公路隧道照明布燈方案的改良設計分析

宮廣濤

摘要：文章以廣西某高速公路隧道為例，對其進行了中央單排布燈、兩側對稱布燈、兩側交錯布燈以及拱頂側偏布燈四種不同隧道照明布燈方案的理論對比分析。研究結果表明，中央單排布燈方案（燈具縱向間距為9.5 m，高度為7 m，燈具的額定功率為44 W）的隧道路面光照效果良好，且相比其他設計方案具有更少的維修任務，并實現了最佳的節能降耗目的，建議在工程實踐中予以改良應用。

關鍵詞：公路隧道;照明;布燈方案;節能降耗

0 引言

伴隨著西部大開發以及“一帶一路”建設的深入推進，中西部地區的交通基礎設施建設得到了大力發展，由于特殊的地理環境，在這些地區修建交通基礎設施必然會涉及大量的隧道工程，這些隧道工程需要提供照明服務，但是能耗卻一直居高不下，這就需要對隧道照明能耗問題進行優化和解決[1-2]。

燈具材料和型號是影響隧道照明節能降耗的一大原因，當前，最為常用的燈源為LED。除了燈具型號影響之外，更重要的是布燈方案的選擇，合理的隧道布燈方式對隧道的節能控制起到了至關重要的作用。為此，很多專家學者及工程實踐者均對隧道照明節能技術進行了研究，促進了相關理論和實踐的發展[3-9]。但是，照明方案不僅要考慮節能降耗問題，還需要照顧照明的合理性，做到照度和降耗的雙重標準，不同的隧道布燈方案在照度和能耗上均有不同的表現，因此也需要對其進行綜合的考量和評估，故本文開展了中央單排布燈、兩側對稱布燈、兩側交錯布燈以及拱頂側偏布燈四種不同隧道照明布燈方案對比，可為隧道照明節能布置提供借鑒。

1 工程概況

廣西某高速公路隧道全長6.85 km，設計時速為80 km/h，設計交通量為1 200 veh/（h·ln）。隧道為雙洞單向交通設計，隧道洞身形式為單心圓拱式曲墻（圓心半徑大小為5.4 m），設計寬度為10.25 m（其中行車帶凈寬為7.5 m），設計高度為7.5 m，行車道兩側設有0.5 m寬的路緣帶，并在兩側設有1 m和0.75 m寬的檢修道，見下頁圖1。隧道照明系統原設計方案采用SPT-B40隧道LED燈，其發光效率、橫向發光角度、縱向發光角度分別為100 lm/W、100°和110°，光線輸出率及燈具色溫為100%和5 000 k，顯色指數>70，LED燈的利用系數取值為0.85。現場原設計布燈方案為：兩側對稱布置，燈縱向間距為9.5 m，橫向間距為7 m，高度為7 m，燈具功率為40 W，安裝仰角為15°。

2 優化方案設置

優化方案包括中央單排布燈、兩側對稱布燈、兩側交錯布燈以及拱頂側偏布燈四種不同隧道照明方案。具體工況設置情況為：（1）中央單排布燈：燈具縱向間距為9.5 m，高度為7 m，燈具的額定功率為44 W;（2）兩側對稱布燈：燈具縱向間距為8.89 m，橫向間距為3 m，高度為5.5 m，安裝仰角為5°，燈具額定功率為20 W;（3）兩側交錯布燈：燈具縱向間距為8.89 m，橫向間距為3 m，高度為6.9 m，安裝仰角為10°，燈具額定功率為50 W;（4）拱頂側偏布燈：燈具縱向間距為8.89 m，橫向間距為2 m，高度為6.9 m，安裝仰角為10°，燈具額定功率為46 W。燈具均使用SPT-B40隧道LED燈，不同隧道照明優化方案示意見圖2。

3 模擬分析結果

3.1 維修任務

由于該隧道分為前后兩段，為便于分析，取后段共計5 508 m進行分析。一般而言，燈具的使用壽命是指光衰30%時（即燈具的養護系數為0.7），其平均壽命在50 000 h以上，由于本文分析均是使用同型號的SPT-B40隧道照明燈，那么隧道照明的維修任務就與燈具數量直接相關。對優化前后共計五種布燈方式的燈具數量進行了計算，結果見圖3。從圖中可以看到：在原設計照明方案下，共需要布置1 224個LED燈，在中央單排布燈方案下，僅需布置580個LED燈，在兩側對稱布置方案下，需要布置1 240個LED燈，而在兩側交錯布燈和拱頂側偏布燈方案下則需要布置620個LED燈，從布燈數量上來講，中央單排布燈方案最少，因此其維修任務更少，其次為兩側交錯布燈和拱頂側偏布燈方案。

3.2 節能降耗

對不同方案下的隧洞用電功率進行計算，其結果見圖4。從圖4中可以看到：在原設計方案下，隧道的用電額定功率為48.96 kW，在優化為中央單排方案后，用電額定功率降至25.52 kW，相較于原設計方案下降47.9%;兩側對稱布置方案下，用電額定功率僅為24.8 kW，較原設計方案下降49.3%;兩側交錯布燈方案下，用電額定功率為31 kW，較原設計方案下降36.7%;拱頂側偏方案下，用電額定功率為27.9 kW，較原設計方案下降43%;各優化方案下，用電量都較原設計方案有較大幅度下降，實現了節能降耗的目的，其中雙排對稱布燈方式下雖然LED燈數量較多，但其燈具額定功率僅為20 W。因此，相對而言，兩側方案較原設計方案下降1/2左右，最為省電，其次為中央單排布置方案，再次為拱頂側偏方案。

根據上式分別計算得到了不同方案下的照度情況，如表1所示：在原設計方案下，隧道路面的最小照度為23.72 lx，小于規范設計要求的25 lx，而且，路面的平均照度在五種方案下最小，因此，原設計方案是需要進行改進的;在另外四種優化方案中，兩側對稱布燈和拱頂側偏布燈方案的路面最小照度分別為24.78 lx和24.91 lx，表明兩種優化方案也不滿足相關規范要求，故排除這兩種優化方案。中央單排布燈和兩側交錯布燈形式下，路面照度參數均滿足相關規范要求，但是從上文分析可知，中央單排布燈情況下，燈具維修任務和隧道照明用電量較兩側交錯布燈更少。因此，綜合各項因素分析，認為中央單排布燈優化方案最佳，可在過程中予以改良運用。

4 結語

本文以廣西某高速公路隧道為背景，對原隧道照明布燈設計方案提出中央單排布燈、兩側對稱布燈、兩側交錯布燈以及拱頂側偏布燈四種改良優化方案，通過維修任務、節能降耗水平以及隧道路面照度參數的計算分析，認為中央單排布燈方案（燈具縱向間距為9.5 m，高度為7 m，燈具的額定功率為44 W）光照效果良好，且具有更少的維修任務和用電量，建議在工程中進行改良運用。但是，隧道照明參數受隧道長度、高度、寬度等影響，其他隧道工程還需要做對應分析。

參考文獻：

[1]郭麗蘋，李志遠.隧道口減光設施對照明的影響研究[J].交通節能與環保，2020，16（1）：123-126.

[2]王夢犀.隧道照明工程設計案例與能耗分析[J].中國照明電器，2020（1）：27-30.

[3]劉 強，王希良.混合燈具組合的隧道中間段照明改善方法研究[J].公路，2019，64（12）：308-312.

[4]曹佳寶.高速公路隧道照明智能節電技術研究[J].公路與汽運，2019（6）：39-41.

[5]李軍明.隧道照明節能控制及安全監控方案分析[J].交通企業管理，2019，34（4）：95-96.

[6]趙元龍.高速公路隧道單排布燈方案的設計與實現[J].中國交通信息化，2018（6）：137-139.

[7]林芷行，簡 慧，韋 浩.公路隧道節能方式探討[J].西部交通科技，2018（4）：144-147.

[8]王興平，史玲娜，涂 耘，等.公路隧道系統性照明節能技術應用思路[J].西南公路，2016（4）：27-31，45.

[9]王希良，李曉寒，韓美玲，等.高速公路隧道按需照明的節能控制[J].照明工程學報，2020，31（1）：113-118.

收稿日期：2020-05-27