城市道路环境下交通标志反光膜选用技术分析

陆嘉成 ，唐 锋

（江苏省科佳工程设计有限公司，江苏 无锡 214000）

0 引言

改革开放以来，我国的经济进入了快速发展阶段，随着城市化和机动化水平的不断提高，我国交通事业也进入了飞速发展阶段。根据相关统计调查显示，从2002年到2014年底，全国机动车保有量从8 000万辆增长到2.71亿辆，其中汽车1.63亿辆，保有量仅次于美国，已经成为全球第二。预计到2020年，仅私家车数量就将达到1.76亿辆。

然而长期以来“重建设，轻管理；重路面，轻设施”的建设思路，又使得道路交通安全设施处于数量缺失，级别及性能低下的局面[1]。道路交通反光膜作为一种重要的道路交通安全设施，在实际工程建设和交通管理中对于反光膜的选用缺乏统一的选用标准，使得工程设计和管理人员对于反光膜的选用存在了一些认识上的误区。因此，对于现有城市道路中反光膜的选用标准和设置要求如何明确，成为亟需解决的问题。本文通过分析运行车速、观测角度、字膜与底膜的对比度、耐候性、经济性和设施类型等因素对反光膜等级选用产生的影响，重点解决城市道路道路交通标志反光膜选用技术标准的问题。

1 相关规范的发展历程

我国第一部关于反光膜的国家标准诞生于1996年。1996年1月，交通部发布了《公路交通标志板技术条件》（JT/T 279-1995）。该规范在澳大利亚和新西兰国家标准AS 1906-1993的基础之上，结合我国实际情况，将反光膜分为两大类和五个等级[2]。这也是反光膜第一次有了国家标准的分级依据，对于规范反光膜的科研、生产和使用有着重要意义。但是该规范属于产品规范，对于反光膜的设置并没有做出详细规定。到了1999年，交通部和公安部共同提出了《道路交通标志和标线》（GB 5768-1999）。这也是我国对于反光膜设置的第一部规范。

直到2002年，反光膜才有了一部真正属于自己的规范——《公路交通标志反光膜》（GB/T 18833-2002）。该标准对反光膜的定义、分类、技术要求、测试方法、检验等进行了明确规定，是反光交通设施应用的基础性标准，其对中国反光膜的应用技术和理念具有风向标的作用。在此之后发布的《公路交通标志板》（JT/T 279-2004）、《公路交通安全设施设计细则》（JTG/T D81-2006）、《道路交通标志和标线》（GB 5768-2009）、《道路交通标志板及支撑件》（GB/T 23827-2009）、《交通锥》（GB/T 24720-2009）和《城市道路交通设施设计规范》（GB 50688-2011）等规范对于反光膜的分类均参照《公路交通标志反光膜》（GB/T 18833-2002）执行，见图1。

图1 反光膜相关规范的相互关系图

在《公路交通标志反光膜》（GB/T 18833—2002）发布10 a之后，随着道路宽度的不断加大，再加上各种环境下（多雨、雾、霾、霓虹灯等）的光线干扰，反光膜也面临着更高的挑战[3]。到了2012年新修订的《道路交通反光膜》（GB/T 18833—2012），在参照美国 ASTM 标准[4]、英国 BS 标准[5]、德国DIN标准和欧盟反光膜的标准EN12899[6]等国外标准的基础上，反光膜的等级由按级别分类调整为按类型分类，具体变化详见表1。此外，从规范名称的变化也可以看出，规范的适用范围也从公路扩大了到更大的范围。

2 现状问题和误区

通过综合分析，可将现状存在的问题主要分为3个方面。

2.1 各类规范要求不统一

本文比较了各类规范对于反光膜的选用条款，并作摘要对比如下。《道路交通标志和标线》（GB 5768—1999）第15.1条b）款规定“高速公路、一级公路及城市主干路的交通标志宜采用一～三级反光膜；二、三级公路及一般城市道路的交通标志宜采用四级以上的反光膜。四、五级反光膜可用于四级公路和交通量很小的其他道路”[7]。《公路交通安全设施设计细则》（JTG/T D81—2006）第6.5.1条（2）款规定“交通标志板采用反光膜材料时，高速公路、一级公路上宜采用一、二级反光膜，二、三级公路的交通标志宜采用三、四级反光膜，四级公路宜采用四、五级反光膜”[8]。《道路交通标志和标线》（GB5768—2009）第 3.11.2.2 条 a)款和 c)规定“标志背景环境影响大、行驶速度快、交通量大的道路宜选用逆反射性能好的材料；四级及以下公路、交通量很小的道路，根据实际情况可选用较其他道路逆反射性能低的材料”[9]。《城市道路交通设施设计规范》（GB 50688—2011）第5.4.2条规定“城市快速路、城市主干路的标志应采用一级～三级反光膜，在曲线段或其他危险路段应采用二级以上反光膜。城市次干路及以下等级道路的标志应采用四级以上的反光膜”[10]。《城市道路交通标志和标线设置规范》（GB 51038—2015）第4.6.1条（3）款规定“快速路、主干路的标志应采用Ⅲ类～Ⅴ类反光膜，次干路及以下等级道路的标志可在Ⅰ类～Ⅳ类的反光膜中选择”[11]。

通过比较上述规范不难发现，在规范的适用标准上，有些规范仅适用于公路，有些规范仅适用于城市道路，还有一些适用于各类道路；在反光膜的分类和设置标准上，不同规范参照的分类标准不同且设置要求过于宽泛，无法细化和落实。

表1 反光膜分类对照表

2.2 反光膜级别和公路级别的对应误区限定了设计者的思路

由于《公路交通标志反光膜》（GB/T 18833—2002）将反光膜等级按照逆反射系数分成五个等级，性能从一级到五级呈逐渐下降趋势。这种分类方法与《公路工程技术标准》（JTG B01—2003）中将公路按照功能和交通量分为高速公路和一二三四级公路十分相似。而且《公路交通安全设施设计细则》（JTG/T D81—2006）第 6.5.1条（2）款规定“交通标志板采用反光膜材料时，高速公路、一级公路上宜采用一、二级反光膜，二、三级公路的交通标志宜采用三、四级反光膜，四级公路宜采用四、五级反光膜”。

因此不少交通工程师经常简单地将反光膜等级和公路等级相对应，误认为高等级的道路必须使用高等级的反光膜，而低等级的道路则可以使用等级较低的反光膜。对此，《道路交通标志和标线》（GB5768—2009）第 3.11.2.2 条 a）款和 c）规定“标志背景环境影响大、行驶速度快、交通量大的道路宜选用逆反射性能好的材料；四级及以下公路、交通量很小的道路，根据实际情况可选用较其他道路逆反射性能低的材料”。

2.3 反光膜越亮越好

既然目前尚未形成统一的反光膜选用标准，很多工程技术人员就认为，在实际工程中只要尽量选择较高等级的反光膜，对于交通安全就一定会起到正面作用。然而事实恰恰相反，盲目选择过高等级的反光膜，反而会过犹不及，造成不必要的交通隐患。

通常人们认为，逆反射系数越大，反射距离越远，视认性就越好，对于驾驶员和行人就越安全。但对于交通标志来说，尤其是板面文字较多或信息复杂的指路标志时，并非逆反射系数越大，视认性就越好。相反，如果逆反射系数太大，即标志太亮，反而容易产生眩光，影响对标志信息的视认[12]。另外由于我国汉字的特殊性，笔画与拉丁文字符是完全不同的。如果使用逆反射系数较高的反光膜制作高等级道路上的指路标志的话，虽然驾驶员能够在较远的位置发现标志，但由于文字笔画间会产生“光渗”现象，导致驾驶员无法完整清晰地辨认出文字整体结构和笔画，反而造成视认效果比较差。近年来，由于此类原因已出现过多起交通事故。日本的文字与我们有些相似，在日本的高速公路上，就很少见到用微棱镜反光膜制作的指路标志[2]。

因此逆反射系数较大的反光膜，用于制作警告标志、禁令标志、视线诱导标以及轮廓标等较为适宜，属于远距离提醒司机注意标志，而不适合做近距离阅读的文字标志[13]。未来在反光膜规范修编的过程中，除了规定逆反射系数的最低限度，对于不同交通标志的逆反射系数的上限也不能不有所考虑。

3 影响反光膜选择的主要因素

综上所述，反光膜的选择首先应该建立统一的分类标准和体系，然后分析不同影响因素与反光膜选择的关系。按照《道路交通反光膜》（GB/T 18833—2012），反光膜分为Ⅰ类～Ⅶ类七个类别。本文试图研究运行车速、观测角度、字膜与底膜的对比度、耐候性、经济性和设施类型等因素对反光膜类别的影响。

3.1 运行车速

交通标志的视认过程是驾驶员对交通标志的认知和对车辆进行操作的过程，这一过程主要依靠驾驶员的视觉和运动输出来完成。其中信息处理的过程见图2，从A点到S点，驾驶员大致经历了刺激、认读、决策和行为4个过程，与之对应的节点有视认点、给读点、决策点、行动点[14]。

图2 交通标志视认原理关系图

从上述分析过程不难看出，运行车速越快，驾驶员所需的视认距离就越长。根据相关研究，当逆反射系数为20～50时，其视认距离（BS）在113～155 m左右，适用于70～85 km/h的行车速度；当逆反射系数为100～170时，其视认距离（BS）在185.93～214.88 m左右，适用于100～111 km/h的行车速度；当逆反射系数为340～660时，其视认距离（BS）在 243～282 m左右，适用于117～128 km/h的行车速度[15]。

若某种反光膜制作的标志提供的可读距离小于安全行车距离，则驾驶员没有足够的时间对标志进行恰当的反应；只有在可读距离大于安全行车距离的情况下，驾驶者才能有足够的时间对标志作出正确的反应。因此，运行车速是反光膜选择的重要因素。

3.2 观测角度

除了运行车速以外，观测角度也是影响反光膜逆反射系数的重要因素。在交通标志的逆反射体系中，观测角度是用来描述交通标志反光膜反光亮度的特有参数[16]。

由于交通标志设置位置的不同，观测角度也会不同。在同一条道路上，四块标志分别设置于路两侧及门架上，一辆汽车在150 m处用车灯探射（见图3）。由图中数据可知，道路右侧的标志反射效果最佳；道路左侧的标志反射效果其次，但已经降至右侧标志的22%；道路上方门架式的标志反光效果最差，仅为右侧标志的14%和17%。

图3 不同位置交通标志所产生的反光效果图

因此，我们在设置交通标志时应该优先选择靠右设置，如果需要靠道路左侧或采用门架式时，应该选用比路右侧标志更高等级的反光膜材料。

3.3 字膜与底膜的对比度

从理论角度来说，反光膜等级越高，其逆反射系数越大，驾驶员的视认距离应该越远。但是由于汉字结构的特殊性，当逆反射系数过大时，反光膜所产生的逆反射光线会形成炫光效应。这种炫光会和汉字笔画熔融，反而会导致驾驶员视认距离的下降。

根据相关实验数据，最高等级的钻石级反光膜的平均视认距离明显小于有1层、2层和3层衰减膜覆盖下的视认距离。实测字膜与底膜的逆反射系数对比度在7.59～8.18之间时，驾驶员的平均视认距离最大，为140.8～143.5 m。

因此，在兼顾安全和经济的原则下，指路标志文字反光膜的等级可略高于背景色反光膜的等级，以达到降低字膜与底膜对比度的效果。

3.4 耐候性能

在选择反光材料，初始亮度虽然很重要，但同样重要的是，标志材料的亮度必须具有持久性，也就是说，不仅在刚使用时，而且要在使用寿命内能保持良好的反光性能。使标志在整个使用期内保持足够的视认性。做到看得清，看得远。

由于不同地区气候条件的差异，交通标志所经受的环境影响也不一样。作为一种长期暴露在户外的交通安全设施，必须能够经受不同环境的考验，如温度变化、紫外线辐射、雨水和盐雾的侵蚀以及风沙吹打等。现实中一旦交通标志的稳定性无法满足环境的要求，往往会在短时间内出现脱落、褪色和逆反射系数下降等现象，造成交通安全的隐患。

根据表2的数据，Ⅱ～Ⅴ类反光膜的使用寿命为10 a，其中Ⅲ～Ⅴ类反光膜在使用寿命末期最小逆反射系数均为出厂亮度的80%，Ⅱ类反光膜在使用寿命末期最小逆反射系数为出厂亮度的65%；Ⅰ类、Ⅵ类和Ⅶ类反光膜的使用寿命为7 a，在使用寿命末期最小逆反射系数均为出厂亮度的50%。由此可见，Ⅲ～Ⅴ类反光膜的耐候性能最好，Ⅱ类反光膜耐候性能次之，Ⅰ类、Ⅵ类和Ⅶ类反光膜的耐候性能一般。

表2 不同类别反光膜耐候性能比较

3.5 设施类型

除逆反射系数以外，不同类型的反光膜还具有各自独特的性能。因此，根据交通设施的类型，可采用不同类别的反光膜。

Ⅰ类反光膜耐候性一般，适用于临时标志；Ⅱ～Ⅴ类反光膜耐候性能较好，适用于耐久性的交通标志，可同时满足远距离的显著性和近距离的识读性；Ⅴ类具备大观测角性能，最适合用于指路标志；Ⅵ类反光膜正面亮度最好，以轮廓标的应用为主，只需提供远距离的轮廓线形，不需近距离识读；Ⅶ类反光膜柔韧性最好，适合交通锥、交通柱等曲面的应用，主要应用在施工区域。

3.6 经济性

在进行经济性分析时，应当计算反光膜设计寿命内的平均使用成本，其公式如下：

式中：A为标志年平均费用（元/a）；T1为底膜使用寿命内的总费用（包括更新反光膜的费用、底板和支柱的人工安装费用等）；T2为字膜使用寿命内的总费用（包括更新反光膜的费用、底板和支柱的人工安装费用等）；P为反光膜的使用寿命。

根据目前市场行情，Ⅴ类反光膜和Ⅵ类反光膜的价格比约为1.8∶1，而两者的使用寿命和耐候性能相同。因此，在满足逆反射系数的前提下，采用Ⅴ类字膜、Ⅵ类底膜的标志要比字膜和底膜均采用Ⅴ类反光膜的标志年平均使用成本要低。

另外，由于Ⅱ类膜的耐候性能不如Ⅲ类膜，根据标志的造价与使用年限比较，底膜和字膜全部采用Ⅲ类膜的标志反而要比采用Ⅲ类字膜、Ⅱ类底膜的标志年平均使用成本要低。

4 设计标准

在城市道路条件下，同一地区的交通状况和气候条件等比较接近，对于反光膜选择较大的因素主要是设施类型、道路等级、设计车速和设置位置。因此，为便于广大交通工程建设、设计和施工人员选择，本文总结出一种面向城市道路的交通反光膜选用标准（见表3）。

表3 道路交通反光膜选用标准表

该标准首先按照设施类型，明确了交通标志采用Ⅱ～Ⅴ类反光膜，其他设施采用Ⅵ类和Ⅶ类反光膜。然后再按照道路等级、设计车速、标志类型和设置位置等因素，详细区分了不同标志所应该采用的反光膜类型。其中，按照快速路、主干路、次干路和支路的道路等级，所采用的反光膜类型依次降低；对于同一路段的标志，设置于道路左侧和上方的交通标志所采用的反光膜类型要高于设置于道路右侧的交通标志；对于同一块标志，字膜所采用的反光膜类型要高于底膜所采用的反光膜类型。

5 结 语

《道路交通反光膜》（GB/T 18833—2012）相对于旧国标，其对反光膜性能和道路安全性能的要求大幅度提高。但是目前对于不同类别的反光膜如何选用，在国标层面仍然没有一个统一的标准。

影响道路交通反光膜选择的因素有很多，道路等级、运行车速是选择标志反光材料的一个基础因素，但不是唯一因素。为提高视认效果，确保行车安全，在设计使用标志反光膜时要结合当前反光膜的市场状况，综合考虑经济性和技术性，按实际情况对使用类别予以区别，使得交通标志真正成为道路交通安全的保障。