中國公路隧道照明發展

(重慶交通大學土木工程學院 重慶 400074)

一、引言

中國隧道照明發展開始時間較晚，但在這短短幾十年的時間內發展速度比其他國家快很多，如今已處于世界頂尖的行列。

截止2017年年底，我國運營公路隧道總里程達到15240千米，共有隧道數約為16281條。據不完全統計，照明費用占隧道機電系統費用約為三成，按每公里每年13萬的費用算，全國每年的隧道費用約為20億，如果不提高技術，每年的隧道運營成本巨大，更別提維護更新了。

二、我國隧道照明技術發展進程

九十年代初期，我國隧道照明剛起步，公路隧道內很少有照明燈具，就算有也只是用來供人前進的，照明質量也不是很好，這就引起很多隧道安全問題，于是在隧道內引入白熾燈、鹵素燈、熒光燈等常見光源。隨著燈具技術進步，某種燈具因其優勢成為主流，下面就介紹幾種隧道照明燈具時代。

(一)高壓鈉燈時代

高壓鈉燈誕生于二十世紀六十年代，其發光光譜頻率寬，工作時發出金白色光。相較于家庭常用燈具，高壓鈉燈的優點是光轉換率高、使用壽命長、耗電量一般、不吸引昆蟲、穿透性好、暖色調給人一種舒適感等。

夾馬石隧道照明技術時由于白熾燈漏電現象嚴重,壽命短，安全隱患嚴重等問題采用高壓鈉燈進行照明改造。陳良提出在隧道高壓鈉燈技術下增加電容實現無功補償，大大減少電力損耗。焦沖隧道全段使用高壓鈉燈并提出采用逆光照明的理論。秦瑞雯對熒光燈帶加混光燈補充照明和采用高壓鈉燈加熒光燈照明的方案進行比較，發現高壓鈉燈的方案照明效果更好。

總的來說，從二十世紀九十年代以后，高壓鈉燈就被廣泛的使用，但它一直沒有創新，最高使用壽命也穩定在兩萬五千小時，發展的勢頭緩慢。此后高性能隧道燈具的出現也直接影響高壓鈉燈的使用。

(二)LED燈時代

LED燈全名發光二極管，是在帶有引線的架子上放一塊用環氧樹脂密封的發光半導體所組成的燈。其能夠發出從紫外到紅外的光，發光顏色由電流決定。和高壓鈉燈相比，LED燈具有很大的優勢：壽命長達十幾萬小時、顯色性好、立即啟動、亮度高、均勻性好、光效最高可達到300 lm/W。

除上述優點外，LED最具特色的即為能實現無級調光，并且調光級數可達256級以上。通過無級調光，隧道環境不會像使用回路控制時那樣損失均勻度，并且可以編程控制每盞LED燈在電路中可根據隧道內的情況進行實時變化，這樣隧道整體環境將更加舒適。

四川很多高速公路隧道已成功應用無級調光控制，達到“車來燈亮、車走燈滅”的效果，滿足乘車人員的視覺需求，同時也節省運營成本。最近全國也開展了公路隧道照明品質提升工程建設，將年久的高壓鈉燈替換為LED燈，這標志著除滿足安全與節能外，隧道照明開始邁向品質建設。隨著LED燈具質量提升和成本降低，LED燈具正以首選光源用于隧道照明。

(三)綠色照明時代

隨著對照明設備能耗降低的進一步要求，安全、經濟、綠色也成為新一代照明設備發展的主線。

1.太陽光直接照明技術

太陽光能作為一種取之不盡、用之不竭的能源，直接利用太陽光并將其導到需要照明的區域可節省大量照明用電，這個理念隨著進入二十一世紀，特別是在2008年北京奧運會很多場館使用綠色環保節能的設施之后越來越受人關注。現今主要的太陽光直接照明的方式有：光導照明、光纖照明、反射照明。

光纖照明與光導照明主要是采光裝置、光傳輸裝置(光纖或光導管)、光輸出裝置這三部分組成。兩類照明方式都是通過收集太陽光，經傳輸裝置傳到需要照明的區域以達到照明的目的。光導照明由于受到光傳播距離的限制，只用于傳輸距離不大的地下空間，但是其建設成本低。光纖照明能結合光追蹤系統，實時追蹤太陽位置，保證出光穩定，但其整體成本較高，先不說跟蹤的準確性，一卷光纖大概就是幾萬塊，設備安裝不到位很容易將其扭斷，人工成本費又是一大筆支出，所以光纖照明接下來的目標主要是提高跟蹤準確性及光纖的質量，這樣才能更好地發展。

反射照明技術是指利用平面鏡反射，將太陽光傳輸至需要照明的區域進行照明或輔助照明。目前常用在地下礦井照明等比較局限的領域，使用于地面照明效果都有待提高。因此在隧道領域結合隧道采光，反射照明系統可分為單面反射鏡式、兩面反射鏡式與多面反射鏡式。考慮到太陽光在多次反射后衰減較大導致最后照明效果不佳，而采用單面反射鏡的使用條件較為苛刻，結合光效利用率和成本性，反射照明技術還有很大的發展空間。

2.光伏發電技術

光伏發電技術使用光伏電池把收集到的太陽能轉化為電能給隧道燈具供電，這樣使得隧道運營期間成本大大降低，達到經濟性及綠色性。該項技術的重點在于光伏電池的光電轉換率上。同時也可以根據需要將光伏系統設置在隧道洞口減光建筑物上。

3.蓄能發光多功能涂料輔助照明

蓄能發光多功能涂料是一種新型材料，它能夠吸收能量，當能量吸收到一定程度達到激發態時，會釋放先前吸收的能量，并以光的形式散發出來。

該材料的特點是：①不僅能反光還能主動發光的；②比普通涂料帶給駕駛人員的視覺效果更好，提高駕駛的安全；③用這種材料輔助照明可減少其他照明設備的使用；④作為涂料本身可以形成不同的顏色，涂抹于隧道降低隧道內的單調感，提高隧道內的舒適度。

三、我國隧道照明技術發展趨勢

高新科技產業的發展與時俱進的帶動了隧道照明技術的進步，同時十九大也提出推進綠色發展，形成節約資源和保護環境的空間格局、產業結構、生產方式、生活方式。未來發展趨勢大致為：①隨著隧道照明品質提升工程的開展，已建隧道內使用的是高壓鈉燈及其他光源將被光效越來越高的LED燈及新型光源替代，更多綠色照明及輔助照明措施將用于提升隧道內部光環境亮度，大大降低耗電量，減少成本，提高安全性；②根據隧道的實際情況，隧道照明的布置要靈活，照明設施要做到因隧制宜，允許在提高行車安全的前提下增加景觀照明，但不要過度照明；③定期檢查隧道內燈具狀況及線路問題，發現問題及時處理，減少交通事故發生可能性；④有關隧道照明的書籍較少，需要培養專業人才，發明更精密、穩定的設備，編寫適用的程序，提出更節能、更安全的理論；⑤隧道照明將越來越符合安全性、舒適性、節能性、綠色性的觀念，未來的隧道也會體現出智慧性，根據交通量及洞外亮度進行符合人眼適應亮度曲線的燈具的無級調光技術將越來越成熟，在低交通量情況下配合車輛檢測技術動態組成智能控制系統，達成“車走燈熄、與車隨行”等效果也是未來的趨勢。