隧道LED天幕技術(shù)應(yīng)用研究

曾慶展 杜鑌 王德銘

（貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司 貴州省貴陽市 550001）

1 背景介紹

隨著公路建設(shè)的高速發(fā)展，長隧道及特長隧道越來越多。對于在特長隧道內(nèi)行車，如何緩解駕駛員在封閉空間內(nèi)形成的視覺疲勞和心理影響，進(jìn)而減少因駕駛員視覺和心理因素造成的交通事故，成為公路建設(shè)和管理部門關(guān)注的問題。

LED天幕技術(shù)是指將LED點(diǎn)光源通過鋼絲卡扣或鋁槽安裝的方式拼接固定在建筑結(jié)構(gòu)物上，通過控制系統(tǒng)對LED天幕的圖案、亮度進(jìn)行自動化的控制，以實現(xiàn)美觀、亮化的效果。目前，LED天幕技術(shù)已成熟地應(yīng)用于城市樓宇、市政工程等項目中。[1]隨著LED技術(shù)的成熟和生產(chǎn)成本的降低，將LED天幕技術(shù)應(yīng)用于公路隧道以實現(xiàn)對隧道的亮化也逐漸可行。

2 設(shè)計原則

根據(jù)公路隧道的特點(diǎn)，在對隧道進(jìn)行LED天幕設(shè)計時，應(yīng)遵循以下原則：

（1）隧道內(nèi)顯示環(huán)境為低照度下的穹頂美化，車流較多，廢氣、粉塵污染較為嚴(yán)重，季節(jié)性溫差較大，并且具有間歇震動的工作環(huán)境，因此，應(yīng)采用高魯棒性，長壽命的亮化設(shè)備和器材，以及先進(jìn)的傳輸控制設(shè)備，同時對設(shè)備增加相應(yīng)的防護(hù)措施。

（2）美化照明設(shè)施在滿足表達(dá)效果的同時也為功能性照明提供提補(bǔ)充，并且符合《公路隧道照明設(shè)計細(xì)則》（JTG/TD70/2-01-2014）中的有關(guān)規(guī)定及要求。[2]注重節(jié)能、環(huán)保的原則，采用無頻閃，無污染，壽命長，節(jié)電率高的LED光源，以最節(jié)能環(huán)保的方式實現(xiàn)最好的效果。

（3）燈光應(yīng)用靈活，可通過遠(yuǎn)程設(shè)備隨時變更顯示內(nèi)容及圖案，降低后期維護(hù)成本，并且在達(dá)到顯示要求的同時，做到見光不見燈的效果，最大限度地做到燈具隱形。

（4）美化設(shè)備所有帶電部分應(yīng)采用絕緣、遮攔或者外護(hù)物保護(hù)，距地面2.5m以下的電氣設(shè)備應(yīng)使用工具或鑰匙才能打開外殼或機(jī)箱進(jìn)行維護(hù)。

3 系統(tǒng)實施方案

3.1 點(diǎn)光源選型

采用30mmLED像素?zé)糇鳛長ED圖像點(diǎn)光源，該燈具專門用于橋梁、隧道、樓體等建筑亮化、美化工程中，像素?zé)艚M成LED點(diǎn)陣后可顯示圖片、動畫視頻等，其結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便且燈光效果好，采用DMX512控制協(xié)議，將信號并聯(lián)，如有燈具損壞并不會影響整條燈帶的信號傳輸，保證了設(shè)備使用的可靠性。[3]

3.2 控制器方案

系統(tǒng)采用JK-C810D控制器聯(lián)合組成控制LED點(diǎn)陣，使用JK-SD10作為主控器控制JK-C810D控制器，主控與分控之間采用交叉網(wǎng)線形式相連接，一頭為568A，另一頭為568B，網(wǎng)線的A，B端口可以隨意插入分機(jī)的A，B兩個端口，用超五類八芯雙絞網(wǎng)線連接80m，JK-C810D控制器的各個輸出端口至LED點(diǎn)光源“頭燈”之間的距離不得超過60m，系統(tǒng)控制器的連接方式如圖1所示。[4]

圖1 系統(tǒng)控制器的連接方式

系統(tǒng)可采用聯(lián)機(jī)連接或者脫機(jī)連接兩種方式。[5]當(dāng)采用聯(lián)機(jī)連接時，網(wǎng)絡(luò)同步控制器將需要顯示的圖形、視頻數(shù)據(jù)分割后通過光纖網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)傳送至系統(tǒng)JK-SD10主控，再按照協(xié)議進(jìn)一步分割數(shù)據(jù)后傳輸至各個JK-C810D控制器，這樣能遠(yuǎn)程更新LED天幕顯示內(nèi)容，降低維護(hù)和升級的難度與成本。當(dāng)采用脫機(jī)連接時，主控制器JK-SD10將存儲于SD卡中的數(shù)據(jù)按協(xié)議分割后下發(fā)至各個分控制器。

3.3 燈具安裝方法

（1）采用鋁槽安裝的方式，將LED燈珠安裝在鋁型材上，燈孔預(yù)留直徑為30mm，燈具間距為167mm，一條標(biāo)準(zhǔn)鋁槽1000mm，含6個LED模組，燈帶安裝方式如圖2所示。

圖2 燈帶安裝方式

將鋁槽底座通過螺釘固定于隧道頂面，將LED模組固定于鋁槽蓋板的預(yù)留孔中，安裝好后將蓋板扣合在底座之中，再用螺釘進(jìn)行固定，防止蓋板脫落，LED模組之間的距離為167mm，從而保證像素密度均勻。

（2）LED圖像點(diǎn)光源及配套電器、開關(guān)電源等設(shè)備禁止安裝在可燃材料表面。

（3）開關(guān)電源、各種控制器必須按照規(guī)范要求安裝在金屬外殼的箱體內(nèi)，不得埋在地面和墻體內(nèi)。

（4）LED圖像點(diǎn)光源的電纜電線接頭應(yīng)端子連接或涮錫連接，并做防水處理。

（5）可撓性金屬導(dǎo)管和金屬柔性導(dǎo)管不能做接地（PE）的接續(xù)導(dǎo)體。

3.4 電纜敷設(shè)

（1）按已確定的配電箱位置，采用交聯(lián)銅芯電纜，鎧裝電纜穿管敷設(shè)方式送至配電點(diǎn)。并根據(jù)現(xiàn)場情況加電纜井和電纜直埋標(biāo)志樁，電纜拐彎時需加大管徑，所有供電線路和控制線路按照設(shè)計規(guī)范穿管（線槽）敷設(shè)。[6]

（2）電纜施工放線時，需經(jīng)過有關(guān)專業(yè)校驗后，方可施工。當(dāng)與其他專業(yè)管道沖突時，按照電力工程電纜設(shè)計規(guī)范執(zhí)行。

（3）直埋電纜的埋深為0.8m。穿越行車道路時，需穿套球墨鑄鐵管加以保護(hù)，保護(hù)管應(yīng)伸出路基0.5m。

（4）自配電箱出線采用鎧裝電纜直埋敷設(shè)至第一只燈具，自第一只燈具開始采用橡套電纜穿管敷設(shè)方式至其他燈具。

3.5 接地系統(tǒng)

（1）本工程接地采用TN-S系統(tǒng)。在配電箱處設(shè)置地極，接地極采用鍍鋅鋼φ50，接地扁鋼采用40×4，接地電阻不大于10Ω。每支路第一個燈具處引出PE線，截面面積與相線相同，接至燈具外殼，并與接地螺栓相連。[6]

（2）檢修時需斷電操作，斷電前禁止人身接觸。

3.6 施工過程中注意事項

（1）在安裝過程中，分清燈具輸入電壓，避免安裝時有錯誤致使燈具燒壞。

（2）所有接線、插拔端口連接、連接信號或電源的操作需要在斷電的情況下進(jìn)行，不得帶電操作，所有燈具都必須牢靠接地。

（3）注意燈具安裝的牢靠與美觀。

（4）開關(guān)電源送電前要用萬用表測量線路是否有短接或反接，確認(rèn)無誤后方可送電。

（5）所有接線處及接頭都需要做好絕緣防水處理。

（6）布線均按照要求布置。

（7）燈具自帶防水接頭連接時要牢靠鎖緊。

（8）輸入到開關(guān)電源的AC220V或其配電箱的電壓需穩(wěn)定，且有漏電保護(hù)裝置，防雷裝置。

（9）施工時嚴(yán)格遵循電工技能要求和電器要求。[7]

3.7 設(shè)備材料及運(yùn)營成本分析

在特長隧道中，可根據(jù)項目情況在隧道中間分段設(shè)置一定長度的LED天幕，以在隧道中間設(shè)置200m的LED天幕長度為例計算，LED天幕主要材料如表1所示。

表1 LED天幕主要材料

按照每個LED點(diǎn)光源功率0.72W進(jìn)行計算，總共運(yùn)行功耗為34560W，按照運(yùn)行電費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)1元/度進(jìn)行計算，則每小時電費(fèi)為34.56元。

4 結(jié)束語

本文針對公路特長隧道內(nèi)行車容易出現(xiàn)的心理和視覺疲勞問題，提出將LED天幕技術(shù)應(yīng)用于隧道照明亮化的方案。文章根據(jù)隧道的特點(diǎn)，提出了LED天幕技術(shù)應(yīng)用于隧道的設(shè)計原則、LED點(diǎn)光源的選擇、照明控制方案及施工要點(diǎn)，并對方案的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析。上述方案可以緩解駕駛員在封閉空間內(nèi)形成的視覺疲勞和心理影響，進(jìn)而減少因駕駛員視覺和心理因素造成的交通事故，提高了安全性。