甘肅省公路隧道照明節能的設計及應用

摘 要：公路隧道照明是確保行車安全的重要環節，隧道照明系統是車輛能夠安全通過公路隧道的基本保障，如何在安全的基礎上降低運營成本，成為公路隧道照明設計共同關注的問題。本文首先介紹了國內公路隧道照明現狀，并結合甘肅省公路隧道照明實際情況，以宕昌（南河）至迭部二級公路改造工程為例闡述了隧道照明節能方案，實現了可靠運行，又節約了運行成本。

關鍵詞：公路；隧道照明；節能

1 概述

隨著我國公路的建設發展，隧道作為公路特殊路段，其行車安全尤為重要。為適應車輛在駛入、通過、駛出隧道的過程中出現視覺變化，需要在隧道內設置照明設施。公路隧道的合理照明是確保行車安全的一個重要環節。在整個公路隧道機電系統中，照明負荷所占比例約為30%，并且為保障隧道通行，照明設施需24小時運行，成為公路運營中最大的開支。隨著隧道里程數的迅猛增加，改善隧道照明環境并節能降耗已成為降低隧道運行成本的重要研究課題。

2 我國公路隧道照明現狀

我國在隧道照明設計方面起步相對較晚，但也有相應的要求和規范，例如《公路隧道通風照明設計規范》（JTJ 026.1-1999）、《公路隧道照明設計細則》（JTG/T D70/2-01—2014）等。

目前我國公路隧道照明大多數采用高壓鈉燈（主要用于洞內行車道照明）和熒光燈或無極燈（主要用于洞內橫通道照和緊急停車帶）。隧道內的照明控制方式一般采用人工控制，由相關隧道管理人員根據不同時段和環境，主觀決定燈具的開關數量來調節照度，這樣既增加了前期投資，又提高了后期運營成本。

3 甘肅省內公路隧道照明節能的設計及應用

3.1 依托工程

宕昌（南河）至迭部二級公路改造工程（以下簡稱宕迭路）路線總長144.61km（扣除斷鏈，不含九龍峽隧道改線路段，擬建九龍峽隧道方案路段長4.36km），總體走向由東向西。其中共有隧道7座。本項目中運用隧道洞口車流量實時監控與隧道內無級調光相結合的照明模式，使得隧道內照明根據車流量的不同，有無車量通行等條件，進行實時調節，既實現了可靠運行，又節約了運行成本。

3.2 公路隧道照明節能設計

3.2.1 采用隧道專用LED燈具代替傳統高壓鈉燈。在同等照明效率的情況下，LED光源比高壓鈉燈用電負荷大大降低。通過計算，45W的LED燈與100W的高壓鈉燈照明效率相當，67W的LED燈與150W的高壓鈉燈照明效率相當。LED單管采用直流驅動，耗電量較小，可大幅度降低電費60%左右，經濟效益和節能效果較高。由于LED燈具中不含汞、氙等有害元素，方便回收和利用，且不產生電磁干擾，環保效果較好。而普通燈管（如高壓鈉燈、鹵素燈等）中含有汞、鉛等對人體有害的元素，若不進行合理的回收處理，很容易對土地、水源造成污染。節能燈的電子鎮流器可產生電磁干擾，會影響其他電器正常運作，且會對人體健康造成一定影響。

技術原理。發光二級管由P區、N區和兩者之間的勢壘區組成。當在PN結兩端注入正向電流時，注入的非平衡載流子在擴散過程中復合發光。

性能指標。超長壽命；節能、經濟、免維護；光通量利用率高；LED采用直流低壓供電，安全可靠；固態封裝，屬于冷光源類型；環保，沒用汞等有害物質。

3.2.2 首次在我省采用無級調光照明控制系統。宕迭路隧道在采用無級調光照明控制系統后，功率因數、電源效率等技術指標基本未受影響。LED光源的亮度調節是靠LED燈具自身亮度的變化而實現的，并不是通過開關燈具改變發光間距，使得隧道內的照明亮度依然能夠保持均勻，避免了傳統的調光方式（通過開關燈具改變發光間距）而產生的“斑馬效應”，進而在節能降耗的同時也提高了行車安全，減少了燈具開關次數，降低了對電源負荷的沖擊，延長了燈具和電源的使用壽命。

無級調光照明控制系統不僅能夠按照規定的調光控制模式進行自動控制，還還可以進行人工控制，通過人工對各隧道、各區段的亮度進行設置，可應對各種突發性事件（如交通事故、火災等）。

技術原理。本無級調光照明控制系統采用的亮度控制方式為電壓控制電流源（即模擬信號控制電流平均值模式）。這種輸出電流可控型電源通過控制直流電壓信號使得輸出電流平均值發生變化，它將電流信號取樣并經隔離放大，從而控制電源初級開關管的占空系數，然后由隔離變壓器將不同占空系數的電能轉換為直流脈沖電流，最后經低通濾波器濾波后，變為大小可隨控制信號變化的直流電流，進而控制該電源的輸出電流。

本系統中的控制單元通過接收車輛檢測器、光亮度檢測儀采集到的交通量、平均車速和洞外亮度等信息，然后按照預設的照明調光控制邏輯計算出隧道內各區段的當前亮度值，由LED無級調光照明控制器發出對應的調光指令。控制器根據接收到的照明亮度調控命令，自動對LED燈的輸出功率進行調整。為了滿足實際公路隧道現場的照明控制需要，對調光照明控制器應設置多路輸出接口。

性能指標。控制方便；系統安全可靠；節能經濟；環保；讓司機行車安全舒適。

3.2.3 首次在我省采用實時交通量檢控照明控制系統。該系統通過采用先進的車輛檢測、計算機控制和燈光技術，在車輛通過時進行車輛的自動檢測并設定燈光開啟，確保車輛能夠安全通過隧道；在檢測到車輛駛離時及時關閉燈具，達到節能降耗、控制運營成本的目的。

技術原理。本系統由車輛檢測器、照明燈具、主控制器、照明控制器、控制總線等組成。首先，由車輛檢測器對當前交通信息進行實時監測，并將當前交通信息傳遞給主控制器；然后由主控制器根據接收到的信息生成相應的照明開關控制信號；最后，利用控制總線對開關信號進行傳輸，通過照明控制器實現對照明燈具的實時控制。

性能指標。安全可靠；節能、經濟；環保。

4 結語

在現有的公路隧道照明設計中雖采用了新型燈具與先進的控制系統，但仍有不足之處。如，LED燈具光通量有待提高，能量轉換效率不高，產品的一致性、可靠性有待提高；目前從事LED產品開發者也還沒有形成一定的系統化；實時交通量檢控照明控制系統只是實現了車來燈亮，車走燈熄；未對駕駛員視覺舒適性與照明燈具的開關時間之間的定量關系進行研究。隨著產品的不斷提升，以上問題將進一步深入的研究。

參考文獻：

[1]張小琴，李習武，劉建，等.高速公路隧道照明節能設計[J].后勤工程學院學報，2011.

[2]唐春.車輛感應式隧道照明控制系統研究[D].長安大學，2012.

作者簡介：方相達，男，甘肅金昌人，沈陽工業大學電氣工程自動化專業，本科畢業，助理工程師。