隧道側壁涂裝材料對隧道空間光環境的影響

陳雪峰　胡濤　劉政　黎陽　陳軍

摘? 要：采用白色涂料、長余輝發光涂料和水泥抹灰砂漿為隧道側壁涂裝材料對興義環城高速的3條隧道的中間基本段進行了涂裝，測定了3種涂裝方式下隧道中間基本段的地面亮度和墻面亮度，探討了側壁涂裝方式對隧道光環境的影響。結果表明，白色涂料和長余輝發光涂料能提升隧道內部墻面亮度和地面亮度，降低隧道內部空間的炫光值，并提升墻面與地面的對比度;水泥抹灰砂漿涂裝的墻面隧道空間亮度值和地面亮度值均最低，墻面與地面的亮度對比值較低。

關鍵詞：隧道? 中間段? 側壁涂裝材料? 亮度? 對比值

中圖分類號：U45? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2021）06（c）-0004-05

Abstract： The middle basic sections of three tunnels of Xingyi ring expressway were coated with white paint， long afterglow luminescent paint and cement mortar. The ground brightness and wall brightness of the middle basic section of the tunnel under three coating methods were measured， and the influence of side wall coating methods on the light environment of the tunnel was discussed. The results show that white paint and long afterglow luminescent paint can improve the brightness of the wall and ground inside the tunnel， reduce the glare value of the space inside the tunnel， and improve the contrast between the wall and the ground; the wall surface coated with cement plastering mortar has the lowest brightness value of tunnel space and ground， and the brightness contrast value between wall surface and ground is low.

Key Words： Tunnel; Middle section; Sidewall coating; Brightness; Contrast ratio

公路隧道具有縮短里程、節約時間、節約用地、提高交通運輸效率、生態環保等優點，在山區高速公路建設中應用廣泛。然而，隧道洞內通常表現為低照度、小空間和單調的封閉環境，且受到“黑洞白洞”效應問題的困擾[1-3]。通過增加電光照明燈具可有效緩解“黑洞白洞”效應問題，但過多照明燈具的設置造成了隧道運營的高能耗與高成本，同時也衍生出了“眩光”問題。隧道側壁作為視野感知域的重要組成部分，對駕乘人員清楚辨識洞內障礙物具有重要影響，提高墻面和地面的對比度有利于提高公路隧道的安全系數[4-8]。

借助現代先進技術手段，提升駕駛員的生理、心理應急能力，打造節能型和安全型隧道光環境是當今公路交通運輸行業科研工作亟需解決的問題。貴州興義屬于典型南方喀斯特山區峰林地形地貌，公路修筑具有極高的橋隧比，隧道內部光環境對后期運營安全與節能效益具有重要影響[9]。興義市環城高速公路全長62.5km，設計速度為80km/h，全線共設隧道26座，是一理想的隧道光環境研究實驗地點。根據《公路隧道照明設計細則》（JTG/T D70/2-01-2014）[4]規范可知，隧道外部條件對隧道入口段和過渡段的亮度有較大影響，為探究隧道側壁涂裝材料對隧道內部光環境的影響，以隧道中間基本段為涂裝對象，選取興義環城高速3座長度、內外環境和原始設計相近的隧道，分別采用白色涂料、長余輝發光涂料和水泥抹灰砂漿方式進行涂裝，利用亮度儀和眩光儀測定了3種涂裝方式下隧道中間基本段的地面亮度、墻面亮度和空間炫光值，探討了側壁涂裝方式對隧道光環境的影響，以期為后續隧道側壁涂裝材料的選取提供參考。

1? 隧道的選取與側壁涂裝

貴州興義喀斯特地貌表現為峰林和峰叢特征，公路修筑具有較高的橋隧比，隧道建設多呈現為中短隧道，而長隧道較少。本文分別選取豐都隧道左幅、豐都隧道右幅和東壩一號隧道左幅為研究對象，開展隧道側壁涂裝材料對光環境的影響研究，3條隧道詳情與涂裝方式如表1所示。從表1中可知，3條隧道長度均小于500m，屬于短公路隧道類型，且均有較大功率的電光照明設計。

依據《公路隧道照明設計細則》（JTG/T D70/2-01-2014）[4]規范可知，3條隧道內部行車區間可劃分為入口段Ⅰ（≥40m）、入口段Ⅱ（≥40m）、過渡段（≥72m）、基本段（≥271m）和出口段Ⅱ（=30m），其每個行車區間的照明功率設計如表2所示。從表2中可知，3條隧道入口段、過渡段和出口段單位長度的電光照明功率較高，而中間基本段單位長度的能耗較低。入口段功率最高，主要是為了緩解駕乘人員進入隧道由于眼睛與光線強弱變化不適應而產生的“黑洞白洞”效應，以期提升隧道行車安全指標。中間基本段能耗較低，主要是在駕乘人員在適應隧道黑暗空間光線后，低的照明功率可提升隧道節能效率，以期提升隧道后期運營效益。為研究隧道側壁涂裝材料對隧道光環境的影響，電光照明單位長度能耗很有必要保持一致。為此，本研究選取3條隧道的中間基本段進行地面亮度、墻面亮度和空間眩光值測試。

2? 隧道側壁涂裝方式對光環境的影響

2.1 隧道側壁的涂裝方式

3條隧道中間基本段涂裝完畢后其實際運行現場圖如圖1所示。從圖1中可知，3種涂裝方式在電光照明配合下，隧道內光環境尚可，達到一定的空間物體辨識度。從直觀來看，長余輝發光涂料和白色涂料空間亮度較高，墻面和地面的對比度明顯，有清楚的輪廓分界線，層次感較強，畫面清楚，而水泥抹灰砂漿墻面的顏色與地面接近，邊界輪廓對比劃分區別不明顯。為明確隧道內的光環境，采用亮度儀和眩光儀對隧道內地面亮度、墻面亮度及空間眩光值進行測定，測試3個點取平均值，并將3條隧道中間段的亮度值和炫光值進行對比分析。

2.2 涂裝方式對隧道地面亮度的影響

運用3種涂裝方式下的隧道中間基本段地面亮度如圖2所示。結合表1可知，在長余輝發光涂料涂裝下，隧道地面亮度值為1.76cd/m2;在白色涂料涂裝下，隧道地面亮度值為1.92cd/m2;在水泥抹灰砂漿涂裝下，隧道基本段地面亮度值最低，僅為1.25cd/m2。由于興義環城高速所有隧道照明設計均按照《公路隧道照明設計細則》（JTG/T D70/2-01-2014）[4]規范進行，說明長余輝發光涂料和白色涂料涂裝隧道側壁有利于提高地面亮度值，這主要是由于發光涂料在具有反射反光功能的同時，還兼具發光功能;白色涂料均屬于淺色涂料，有一定的反射反光效果，光在涂料上的漫反射進而提升了地面的亮度值，而水泥抹灰砂漿屬于深色體系，反射能力較弱，大幅吸收了電光照明光線，從而造成隧道內部地面亮度值較低，墻體和地面的對比不明顯。

2.3 涂裝方式對墻面亮度的影響

運用3種涂裝方式的隧道中間基本段墻面亮度如圖3所示。結合表1可知，在長余輝發光涂料涂裝下，隧道基本段墻面亮度值最高，為31.88cd/m2;在白色涂料涂裝下，隧道基本段墻面亮度值為13.37cd/m2;在水泥抹灰砂漿涂裝下，隧道基本段墻面亮度值僅為4.96cd/m2。涂裝發光涂料時，隧道側壁墻面亮度最高，而水泥抹灰砂漿涂裝隧道側壁亮度值最低，說明水泥暗色涂料體系，吸收了電光照明光線，降低了側壁墻面的亮度。在常規隧道中間基本段單位長度照明功率較低的情況下，提高墻面和地面的對比度對于圖像的清晰度、細節表現、灰度層次表現都有很大幫助。為此，將墻面亮度值和地面亮度的比值定義為亮度對比值，并將對比值數據作圖，結果如圖4所示。從圖4中可知，長余輝發光涂料涂裝側壁方式隧道內墻面和地面亮度對比值最高，達18.11，說明該空間區域內對比度較高，亮度區別明顯;而水泥抹灰砂漿涂裝側壁隧道內墻面和地面亮度對比率最低，僅為3.96。一般來講，適當提高黑暗空間內部的對比度，有利于提升視場區域的清晰度，使得人眼更容易辨別出視場區域內的障礙物。結合圖1可知，不同的側壁材料涂裝對隧道空間亮度的對比率有重大影響，水泥抹灰砂漿涂裝方式使得隧道空間的對比率較低，視場區域內的圖像層次感模糊，墻面與地面的邊界輪廓較為模糊，而發光涂料和白色涂料使得墻面具有較高的亮度，進而提升了隧道空間的亮度對比值，使得視場整體層次感較強。

隧道側壁涂裝材料對隧道內部行車方向的炫光值的影響如表3所示。從表中可知，長余輝發光涂料涂裝時，行車方向炫光值最低，僅為0.19;白色涂料涂裝時，炫光值為0.57;而普通水泥抹灰砂漿涂裝時，炫光值為2.03，炫光值高主要是由電光照明光源與水泥墻面的亮度和地面的亮度有較大的變化所導致，而白色涂料和長余輝發光涂料在本質上會反射或發出光線，抵弱了亮度的劇烈變化，使得炫光值較低。炫光值低可提升隧道內的駕乘人員的舒適感，有利于提升隧道的行車安全指標。結合3條隧道中間基本段的電光照明功率可知，在相同的電光照明功率下，隧道內部表現出不同的光環境，說明隧道側壁涂裝材料尤為重要，淺色涂裝或是發光材料涂裝，可提升隧道的安全指標，對公路運行的節能和安全都有重要影響。

3? 結語

（1）在正常電光照明下，隧道側壁涂裝方式對隧道空間內部光環境有重要影響。

（2）淺色涂料能提升隧道墻面亮度和地面亮度，發光涂料涂裝時墻面亮度和地面亮度分別為31.88cd/m2和1.76cd/m2，白色涂料涂裝時墻面亮度和地面亮度分別為13.37cd/m2和1.92cd/m2，而水泥抹灰砂漿涂裝時墻面亮度和地面亮度僅為4.96cd/m2和1.25cd/m2。

（3）發光涂料和白色涂料使得墻面具有較高的亮度，進而提升了隧道空間的亮度對比值，使得視場整體層次感較強，有利于提升隧道安全指標。

參考文獻

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