公路隧道照明標準的探討

公路隧道照明標準的探討

中國照明能約占世界總能耗的1.2%，道路照明能約占20-30%。隨著國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃“7918”的實施,迎來了山區(qū)高速公路建設(shè)的高峰,隧道用電已成為高速公路運營管理部門的一筆沉重的負擔,為此,廣東、重慶、福建等地和交通部西部辦專門立項就節(jié)能技術(shù)進行研究。目前,《公路隧道通風照明設(shè)計規(guī)范》(以下簡稱《規(guī)范》)正在修編中,本文則就公路隧道照明標準進行探討,以達到安全、實用與節(jié)能的目的。降低隧道入口原理2003年1月,美國俄勒岡州交通部出版了《TrafficLightingDesignManual》,對隧道和地道照明的最新發(fā)展進行了論述。同年12月,CIE隧道照明TC4-35分組會上,對《公路隧道與地道照明準則CIENo.26/2,1990》進行了進一步的修正,并出版了替換該準則的修正版本(簡稱CIE2004)。該修正版本同原準則的主要差別在于兩個方面:一方面是隧道入口段第一部分的亮度建議使用光幕亮度法,其能更精確地決定隧道入口處的亮度,俄勒岡州利用IES提出的Lseq(等效光幕亮度)的方法來確定人口段的亮度,結(jié)果表明它比用L20確定的所需亮度低;另外一個差別就是在長隧道和特長隧道內(nèi)部推薦使用的亮度值。它是由根據(jù)CIE88-1990進行設(shè)計的成千上萬條隧道實踐經(jīng)驗總結(jié)出來的,即交通流的影響比預(yù)期的要大一些?；诘刃Ч饽粡?fù)雜度lseq根據(jù)視野范圍內(nèi)各種表面的最高亮度來計算等效光幕亮度Lseq,將會導(dǎo)致入口處需要很高的照明水平,建議在每年可能發(fā)生的至少75個白天使用這個最高亮度。等效光幕亮度Lseq可以直接用儀器在隧道中來測定,也可以用圖解法來測算,把視野范圍內(nèi)可見地帶的光加起來,可以得到等效光幕亮度。計算公式如下。其中:式中:Lseq——等效光幕亮度Lije——每個地帶的亮度Lij——每個地帶的平均亮度(在汽車外面的風檔玻璃前測試)Lsw——風檔玻璃損失亮度,參考表3.3.1取值,在式子中經(jīng)常忽略不計隧道設(shè)備規(guī)定CIE2004對長隧道和特長隧道中間段的照明有了新的標準。中間段路面的平均亮度取決于停車視距和交通流量大小。特長隧道包括兩個不同的附屬區(qū)域:第一個附屬區(qū)域有30秒的行車長度,其照明強度符合普通長隧道的標準;第二個附屬區(qū)域的亮度水平應(yīng)達到特長隧道標準。具體規(guī)定如表1和表2所示。當停車視距和交通量在上述數(shù)值的中間時,按線性內(nèi)插考慮。表中的交通流量定義如表3:CIE2004與《規(guī)范》的對比見表4,人中可以看出,CIE2004對于特長隧道的照明要求,比我國的照明規(guī)范低很多。舒適區(qū)域范圍前人的研究表明,主觀亮度受照度、色溫及顯色性的交互影響,溫暖感覺受色溫的影響,空間活動受照度的影響。人們在研究光源色溫影響人的視覺所能接受照度之心理因素中發(fā)現(xiàn):人在低照度的環(huán)境下偏好低色溫,當照度愈高時,則偏好較高的色溫。人對色光環(huán)境的舒適區(qū)域范圍,如表5所示。由上表可見,不同的色溫對人的感覺影響不同,當然人的心情也就不同,因此,照明標準中應(yīng)考慮色溫指標,這樣才能提高行車的舒適性,減少交通事故。對于隧道照明,其主要分為三個區(qū)域:入口段、中間段和出口段。目前,設(shè)計中一般采用洞外亮度≦3000cd/m2,設(shè)計速度為(100-40)km/h,按此假定,入口段、中間段和出口段的照度范圍如表6所示。注:最大值是指大交通量的亮度要求乘以亮度和照度換算系數(shù)的上限值,最小值是指小交通量的亮度要求乘以亮度和照度換算系數(shù)的下限值。對照表5和表6,可得到表7不同速度與路面類型時的光源色溫建議。照明設(shè)計有效識別光柵的1.2.2合成設(shè)計模型對照度與顯色性的關(guān)系的研究結(jié)果表明,從視覺心理角度來看,在相同照度下,顯色性好的光源比顯色性差的光源在感覺上要亮,因此,采用顯色指數(shù)較高的光源照明時,可以適當降低照度標準。根據(jù)趙振民主編的《照明工程設(shè)計手冊》,照度降低的倍數(shù)與顯色指數(shù)Ra的關(guān)系圖量化后如表8所示。值得說明的是,表8的相對照度,只適應(yīng)明視覺的范圍(隧道的入口段與出口段),而不適應(yīng)中間視覺(隧道的中間段)。以y表示相對照度值,z表示顯色指數(shù),命×=z/10-5,則表8的回歸公式如下:《工業(yè)企業(yè)照明設(shè)計標準》(GB50034-92)規(guī)定,對顏色識別有要求的場所的光源顯色指數(shù)較低且原來使用照度在500I×以下時,為了有效地識別顏色,照度應(yīng)當適當提高。提高幅度如表9所示。由表9可見,照度要求越高,提高幅度越小,顯色指數(shù)越大,提高幅度越小。等式亮度和計算等效清晰度的影響由上述分析可見,照明光源的顯色性和色溫是影響照明效果的主要指標。目前,國內(nèi)外的標準中,既沒有考慮色溫對隧道照明安全的影響,也沒有考慮顯色性對照明亮度的影響,雖然其他行業(yè)對顯色性的問題研究很久并有相應(yīng)的成果,但沒有用到隧道照明中。作為隧道照明,其目的是通過應(yīng)用光源來解決行車安全的問題,而光源的發(fā)展很快,采用不同的光源,通過合理的設(shè)計,都能達到提高安全性的效果。然而光源不同,其初期投資和運營過程的經(jīng)濟性往往相差很大,因此有必要采用等效亮度的概念進行隧道照明設(shè)計與方案比選。根據(jù)以上分析,隧道照明等效亮度,可定義為達到同一舒適性、安全性時,不同光源相對標準光源照度需求的換算關(guān)系。比選兩膠片的平均生成ra等效亮度可按以下步驟來計算:1.根據(jù)式(3)計算標準光源的照度相對值Ra標與比選光源的照度相對值Ra比;2.計算比選光源與標準光源的換算系數(shù)R,R=Ra比/Ra標;3.將R與標準光源所需的照度相乘,得到比選光源所需照度標準。高壓鈉燈提高幅度偏亮在《規(guī)范》中,入口段都是按高壓鈉燈設(shè)計,若采用的光源的顯色指數(shù)高于高壓鈉燈,由