高速公路隧道照明標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比分析

馮濤

（河北省高速公路京秦管理處，河北 秦皇島066001）

1 引言

公路隧道已成為現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)高速、快捷、安全運(yùn)輸?shù)闹匾こ淘O(shè)施，建設(shè)規(guī)模逐步提升，在交通運(yùn)輸發(fā)展中起著不可替代的作用。由于特殊的交通及地理環(huán)境，照明系統(tǒng)需24h 不間斷運(yùn)行，若系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，不僅會(huì)造成巨大的能源消耗，而且駕駛員眼睛難以很快適應(yīng)，黑洞和亮洞效應(yīng)顯得尤為明顯，在交通量大、氣候惡劣的情況下，極易發(fā)生交通事故[1]。現(xiàn)有的隧道照明標(biāo)準(zhǔn)中：中國采用JTGT D70/2-01—2014《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》，過渡段設(shè)計(jì)參照CIE 標(biāo)準(zhǔn)；意大利UNI 11095標(biāo)準(zhǔn)[2]，外部亮度采用等效光幕亮度；美國ANSI/IESNA 標(biāo)準(zhǔn)[3]，認(rèn)為人眼能快速適應(yīng)黑暗環(huán)境到明亮環(huán)境，不設(shè)置出口段；車速車流量計(jì)算法[4]對(duì)入口段以及中間段亮度計(jì)算重新定義，而不是根據(jù)固定值。這些標(biāo)準(zhǔn)分別根據(jù)各個(gè)國家不同的情況，對(duì)入口段、過渡段、中間段、出口段進(jìn)行不同的亮度劃分，各有利弊。總之，各隧道照明標(biāo)準(zhǔn)的制定主要是為了在保證照明安全的情況下，盡量節(jié)約電能[5]。下面基于亮度曲線對(duì)上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比分析。

2 隧道照明標(biāo)準(zhǔn)及亮度曲線對(duì)比

2.1 中國JTGT D70/2-01—2014《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》

入口段亮度取值主要以車輛行駛的速度和洞外亮度值為依據(jù)，其中行車速度由道路等級(jí)所限定。根據(jù)2014 年8 月我國出臺(tái)的新隧道照明規(guī)范準(zhǔn)則，將隧道入口段劃分為2 個(gè)照明段，對(duì)應(yīng)亮度如下：

對(duì)于不同的車速設(shè)計(jì)值，其入口段系數(shù)K值也有所不同，L20為洞外亮度。

過渡段位于入口段和基本段之間，以CIE 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的適應(yīng)曲線Ltr=Lth1（1.9+t）-1.4為依據(jù)，將過渡段劃分為3 個(gè)照明段，3 個(gè)照明段的計(jì)算式分別為：

中間段是隧道內(nèi)過渡段后最長的一段道路，經(jīng)過過渡段后駕駛員已完全適應(yīng)現(xiàn)有照度，因此中間段可以設(shè)置為基本照明。其中間段亮度值的設(shè)置與交通量、行車時(shí)速、車道形式有關(guān)，人車混合通行的隧道中間段的最低亮度要求為2.5cd/m2，對(duì)于不同的車速，車道形式其亮度取值也各不相同。

根據(jù)JTGT D70/2-01—2014《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》的規(guī)定將出口段劃分為2 個(gè)照明段，每段各取30m 為宜。對(duì)應(yīng)的各段亮度按照式（6）計(jì)算：

式中，Lin是中間段亮度。

若設(shè)計(jì)車速為80km/h，外部亮度4000cd/m2，依照J(rèn)TGT D70/2-01—2014《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》計(jì)算出的亮度曲線如圖1 所示。

圖1 JTGT D70/2-01—2014《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》的亮度曲線

2.2 意大利UNI 11095 標(biāo)準(zhǔn)

在標(biāo)準(zhǔn)中采用等效光幕亮度代替外部亮度：

式中，Lseq為等效光幕亮度；Latm為大氣亮度；Lpar為擋風(fēng)玻璃亮度；Lcru為儀表盤亮度。

入口段中C參數(shù)取決于燈具光學(xué)類型，因?yàn)闊艟叻胖迷诮煌ㄜ嚨溃鶕?jù)意大利UNI 11095 標(biāo)準(zhǔn)一般取0.23。

式中，Le為入口段亮度。

過渡段參照Ltr=Le（1.9+t）-1.4曲線，其中Le是Lv的最大值。中間段取2.25cd/m2。出口段適當(dāng)比中間段提高一些。意大利UNI 11095 標(biāo)準(zhǔn)的亮度曲線如圖2 所示。

圖2 意大利UNI 11095 標(biāo)準(zhǔn)亮度曲線

2.3 國際照明協(xié)會(huì)的CI E標(biāo)準(zhǔn)

入口段的亮度是根據(jù)隧道外的亮度、采用折減系數(shù)（k）與年最大洞外亮度L20（S）的乘積為隧道入口段亮度Lth設(shè)計(jì)的最大值：

式中，LS、LR、LE分別為天空亮度、道路的平均亮度、環(huán)境亮度；K1、K2、K3分別為天空亮度、道路的平均亮度、環(huán)境亮度對(duì)應(yīng)的折減系數(shù)。

入口段分2 個(gè)部分設(shè)計(jì)，從入口段長度一半的地方開始，其亮度水平逐步線性降低，并在入口段結(jié)束時(shí)降低到入口段開始時(shí)亮度的0.4 倍。

過渡段的設(shè)計(jì)以Ltr=Lth（1.9+t）-1.4為依據(jù)，可分為2～4 段進(jìn)行設(shè)計(jì)，亮度逐級(jí)遞減。所以在設(shè)計(jì)時(shí)，兩相鄰段之間亮度的值須低于3 倍。

中間段的亮度與隧道外亮度無關(guān)，主要根據(jù)隧道的設(shè)計(jì)車速對(duì)中間段的亮度進(jìn)行設(shè)計(jì)，出口段亮度為中間段的5 倍即可。CIE 標(biāo)準(zhǔn)的亮度曲線如圖3 所示。

圖3 CI E隧道照明標(biāo)準(zhǔn)亮度曲線

2.4 美國ANSI/I ESNA標(biāo)準(zhǔn)

入口段的亮度以路面測得的平均亮度為主，主要引入隧道外的亮度、光度耗散模型等參數(shù)來計(jì)算入口照明段亮度。過渡段的設(shè)計(jì)與規(guī)范中的設(shè)計(jì)要求大同小異，而中間段亮度與設(shè)定值不一樣。對(duì)于出口段，認(rèn)為人眼能快速適應(yīng)黑暗環(huán)境到明亮環(huán)境，所以不設(shè)置出口段。亮度曲線如圖4 所示。

圖4 美國ANSI/I ESNA標(biāo)準(zhǔn)亮度曲線

3 隧道照明標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析

對(duì)于隧道外部亮度的取值直接影響入口段的亮度分布，即由明到暗的適應(yīng)過程。在避免黑洞效應(yīng)方面，從駕駛員視角來講，年最大洞外亮度和等效光幕亮度法比直接測量法更加合理。入口段亮度取值基本按照系數(shù)K值法。入口段是隧道照明的關(guān)鍵部分，合理的亮度分布是非常重要的。相比將入口段只分成一個(gè)部分而言，分成2 段或者亮度逐步降低，不僅可以降低照明成本，而且不會(huì)因?yàn)榱炼润E變產(chǎn)生不適。過渡段亮度取值根據(jù)適應(yīng)曲線Ltr=Lth（1.9+t）-1.4，以入口段亮度值為依據(jù)對(duì)過渡段進(jìn)行亮度劃分，但系數(shù)取值有所不同。中間段亮度取值基本為定值。國際照明協(xié)會(huì)的CIE 標(biāo)準(zhǔn)和美國ANSI/IESNA 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)中間段亮度定義較高，采用2.5cd/m2更優(yōu)，節(jié)能效果更好，可以降低照明所需成本。美國ANSI/IESNA 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)出口段不做要求，這是不合理的，一般應(yīng)取5 倍中間亮度，但同入口段照明原理相同，合理地逐步增加是很重要的。