以及洞内视线诱导标志进行了说明，故洞内景观设计发挥空间较大的要素有拱顶、侧墙及路面。在特长隧道中，日益增多的景观带也是发挥空间较大的要素。通过对近年来公路隧道景观设计方面相关资料的查阅与分析，梳理出其设计的基本架构如图1所示。
图1 隧道景观设计架构 下载原图
Fig.1 Tunnel Landscape Design Framework
2 隧道洞口景观
在隧道建设的发展历程中，洞口景观设计经历了从早期“忽略处理”到现在“专项设计”的变化。早期，隧道洞口常忽略了美观及舒适性，往往呈现出厚重、单调、枯燥之感。近些年，隧道景观问题已引起隧道科研及设计人员的注意，尤其是城市、景区及控制性长大隧道的方案招投标中，大都对构筑物的美观性提出新要求，良好的景观效果逐渐成为方案中标的必备条件。而随着大量形式各异隧道洞口的出现[17,18],科学的设计指导日益迫切。
2.1 隧道洞门外观
在靠近隧道的过程中，隧道洞门逐渐成为主要景观，其造型、色彩、装饰以及所蕴含的文化等信息可以得到充分体现[19]。恰到好处的洞门外观既可以带给驾乘人员美的享受，提高驾驶安全；也是工程、环境及人文三者的有机结合。隧道洞门外观设计主要关注洞门类型、洞门肌理、洞门颜色和洞门上部线形。
(1)洞门类型
不同类型洞门带给驾驶人的感受不同(图2)。在洞门设计的主观评价中，削竹式洞门综合评价最高，拱形端墙式洞门在舒适性、稳定性和个性方面均较好，喇叭口式洞门的个性评价最高[20]。加之现在提倡隧道“早进洞，晚出洞”的原则[21](适当延长洞口和隧道的长度，尽量避免对山体大挖大刷，提倡零开挖洞口；妥善保护隧道洞口周围的植被，维护原有的生态地貌),应尽量选择削竹式、喇叭口式、环框式等与周边环境协调、外露面积小的洞门，此类洞门外观设计发挥空间较小。
图2 不同类型的隧道洞门 下载原图
Fig.2 Different Types of Tunnel Portals
然而受地形、地质条件等因素的制约，端墙式、台阶式、柱式等墙式洞门也是工程中的常见类型。此类洞门对驾驶安全和舒适性的影响元素较多，主要有肌理、颜色及上部线形等，其设计也是研究和设计人员的主要关注对象。墙式洞门外观舒适性影响元素排序为：洞门肌理>洞口绿化>洞门颜色>洞门上部线形[22]。
(2)洞门肌理
洞门肌理的常见形式有壁画(雕塑)、横竖条纹或无肌理。其中绘有壁画的洞门好感度最高，采用壁画装饰也最为舒适[20,22],说明驾驶人希望对洞门进行一定美化。但采用过于精致或颜色对比强烈的壁画装饰会分散驾驶人注意力，从而影响行车安全。简单的横竖条纹处理相比无肌理壁面，行车舒适性有较大提升，好感度也较高[20,22]。因此在选择隧道洞门肌理时，可优先考虑简单横竖条纹，而决定采用壁画的重点工程或景观隧道，应把握好壁画的设计尺度。
(3)洞门颜色
由于隧道出入口存在亮度差，驾驶人瞳孔面积急剧变化，若变化超过视觉适应能力，则会进入瞬时盲期，从而产生视觉震荡现象[23]。进入隧道前，洞门和周边环境的亮度是决定驾驶人瞳孔大小的主要因素，而洞内外亮度差则影响驾驶人明暗适应的时间。对于墙式洞门，应着重考虑其表面颜色对隧道洞外亮度的影响。若洞门设计为白色等浅色系，则容易使洞口亮度过高，加剧“黑洞效应”,不利于行车安全[24],如图3(a)所示。渝湘大通道等多条高速公路隧道洞口亮度的实测结果也表明：深色端墙的亮度低于浅色端墙，比值约为3/10[25,26]。因此墙式洞门颜色建议采用深色系[图3(b)],同时颜色选取时还应考虑与周围环境相协调，洞门壁画肌理的颜色与洞门颜色差异也不宜过大。
图3 不同颜色隧道洞门 下载原图
Fig.3 Tunnel Portals in Different Colors
(4)洞门线形
墙式洞门上部线形的常见形式有直线、曲线和城墙式等。经比较，曲线形洞门好感度较高，且最为舒适；城墙式相比直线形，对行车舒适性并未产生显著影响[20,22]。需要注意的是，当曲线形状、壁画装饰叠加时，隧道洞门外观过于繁琐，会过多地吸引驾驶人的注意力而存在分心的隐患[22]。
综上，在建设条件允许时，隧道洞门应尽量选择外露面积小的洞门。当因实际情况选择墙式洞门时，应重点考虑肌理、颜色、上部线形。上述设计元素对驾驶人注意力具有不同的吸引程度，叠加后对注意力的吸引程度有所差异。而当驾驶人视线偏离大于2 s时会存在一定安全隐患[27],因此在确定洞门的设计元素时，既要考虑单一元素，还要考虑不同元素的叠加效应。在评价方面，目前主要针对隧道洞口景观进行整体评价[28,29,30],较少对隧道洞门外观进行详细研究。面对各种造型独特的隧道洞门外观需要有效的评价指标，兼顾其安全、舒适与美观，实现定量分析。
另一方面，中国幅员辽阔，从沿海到内陆，从热带到寒温带，呈现出显著的区域地理差异。在四季分明地区，隧道洞口周边景观在不同季节会产生较大变化(图4)。某种洞门设计方案可能在特定季节与环境协调性较好，在其他季节会略显突兀。因此，如何使洞门外观与周围环境相协调是亟待解决的问题。
图4 秦岭终南山隧道洞口 下载原图
Fig.4 Entrance of Qinling-Zhongnanshan Tunnel
2.2 隧道洞口绿化
根据所处位置不同，隧道洞口绿化主要包括洞前绿化和边仰坡绿化两部分。由于目前行业规范对隧道洞口绿化并无详细规定，有些设计人员认为洞口绿化仅仅是植树种草，忽视了洞口绿化本身的景观效果及缓解疲劳、调节洞口亮度等方面的作用。
(1)洞前绿化
隧道洞前绿化主要指中央分隔带和路侧绿化。其中采用精致绿化的洞口最为舒适，在评价中的得分远高于未绿化处理的洞口，且洞前绿化装饰一般不存在过分吸引驾驶人注意力的问题[22,25]。故洞前绿化是隧道景观设计中的重点关注对象，应尽可能地丰富绿化使隧道洞口更加美观(图5)。
图5 绿化丰富的隧道洞口 下载原图
Fig.5 Tunnel Entrance with Rich Greening
(2)边仰坡绿化
为了减少隧道洞内外亮度差，改善驾驶人明暗适应过程，隧道洞门应遵循“早进洞，晚出洞”的原则，避免因大开大刷而产生面积大、亮度高的边仰坡(图6),同时应对已有的边仰坡进行充分绿化。国外学者指出洋常春藤对阳光的反射率低，能够有效降低隧道洞口周围亮度，是减少照明需求的最佳选择[31,32,33]。针对无边坡绿化、单侧边坡绿化、双侧边坡绿化的隧道洞口研究发现，随着绿化程度的加深，3种绿化形式的洞口照度系数逐渐减小，驾驶人的心率增长率也逐渐减小[34,35];且相较于人工护坡，植物绿化还能够更早地被驾驶人感知并提供道路线形走向，从而减少隧道入口段“黑洞现象”和出口段“白洞现象”的持续时间[36]。
图6 缺乏绿化的高大隧道边仰坡 下载原图
Fig.6 Lack of Greening on High-slope of Tunnel
隧道洞口绿化是隧道景观设计中不可或缺的一环，也是提高驾驶舒适性以及缓解洞内外亮度差的重要手段；且有别于普通路段的绿化，隧道洞口绿化是一个系统工程，需要考虑的因素较多[37,38]。然而目前的研究成果更多的是给出定性的建议，未能有效地指导中国公路隧道的建设。在不同地区、不同海拔，植物种类如何选择，植被之间如何有效搭配，植株间距如何选取，如何与各类洞门形式、当地环境协调等问题仍需系统研究与总结。
2.3 隧道洞口标志
(1)隧道铭牌
现阶段中国隧道铭牌设计尚未形成有效的指导方法，设计的随意性较大。笔者调研发现隧道铭牌位置和形式有5种：隧道前方交通指示牌(图6)、隧道前方的块石或雕塑[图5(a)]、仰坡上方的分离大字[图2(a)、(c)]、隧道洞口上方的铭牌(图3)、相邻隧道洞门中间的铭牌[图7(a)]。题名颜色以红色为主，金色也为常见颜色，此外还有黑色、白色等；字体种类众多，楷体、行楷、行书、篆书、隶书等皆有；铭牌尺寸也相差较大。故而时常出现字体难以辨认、颜色混杂、字号过小等问题，如图7所示。
图7 设计欠佳的隧道铭牌 下载原图
Fig.7 Poorly Designed Tunnel Nameplate
然而隧道铭牌是驾驶人的主要关注对象之一，有时对铭牌的关注占据了进洞前的大部分行驶时间，成为进洞前的主要行为[39]。若驾驶人需要长时间注视才能辨别隧道名称，则存在一定安全隐患，所以设置隧道铭牌有一定负面作用。然而隧道铭牌在建设和运营期间，以及驾驶人报案、求救时具有定位作用。因此铭牌设计要易于辨识，尽量减少其负面作用，可以从表1所列事项进行考虑，但最优的位置(形式)、字号及颜色等方面仍需进一步量化研究。
表1 隧道铭牌设计事项及建议 导出到EXCEL
Table 1 Tunnel Nameplate Design Items and Suggestions
设计事项
建议
位置
避免驾驶人视线过久偏离道路
字体
尽量使用易于辨别的楷书、行楷，酌情使用行书、隶书，避免使用金文、大小篆和草书等
字号
加大字号，使隧道铭牌在远处就能被识别
颜色
字体颜色和背景应有一定对比度
(2)广告牌及标语
隧道洞口附近巨大广告牌在视野范围内占有一定比例，对隧道洞外亮度的影响及对驾驶人注意力的吸引不容忽视。若洞口上方广告牌[图8(a)]和标语[图8(b)]面积过大，又位于视觉中心，其表面高亮度造成洞外亮度明显增加，且和周围环境颜色对比强烈，容易过度吸引驾驶人的视线。由于这些广告牌和标语的存在，洞门及绿化的安全、舒适、缓解明暗过渡的设计将功亏一篑。因此，隧道洞口区域应尽量避免设置巨大广告牌和标语，若无法避免，广告牌宜选用深色材质且远离视觉中心[24]。
图8 隧道洞口广告牌及标语 下载原图
Fig.8 Billboards and Slogans at Tunnel Entrance
与表面亮度高、颜色鲜艳的广告牌效果相反的是，国外学者指出在仰坡很缓甚至无仰坡(棚洞等)隧道洞口上方，安装反射率较低的有色板遮挡天空(图9),是降低隧道洞口的环境亮度的有效方式[33]。该方法也适用于难以或不能生长植被的隧道洞门上方替代仰坡绿化。
图9 隧道洞口低反射率的有色板 下载原图
Fig.9 Colored Plate with Low Reflectivity at Tunnel Entrance
3 隧道洞内景观
随着隧道数量的逐年攀升，公路隧道内行驶时间也逐渐增加。然而早期很少对隧道洞内进行景观设计，隧道洞内昏暗单调的环境使人感到枯燥和压抑。隧道洞内长时间行驶，驾驶人会不自觉地产生逃逸心理，加之隧道内缺乏有效的参照物，驾驶人的速度感知能力降低，极易发生超速，甚至超车等危险行为。近些年来，设计人员也逐渐意识到隧道洞内景观设计对提升隧道驾驶安全和舒适性的重要性，逐渐出现多种风格的隧道洞内景观设计(图10)。然而景观元素对视觉的冲击需要保持有效平衡，过于华丽或装饰不足都是对行车环境改善不佳的表现。
图10 中国具有特色的洞内景观 下载原图
Fig.10 Unique Tunnel Hole Landscape in China
3.1 隧道拱顶及侧墙
隧道洞内景观设计一般会以拱腰处为分界线，分为主视区和侧视区，主视区是驾驶人平视的120°可视范围[40],见图11。主视区是驾驶人的最佳视角区域，其蕴含的信息在通行过程中可以被较快识别，侧视区域(隧道侧墙高3 m以下区域)的信息不容易被识别。在不同视域范围内，可按需求设置不同的景观内容。
图11 隧道洞内景观设计面域划分[40]40](单位： cm) 下载原图
Fig.11 Division of Landscape Design in Tunnel[40] (Unit: cm)
(1)拱顶和侧墙装饰颜色
通过对全国范围内运营隧道进行调研，笔者共收集了近270个隧道洞内拱顶装饰案例和173个隧道洞内侧墙装饰案例，涵盖了陕西、山西、辽宁等多个省份。如图12所示，中国隧道顶部装饰颜色以灰色为主，占统计量一半以上，蓝色、白色、黄色占比差别不大。另一方面，隧道拱顶装饰采用的颜色与设计年代有较大关联，早期修建的隧道一般为灰色，而近些年淡黄色、浅蓝色等颜色逐渐出现。此外，洞内拱顶装饰颜色与所在区域及设计院的设计习惯有较大关系，例如：辽宁庄盖高速系列隧道均采用黄色拱顶；云南富龙高速系列隧道均采用蓝色拱顶。
图12 中国隧道拱顶装饰颜色统计 下载原图
Fig.12 Statistics of Decoration Colors of Domestic Tunnel Vaults
调研发现隧道侧墙的装饰颜色主要有白色、灰色、黄色，如图13所示。其中白色占比最大，为75.72%,灰色占14.45%(灰色多为无装饰，即衬砌自身材料色),黄色占9.83%。早期侧墙多为单一颜色，近年来渐渐出现了拦腰线、图案等装饰方式。
图13 中国隧道洞内侧墙装饰颜色统计 下载原图
Fig.13 Statistics of Decoration Colors of Domestic Tunnel Side Wall
隧道内的色彩装饰会导致驾驶人获取的环境信息量发生变化，而驾驶人的主观评价和驾驶行为与隧道环境信息高度相关[41]。针对颜色深浅的研究发现，浅色侧墙可以使驾驶人的注意力更好地集中于前方的道路情况[42]。因为当侧墙为浅色时，路面和侧墙之间的边界比深色侧墙更明显，所以驾驶人的周边视觉足以进行路面和侧墙边界的识别。而深色可能会导致驾驶人更多地使用中心视觉来判断他们相对于隧道侧墙的位置。隧道拱顶颜色也是浅色优于深色，浅色拱顶的驾驶舒适性更高[43]。在不同的侧墙颜色中，蓝色是驾驶人最不想加速的颜色，且蓝色侧墙的舒适性较好，绿色、橙色次之，白色是最想加速的颜色[44]。从色调上来看，蓝色和绿色是冷色调，属于后退色，给人一种侧墙往外扩张的感觉，使隧道显得更加开阔，有助于缓解压抑的心理。另外根据浦肯野效应[45],暗适应时蓝色在视觉上亮度较高。而在隧道侧墙亮度较高时，驾驶人的眼动参数较为稳定[46],也更能给驾驶人带来安全感和舒适性[47]。
(2)拱顶和侧墙装饰材料
随着中国公路隧道工程建设规模的逐步扩大及“以人为本”设计理念的深入贯彻落实，隧道内装饰材料由原来单一的混凝土、涂料等装饰逐渐向功能化、多样化、人性化的方向发展，出现了多种装饰材料，发展至今大致归为以下6类[48]:混凝土、涂料、面(瓷)砖、带涂层的纤维混凝土板、复合材料的铝板、搪瓷钢板。其中涂料具有使用方便、易于维养、性价比高、使用寿命长、可降低噪音等优点被广泛运用。针对不同类型涂料的研究表明，蓄能自发光涂料与普通白色涂料、水泥砂浆涂料相比，在入口段能有效降低进入隧道时的明暗不适感，中间段能够保持较低的瞳孔直径和瞳孔变化率，有利于行车舒适性和安全性[49]。
(3)拱顶和侧墙装饰图案
隧道内设置图案能较好地改善隧道内的单调环境，缓解驾驶人不适心理。研究发现拱顶装饰方案中，蓝天白云的驾驶舒适性高于无装饰及纯色装饰[43]。而侧墙图案不仅能刺激驾驶人的视觉感知，还可提高驾驶人的空间感知能力[50]。此外侧墙图案不易受到污染，因此隧道洞内图案的研究主要集中在侧墙方面。
图案的纵向宽度会影响驾驶人的速度感知能力，与图案宽度无变化的隧道相比，当侧墙图案逐渐变窄时，驾驶人的行车速度会降低，相反在侧墙图案逐渐变宽的隧道中会提升车速[51];且只有当侧墙图案具有一定纵向宽度时，才能引起驾驶人的注意[52],规范也要求图案应至少有0.167～0.363 s的注视时间[53]。表2为不同速度下能引起驾驶人注意的侧墙图案纵向宽度。
不同形状的图案给驾驶人的感受有所不同，圆形、长方形图案能缓解驾驶人的紧张心理，正三角图案易使驾驶人产生加速欲望，而倒三角图案则易使驾驶人减速行驶。因此在驾驶人完成明暗过渡进入隧道后，可考虑设置圆形、长方形的侧墙图案以缓解紧张心理；在隧道转弯段及出口段可考虑设置倒三角图案使驾驶人减速、集中注意力；同时应谨慎使用正三角形图案。图案设置间距也对驾驶人的速度感知能力和驾驶舒适性存在一定影响，若间距太小，容易产生眩晕；而间距太大，则无法提升速度感知能力。研究发现行驶速度为60～80 km·h-1时，图案间距为10～20 m较合适。此外，心理学研究发现，人在获取信息后存在短暂的视觉残留现象，有学者据此建议侧墙图案间距应为1～2 s的行车距离。综上所述，侧墙图案的宽度、形状以及间距的设置，需综合考虑行车速度及速度感知能力。需要注意的是，近年来隧道内装饰图案已不限于简单的几何形状，诸如自然风光[图14(a)]、图腾绘画[图14(b)]等设计方案也时有出现。此类复杂装饰方案涉及的元素较多，对驾驶人的注意力及对行车舒适性的影响有待进一步研究。
表2 不同速度对应的侧墙图案纵向宽度 导出到EXCEL
Table 2 Pattern Longitudinal Width of Side Wall at Different Speeds
设计速度/(km·h-1)
40
60
80
100
120
侧墙图案纵向宽度/m
1.86～
4.03
2.78～
6.05
3.71～
8.07
4.64～
10.08
5.57～
12.10
图14 复杂的隧道内装饰图案 下载原图
Fig.14 Complex Decorative Patterns in Tunnel
另一方面，若隧道养护不当，则装饰的涂料可能发生剥落，存在一定隐患。福建省、贵州省、云南省先后出台规定对隧道洞内涂料装饰进行了限制[55]。因此，隧道采用涂料方式设置景观图案时，需注意当地相关政策的规定，并做好养护工作。
3.2 隧道洞内路面
目前隧道内路面材料基本为水泥混凝土和沥青混凝土。隧道内水泥混凝土路面的突出问题是抗滑移性能衰减快、抗滑耐久性差[56]。据统计，隧道越长，水泥混凝土路面抗滑移性衰减越快，水泥混凝土路面年均事故率是沥青路面的1.7倍[57]。近年来，随着施工和阻燃技术的进步，具有抗滑性能好、噪音小、行驶舒适、施工简易、维修方便等优点的沥青混凝土路面正逐渐取代水泥混凝土路面，在隧道内得到广泛使用[58]。故隧道内路面颜色基本为沥青混凝土自身的灰黑色。然而，灰色或黑色对人的神经系统有镇静作用，如果长时间注视单调的黑色或灰色路面，会导致注意力迟钝、精神萎靡、视觉疲劳等问题[59]。因此，在诱导交通、缓解驾驶疲劳、提高行驶安全性和舒适性方面有一定作用的彩色沥青路面受到越来越多的关注[60]。近年来彩色路面的抗滑、阻燃、降噪等性能有所提高[61,62,63],也为其工程运用奠定了基础。研究发现在交通事故频发的路段刷上鲜红色或黄色，交通事故率可减少85%～90%[64]。现阶段彩色路面多应用于隧道进出口路段(图15),起到提醒、诱导、减速、提高路面抗滑性等作用[65];而洞内路面只有很少隧道设置彩色路面(图16)。
图15 隧道进出口彩色路面 下载原图
Fig.15 Colored Pavement at Entrance and Exit of Tunnel
图16 上海长江隧道内红色路面 下载原图
Fig.16 Red Pavement in Shanghai Yangtze River Tunnel
对隧道内不同颜色路面，驾驶人的主观评价具有明显差异。55%的受试者认为在绿色道路上行驶视觉舒适，40%的受试者认可红色路面，只有5%的受试者认可黄色路面[66]。在视线诱导方面，黄色和红色路面的隧道视觉诱导性较优，灰色和黑色路面较差，其中若选取合适的RGB值，蓝色路面的诱导性可达到良好等级，而绿、白色路面只能达到一般等级[67]。不同颜色路面反射比不尽相同，如表3所示[68],因此通过对彩色路面颜色和长度的修正，还可实现入口段和衔接段路面光线反射比的逐步变化，从而满足亮度需求。
表3 不同颜色试件光线反射比[68]68] 导出到EXCEL
Table 3 Light Reflection Ratio of Specimens with Different Colors[68]68]
颜色
黄
灰
蓝
绿
红
黑
光线反射比
0.325
0.265
0.186
0.178
0.172
0.138
总体而言，路面颜色对驾驶人的影响不可忽视。隧道内采用合适的彩色路面，既可提高隧道诱导性，亦可使隧道内行车环境更加符合驾驶人的视觉需求。然而，隧道段的驾驶环境与普通路段有着较大的区别，设置合适的彩色路面还需解决诸多问题，如最优的设置位置，以及不同位置所对应的颜色、长度、形式(密铺、横竖条纹等),此外还需与灯光的颜色[69,70]、亮度等相匹配。
3.3 隧道洞内景观带
截至2020年，中国特长隧道共1 394处，总计623.55万 m[1]。《公路隧道设计规范》(JTG 3370.1—2018)中把长度超过3 km的公路隧道称为特长隧道[71]。随着隧道建设的不断推进，许多公路隧道的长度已远超3 km, 10 km以上的公路隧道也屡见不鲜。已建成的秦岭终南山公路隧道长18.02 km[72],目前在建的天山胜利隧道长达22.035 km[73]。然而长时间在隧道中行驶，驾驶人的敏锐性会极大降低，导致注意力不集中，进入疲劳状态[74]。相关资料显示，因长时间在隧道内驾驶而引发的交通事故数与隧道长度呈正相关[75]。因此越来越多的特长隧道选择设置景观带来缓解驾驶疲劳，部分设置景观带的特长隧道如表4所示。
表4 中国部分特长隧道景观带统计 导出到EXCEL
Table 4 Statistics of Landscape Zones of Some Extra-long Tunnels in China
序号
隧道名称
省份
隧道长
度/km
设计速度/
(km·h-1)
景观带
数量/处
间距/
km
长度/
m
景观类型
建成时间
1
秦岭终南山公路隧道
陕西
18.02
80
3
4～6
150
蓝天白云、朝霞、晚霞等自然景观
2007/01
2
米仓山隧道
四川
陕西
13.80
80
20
-
-
蓝天白云(18处)、彩色灯光带(2处)
2018/08
3
新二郎山隧道
四川
13.46
80
3
4
120
蓝天白云、五星红旗、枫叶
2017/09
4
西山特长隧道
山西
13.66
80
1
6.8
200
彩色灯光带
2012/10
5
麦积山隧道
甘肃
12.29
80
2
-
约100
彩色灯光带
2009/06
6
大坪里隧道
甘肃
12.29
80
2
4
100
蓝天白云
2009/01
7
城开隧道
重庆
11.46
80
-
-
-
繁星点点
在建
8
云山隧道
山西
11.37
80
1
5.7
200
彩色灯光带
2014/11
9
包家山隧道
陕西
11.20
80
1
-
约200
蓝天白云、海底世界
2009/01
10
宝塔山隧道
山西
10.48
80
2
3.5
200
彩色灯光带
2011/12
11
中条山隧道
山西
9.61
80
1
-
-
彩色灯光带
2014/07
12
六盘山隧道
宁夏
9.49
80
1
5
200
海底世界、蓝天白云
2016/07
13
杨林隧道
云南
9.46
80
1
4.7
150
山水画卷
2020/10
14
宝鼎2号隧道
四川
8.80
80
2
3
120
蓝天白云、石景、仿真植物及彩色灯光带
2019/12
15
五女峰隧道
吉林
7.93
60
1
4
120
蓝天白云、彩色灯光带
2018/11
16
马峦山隧道
广东
7.90
80
2
-
100、200
天然岩洞景观、海上世界、坪山风景
2019/09
17
旗杆山隧道
重庆
7.63
80
1
3.6
300
山水、四季风景、人文自然景观
在建
18
华岩隧道
重庆
7.10
60
4
1
100
蓝天白云
2017/12
19
雪峰山隧道
湖南
7.04
80
1
3～4
-
蓝天白云
2007/11
20
葡萄山隧道
重庆
6.30
80
1
3
20
彩色灯光带
2009/06
21
独墅湖隧道
江苏
3.46
80
2
-
-
彩色灯光带
2007/10
注：只设置1处景观带的隧道中，纵向间距为景观带与出入口间距。
中国特长公路隧道洞内设置景观带的做法逐渐增多，但国内外尚未形成成熟的规划设计体系和有效的规范指导。因此设计过程随意性较大，景观效果把控困难。部分景观带设计案例过分追求静态景观效果，而忽略了驾驶人的动态视觉特性及驾驶心理变化，造成静态效果好但驾驶体验不佳的问题。在设计参数上，景观带的纵向间距从1 km到近7 km, 纵向长度从20～300 m不等，景观类型既有单条灯光带也有元素众多的壁画、投影和LED点阵光源等，在景观带前后是否设置过渡段的做法也不统一。据此，有学者借鉴《公路路线设计规范》(JTGD20—2017)[76]、《公路工程技术标准》(JTG B01—2014)[77]等规范条文给出了景观带最大纵向间距(景观带之间的距离不宜超过该数值)及最小纵向长度(景观带的长度不宜小于该数值)的建议值[78]。也有学者建议参考“555”原则进行景观带的设置[55],即意识到景物存在的最小时间取0.5 s; 认清景物细节的合理时间为5 s; 为防止“低觉状态”的出现，新的视觉吸引点需要每5～10 min出现1次[79]。根据以上学者的建议，笔者整理出景观带最大纵向间距及最小纵向长度如表5所示。这2种方法对于最小纵向长度的建议值相近，大部分工程实践中所采用的长度也满足该建议值。而对于最大纵向间距的建议值差别较大，和实际设计间距也有一定差异。
表5 景观带最大纵向间距及最小纵向长度对比 导出到EXCEL
Table 5 Comparison of Maximum Longitudinal Spacing and Minimum Longitudinal Length of Landscape Zones
设计速度/(km·h-1)
40
60
80
100
120
规范
借鉴法
最大纵向间距/km
0.8
1.2
1.6
2.0
2.4
最小纵向长度/m
67.0
100.0
134.0
167.0
200.0
“555”
原则
最大纵向间距/km
3.3
5.0
6.7
8.3
10.0
最小纵向长度/m
56.0
83.0
111.0
139.0
167.0
针对秦岭终南山隧道以及杨林隧道的实车试验发现，景观带可有效缓解隧道内驾驶人的疲劳[80,81]。隧道景观带的影响在驾驶人进入景观带前就有所体现，且驾驶人在景观带前半段受到的影响更大，具体表现为注视范围有所扩大，对两侧隧道壁的注视时间有所增加等[82]。
总而言之，国内外对隧道景观带的研究还不够充分，借鉴其他规范条文和参考“555”原则给出的建议具有一定的参考性，但适用性仍需深入研究；且“555”原则是基于普通路段的研究提出，而隧道洞内环境幽闭狭小，与普通路段具有明显差别，故其合理性仍需考量。同时景观带也会一定程度上造成驾驶人注意力分散，因此景观带的类型、图案元素等方面需要充分考虑驾驶人的视觉特性及驾驶心理，以保持缓解驾驶疲劳和分散注意力之间的平衡，建议设置过渡段来缓和景观带的视觉冲击。
对于新理论、新技术、新材料、新设备，《公路隧道设计规范》[16]中提出“应积极而慎重地采用”,《公路隧道照明设计细则》(JTG/T D70/2-01—2014)[83]中提出“应积极而稳妥地采用”,隧道洞内景观设计中有很多属于该范畴。在缺乏成熟的设计体系以及详细具体的行业规范背景下，确定设计方案之前应从驾驶人的角度进行充分评估，以保证方案符合驾驶安全和舒适性。
4 隧道景观研究方法的思考
在“以人为本”的大背景下，公路隧道景观越来越受到重视，近年来也有部分研究人员从驾驶人的角度对隧道景观展开了研究；但这些研究采用的研究方式、试验人员选取及研究指标选取上存在些许不足。为了营造更加安全舒适的公路隧道行车环境，笔者结合自己的研究经历做了一定思考，希望能为隧道景观研究工作提供些许参考。
(1)研究方式
目前主流的研究方式有真车试验、驾驶模拟、观看视频或图片。在这些研究方式中，真车试验的效果最佳，驾驶模拟次之，观看视频也一定程度考虑了驾驶人的动态视觉特性，观看图片的效果最差。但真车试验存在一定危险性，试验成本较高，且只能对已有的隧道景观进行研究，较难控制试验场景的单一变量。驾驶模拟虽能弥补真车试验所存在的不足[84],但部分试验平台的仿真度较差，试验场景的材质、光影、音效等都与现实有较大差距，也未考虑随机车流的影响，且对于速度、屏幕显示的亮度和色温等参数也未进行标定，而上述因素对于驾驶沉浸感和还原真实驾驶人的生理心理变化至关重要；观看视频和图片更无法模拟驾驶状态。因此，对于隧道景观的研究，建议做到真车试验与驾驶模拟相结合，用真车驾驶的参数来标定驾驶模拟场景。此外，不同类型车辆的驾驶视角等因素也不尽相同，这也是需考虑的问题；同时应注重模拟场景的搭建，尽可能还原真实的驾驶状态。
(2)试验人员
试验人员的选取对试验结果的可信度和普适性至关重要，涉及到试验人员的数量、年龄、职业、性别，以及选取指标等方面。部分研究存在以下问题：出于安全、成本等原因选取的试验人员极少，甚至只有一两名；试验人员均为高校师生，未充分考虑驾驶人年龄、职业和性别组成等因素；未说明试验人员的选取指标，诸如驾龄、驾驶经历、试验前的状态要求等。因此，建议在确定试验人员数量时，通过合理的统计学方式，采用预期方差、目标置信度和误差幅度计算所需样本量[85],如式(1)所示；试验人员的年龄、职业、性别组成应符合中国驾驶人统计特征，若要面向国际社会，还需考虑人种及左右侧行驶习惯等因素；试验人员的选取指标应当做到科学合理(如有无隧道驾驶经历、重大事故经历，以及试验前的睡眠、饮食等要求，此外试验人员的视力或矫正视力也是不可忽视的指标)。
n=Z2σ2E2n=Ζ2σ2E2 (1)
式中：
n
为样本容量大小；
Z
为标准的正态分布统计；
σ
为标准偏差；
E
为最大误差。
(3)研究指标
合适的研究指标对于研究结果的可靠性和准确度至关重要，常见的指标有主观评价(问卷调查等)、心理生理学指标(眼动、心电、肌电、脑电、呼吸等),有时也会涉及心理物理学指标(如声光反应时、动视力、速度估计差异等)。主观评价具有简单易行的特点，但也存在客观性差、评分标准不易统一等问题[86]。而心理生理学指标和心理物理学指标具有客观、可定量化等优势，但这些指标是多种因素共同作用的结果，可能会存在研究内容和选取的指标是充分非必要的关系。因此，在选取研究指标时，建议将主观指标和客观指标相结合，同时客观指标对研究内容需具有较强关联，两者之间的相互关系也需着重考虑。
5 结论及展望
隧道作为公路上最大的封闭空间，阻断了驾驶人的视线连续性，其单调逼仄的洞内环境与普通路段相差甚远，也是交通事故易发多发区域。而隧道景观作为提高驾驶舒适性和安全性的方式，日益受到国内外学者以及设计人员的重视。在目前公路隧道景观设计缺乏成熟的设计体系以及全面详细规范的背景下，本文分析了隧道洞口景观(洞门外观、洞口绿化、洞口标志)和洞内景观(拱顶及边墙、洞内路面、洞内景观带)的设计现状和研究内容，给出了相应的设计建议，并指出了隧道景观设计中亟需解决的问题。最后对隧道景观研究方法中存在的不足给出了建议。
(1)隧道洞门建议优先选择外露面积小的类型，如削竹式、喇叭口式、环框式等。针对墙式洞门，需把握好肌理、颜色及上部线形等关键元素的叠加效应。面对各种造型独特的隧道洞门外形尚需有效的评价指标，以实现定量分析；如何使洞门外观与周围环境协调也是亟待解决的问题。
(2)隧道洞口绿化是提高驾驶舒适性以及缓解洞内外亮度差的重要手段，但目前的研究成果更多的是给出定性的建议，未能有效地指导中国公路隧道的建设。在不同地区、不同海拔，植物种类如何选择，植被之间如何有效地搭配，植株间距如何量化，如何与各类洞门形式、当地环境协调等问题仍需系统的研究与总结。
(3)现阶段中国隧道铭牌设计尚未形成有效的指导方法，设计的随意性较大。需要考虑铭牌位置、字体、字号和颜色等方面使其易于辨识，但相关内容仍需进一步量化研究。洞门广告牌及标语有较大负面影响，隧道洞口区域尽量避免设置亮度高、色彩艳的广告牌。
(4)建议打破隧道拱顶为灰色、边墙为白色的惯性思维，积极探索浅蓝色等冷色调和浅色调装饰方案。在装饰图案方面，驾驶人的速度感知能力和驾驶心理会受到图案宽度、形状、间距的影响，在洞内设置装饰图案时需综合考虑行车速度和驾驶人对速度的感知能力。随着复杂装饰方案的出现，有必要对洞内装饰的构图方法进行研究。值得注意的是，部分省市出台规定对隧道的洞内涂料装饰进行了限制。
(5)目前彩色道路应用于隧道方面的案例多在隧道进出口路段，洞内运用还较少。路面作为隧道洞内景观的重要组成部分，可充分发挥彩色路面的积极作用。然而设置合适的彩色路面还需解决诸多问题，如设置的位置、颜色、长度、形式(密铺、横竖条纹等),此外还需与灯光的色调、亮度等相匹配。
(6)目前景观带的布设位置、间距、纵向长度等参数并无明确规定，借鉴其他规范条文和参考“555”原则给出的建议具有一定参考性，但其适用性仍需深入研究。景观带的类型、图案元素等方面应充分考虑驾驶人的视觉特性和驾驶心理，以保持缓解驾驶疲劳和分散注意力之间的平衡，建议设置过渡段来缓和景观带的视觉冲击。
(7)针对隧道景观研究方法中的不足，建议研究方式上尽量做到真车试验与驾驶模拟相结合，同时应注重驾驶模拟场景的搭建；试验人员建议从数量、年龄、职业、性别等方面进行考虑，选取指标做到科学合理；研究指标方面，建议将主观指标和客观指标相结合，并着重考虑客观指标和研究内容的关联和相互关系。
公路隧道景观对驾驶舒适性和安全性有较大影响，其中驾驶安全性还可进一步考虑空间路权、人因及驾驶任务等内容；且公路隧道景观具有空间与时间动态变化的特点，其设计过程需考虑诸多因素，目前尚有许多问题有待解决，因此期盼更多人员参与到隧道景观研究中，以期早日形成行之有效、应用成熟的设计体系及相关规范。此外，公路隧道景观设计与驾驶技术的发展有着密切联系，现阶段公路隧道景观还需着重考虑驾驶安全性；而在不远的将来，随着自动驾驶技术的成熟和普及，驾驶人或许能从繁重的驾驶任务中解放出来，操作失误导致的事故也会大幅减少，届时公路隧道景观可以侧重于提高通行人员的舒适性。
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