光導(dǎo)照明設(shè)計(jì)在短隧道洞口中的應(yīng)用

孫德亮

（石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán)，河北 石家莊 050091）

0 引言

公路隧道是一種特殊的管狀結(jié)構(gòu)，隧道內(nèi)外的環(huán)境差別較大，相比其他道路其運(yùn)行環(huán)境更為復(fù)雜，對(duì)于駕駛員的行車(chē)心理及視覺(jué)適應(yīng)影響較大，因此在照明設(shè)計(jì)初期要綜合考慮多方面的因素，找出影響照明質(zhì)量的因素，保證為駕駛員提供一個(gè)安全舒適的運(yùn)行環(huán)境，促進(jìn)公路隧道安全、高效的運(yùn)營(yíng)。公路隧道由于結(jié)構(gòu)特殊，在照明設(shè)計(jì)方面與普通道路有很大的區(qū)別。《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ026.1－1999）在照明系統(tǒng)構(gòu)成、洞外亮度和減光、隧道各照明段的長(zhǎng)度與亮度、照明總均勻度與縱向均勻度、調(diào)光分級(jí)、光源分級(jí)、燈具及布置、照度與亮度計(jì)算推薦方法等方面做出了說(shuō)明。

1 光導(dǎo)照明技術(shù)介紹

自然光是大自然賜予人類(lèi)的寶貴財(cái)富，可以說(shuō)是取之不盡、用之不竭，相比其他能源具有清潔、安全的特點(diǎn)，充分利用自然光可節(jié)省大量照明用電，節(jié)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(zhǎng)期以來(lái)，人們一直對(duì)自然光存在一種誤解，認(rèn)為自然光進(jìn)入室內(nèi)的同時(shí)帶來(lái)的熱量要多于人工光源的發(fā)熱量。事實(shí)上，如果提供相同的照度，自然光帶來(lái)的熱量比絕大多數(shù)人工光源的發(fā)熱量都少。也就是說(shuō)，如果用自然光代替人工光源照明，可以大大減少空調(diào)負(fù)荷，有利于降低建筑物能耗。采集太陽(yáng)光的光導(dǎo)管綠色照明系統(tǒng)能夠把白天的太陽(yáng)光有效地傳遞到室內(nèi)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(yáng)光燦爛，室內(nèi)燈火輝煌”的局面，可以有效地減少電能消耗。光導(dǎo)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(yáng)能光利用的一種有效方式。

光導(dǎo)照明系統(tǒng)主要分為三大部分：室外屋頂采光裝置、光傳導(dǎo)部分（光導(dǎo)管）和室內(nèi)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(tǒng)內(nèi)。弧線和折邊的設(shè)計(jì)，一方面可以將低角度光線折射進(jìn)入系統(tǒng)，使得采光面積遠(yuǎn)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(hù)。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(guó)外進(jìn)口優(yōu)質(zhì)PC材料添加UV注塑加工而成，材質(zhì)自身?yè)碛休^強(qiáng)的耐磨擦性能和抗沖擊性能，同時(shí)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(shù)大大提高。外型采用球面形設(shè)計(jì)，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(shù)進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)，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(zhǎng)期處在惡劣的風(fēng)沙環(huán)境中也不會(huì)因長(zhǎng)期摩擦而影響其透光性。采光罩內(nèi)采用拱擠特殊防結(jié)露膜，可使冷凝水不能形成露滴直接滴落到系統(tǒng)內(nèi)部，而是沿壁流下，經(jīng)系統(tǒng)回水槽排到外面；適應(yīng)溫度范圍為－40～125℃，即使在晝夜溫差相差較大的地區(qū)也可以安全使用。

光導(dǎo)管是把由采光裝置收集的自然光導(dǎo)入室內(nèi)的管道，一般為鋁制結(jié)構(gòu)，質(zhì)量較輕。光導(dǎo)管按形狀可分為直光導(dǎo)管和彎管兩種。漫射器具有極強(qiáng)的透射性和散光性，可以將進(jìn)入系統(tǒng)的自然光重新分配，使之均勻分布于室內(nèi)。

2 安裝方案

通過(guò)對(duì)幾家公司產(chǎn)品的分析，決定采用索樂(lè)圖管道式日光照明產(chǎn)品，因?yàn)樗梢越鉀Q項(xiàng)目所有的難題。利用索樂(lè)圖突破物理極限反射率的導(dǎo)光管道（反射率高達(dá)99.7%）、增加光通量的抗沖擊采光罩以及光學(xué)透鏡可輸出視覺(jué)最優(yōu)最舒適的漫射效果，將日光近乎無(wú)損的傳導(dǎo)到隧道出入口段，在出入口段通過(guò)柔和降低日光強(qiáng)度和照度來(lái)克服暫時(shí)性失眠現(xiàn)象。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，將隧道入口段（30m范圍）劃分成4段，分別為過(guò)渡1段（長(zhǎng)5m）、過(guò)渡2段（長(zhǎng)5m）、過(guò)渡3段（長(zhǎng)10m）和過(guò)渡4段（長(zhǎng)10m）。其中過(guò)渡1段由于對(duì)洞口日光的影響較大，不考慮布置日光照明系統(tǒng)。過(guò)渡2段、3段和4段由于管道長(zhǎng)度不同且每套系統(tǒng)計(jì)劃使用2個(gè)90度轉(zhuǎn)彎，因此對(duì)于過(guò)渡2段導(dǎo)光管道系統(tǒng)的光損率采用0.53，對(duì)于過(guò)渡3段導(dǎo)光管道系統(tǒng)的光損率采用0.39，對(duì)于過(guò)渡4段導(dǎo)光管道系統(tǒng)的光損率采用0.24。具體安裝見(jiàn)圖1，隧道建立模型見(jiàn)圖2。

圖1 隧道頂部結(jié)構(gòu)圖

圖2 隧道整體模型的建立

3 管道式日光照明懸掛系統(tǒng)的安裝

3.1 隧道核查

詳細(xì)核查隧道具體實(shí)際情況是否與圖紙標(biāo)注相符合，如有誤差及時(shí)與現(xiàn)場(chǎng)施工人員或與甲方聯(lián)系解決問(wèn)題。

3.2 工具準(zhǔn)備

應(yīng)準(zhǔn)備的工具有防護(hù)眼鏡、防護(hù)手套、防護(hù)呼吸面罩、梯子、鐵皮剪、機(jī)械鉆、電動(dòng)齒鋸、噴液槍?zhuān)▏娚涔枘z密封液）和其他零星工具。

3.3 定位放樣及安裝懸掛系統(tǒng)

管道式日光照明設(shè)備安裝前必須在隧道頂部定位放樣，否則會(huì)安裝不整齊。開(kāi)始安裝時(shí)，首先在隧道內(nèi)安置好移動(dòng)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(kāi)始，工人在隧道頂部量測(cè)吊架的位置，做好記號(hào)，然后把所有的點(diǎn)位都布置好，工人在每個(gè)點(diǎn)用鉆機(jī)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(shè)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(yīng)性評(píng)價(jià)

本項(xiàng)目為某高速公路的頭道溝三號(hào)隧道，左線長(zhǎng)140m，起止樁號(hào)為K16＋695～K16＋835，于2011年10月底開(kāi)始施工，歷時(shí)一個(gè)月時(shí)間。通過(guò)眼睛觀察到的表面現(xiàn)象為：從隧道外面看，里外隧道形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，外面亮度大時(shí)，隧道里面亮度也很大；陰天外面亮度小時(shí)，隧道里面亮度也小，由里到外是一個(gè)自然的過(guò)度。隧道做完之后，特意在不同的時(shí)間段用照度儀采集部分?jǐn)?shù)據(jù)，用實(shí)際數(shù)據(jù)說(shuō)明管道式日光照明是否可以在隧道中應(yīng)用（具體數(shù)據(jù)見(jiàn)圖4和圖5）。本次試驗(yàn)使用的是上海智丞電子有限公司的TES－1334A 數(shù)字式照度計(jì)。

圖3 隧道頂部安裝管道式日光照明具體工序圖

圖4 北側(cè)10月26日與12月4日照度對(duì)比圖（10:00）

圖5 南側(cè)10月25日與12月1日照度對(duì)比圖（10:00）

5 結(jié)論

這次安裝的管道式日光照明裝置中最長(zhǎng)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(zhǎng)度，滿(mǎn)足在設(shè)計(jì)速度下使車(chē)輛安全通過(guò)的要求；

b）隧道北面平時(shí)能夠滿(mǎn)足隧道照明要求，不能夠再增加長(zhǎng)度，但是冬至?xí)r隧道照明不很理想；

c）隧道安裝完畢后，在隧道兩邊應(yīng)安裝LED誘導(dǎo)標(biāo)和反光警示標(biāo)志，這樣能夠取得很好的效果，有利于車(chē)輛行駛；

d）由于隧道洞口光線較強(qiáng)，應(yīng)該在洞口修建遮光棚等設(shè)施，來(lái)降低洞外照度；

e）晚上處于黑暗之中，應(yīng)該采用光伏照明形式；

f）白天光導(dǎo)管能夠滿(mǎn)足隧道照明過(guò)渡要求，保證行車(chē)安全的實(shí)踐與研究；

g）管道照明由于擁有節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，可以在公路明洞、明挖隧道、地下通道和人工構(gòu)造物等結(jié)構(gòu)物上的使用。

[1]JTJ 026.1—199，公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

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

[3]袁亮.道路照明節(jié)能設(shè)計(jì)措施[A].中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì).節(jié)能環(huán)保和諧發(fā)展——2007中國(guó)科協(xié)年會(huì)論文集（二）[C].北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)聲像中心，2007.1495-1499.

[4]陳彥華.公路隧道照明燈具的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].照明工程學(xué)報(bào)，2002，13（3）：55-57.