隧道墻面涂料反射率及涂設高度與路面光環境質量模擬試驗研究

譚宗林，梁 策

（廣西南天高速公路有限公司，廣西 南寧）

根據中華人民共和國交通運輸部《2021 年交通運輸行業發展統計公報》顯示，截止2021 年底，中國公路隧道23268 處、2469.89 萬延米，里程數每年以超過10%速度增長，公路隧道照明能耗年均60 萬元/公里，占運營隧道總能耗大于50%[1]。根據《公路隧道照明設計細則》（JTG/T D70/2-01-2014）9.3.6 路面兩側2 m 高范圍內墻面宜鋪設反射率較高的材料，當墻面反射率達到0.7 時，路面亮度可提高10%[2]。史玲娜、李文淵等的研究表明，在相同照明條件下墻面反射率較高的涂料對路面亮度的提升較大[3]。

為了分析隧道墻面涂設高度對隧道路面照度的貢獻量，本研究利用DIALux 軟件模擬隧道兩側墻面不同高度和不同反射率涂料對隧道路面照度的影響[4]，分析墻面涂料對駕駛員視認的影響并提出合理的墻面涂料設置方案[5]。

DIALux 軟件是目前世界上最具實用性的照明計算軟件，它幾乎能模擬任何環境下的照明設計。首先構建三維立體隧道模型，然后將照明燈具參數導入系統軟件即可實現隧道照明亮度計算并進行設計，計算成果包括隧道各工作面的照度、亮度、均勻度、3D 效果圖等相關數據[6]。

1 模擬實驗

利用DIALux 燈光照明設計軟件模擬隧道中間段墻面涂設不同高度、不同反射率涂料對路面照明的貢獻大小，得出最佳的涂料涂設高度與反射率。

2 模擬內容

模擬隧道未涂墻面材料和涂設高度分別為2 m、2.5 m、3 m、3.5 m、4 m，墻面材料反射率分別為0.4、0.5、0.6、0.7、0.8 的隧道路面中間段照度值。

模擬對象為隧道中間段，模擬隧道長度100 m，路面寬度9 m，R3 瀝青路面（輕微定向反射光路面），燈具安裝高度5.5 m，燈具水平角度20°，采用兩側交錯布燈間距12 m 的布燈方式。

根據CIE 國際照明委員會中的規定：隧道交錯布燈時測量區域應選擇兩燈之間的路面區域作為測量區域，本研究選擇圖1 中所示長12 m 和寬9 m 的長方形路面陰影區域作為測量計算區域。

圖1 實驗測量區域

3 模擬計算步驟

（1）在隧道未涂墻面涂料情況下，計算輸出測量區域的路面平均照度值、3D 效果圖及3D 偽色圖[7]。

（2）隧道涂2 m 高墻面涂料，反射率分別設置為0.4、0.5、0.6、0.7、0.8 時，計算輸出測量區域不同的路面平均照度值、3D 效果圖及3D 偽色圖。

（3）根據（2）中方法，將隧道分別涂2.5 m、3 m、3.5 m、4 m 高的墻面涂料，依次計算輸出測量區域不同的平均照度值、3D 效果圖及3D 偽色圖。

（4）模擬計算結果統計如表1 和圖2 所示。

表1 不同反射率和高度墻面涂料下路面平均照度值（lx）

圖2 不同反射率下路面平均照度變化曲線

4 模擬結果分析

從表1 中可以看出相同反射率情況下，路面照度隨墻面涂料涂設高度的增加有上升趨勢；相同墻面涂料高度情況下，路面照度隨隧道墻面涂料反射率的增加有上升趨勢。

（1）隧道未涂墻面涂料時路面照度為49 lx。

（2）墻面涂料涂設高度2 m，反射率分別為0.4、0.5 時，路面照度為50 lx 提高了1 lx；反射率0.6、0.7、0.8 時，路面照度為51 lx，提高了2 lx。說明高反射率墻面涂料對路面照度貢獻較高。

（3）墻面涂料涂設高度2.5 m，反射率分別為0.5、0.7、0.8 時路面照度增加了1 lx，反射率為0.4、0.6時路面照度未改變。說明墻面涂料涂設高度增加0.5m對路面照度有一定影響，高反射率墻面增加明顯。

（4）墻面涂料涂設高度3 m，反射率分別為0.4、0.5、0.6、0.7、0.8 時，路面照度均維持在2.5 m 高度時的路面照度水平。說明墻面涂料涂設高度從2.5 m 增加至3 m 時路面照度提高不明顯。

（5）墻面涂料涂設高度3.5 m 時，反射率分別為0.4、0.6、0.7、0.8 時路面照度增加1 lx；反射率為0.5時，路面照度未改變。由于涂料高度從2 m 提高至3 m路面照度幾乎沒有變化，涂料高度3.5 m 提高路面照度1 lx 是墻面涂料加涂1 m 后積累的結果，所以墻面涂料高度從3 m 增加至3.5 m 時路面照度提高不明顯。

（6）墻面涂料涂設高度4 m 時，反射率分別為0.4、0.6、0.7、0.8 時路面照度均維持在3.5 m 高度時的路面照度水平，反射率0.5 時路面照度增加1 lx。說明墻面涂料高度在3.5 m 至4 m 對路面照度貢獻不明顯。

（7）當墻面涂料涂設反射率0.7 以上，2～3 m高時對墻面貢獻變化明顯，如表2 所示。

表2 反射率0.7 時不同墻面涂料高度下路面平均照度值（lx）

由表2 可知反射率0.7 墻面涂料高度2.5 m 時路面平均照度升高至52 lx。

綜上，墻面涂料高度越高，路面照度越高。墻面涂料高度為2.5 m，反射率大于0.5 的路面照度比未涂設墻面涂料時路面照度提高2～3 lx。而墻面涂料高度從2.5 m 提高到4 m 時路面照度僅提高1 lx，這時墻面涂料產生的經濟效益較低。因此，從安全、經濟角度考慮墻面涂料高度設置為2.5 m 最佳；墻面涂料反射率≥0.7 時路面照度變化率較高，所以建議墻面涂料反射率不應小于0.7。

通過模型3D 效果圖能直觀感受到墻面涂有涂料的隧道比未涂墻面涂料的隧道墻面的結構感和立體感更強（如圖3 所示為模擬效果），能夠緩解駕駛員在隧道中行駛時的緊張情緒。墻面涂料亮度與路面亮度形成一定亮度差，能夠誘導駕駛員在隧道中行駛，提高駕駛員在隧道中行車的空間感。墻面涂料作為行車背景還能夠增加駕駛員對隧道內障礙物的視認，降低行車安全隱患。

圖3 3D 效果圖對比

3D 偽色圖是利用色彩的深淺表征模型中亮度高低的一種影像圖[8]。通過圖4 可以看出涂有墻面涂料的路面顏色明顯深于未涂墻面涂料的路面顏色，進一步驗證了墻面涂料的涂設對提高路面亮度的作用。

圖4 3D 偽色圖對比

5 結論

通過模擬計算分析，得到隧道墻面涂料涂設高度在2.5 m 時對路面照明光環境的貢獻率最高，經濟效益大；采用反射率不小于0.7 的漫反射墻面涂料，涂料顏色較淺，與整體隧道壁形成一條帶狀線，能起到行車誘導的作用，但是這條淺色的帶狀線會使高速行駛的駕駛員視覺余光感覺單調，因此在其上繪制兩條顏色較深、高1.2 m、寬15～20 cm、間距30～40 cm 的腰帶線，這對改善駕駛員視覺余光的單調性具有重要意義，特別是要照顧坐高較高的大貨車駕駛員。從全壽命角度考慮，涂料還應具有抗靜電、抗油污、耐沖刷等功能，在使用過程中當反射率低于0.5 時應采取相關措施及時進行清潔。