高速公路隧道照明工程設(shè)計與研究

1、  高速公路隧道照明工程設(shè)計與研究隧道作為高等級公路的特殊路段，當車輛在駛?cè)?、通過和駛出隧道的過程中，會出現(xiàn)一系列的視覺問題。為適應(yīng)視覺的變化，需設(shè)置附加電光照明，關(guān)于隧道照明設(shè)計，不同國家有不同的標準和要求。中國在這方面雖起步較晚，但也有相應(yīng)的規(guī)范和要求。    1隧道照明設(shè)計的原則和標準    1.1隧道照明設(shè)計的原則，為解決車輛駛?cè)牖蝰偝鏊淼罆r亮度的突變使視覺產(chǎn)生的“黑洞效應(yīng)”或“白洞效應(yīng)”，許多國家各自確定了一些設(shè)計原則和標準：如美國IES、英國BS、日本隧道照明設(shè)計指南、國際照明協(xié)會的

2、CIE標準以及中國的公路隧道設(shè)計規(guī)范等。共同遵守的設(shè)計原則可以歸納為以下幾點：(1)隧道內(nèi)不管是白天或夜間均需設(shè)基本照明；(2)白天車輛進入隧道時，路面亮度應(yīng)逐漸下降，使司機的視覺有一個適應(yīng)過程，將入口段分為引入段、適應(yīng)段和過渡段；(3)確定引入段、適應(yīng)段和過渡段的長度(S)，通常按車速(V)以T=2s的適應(yīng)時間來確定，可用S=VT/3.6(m)來估算；(4)出口段也應(yīng)設(shè)過度照明，在雙向交通情況下和入口段相同；(5)夜間出入口不設(shè)加強照明，洞外應(yīng)設(shè)路燈照明，亮度不低于洞內(nèi)基本亮度的1/2；隧道內(nèi)應(yīng)設(shè)應(yīng)急照明，其亮度不低于基本亮度的1/10。    1.2

3、隧道照明設(shè)計的標準，依據(jù)以上原則，中國JTJ 026-90公路隧道設(shè)計規(guī)范中給出了明確的標準。    1.2.1白天照明的隧道照明區(qū)段長度及路面最低亮度。    1.2.2隧道內(nèi)基本照明及夜間照明亮度。    2隧道照明設(shè)計及其改進方法    2.1照明計算，按照規(guī)范要求公路隧道照明應(yīng)考慮4個因素：(1)路面亮度；(2)路面亮度的均勻性；(3)閃爍的防止；(4)眩光的控制。    2.1.1路面亮

4、度計算，為了便于計算，一般是先計算平均照度，而后根據(jù)路面所選用的材料，選定一換算系數(shù)，再換算成亮度，計算平均照度的公式為 E=NSUFKK1/(BS)式中：N為燈具排列方式(相對排列時為2，交錯排列時為1)；UF為路面直射光利用系數(shù)；K1為因相互反射作用使照度上升的系數(shù)；S為燈具中全部光源的總光通量(lm)；K為減光系數(shù)；B為路面寬度(m)；S為燈具間隔(m)。其中，N、S、B、S由設(shè)計而定，UF、K、K1通?？煞謩e取0.38、0.48、1.23，也可由查表或計算得到。    2.1.2亮度均勻度的定性判斷，路面及洞壁下半部分亮度均勻度應(yīng)滿足一定的要求，

5、在燈具安裝間距確定后，可按下述方法定性判斷是否滿足均勻度的要求，即相對排列S2.5h；交錯或中間排列S1.5h式中：S為燈具安裝間距；h為燈具安裝高度。    2.1.3閃爍的防止，閃爍效應(yīng)是由于照明器不連續(xù)布置，司機的視覺不斷經(jīng)受明暗變化的刺激,使人產(chǎn)生不快感。閃爍效應(yīng)的頻率低于2.5Hz或高于15Hz時可不計。閃爍頻率(F)主要與燈具安裝間距(S)和車速(V)有關(guān)，即F=V/S。    2.1.4眩光的控制，眩光是由視線內(nèi)有亮度極高的物體或強烈的亮度對比，引起不舒適或造成視覺下降的現(xiàn)象。所以要盡量避免采用高亮度

6、大光源照明，以控制眩光。    2.2區(qū)段的劃分及亮度的確定    2.2.1規(guī)范要求的照明曲線，對規(guī)范中給出的照明曲線，這里提出3種處理方法，以設(shè)計車速80km/h為例，第1種是簡單處理，就是將120m入口按引入段40m亮度為80cd/m2；適應(yīng)段40m，亮度為46cd/m2；過渡段40m，亮度為4.5cd/m2，這樣大梯度過渡如圖1中粗線所示，因平均亮度低于規(guī)范要求的亮度，顯然不可取。第2種是折衷處理，就是將120m入口段40m，洞口最高亮度取洞外亮度4000cd/m2的1/30即133cd/m2，則該段的亮度

7、為(133+80)=106.5cd/m2；適應(yīng)段40m，亮度為(80+46)/2=63cd/m2；過渡段40m，亮度為(46+4.5)/2=25.25cd/m2，這樣大梯度過渡，形成的梯度曲線和規(guī)范要求的漸變曲線相差甚遠，也不宜采用，如圖1細線所示。第3種是漸變處理，就是分別計算出亮度為80cd/m2、46cd/m2、4.5cd/m2的布燈間距，然后逐漸的變化布燈間距，以適應(yīng)漸變曲線，如設(shè)計路面寬度為8.5m，選用400W高壓鈉燈。亮度為80cd/m2時，平均照度E=80×13=1040lx，亮度為46cd/m2時，平均照度E=46×13=598lx，亮度為4.5cd/m2

8、時，平均照度E=4.5×13=58.5lx(選用100W高壓鈉燈)這樣從入口開始，引入段燈距從連續(xù)布設(shè)到間距2.28m，適應(yīng)段燈距從2.28m到3.79m，過渡段從400W燈3.79m間距到100W燈間距8.1m，亮度值形成一個一個的點，將這些點連接起來，就是規(guī)范要求的照明曲線。這種處理方法的缺點是設(shè)計和施工都很不方便，實際上也沒有必要，就此提出一種改進方法。    2.2.2改進的照明曲線，由2.2.1可以看出，實現(xiàn)規(guī)范要求的照明曲線有多種方法，同時也說明規(guī)范要求的照明曲線不實際也不合理。結(jié)合多座隧道的照明設(shè)計、施工及運營實踐經(jīng)驗，現(xiàn)提出一種

9、改進的方法。改進方法是把長均為40m的引入段，適應(yīng)段和過渡段各分成20m的兩個區(qū)段，形成了圖2中的區(qū)段，各區(qū)段的亮度取區(qū)段的起點和終點亮度的平均值,形成了改進后的照明曲線,各點及各段亮度如下：入口亮度L0=133cd/m2，A點亮度La=106.5cd/m2，B點亮度Lb=80cd/m2，C點亮度Lc=(Lb+Ld)/2=(80+46)/2=63cd/m2，D點亮度Ld=46cd/m2，E點亮度Le=(Ld+Lf)/2=(46+4.5)/2=25.25cd/m2，f點亮度Lf=4.5cd/m2。段的亮度L1=(133+106.5)/2=120cd/m2段的亮度L2=(102+30)/2=91c

10、d/m2段的亮度L3=(80+63)/2=71.5cd/m2段的亮度L4=(63+46)/2=54.5cd/m2段的亮度L5=(46+25.5)/2=35.6cd/m2段的亮度L6=(25.5+4.5)/2=14.9cd/m2從圖2改進后的小梯度照明曲線可以看出每個區(qū)段亮度是一定的，也就是說每個區(qū)段中的燈具間隔是相同的。這樣每個區(qū)段只須計算一次布燈間距，并且還可以看出用改進后的小梯度照明曲線，設(shè)計和施工都很方便，完全可以替代規(guī)范中要求的漸變曲線，且通過實際工程檢驗效果良好。    3照明控制，隧道附加光電照明要根據(jù)洞外亮度的變化進行控制第一種方案是按洞外亮度的不同，分為晴天白晝、陰雨白晝、清晨、傍晚、夜間5種情況進行控制。晴天白晝出入口加強照明燈全開；清晨、傍晚和陰雨白晝合并為一種情況，加強照明燈隔一開一，即開一半；夜間關(guān)加強燈，開路燈。隧道在運營中一般除檢修外基本燈不關(guān)閉，只有在交通量很少時可開一半關(guān)一半，以利節(jié)能。由此照明控制應(yīng)設(shè)置專門的測光裝置，以確定洞外亮度，進而決定開那些燈關(guān)那些燈。第二種方案是按一年中的不同季節(jié)，每個季節(jié)制定一套配時方案即開關(guān)燈時間，在主控機上編程實現(xiàn)自動控制。第三種方案是人工干預(yù)控制，即根據(jù)洞外不同亮度，手動控制開關(guān)燈時間及燈種。