毗鄰隧道外露段進(jìn)口處照度研究

重慶鐵發(fā)建新高速公路有限公司，重慶 400711

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，基層建筑事業(yè)也進(jìn)入了蓬勃發(fā)展的階段。在西部山區(qū)，地勢(shì)具有特殊性，開(kāi)始出現(xiàn)越來(lái)越多的毗鄰隧道。目前對(duì)毗鄰隧道還沒(méi)有較為準(zhǔn)確的定義，王少飛[1]將隧道間距L≤250m的隧道稱為毗鄰隧道，如圖1所示。隨著毗鄰隧道規(guī)模的擴(kuò)大，在能源緊張和隧道照明成本居高不下的背景下，解決毗鄰隧道的照明節(jié)能問(wèn)題成為十分關(guān)鍵的研究課題。

圖1 毗鄰隧道示意圖

目前，由于缺少毗鄰隧道照明設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范，毗鄰隧道的照明仍然是按照普通隧道的照明來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。但是，由于兩毗鄰隧道間的距離較近，工程具有特殊性，因此如何在保證隧道行車安全的同時(shí)實(shí)現(xiàn)毗鄰隧道的照明節(jié)能是一個(gè)值得研究的問(wèn)題。

傳統(tǒng)的隧道節(jié)能技術(shù)一般是通過(guò)采用節(jié)能型的燈具、燈具安裝參數(shù)優(yōu)化、隧道內(nèi)表面涂蓄能反光涂料以及采用智能化的照明控制系統(tǒng)這四個(gè)方面進(jìn)行的。楊超等[2]建立了基于燈具配光曲線和布燈參數(shù)的隧道照明利用系數(shù)計(jì)算模型，其研究結(jié)果表明，對(duì)稱布燈方式是最為節(jié)能且能達(dá)到最好的照明效果。崔璐璐[3]提出基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高速公路隧道漫反射材料照明節(jié)能方法，并證明了該方法在降低能耗方面具有較好的效果。黃艷國(guó)等[4]對(duì)比了遺傳蟻群算法、標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法以及照明設(shè)計(jì)軟件DIALux，得出了遺傳蟻群算法對(duì)于隧道節(jié)能具有較為顯著的作用。沙欣[5]研究了LED光源在陜西黃延高速公路隧道照明中的節(jié)能技術(shù)及其應(yīng)用，結(jié)果表明LED光源每年可節(jié)約超過(guò)100萬(wàn)元的費(fèi)用。洪遠(yuǎn)泉[6]分析了隧道外亮度、車流量、車速對(duì)隧道燈光照明功率損耗的影響后，提出可以通過(guò)降低隧道入口處亮度、按需照明以及LED照明來(lái)降低隧道電能損耗。梁波等[7]通過(guò)隧道室內(nèi)模擬試驗(yàn)、實(shí)體隧道試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等一系列隧道照明節(jié)能試驗(yàn)，證明隧道側(cè)壁采用反蓄光材料可以提高路面照明質(zhì)量，且當(dāng)墻面反射率達(dá)70%時(shí)，路面照度至少可以提高10%。李敏[8]設(shè)計(jì)了用于隧道照明控制系統(tǒng)的CAN應(yīng)用層協(xié)議，通過(guò)驗(yàn)證CAN總線協(xié)議在隧道照明控制中的可行性，證明了基于優(yōu)化布燈參數(shù)的CAN總線控制技術(shù)在隧道節(jié)能中的應(yīng)用價(jià)值。

然而毗鄰隧道的特殊性導(dǎo)致在毗鄰隧道外露段進(jìn)口處的亮度與普通隧道而言是有較大差異的，故文章利用毗鄰隧道外露段進(jìn)口處的特點(diǎn)進(jìn)行節(jié)能研究。通過(guò)人眼瞳孔直徑對(duì)照度的反應(yīng)，取得在滿足安全行駛條件下的最合理的照度值，以達(dá)到避免過(guò)度照明引起浪費(fèi)的目的。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)采集

選擇男性駕駛員4名，矯正視力均在5.0以上，年齡均在20～30歲，試驗(yàn)過(guò)程中車輛保持50km/h的速度勻速行駛。試驗(yàn)前測(cè)量毗鄰隧道中間外露段進(jìn)出口的照度，并測(cè)量行車過(guò)程中的駕駛員的瞳孔直徑。通過(guò)測(cè)量來(lái)分析照度、瞳孔直徑以及行車的速度這三個(gè)量之間的關(guān)系。

試驗(yàn)隧道位于重慶九龍坡區(qū)、南岸區(qū)以及武隆區(qū)，隧道情況如表1所示，以上隧道路面均為瀝青路面。

表1 試驗(yàn)隧道情況

試驗(yàn)車輛采用雪佛蘭科沃茲，眼動(dòng)儀采用Smart Eye 5.6眼動(dòng)儀，照度計(jì)采用臺(tái)灣泰仕電子工業(yè)股份有限公司生產(chǎn)的1339R型照度計(jì)。試驗(yàn)時(shí)照度測(cè)量的測(cè)點(diǎn)布置在行車道中線處，選取洞內(nèi)40m、30m、20m、10m、0m以及洞外10m、20m處。

2 照度與瞳孔變化關(guān)系

2.1 照度與瞳孔直徑的關(guān)系

取駕駛員瞳孔直徑為D，隧道內(nèi)外路面的照度為E,對(duì)所測(cè)的8條毗鄰隧道外露段進(jìn)口（即圖1所示C處）進(jìn)行分析，建立了lnE和ln(ED)的關(guān)系，以1號(hào)、2號(hào)隧道為例，擬合曲線圖如圖2、圖3所示。

圖2 1號(hào)隧道進(jìn)口lnE-ln(ED)關(guān)系圖

圖3 2號(hào)隧道進(jìn)口lnE-ln(ED)關(guān)系圖

由圖2、圖3可知，lnE與ln(ED)線性關(guān)系顯著，由此可以假設(shè)在毗鄰隧道的外露段進(jìn)出口段（即圖1所示B、C處）有

整理得：

式中：D為直徑，m；E為照度，lux；m、n為常數(shù)。

2.2 瞳孔直徑變化速度

圖4 隧道進(jìn)口處瞳孔直徑變化速度

則在毗鄰隧道外露段進(jìn)口處，當(dāng)瞳孔直徑變化速度為-0.22～0.22mm2/s時(shí)，不會(huì)引起視覺(jué)障礙。

3 毗鄰隧道外露段進(jìn)口處的照明優(yōu)化

將D=E m-1en兩邊同時(shí)求導(dǎo)即可得出瞳孔直徑變化速度：

假設(shè)瞳孔直徑臨界變化速度為Vc，又由平均亮度與平均照度之間的關(guān)系可得E=cL，其中系數(shù)c為與路面條件有關(guān)的常數(shù)。可得：

將毗鄰隧道外露段進(jìn)口處長(zhǎng)度劃分為兩段Dth1、Dth2，洞口處亮度為L(zhǎng)(20)(S)，按照普通隧道進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)所得的進(jìn)口段Dth1、Dth2的亮度分別為L(zhǎng)th1、Lth2，進(jìn)口段亮度折減系數(shù)為K，將進(jìn)口段Dth1、Dth2均劃分為n等份。當(dāng)亮度變化速度保持恒定時(shí)，駕駛員的視覺(jué)適應(yīng)最佳。

式中：m=0.8805。

根據(jù)式（6），當(dāng)處于進(jìn)口段Dth2時(shí)，最佳亮度值為

式中：m=0.8805。

4 結(jié)論