基于BIM技术的三维虚拟道路绿化树木稀疏度对驾驶员视觉疲劳的影响

齐源达，郭根胜，刘博渊，王作豪

(1.内蒙古农业大学 能源与交通工程学院；2.内蒙古博睿亿鑫科技有限公司，内蒙古 呼和浩特 010000)

近年来，随着BIM技术的发展和推广，在建筑行业的应用已日渐成熟，能够贯穿于“建管养运”一体化全生命周期过程[1～4]。公路工程涉及的工程范围广、相关专业多，同时，又是长线条带状构造物，与点状建筑构筑物特性有很大的区别，因此，BIM技术在公路工程上的应用还在发展摸索过程中[5]。交通运输部科学研究院伍朝辉等人对道路设施养护的业务特征和应用需求进行了分析，探讨了BIM在道路设施养护中的应用目标与内容，并提出了BIM应用创新的重点方向[6]。中建七局的王鹏威等人针对公路改建工程中的重点、难点，提出了采用BIM技术辅助施工措施，从场地优化、危险工程的可视化解析、碰撞检索深化优化等方面开展了BIM技术应用，一定程度上保证了工程的顺利施工，提高了施工质量，降低了施工成本[7]。石泽桂、孟炜、徐占杰、从俊林、王碧军、罗瑶等人从隧道工程、铁路工程、交通工程、高速公路、桥梁钢围堰、公路勘测等方面对BIM技术在具体工程案例中的应用进行了阐述[8～13]。

视觉适应是由于刺激物的持续感化所引起的感觉转变。明适应就是当眼睛突然从弱光状态下转到强光状态下时，眼球中的感受性会降低，而在强光中停留一段时间后，眼球中的感受性会随着时间增长而逐渐提高。同理，暗适应为眼睛突然从光线较明处转移到暗处的适应过程。由于明暗适应是一个适应过程，所以频繁的明暗环境的转变会增加眼睛的负荷，易造成视觉疲劳的出现[14]。笔者从驾驶员视觉角度出发，运用BIM技术及3DS MAX软件建立三维道路模型，探讨车辆在高速行车过程中，道路两侧树木稀疏度对驾驶员视觉疲劳的影响。

1 三维道路模型的建立

1.1 运用3DS MAX建立三维道路

3DS MAX软件具有可以运行多种脚本文件的特点，如图1所示，可以在其基础功能上应用插入脚本文件roadland制作完成。在制作工程中以道路三维图为模型，插入上双黄线等基本的交通道路线条。

图1 道路绿化三维模型

1.2 建立车辆因素模型

研究的车型选择为道路设计的标准车型小客车，应用BIM技术和3DS MAX软件建立的车辆三维模型如图2所示。

图2 标准车型(小汽车)模型

1.3 三维模型建立

把车辆模型和道路模型进行结合，构建车、路一体的三维运行模型，在三维环境下可以体现道路本身的设计要素，还可以更加形象地展现出道路附属构造物各要素指标，有助于较清晰、较容易地获取实验的参数指标。经过以上加工成如图3所示。

图3 三维道路模型平面

2 运用BIM技术分析

2.1 运用Revit建模

选择道路绿化树种，构建实验所需的不同树木稀疏度，运用Revit建模，建立道路元素模型，如图4、图5、图6所示。

图4 汽车三维模型

图5 白杨树三维模型

图6 皮卡车三维模型

笔者选取以上模型为基本建模模型，选择白杨树绿化树种，做了简单的实验，后期再结合不同绿化树种(道路景观)进行大量的研究。

2.2 不同树木稀疏度不同时间段的日照图

2.2.1 较低稀疏度。树木较稀疏时，秋分时节呼和浩特市北京时间9时、12时和16时日照图如图7、图8、图9。

图7 9时日照

图8 12时日照

图9 16时日照

2.2.2 中等稀疏度。树木中等稀疏度时，秋分时节呼和浩特市北京时间9时、12时和16时日照图如图10、图11、图12。

图10 9时日照

图11 12时日照

图12 16时日照

2.2.3 较高稀疏度。树木较高稀疏度时，秋分时节呼和浩特市北京时间9时、12时和16时日照图如图13、图14、图15。

图13 9时日照

图14 12时日照

图15 16时日照

3 结论分析

本研究选取树木的阴影比例、道路的光线照射情况、明暗适应转变频率、视觉环境是否单一等为试验的评价指标。

由表1可知，当道路两侧树木较稀疏时，不管在9时、12时还是16时树木在太阳光的照射下倒映在道路上的树荫都不连贯，且无阴影处与有阴影处的面积呈3∶7比例。当驾驶员驾驶小汽车高速通过时，会经过连续的敏感适应阶段。当眼睛连续经过许多次明暗适应转变，会增加眼部运作压力，易造成视觉疲劳。

表1 道路两侧树木较稀疏指标

由表2可知，当道路两侧树木稀疏度为中等时，在9时及16时两个时刻树木在太阳光的照射下倒映在道路上的树荫基本连贯在一起，12点时刻无阴影处面积与有阴影处面积比例约为4∶6。当驾驶员驾驶小汽车高速通过时，不会经过过多的敏感适应转变，且由于树木稀疏度为中等，太阳光线小部分照射在路面上，公路的照明条件亦为良好，不易引起驾驶员视觉疲劳。

表2 道路两侧树木中等稀疏指标

由表3可知，当道路两侧树木较为稠密时，不管是在9时、12时还是16时树木在太阳光的照射下倒映在道路面上的树荫连贯，道路会被树荫所遮盖。当驾驶员驾驶小汽车高速驶过时，不会发生过多的明暗适应转变。但由于两侧树木过于稠密，使驾驶员的视线内的景物过于单一，且光线在树冠的遮挡下不易射入，造成关照情况不良，人的视觉在过于单一的情况下更易发生视觉疲劳。

表3 道路两侧树木较稠密指标

4 结束语

随着BIM技术在交通运输工程领域的进一步推广和应用，道路交通运输业数字信息化技术手段充当着越来越重要的角色。笔者从驾驶员角度出发，运用BIM技术及3DS MAX软件建立了三维道路模型，将不同绿化树木稀疏度的公路以图形的形式展现出来，并通过BIM软件把不同道路在一天不同时间段的日照所投射出来的树荫进行了分析，探讨了车辆在高速行车过程中，道路两侧树木稀疏度对驾驶员视觉疲劳的影响，为后续行车安全方面研究提供基础数据。