公路隧道照明節能方法探析

訾愛新

（天津市道橋處第二橋梁管理所 天津 300011）

公路隧道照明節能方法探析

訾愛新

（天津市道橋處第二橋梁管理所 天津 300011）

本文介紹了公路隧道照明的影響因素，并結合現階段我國公路隧道照明中存在的問題，從技術、規范、設計、管理等方面對公路隧道節能方法提出了幾點建議。

隧道照明；節能；LED燈

截至2013年，我國公路隧道共11359處，全長960.56× 104m。其中，特長隧道562處、250.69×104m，長隧道2303處、393.62×104m[1]。我國隧道里程不斷增加，規模不斷擴大。而保障公路隧道的運行，需要安全可靠的照明。

節約資源和保護環境是我國的基本國策。我國經濟的可持續發展必須建立在低碳、節能、環保的基礎之上。隧道照明系統，是公路隧道最大的能耗系統之一，是運營中最主要的開支。

保障行車安全和節約使用電能，是公路隧道照明的兩個重要目標。但我國的公路隧道還存在著諸多問題，如照明規范不標準、照明控制方法節能效率低下、照明設施未得到妥善養護、耗能過大等。現結合我國隧道照明的實際問題，對我公路隧道照明節能方法進行研究。

1 公路隧道照明的影響因素

公路隧道照明受多方面的因素影響，主要有所在地的環境、隧道設計結構、隧道其他相關設施。

1.1 隧道所在地的環境

公路隧道照明受自然環境的影響，其中包括所在地的氣候帶、海拔高度、光照時間、光照長度、周圍的植被和地勢。其中，日照強度是隧道照明的一個重要參數，對隧道洞外亮度L20(20)起著決定性作用。

1.2 隧道的設計結構

公路隧道的斷面尺寸、洞門型式、洞門的方位朝向以及洞內裝飾、路面的材料都會影響隧道的照明。隧道的斷面面積越大，就越需要更多的照明設施及相關配套設備。隧道的洞門型式、洞門的方位朝向以及洞口的裝飾，會影響自然光的照射面積。照明效果也受到洞內裝飾材料和路面材料的反射系數的影響。

1.3 隧道其他相關設施

隧道的視頻監控、交通事故的處理、火災的防范及撲滅工作等都需要照明設施提供良好的照明條件。

2 當前照明存在的問題

國外發達國家的隧道照明沿著功能型—節能型—智能型—人性化的方向發展，基本上實現了智能化的照明，部分已經處于智能型向人性化的過渡階段。目前我國的隧道照水平還比較低，正處于由功能型向節能型的轉換過程[2]。同國外先進的照明技術相比，我國公路隧道照明存在著如下突出的問題。

2.1 現有的照明標準有待完善，節能規范不適合實際國情

我國現行的《JTJ026.1-1999公路隧道通風照明設計規范》和《城市道路照明設計標準》中的許多標準和規定，已經不適應當前公路隧道照明的實際情況。規范中，隧道照明設計方法、洞外亮度L20(S)參考取值、各照明段亮度指標等需要進一步的修正和完善。規范中的照明燈具因具有耗電大、壽命短、相應慢、有污染等缺點，已經不能適應當前的隧道照明節能減排和自動控制的要求，例如高壓鈉燈和熒光燈。

2.2 照明控制方法節能效率低

手動控制模式、分時段進行的時序控制模式和分級控制模式是國內目前對隧道照明設備的控制方式[3]。這三種控制方法都無法使洞內的照明亮度與外界自然光的亮度相適應，且都不能連續調光，無法實現自適應控制，存在照明的浪費。以分級控制模式為例，這種方式是最常用的方案。在設計階段各種參數只是以最大值考慮，照明亮度的分級只能做到2～3級人工或自動控制，導致“過度照明”或“無效照明”。

2.3 運營過程中，照明設施未得到妥善的養護

運營過程中，公路隧道照明燈具會出現光的衰減，尤其是在公路隧道的出口段或者是靠近出口段的端口的地方，這是由于附著在光源和燈具表面的塵埃和油污會降低光的透射和反射能力，光源自身也會衰減和失效。實際的公路運營過程中，也存在著對隧道照明燈具養護不到位，不及時的現象。由于對燈具的養護不到位，導致照明水平很低，路面的可視度變差，從而導致的交通事故[4]。

2.4 現有節能方法效率低下

國內公路隧道照明節能方法已經在實際的設計、施工和運營中應用。例如通過使用新型的照明燈具來代替原有能耗大、有污染的燈具，更換隧道內的路面的材料而提高反射率的方法來改變洞內的環境，改變照明基礎設施的布局（如縮短供電電纜長度、合理設置配電放的位置）等。但是，現有的節能方法的節能效果有限，仍存在節能的空間。與此同時，由于有些節能方式影響了正常的隧道運營，導致照明給安全行車和有效的監控帶來問題[5]。

3 公路隧道照明節能方法

結合隧道照明的影響因素和實際存在的問題，現從以下幾個方面采取措施。

3.1 準確測量周圍環境參數

公路隧道照明設計中，周圍環境中最關鍵的數據包括洞外亮度L20(S)、交通量、設計速度。

照明需求會隨著洞外亮度L20(S)的增大而加大[6]。洞外亮度L20(S)受到當地的季節、天氣、時段、隧道朝向、洞門構造、植被、路面顏色等有關的影響[3]。洞外亮度L20(S)不能夠盲目的使用現有的標準，要根據當時當地的實際情況，在實際調查和理論分析的基礎上確定合理的數值。通過降低洞外亮度L20(S)的方式可以減少照明需要的亮度，可以采用的措施包括洞口山坡繪圖或改變洞內結構等。

在設計速度相同的情況下，供電量會隨交通量的增大而增大。高速公路的交通量隨其運營的時間而變化，運營初期的交通量普遍小于預測的交通量。因此，要對公路不同時期的交通量進行科學合理的預測，并對公路隧道照明系統根據近、遠期交通量分期設計和實施。

公路隧道的照明會隨著設計速度的變化而變化。設計安全合理的速度也可以實現照明的節能。當設計速度較大時，隧道不同照明段的照明長度和亮度應相應的增加。

3.2 優化照明設計參數，應用先進的節能理論

現行的規范和相應參數，應根據我國公路隧道發展的實際情

況進行修訂和完善，以適應當前公路隧道照明的發展。

現在比較好的節能理論和方法有，洞外亮度L20(S)精確測試方法及洞口減光措施、基于中間視覺理論的照明設計方法、隧道照明顯色性與照度、亮度之間的關系及光源的等效亮度、智能照明控制技術、節能光源和節能燈具的應用等[5]。

3.3 使用新型的照明燈具，合理布置照明燈具，采用先進的隧道照明控制和管理系統，并加強照明設施的的養護。

3.3.1 使用新型的照明燈具

相關規范中對于隧道照明燈具應滿足的要求給出了明確的規定，其中包括防護等級不低于IP65、配光合適、眩光少、穩定性高等。保障正常的照明的同時，為實現節約能源和減少其它設施的能源消耗的目的，與照明相關的電氣設備(如電纜、機房等)也應該合理布局、質量優良[7]。國內隧道燈具多采用白熾燈、緊湊型熒光燈、高壓鈉燈、低壓鈉燈等，大多存在光帶窄、能耗高、質量差、壽命短等問題[5]。高壓鈉燈是目前通用的公路隧道照明燈具，同比其他一般使用的燈具相比性質較好，但其發黃光，導致隧道照明的視覺效果不佳，并影響行車安全[5]。新型的節能照明燈具有電磁感應無極燈(簡稱無極燈)、LED燈。無極燈具有無電極、壽命長、光衰低、高效節能的特性。LED燈是功耗低、壽命長、抗震動、無輻射的節能環保型光源[5]。

3.3.2 照明燈具的布置

隧道照明燈具的布置除考慮光源特性外，還要考慮空間環境的影響、維修方便性等因素。不同的布燈方式，會影響其燈具的數量和養護工作。研究表明，中間布置比雙側布置效率高，雙側交錯布置比雙側對稱布置效率高[4]。帶狀光源的照明效果好于點狀光源[8]。

因光線交替變化和人的視覺適應性的需要，入口段和出口段相比中間段的燈具的密度和照度要大，這是隧道照明燈具設計時應該注意的問題。選擇合適的燈具及其安裝角度，可以通過隧道頂棚、墻壁和路面之間的多次反射，增大頂棚和墻壁的反光比，提高隧道照明反射光增量系數，達到節電的目的[3]。在隧道引入段及過渡段采用減光棚，可以使洞口處的亮度隨戶外天空的照度變化而自動變化，內外同步變化和自然過渡，從而達到節能的目的[8]。

3.3.3 采用先進的隧道照明管理方法，并加強照明設施的養護。

公路隧道照明控制過程中，要實時監測洞內外環境的變化，其中包括洞內的光照強度、洞內的光照強度、現有交通量及平均行車速度、洞外光線的變化趨勢等，從而實時改變燈具的光照強度。先進的隧道照明管理方法能夠實現洞內亮度的實時動態變化，提供安全可靠節能的照明條件，模糊神經控制方法和無級調光控制法是比較先進的方法。模糊調光控制方法，利用模糊控制來連續的精確改變光照強度，不僅可以提高照明舒適度，而且可以減少電能的浪費；無級調光控制法是一個系統工程，能夠實現“按需照明”，具有延長使用壽命、控制簡單、節省投資、應急狀態的照度均勻度高等優點。重慶大學設計的LED隧道照明智能控制系統，采用多種調光手段相配合的方法，能夠實現精確地連續調光，但調光面對的實際情境比較少，還需要進一步的改善[9]。

根據隧道所在地的空氣污染程度和進出車流量，定期清潔燈具。在清潔時候，檢查光源和附件有無損壞，還要調整照明控制裝置。總之，制定科學合理的照明管理維護計劃，使照明系統處于良好的工作狀態，達到照明和節能的雙重目的。

3.4 改善隧道內部的環境

路面和墻壁的反射系數、燈具直射光在路面和墻壁的光通分配比，共同影響公路隧道照明反射增量系數，從而影響照明效果。

水泥混凝土路面的反射率比瀝青路面的反射率高，水泥混凝土路面比瀝青混凝土路面節能30%，公路隧道應該盡可能的采用水泥混凝土路面。但是并不是隧道的所有路面都要采用水泥混凝路面，這是由于在此路段處鋪設這種路面會提高洞外亮度L20 (S)，這樣會需要增加隧道內的照明強度，故此路段而是以鋪設瀝青混凝土路面或彩色路面作為替代。研究表明，在公路隧道OGFC-13路面結構中摻加10%～15%的玻璃珠，這種路面有效的抗滑、降噪、阻燃、反光[4]，在實際的公路修建過程中也可以考慮使用此種路面。

除了可以通過使用合適的路面材料來提高路面的反射系數外，還可以通過改變隧道墻壁反射性的方式來增加環境的亮度和可視性，例如側面涂白或者在墻面鋪設瓷磚。經照度測試,發現隧道涂白段和沒有涂白段地面照度相差10%左右，行車司機可增加對道路兩側的視認度，隧道全程涂白的效果更好[8]。墻面鋪貼瓷磚可以保障墻面反射效果，山西省雁門關等隧道墻面通過進行鋪貼瓷磚改造，有效的提高了洞內的平均亮度[10]。

3.5 使用清潔、綠色能源

通過使用綠色能源和技術，即可以節省電能，又可以降低發電設備的配置和成本。在公路隧道照明中，可以通過太陽能、風能、壓力發電，也可以使用光纖照明。河北韓郭公路小梁東隧道應用了國內最大的太陽能公路隧道照明系統，吉林省朝長公路花園隧道是國內第一座應用太陽能智能LED照明系統的公路隧道[11]。在安徽六潛高速公路獅子尖隧道應用了風光互補供電技術。

3.6 協調處理好照明設施和其它設施的關系

除照明設施外，公路隧道的機電設施還包括通風、消防、供配電、監控等機電設施[12]。公路隧道照明節能的同時，還應該保障其他機電設施的正常運作。以監控設施為例，目前國內隧道普遍采用非紅外線攝像頭，隧道內部能見度很低，則無法實現有效的監控，從攝像頭到監視器之間大量設備在也夜間并不會因為光照強度過低而停止工作，這樣就造成了能源的浪費[13]。在設計中應綜合隧道在安全、監控、節能及所能提供便利等方面，使隧道各系統協調運行。

3.7 提高管理科學化水平

公路隧道建設和運營部門，應提高節能環保意識，統一規劃，綜合使用各種方法實現公路隧道隧道照明節能，同時加強內部管理，提高管理運營效率，降低運營成本。與此同時，還要積極借鑒各地高效的照明管理方法，加強合作，不斷提高節能水平。

4 結語

公路隧道照明節能是一項系統的工程，需要從技術、規范、設計、管理等方面入手。隧道照明節能必須保障駕駛員行車安全，這是節能工作的基礎。公路隧道照明是公路能源消耗最多的設施之一，公路隧道照明節能減排的實現，將會對公路交通運輸節能減排工作的深入開展起到典型示范的作用。

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訾愛新(1974—)，男，工程碩士學位，所長，主要從事橋梁和隧道的養護、維修以及相關設施管理工作。