高速公路隧道照明的節能設計

鄭 奇

溫州繞城高速公路有限公司，浙江溫州 325000

0 引言

近年來，我國的高速公路蓬勃發展，一條條新建的高速公路陸續投入使用，隧道因在山區通車里程的增加而日益增多。高設計車速和高密度車流量給高速公路的行車安全造成很大威脅，特別是在車輛行駛到隧道內時，隧道內外的光線發生急劇變化，人的視力短時間不能適應，極易發生交通事故。而盲目加大照明，提高隧道內的亮度，又會使運營費用巨額增加，增加營運成本，造成資源浪費。目前，高速公路隧道的照明系統已引起人們的極大關注。為既能解決高速公路隧道的行車安全，又能達到節能的目標，應從高速公路隧道照明系統工程的源頭抓起——設計。

1 高速公路隧道入、出口照明系統設計原理

白天當駕駛員從隧道外駛進隧道內時，由于隧道的亮度差別極大，所以從隧道外部看照明不充分的的隧道入口時，只會看到一個黑洞或一個黑框。當駕駛員進入隧道后，由于人眼視覺的滯后性作用，會產生視覺上的盲區，因此隧道入口處必須設置緩和照明段，以讓人眼適應。緩和照明段分為入口區、過渡區，入口照明段的長度取決于洞內外亮度值，同時還與設計時速，洞內照度和洞壁材料等因素有關。而白天當車輛通過較長的隧道接近其出口時，由于洞外的亮度遠高于洞內，隧道的出口對駕駛員而言，好像是一個白色的洞，人眼同樣對這種光線產生滯后。駕駛員對前方的行車只能看到一個很暗的輪廓，對前方車輛的距離不能準確做出判斷。如果是夜間行駛，其效果正好相反，駕駛員在隧道內看到的是黑洞而不是白洞。在這種情況下，駕駛員難以辨別洞外的道路線形、路上交通情況及道路上的任何障礙物情況，也是一個視覺盲區。因此隧道出口也同入口處一樣設有過渡區，要加強照明，使得過渡區的亮度與洞外亮度相近。

目前在進行隧道照明設計時，入、出口段照明的亮度值是由洞外亮度L20（S）乘以入口段亮度折減系數K近似算得，而確定洞外亮度L20（S）的方法主要有3種：查表法，黑度法和亮度計算法（環境簡圖法）：查表法是按洞外停車視距（S）處視看隧道的20°視野的天空面積百分比值、洞口朝向活動外環境、車速查取洞外亮度值；黑度法是在停車視距（S）處距地面1.5m高正對隧道方向20°視野內，各景物將各自所占面積的百分比作為權重計算出平均黑度，再與參照物的亮度做比較，確定測量時的洞外亮度L20（S）值；亮度計算法是有隧道外景物亮度與各部份所占的百分比乘積算得的，即在停車視距（S）處距地面1.5m高正對隧道方向20度視野內，考慮天空亮度、路面亮度、洞口環境亮度和隧道口亮度的合值即為洞外亮度L20（S）值。因此，洞外亮度直接影響洞內照明緩和段的設計。

為使隧道入口段照明設計達到安全和節能的要求，降低洞外亮度L20（S）是最有效的辦法。在進行隧道設計時，可以通過增加隧道洞外植被面積、改變隧道端墻形式、改善路面鋪裝材料等方法降低洞外環境亮度，洞外亮度降低后，洞口段照明的亮度值也隨之下降，從而減少照明設施。這樣既能達到高速公路隧道行車安全的要求，又能達到節能的目標。

2 設計時隧道照明光源的選擇

隧道的照明是為了把必要的視覺信息傳遞給司機，防止視覺信息不足而出現交通事故，從而保證隧道行車的安全性和舒適性。目前，高速公路隧道照明設施的規模及數量越來越大，隧道運營電力費用也越來越高，同時隧道照明質量也跟不上高速公路的發展建設，嚴重影響行車安全性，隧道交通事故也日益增多。因此對隧道照明節約能源、提高照明效果，保證行車安全性和舒適性的要求進一步提高。正確合理地選取照明光源是實現公路隧道節能的關鍵。

各種光源的光學特性、性能參數各不相同，而光源的節能主要取決于它的發光效率。隧道照明的光源應滿足隧道特定環境下的光效、光通量、光衰減、壽命、成本要求，同時要保證在汽車排放形成的煙霧中有良好的能見度。高速公路隧道一旦投入使用，照明系統幾乎就處于長期工作狀態，因此，隧道照明的效果必須依靠可靠的光源實現。在隧道照明設計時，選擇一種正確的光源，是隧道照明的重要環節，應綜合考慮。

高效節能是隧道照明光源的發展方向。目前，國內隧道燈具多采用白熾燈、熒光燈、節能燈、金鹵燈、高壓鈉燈等，大多光源存在光帶窄、配光質量不夠、能耗高、質量穩定性差、壽命短等問題。隨著科技的發展，照明領域出現了LED等及無極燈新型光源。

表1 光源主要性能對比

從表1中可以看出led的光效最高，其次為高壓鈉燈，而使用壽命最長的是LED和無極燈，其次為高壓鈉燈。高壓鈉燈光效高、透霧性強等諸多優點，是目前高速公路隧道照明光源用的最多的；其次，高壓鈉燈的發展經歷了幾十年，光源及燈具技術相當成熟，因此生產成本已經較低。但是，高壓鈉燈色溫較低，發光顏色為金黃色，其顯像指數較低，太陽光的顯像指數為100，而高壓鈉燈的顯像指數僅為20左右，遠低于正常自然光的顯像指數；大功率的高壓鈉燈滿足了隧道照明的需要，但是卻也造成了巨大的能源消耗，照明的運營費用往往讓運營單位不堪重負。Led燈是一種新型的照明光源，具有以下優點：光線柔和，顯像指數高，色溫接近太陽光；Led燈可以頻繁點亮，不存在啟動延時問題，基本不影響使用壽命；Led燈光源使用壽命較長。由于Led燈是一種新型光源，在高速公路行業還未進行推廣，但目前國內已有部分高速公路在隧道內進行Led燈照明實驗，其照明效果等同于高壓鈉燈，從節能效果看，Led燈的經濟性遠高于高壓鈉燈。相信在不久的將來，Led燈將會成為高速公路隧道照明的主要光源。

3 結論

本文從高速公路隧道照明的設計原理及新型光源關鍵技術的角度，在保證高速公路隧道行車安全的前提下，就高速公路隧道照明設計提出節能優化設計方法和隧道節能照明光源的選擇，從照明系統工程設計入手解決隧道節能減排的問題。

[1]趙忠杰.高等級公路隧道照明工程設計與研究[J].西安公路交通大學學報，1999，4.

[2]交通部重慶公路科學研究所.JTJ 026.1-1999 公路隧道通風照明設計規范[S].北京：人民交通出版社，2000.

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