道路照明工程的燈具選型分析

王長(zhǎng)進(jìn)

珠海市斗門(mén)區(qū)市政園林管理處，廣東 珠海 519000

0 引言

隨著我國(guó)城市化的快速發(fā)展，城市道路規(guī)劃也漸趨合理化。道路照明設(shè)施作為道路附屬設(shè)施，可以有效地提高夜間道路車(chē)輛行駛和行人行走的安全性，對(duì)預(yù)防交通事故的發(fā)生起到積極作用[1-2]。在我國(guó)對(duì)“綠色、低碳、環(huán)保”生活的倡導(dǎo)下，人們對(duì)高品質(zhì)照明的需求也在逐漸加大。但是由于我國(guó)城市人口增長(zhǎng)速度快、新增道路數(shù)量多，導(dǎo)致照明設(shè)施需求增大、所使用的燈具種類(lèi)更加繁多；而且選擇不同燈具的效率和性能有一定差異，同時(shí)涉及供電、監(jiān)控、維護(hù)、節(jié)能等多項(xiàng)管理工作，管理難度大[3-5]。為了從低碳生活出發(fā)，以及滿(mǎn)足相關(guān)道路等級(jí)的相應(yīng)照度規(guī)范要求，文章以實(shí)際道路照明中遇到的問(wèn)題為例，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)人行道側(cè)出現(xiàn)的“斑馬線”問(wèn)題，從DIALux軟件模擬配光、現(xiàn)場(chǎng)LED燈具配光、更換縱向長(zhǎng)配光和橫向窄配光燈具等方面入手，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)采集的平均照度、均勻度、眩光等參數(shù)進(jìn)行分析論證，在解決縱向?qū)挋n距配光的同時(shí)，滿(mǎn)足節(jié)能、改善照明質(zhì)量要求。根據(jù)研究該案例所得出的結(jié)論，分析了道路照明工程燈具的選型。合理運(yùn)用不同類(lèi)型燈具，可有效地避免電力資源的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)良好的照明效果。

1 工程概況

橋湖路位于斗門(mén)區(qū)白蕉鎮(zhèn)，道路始于S272白蕉大道，終于東湖北路，道路寬度38.6 m，總長(zhǎng)度928 m，雙向六車(chē)道；機(jī)動(dòng)車(chē)道路規(guī)劃為城市主干道等級(jí)，除機(jī)動(dòng)車(chē)道照明以外，人行道照明需滿(mǎn)足城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)人行道及非機(jī)動(dòng)車(chē)道流量較高的道路的相關(guān)要求，即平均照度需≥10 lx，并滿(mǎn)足環(huán)境要求。在原設(shè)計(jì)存在道路照明設(shè)施難以滿(mǎn)足要求的情況下，對(duì)該道路進(jìn)行道路照明設(shè)施的重新評(píng)價(jià)和改進(jìn)，并融合電氣照明技術(shù)，使其不僅在道路光能的合理利用方面起到原本不具備的作用，而且對(duì)照明工程的多樣性與優(yōu)越性方面會(huì)有較大的促進(jìn)。橋湖路道路橫截面如圖1所示。

圖1 橋湖路道路橫截面圖（單位：m）

在工程中，根據(jù)城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合道路環(huán)境、路況，沿道路雙側(cè)人行道布置12 m/6 m高低雙挑路燈桿。道路原照明機(jī)動(dòng)車(chē)道側(cè)/人行道側(cè)為截光型240 W/截光型60 W燈具、懸挑臂長(zhǎng)1.5 m/1.0 m，桿中心距路邊沿為0.7 m，仰角均為12°，桿高12 m，設(shè)置燈桿間距為36 m。機(jī)動(dòng)車(chē)道側(cè)12 m處安裝截光型燈具，安裝間距與安裝高度比（距高比）為36 m/12 m=3，通常可較好適用于該道路主干道機(jī)動(dòng)車(chē)道的配光要求。但是，人行道側(cè)6 m處安裝燈具，距高比較大為36 m/6 m=6，截光型燈具沿人行道縱向光線延伸受到限制，出現(xiàn)嚴(yán)重的“斑馬線”。因此，有必要根據(jù)《LED城市道路照明應(yīng)用技術(shù)要求》（GB/T 31832—2015），按燈具縱向、橫向配光分類(lèi)進(jìn)行選擇，制訂最優(yōu)方案。

2 軟件模擬配光

針對(duì)人行道側(cè)低桿照明，分別對(duì)原有的普通截光型燈具和計(jì)劃更換的縱向長(zhǎng)配光、橫向窄配光燈具進(jìn)行DIALux軟件建模，得出模擬情況。

2.1 普通截光型燈具

普通截光型燈具DIALux模擬偽色圖和模擬結(jié)果如圖2、圖3所示。

圖2 普通截光型燈具DIALux模擬偽色圖

圖3 普通截光型燈具DIALux模擬結(jié)果

2.2 縱向長(zhǎng)配光、橫向窄配光燈具

縱向長(zhǎng)配光、橫向窄配光燈具DIALux模擬偽色圖和模擬結(jié)果如圖4、圖5所示。

圖4 縱向長(zhǎng)配光、橫向窄配光燈具DIALux模擬偽色圖

圖5 縱向長(zhǎng)配光、橫向窄配光燈具DIALux模擬結(jié)果

根據(jù)上述模擬數(shù)據(jù)（其中，U0為總均勻度，Ul為縱向均勻度，Tl[%]為眩光限制閾值），可以得出，在燈具總流明值光通量幾乎一致的情況下，縱向長(zhǎng)配光、橫向窄配光燈具相比普通截光型燈具，在平均照度、縱向均勻度、總均勻度的理論值上，呈現(xiàn)效果均更優(yōu)，與道路的配合度也更好，眩光閾值增量也滿(mǎn)足規(guī)定要求。

3 工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際試驗(yàn)測(cè)量

為了進(jìn)一步驗(yàn)證模擬試驗(yàn)的結(jié)果，在工程現(xiàn)場(chǎng)關(guān)閉附近12 m 240 W高燈及加強(qiáng)燈，如圖6所示，打開(kāi)連續(xù)四基6 m 60 W低燈的情況下，分別對(duì)普通截光型燈具、縱向長(zhǎng)配光燈具進(jìn)行實(shí)際測(cè)量。現(xiàn)場(chǎng)采用矩形網(wǎng)格法進(jìn)行照度采樣，以縱向6 m為一網(wǎng)格，橫向1 m為一網(wǎng)格，共測(cè)量42個(gè)點(diǎn)的照度值，測(cè)量結(jié)果如表1所示。參數(shù)表如表2所示。

表1 普通截光型燈具實(shí)測(cè)照度統(tǒng)計(jì)表

表2 普通截光型燈具參數(shù)表

圖6 行人道測(cè)點(diǎn)布置圖

3.1 普通截光型燈具

普通截光型燈具在縱向18 m（1/2燈桿間距）處的照度值幾乎為零，這是實(shí)際道路出現(xiàn)“斑馬線”現(xiàn)象的原因，而其平均照度也難以滿(mǎn)足道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)造成一定程度上的資源浪費(fèi)。

3.2 縱向長(zhǎng)配光、橫向窄配光燈具

縱向長(zhǎng)配光、橫向窄配光燈具實(shí)測(cè)照度統(tǒng)計(jì)表和參數(shù)表如表3、表4所示。

表3 縱向長(zhǎng)配光、橫向窄配光燈具實(shí)測(cè)照度統(tǒng)計(jì)表

表4 縱向長(zhǎng)配光、橫向窄配光燈具參數(shù)表

通過(guò)對(duì)比表1～表4的數(shù)據(jù)可以得出，在功率、總光通量基本相同的情況下，縱向長(zhǎng)配光型燈具無(wú)論在平均照度還是總均勻度，相比截光型燈具均有明顯的提升；在兩桿之間，即縱向18 m（1/2燈桿間距）處，照度最低依舊保持在5.6 lx，平均照度也達(dá)到15.9 lx，完全滿(mǎn)足城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。從改造前后現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際效果的對(duì)比可以看出，改造后人行道的“斑馬線”現(xiàn)象已經(jīng)完全消失。普通截光型燈具和縱向長(zhǎng)配光、橫向窄配光燈具現(xiàn)場(chǎng)效果如圖7、圖8所示。

圖7 普通截光型燈具現(xiàn)場(chǎng)效果

圖8 縱向長(zhǎng)配光、橫向窄配光燈具現(xiàn)場(chǎng)效果

4 配光問(wèn)題分析

普通截光型燈具和縱向長(zhǎng)配光、橫向窄配光燈具配光曲線如圖9、圖10所示。

圖9 普通截光型燈具配光曲線

圖10 縱向長(zhǎng)配光、橫向窄配光燈具配光曲線

從圖9可以看出，普通截光型燈具在0°～180°縱向截面布光角度約為130°；而在90°～270°橫向截面布光角度約為90°，配光曲線有明顯的“前拋”，因此該類(lèi)型燈具的配光適用于橫向路面更寬的路況，而對(duì)于縱向檔距較大、燈具安裝高度較低（比如距高比較大，為6）且路面寬度不寬的非機(jī)動(dòng)車(chē)道路則不適用。

從圖10可以看出，縱向長(zhǎng)配光、橫向窄配光燈具的配光曲線在0°～180°縱向截面上，布光角度展開(kāi)徹底，有效布光夾角約為150°；在90°～270°橫向截面布光角度約為65°，配光曲線相對(duì)“勻稱(chēng)”，因此該類(lèi)型配光適用于燈具安裝高度較低、縱向桿距較大且被照路面橫向距離不寬的路況。

從燈具的利用率可以得出，普通截光型燈具在此路況的光通利用率為

縱向長(zhǎng)配光、橫向窄配光燈具在此路況的光通利用率為

兩種類(lèi)型的燈具在該路況上的利用率相差約16.3%。普通截光型燈具更多的光照射在橫向5 m外范圍的道路上，即超出了人行道原本的寬度；而縱向長(zhǎng)配光、橫向窄配光燈具則盡量將光“約束”在36 m×5 m的范圍內(nèi)，保證燈具光線照在道路上能被高效利用。普通截光型路燈照射示意圖如圖11所示。

圖11 普通截光型路燈照射示意圖

5 應(yīng)用前景

非機(jī)動(dòng)車(chē)道照明燈具普遍作為機(jī)動(dòng)車(chē)道路燈桿的附屬燈具，具有安裝高度低、桿距較大等顯著特點(diǎn)。為了適配主干道的照明需求，普通截光型燈具配光在90°～270°橫向截面配光方向上會(huì)有明顯前拋，而在0°～180°縱向截面上峰值光強(qiáng)則被“約束”在了±60°的范圍內(nèi)，因此對(duì)于路面較窄、桿距較大的路況，普通截光型燈具表現(xiàn)出明顯的不適用性。縱向長(zhǎng)配光、橫向窄配光燈具則能以更顯著的優(yōu)勢(shì)解決該類(lèi)型路況照明存在的普遍問(wèn)題。除了城市非機(jī)動(dòng)車(chē)道照明，日常生活中常見(jiàn)的鄉(xiāng)村道路的照明也是適合應(yīng)用該類(lèi)型燈具的場(chǎng)景之一。鄉(xiāng)村道路路面的有效寬度較窄，一般設(shè)置為單車(chē)道，部分路面的平均寬度甚至不到3 m。為了盡量減少照明工程的投資成本，解決立桿難問(wèn)題，需減少立桿數(shù)量，設(shè)置燈桿高度一般不低于7 m，且應(yīng)適當(dāng)加大燈桿檔距。縱向長(zhǎng)配光、橫向窄配光燈具在滿(mǎn)足道路照明標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)亮度、均勻度等要求的前提下，可以顯著提高燈具的光通利用率，降低功率密度值。

6 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，我國(guó)的道路照明工程行業(yè)也迎來(lái)了全新的、歷史性的發(fā)展機(jī)遇。為此，我國(guó)每年投資上百億元資金支持，推動(dòng)照明工程行業(yè)的發(fā)展，以不斷升級(jí)和完善道路照明，實(shí)現(xiàn)“建設(shè)美麗中國(guó)”的偉大理想。在實(shí)際情況中，無(wú)論是城市道路照明工程或是鄉(xiāng)村照明工程，不同的照明燈具在不同的應(yīng)用場(chǎng)景里，均表現(xiàn)出不同的優(yōu)劣性。對(duì)于不同的路況，更應(yīng)該關(guān)注燈具配光對(duì)其的適用性。對(duì)于道路照明工程的設(shè)計(jì)，應(yīng)該將關(guān)注點(diǎn)更多地放在照明燈具的光通利用率和配光適用性上。同時(shí)，電氣自動(dòng)化技術(shù)與照明工程的不斷融合發(fā)展，為照明工程項(xiàng)目的建設(shè)與施工提供了大量的理論支撐和技術(shù)指導(dǎo)。在了解和掌握電氣自動(dòng)化技術(shù)在照明工程中的應(yīng)用情況下，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)，有針對(duì)性地為不同路況的道路選擇更為合理配光的燈具，完善照明工程的施工方案，不僅能滿(mǎn)足照明功能需求，提升照明品質(zhì)，降低功率密度值，而且能更好地響應(yīng)國(guó)家在“節(jié)能減排”政策上的號(hào)召，成為“美麗中國(guó)”建設(shè)工作里的重要一環(huán)。