高速公路隧道照明建設(shè)及營運(yùn)淺論

鄭建中 / 李 誠

1.安徽省交通投資集團(tuán)黃山高速公路管理有限公司， 安徽 黃山 242700

2.安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究院， 安徽 黃山 230088

1 引言

隨著我國高速公路建設(shè)的快速發(fā)展，高速公路隧道不斷增加，為了保證隧道通行安全，隧道照明設(shè)施必不可少，然而隧道照明消耗的電費(fèi)卻成為高速公路隧道運(yùn)營管理中最主要的開支。經(jīng)過調(diào)查，一些交通量小的山區(qū)高速公路運(yùn)營管理單位為了降低能耗節(jié)約營運(yùn)費(fèi)用，采取了少開燈甚至不開燈的危險做法。即便如此,有些高速公路還是出現(xiàn)運(yùn)營總收入遠(yuǎn)不及隧道運(yùn)營照明電費(fèi)開支的狀況。高能耗已經(jīng)成為影響高速公路可持續(xù)發(fā)展的重要因素，使得“安全”與“節(jié)能”的矛盾日益突出。

我國十一五規(guī)劃明確提出要把節(jié)約能源作為基本國策，在《綱要》中提出了“十一五”期間單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗降低20%左右的目標(biāo)。并且在“十一五”期間，國務(wù)院還先后下發(fā)了《國務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)節(jié)能工作的決定》(國發(fā)〔2006〕28號)和《國務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)節(jié)油節(jié)電工作的通知》(國發(fā)〔2008〕23號)，體現(xiàn)了建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的要求，是現(xiàn)實(shí)和長遠(yuǎn)利益的需要，具有明確的政策導(dǎo)向。現(xiàn)已進(jìn)入了十二五階段，節(jié)能減排仍是須要繼續(xù)貫徹實(shí)行的方針政策。因此，各高速公路隧道建設(shè)運(yùn)營管理單位在巨大的照明能耗的壓力和國家政策的積極指導(dǎo)下，相繼開展了隧道照明節(jié)能的研究試驗(yàn)，并取得了一定成效。本文將結(jié)合隧道照明建設(shè)及營運(yùn)管理的節(jié)能進(jìn)行闡述。

2 隧道照明建設(shè)營運(yùn)管理階段劃分及節(jié)能空間分析

2.1 隧道照明設(shè)計階段

隧道照明設(shè)計主要步驟如圖1所示。

圖1 隧道照明設(shè)計步驟

1)設(shè)計參數(shù)取值

在照明設(shè)計過程中，洞外亮度、交通量、行車時速取值是影響隧道照明規(guī)模的最主要參數(shù)。如果L20分別設(shè)定為4000cd/m2與6000cd/m2，則設(shè)備費(fèi)相差34%，年電耗量(kW·h)相差達(dá)30%；車速由80km/h提高到100km/h，照明設(shè)備費(fèi)提高60%，營運(yùn)電費(fèi)提高65%[1]。因此，這部分參數(shù)的取值是否合理甚為關(guān)鍵。

圖2 不同的配光特性隧道照明效果差異

另外路面材料也影響著隧道照明規(guī)模，主要是由于不同的材料，對光線的反射程度不同，比如水泥混凝土路面的反射率是瀝青路面的2倍。因此，長大隧道一般在洞口段采用瀝青路面，在隧道中間段采用水泥混凝土路面，從而降低中間段照明規(guī)模。

2)照明燈具選擇

目前隧道照明市場產(chǎn)品總類繁多，傳統(tǒng)高壓鈉燈、熒光燈、無極燈、LED燈等[2]，不同的照明燈具有各自不同的特點(diǎn)，不是所有隧道都適用一種節(jié)能燈具，因此在照明設(shè)計過程中應(yīng)統(tǒng)籌考慮擇優(yōu)選擇。

布燈方式需要根據(jù)燈具的配光特性進(jìn)行選擇，控制方式也需要根據(jù)燈具控制特點(diǎn)再結(jié)合隧道交通流特點(diǎn)統(tǒng)籌考慮。

2.2 隧道照明建設(shè)階段

隧道照明設(shè)計完成，隧道主體工程完畢后進(jìn)入隧道機(jī)電設(shè)施安裝階段。若隧道照明采用傳統(tǒng)高壓鈉燈，由于其技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛，可直接招標(biāo)采購。若采用新型節(jié)能燈具，由于國內(nèi)生產(chǎn)廠家相對較少，技術(shù)水平不一，燈具的性能參數(shù)(光學(xué)性能和電氣性能)可能差異較大，因此需要由第三方檢測機(jī)構(gòu)對投標(biāo)燈具進(jìn)行檢測。不同的配光特性隧道照明效果差距很大，如圖2所示。

其次，整燈光效也是關(guān)鍵考核指標(biāo)。雖然一款燈具其輸出光通量很高，但是燈具功率偏大，會使得整燈光效(單位功率光輸出)降低，從而使此款燈具效率較低，使用成本較高。

另外，電氣性能也是重要參數(shù)，如IP防護(hù)等級。由于隧道燈具安裝在建筑界限上方(一般為5m以上)，清潔維護(hù)一般用水直接沖洗，因此IP等級需要達(dá)到65。

在招標(biāo)完畢后，必須由燈具廠家在現(xiàn)場指導(dǎo)安裝，避免出現(xiàn)安裝工人不知道燈具配光而出現(xiàn)安裝角度方向錯誤的問題，影響隧道照明最終的使用效果。

2.3 隧道建成營運(yùn)階段

1)隧道建成營運(yùn)初期

一般含隧道的高速公路多為山區(qū)高速，道路建成初期，交通量很小，有時半小時僅有幾輛車通過，若隧道照明正常開啟則呈現(xiàn)出白天開燈等車的現(xiàn)象，75%的時間隧道照明設(shè)施處于無效工作狀態(tài)。不少山區(qū)高速都出現(xiàn)通行費(fèi)遠(yuǎn)不夠支付照明電費(fèi)的狀況，致使?fàn)I運(yùn)單位采用了不開燈或者少開燈的做法來降低照明支出。

圖3 節(jié)約型運(yùn)營方式照明示意圖

但是這種節(jié)約型的營運(yùn)方法給隧道通行帶來了安全隱患，如圖3所示。嚴(yán)重的斑馬效應(yīng)給駕駛?cè)藛T造成視覺障礙，易產(chǎn)生視覺疲勞，從而導(dǎo)致行車事故。在此階段首先應(yīng)保證隧道進(jìn)出洞的安全，在保證隧道內(nèi)行車舒適的前提下，適當(dāng)降低照明水平，以降低照度、不過度降低均勻度為宜。

若隧道照明采用控制性能靈活的照明燈具，如無極燈、LED燈，則可采用智能控制器，于隧道進(jìn)出洞口外設(shè)置檢測器。無車通過時僅開啟應(yīng)急照明，有車通過時，檢測器發(fā)出信號，開啟必要的照明，待出洞口檢測器檢測到車輛出洞后關(guān)閉僅保留應(yīng)急照明，這樣就大大提高了隧道照明的利用率。

2)車流量穩(wěn)定營運(yùn)期

一般山區(qū)高速公路經(jīng)過5～10年的營運(yùn)期，車流量增長并居于平穩(wěn)，這時營運(yùn)管理部門可根據(jù)歷年車流量的數(shù)據(jù)分析一天內(nèi)車流分布規(guī)律，按需制定照明燈具開啟策略。這樣既能夠保證車輛通行安全，又能有效地節(jié)約電能支出，降低電費(fèi)。

3 已建成高速公路隧道照明維護(hù)改造分析

在隧道營運(yùn)過程中，難免有照明燈具出現(xiàn)光源或電氣附件的損壞，營運(yùn)管理部門一般是在損壞達(dá)到一定比率或者損壞程度影響了隧道通行安全時進(jìn)行更換維護(hù)。

1)更換部件

更換的部件主要有兩部分:光源和電氣附件。光源的種類不同其使用壽命也不同，如高壓鈉燈理論壽命2年，但實(shí)際使用壽命往往僅1年；無極燈使用壽命約為高壓鈉燈的3倍，但是由于其光輸出較低，目前隧道照明領(lǐng)域使用量不大，多在礦產(chǎn)及防爆需求的環(huán)境使用；LED燈使用壽命與無極燈相同，質(zhì)量較好的LED燈壽命可達(dá)到4～5年，光輸出效率逐年迅猛發(fā)展，應(yīng)用前景業(yè)界一片看好。

電氣附件的更換率約為光源的2倍左右，除了高更換率外，電氣附件本身的損耗也是影響電能支出的一部分。比如高壓鈉燈的鎮(zhèn)流器，傳統(tǒng)的電感鎮(zhèn)流器約占燈具額定功率的20%～40%，節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器約占燈具額定功率的15%～20%。電子鎮(zhèn)流器功耗最小，約占10%左右，但是價格偏高，因此當(dāng)前的隧道照明若采用高壓鈉燈一般采用節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器。無極燈和LED燈的電氣附件功耗約占燈具額定功率的10%左右，壽命一般在2～3年。

2)配套供配電系統(tǒng)維護(hù)

供配電系統(tǒng)為隧道照明提供電能，由于隧道內(nèi)環(huán)境相對惡劣，潮濕、灰塵等都會對供電線路、隧道內(nèi)配電設(shè)備產(chǎn)生不良影響。如線路絕緣損壞、配電箱受潮短路等，都會造成隧道照明成片的故障，嚴(yán)重影響了隧道通行安全，因此隧道照明營運(yùn)維護(hù)不能僅僅局限于照明本身，也應(yīng)該關(guān)注配套供配電系統(tǒng)。

4 結(jié)束語

當(dāng)前國家正在努力建設(shè)節(jié)約型社會，節(jié)能減排是一項基本政策。為大家營造一個低碳環(huán)保的生存環(huán)境，雖然隧道照明在其中的比率很低，但是從絕對值來看是不容忽視的。在進(jìn)行隧道照明節(jié)能減排的相關(guān)工作前，需要全面地了解隧道照明的建設(shè)和營運(yùn)管理過程中各個環(huán)節(jié)及各個方面的特點(diǎn)，抓住關(guān)鍵點(diǎn)，挖掘節(jié)能空間，為建設(shè)“安全、節(jié)能、環(huán)保”的高速公路奠定基礎(chǔ)。

[1]交通部重慶公路科學(xué)研究所.JTJ 026.1-1999公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，1999.

[2]汪建平，鄧云塘，錢公權(quán).道路照明[M].上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2005.

[3]李誠,葉林海,房濤,錢鴻.隧道照明的節(jié)能設(shè)計及優(yōu)化[J].電氣時代,2010(2).