光導照明設計在短隧道洞口中的應用

孫德亮

（石家莊市公路橋梁建設集團，河北 石家莊 050091）

0 引言

公路隧道是一種特殊的管狀結構，隧道內外的環境差別較大，相比其他道路其運行環境更為復雜，對于駕駛員的行車心理及視覺適應影響較大，因此在照明設計初期要綜合考慮多方面的因素，找出影響照明質量的因素，保證為駕駛員提供一個安全舒適的運行環境，促進公路隧道安全、高效的運營。公路隧道由于結構特殊，在照明設計方面與普通道路有很大的區別。《公路隧道通風照明設計規范》（JTJ026.1－1999）在照明系統構成、洞外亮度和減光、隧道各照明段的長度與亮度、照明總均勻度與縱向均勻度、調光分級、光源分級、燈具及布置、照度與亮度計算推薦方法等方面做出了說明。

1 光導照明技術介紹

自然光是大自然賜予人類的寶貴財富，可以說是取之不盡、用之不竭，相比其他能源具有清潔、安全的特點，充分利用自然光可節省大量照明用電，節約照明用電又可間接減少自然資源的消耗及有害氣體的排放。

長期以來，人們一直對自然光存在一種誤解，認為自然光進入室內的同時帶來的熱量要多于人工光源的發熱量。事實上，如果提供相同的照度，自然光帶來的熱量比絕大多數人工光源的發熱量都少。也就是說，如果用自然光代替人工光源照明，可以大大減少空調負荷，有利于降低建筑物能耗。采集太陽光的光導管綠色照明系統能夠把白天的太陽光有效地傳遞到室內陰暗的房間或者易燃易爆不適宜采用電光源的房間，改變目前很多建筑“室外陽光燦爛，室內燈火輝煌”的局面，可以有效地減少電能消耗。光導管還可以用于辦公樓、住宅、商店和旅館等建筑的地下室或走廊的自然采光或輔助照明，并能取得良好的采光照明效果，是太陽能光利用的一種有效方式。

光導照明系統主要分為三大部分：室外屋頂采光裝置、光傳導部分（光導管）和室內漫射器。透明采光罩具有極高的透光性能和折射性能，可以把自然光高效透入系統內。弧線和折邊的設計，一方面可以將低角度光線折射進入系統，使得采光面積遠大于采光罩的面積；另一方面使空氣中的灰塵不容易附著，避免了頻繁的清潔維護。特殊的材料和工藝，可以隔絕大部分紫外線，并使其具有非常好的耐久性和抗沖擊性。采光罩采用國外進口優質PC材料添加UV注塑加工而成，材質自身擁有較強的耐磨擦性能和抗沖擊性能，同時可隔絕90%以上的紫外線。由于添加了UV材料，采光罩的黃化指數大大提高。外型采用球面形設計，除美觀外，其最大的作用是使其更大面積地接收光線和防止集落大顆粒灰塵。采光罩底部利用光線折彎技術進行光學設計，可有效增加自然光線的采集。采光罩表面采用拱擠耐磨擦涂層，即使長期處在惡劣的風沙環境中也不會因長期摩擦而影響其透光性。采光罩內采用拱擠特殊防結露膜，可使冷凝水不能形成露滴直接滴落到系統內部，而是沿壁流下，經系統回水槽排到外面；適應溫度范圍為－40～125℃，即使在晝夜溫差相差較大的地區也可以安全使用。

光導管是把由采光裝置收集的自然光導入室內的管道，一般為鋁制結構，質量較輕。光導管按形狀可分為直光導管和彎管兩種。漫射器具有極強的透射性和散光性，可以將進入系統的自然光重新分配，使之均勻分布于室內。

2 安裝方案

通過對幾家公司產品的分析，決定采用索樂圖管道式日光照明產品，因為它可以解決項目所有的難題。利用索樂圖突破物理極限反射率的導光管道（反射率高達99.7%）、增加光通量的抗沖擊采光罩以及光學透鏡可輸出視覺最優最舒適的漫射效果，將日光近乎無損的傳導到隧道出入口段，在出入口段通過柔和降低日光強度和照度來克服暫時性失眠現象。

根據設計圖紙，將隧道入口段（30m范圍）劃分成4段，分別為過渡1段（長5m）、過渡2段（長5m）、過渡3段（長10m）和過渡4段（長10m）。其中過渡1段由于對洞口日光的影響較大，不考慮布置日光照明系統。過渡2段、3段和4段由于管道長度不同且每套系統計劃使用2個90度轉彎，因此對于過渡2段導光管道系統的光損率采用0.53，對于過渡3段導光管道系統的光損率采用0.39，對于過渡4段導光管道系統的光損率采用0.24。具體安裝見圖1，隧道建立模型見圖2。

圖1 隧道頂部結構圖

圖2 隧道整體模型的建立

3 管道式日光照明懸掛系統的安裝

3.1 隧道核查

詳細核查隧道具體實際情況是否與圖紙標注相符合，如有誤差及時與現場施工人員或與甲方聯系解決問題。

3.2 工具準備

應準備的工具有防護眼鏡、防護手套、防護呼吸面罩、梯子、鐵皮剪、機械鉆、電動齒鋸、噴液槍（噴射硅膠密封液）和其他零星工具。

3.3 定位放樣及安裝懸掛系統

管道式日光照明設備安裝前必須在隧道頂部定位放樣，否則會安裝不整齊。開始安裝時，首先在隧道內安置好移動支架，工人在支架上工作，支架一定要安置牢固。從隧道洞口中間開始，工人在隧道頂部量測吊架的位置，做好記號，然后把所有的點位都布置好，工人在每個點用鉆機鉆孔，然后安裝好膨脹螺絲，安裝吊桿，安裝橫桿。管道式日光照明設施施工的具體工序如圖3所示。

4 管道式日光照明的短隧道適應性評價

本項目為某高速公路的頭道溝三號隧道，左線長140m，起止樁號為K16＋695～K16＋835，于2011年10月底開始施工，歷時一個月時間。通過眼睛觀察到的表面現象為：從隧道外面看，里外隧道形成一個統一的整體，外面亮度大時，隧道里面亮度也很大；陰天外面亮度小時，隧道里面亮度也小，由里到外是一個自然的過度。隧道做完之后，特意在不同的時間段用照度儀采集部分數據，用實際數據說明管道式日光照明是否可以在隧道中應用（具體數據見圖4和圖5）。本次試驗使用的是上海智丞電子有限公司的TES－1334A 數字式照度計。

圖3 隧道頂部安裝管道式日光照明具體工序圖

圖4 北側10月26日與12月4日照度對比圖（10:00）

圖5 南側10月25日與12月1日照度對比圖（10:00）

5 結論

這次安裝的管道式日光照明裝置中最長的裝置僅30m，從前面的照度分析可以看出以下幾種情況：

a）隧道南面光線比較充足，照度比北面大很多，所以從照度分析可知，南面的隧道入口還可以再增加一些長度，滿足在設計速度下使車輛安全通過的要求；

b）隧道北面平時能夠滿足隧道照明要求，不能夠再增加長度，但是冬至時隧道照明不很理想；

c）隧道安裝完畢后，在隧道兩邊應安裝LED誘導標和反光警示標志，這樣能夠取得很好的效果，有利于車輛行駛；

d）由于隧道洞口光線較強，應該在洞口修建遮光棚等設施，來降低洞外照度；

e）晚上處于黑暗之中，應該采用光伏照明形式；

f）白天光導管能夠滿足隧道照明過渡要求，保證行車安全的實踐與研究；

g）管道照明由于擁有節能等優點，可以在公路明洞、明挖隧道、地下通道和人工構造物等結構物上的使用。

[1]JTJ 026.1—199，公路隧道通風照明設計規范[S].

[2]涂耘，陳建忠.公路隧道短隧道照明參數研討[J].公路交通技術，2009，（6）：125-128.

[3]袁亮.道路照明節能設計措施[A].中國科學技術協會.節能環保和諧發展——2007中國科協年會論文集（二）[C].北京：中國科學技術協會聲像中心，2007.1495-1499.

[4]陳彥華.公路隧道照明燈具的現狀與發展趨勢[J].照明工程學報，2002，13（3）：55-57.