公路隧道逆光照明分析及方案設(shè)計

引 言

隧道照明燈具所產(chǎn)生的眩光、頻閃對隧道安全是一個很大的影響因素，會影響到駕駛員的視覺和心理反應(yīng)，是造成交通事故的隱患之一。當(dāng)前，隨著逆光照明技術(shù)的成熟，本文針對相應(yīng)的隧道照明條件，給出了一個公路隧道逆光照明的設(shè)計方案。通過對比方案，對隧道照明能源的節(jié)約、照明效果的提高以及行車安全性作了進(jìn)一步的分析。

1 逆光照明

逆光照明是光線從被照射物體的背面進(jìn)行照明。公路隧道逆光照明就是通過一個特殊的斜傾式反光器將光束集中朝汽車前進(jìn)的方向投向路面，從而提高目標(biāo)的背景亮度，使前方車輛或目標(biāo)更容易辨認(rèn)。圖1所示是逆光照明燈具布置示意圖。

本逆光照明方案采用逆光高壓鈉燈，逆光照明高壓鈉燈可設(shè)計為中排布燈，燈具布置在行車道方向左側(cè)距行車道中線75 cm 處 , 安裝高度為 6.5 m ，將燈具布設(shè)角度調(diào)在燈具光軸與隧道軸線和路面交點(diǎn)處。

圖1 逆光照明燈具布置示意圖

2 方案介紹

2.1 工程概況

毛壩一號隧道是安康至陜川界高速公路上位于毛壩的一座特長隧道，隧道左洞長 3 656 m，右洞長 3 634 m，采用普通高壓鈉燈照明。根據(jù)毛壩一號隧道的設(shè)計參數(shù)可以確定出各個照明段的長度及亮度折算比率，繼而得出各個照明段的亮度及長度。毛壩一號隧道照明段的亮度及長度取值參數(shù)如表 1 所列。

2.2 逆光照明設(shè)計方案

本次逆光照明設(shè)計采用拱頂側(cè)偏單光帶照明方案，燈具布置在行車道方向左側(cè)隧道拱頂，圖 2 所示是隧道基本照明拱頂側(cè)偏單光帶布置圖。本設(shè)計的基本照明相鄰兩燈具的間距為 8 m，加強(qiáng)照明段相鄰兩燈具的間距根據(jù)不同交通量、洞外亮度、設(shè)計車速確定。

圖 2 道基本照明拱頂側(cè)偏單光帶布置圖

拱頂側(cè)偏單光帶照明方案選用發(fā)光效率高、穿霧能力強(qiáng)、光線柔和的高壓鈉燈作為主要照明燈具 , 但基本照明采用 100 W 非對稱配光曲線逆光照明高壓鈉燈, 加強(qiáng)照明段輔以 400 W、250 W、100 W 對稱配光曲線普通高壓鈉燈照明。毛壩一號隧道逆光照明系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)如表 2 所列。

3 拱頂側(cè)偏單光帶逆光照明方案的涉及依據(jù)

本實驗在 1∶1 實體隧道內(nèi)進(jìn)行 , 采用統(tǒng)一照度計, 并在黑夜中進(jìn)行照度測試。

3.1 實驗數(shù)據(jù)處理方法

路面平均水平照度值的計算公式如下：

式中，Eav 為路面平均水平照度 (lx) ；Ep 為 p 點(diǎn)的水平照度 (lx) ；m 為計算區(qū)域內(nèi)計算點(diǎn)的總數(shù)。按照我國《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》(JTJ026.1—1999) 的要求 , 要獲得良好的光照效果及較高的照明水平 , 必須滿足路面平均照度及路面照度總均勻度兩項重要技術(shù)指標(biāo)。

計算區(qū)域內(nèi)路面的平均亮度可按下式計算 ：

式中，Lav 為計算區(qū)域內(nèi)路面的平均亮度 (cd/m2) ；Lp 為 p 點(diǎn)的平均亮度 (cd/m2)。

對于均勻度的計算，路面亮度總均勻度可按下式計算 ：

式中，U0 表示路面亮度總均勻度 ；Lmin 是計算區(qū)域內(nèi)路面最小亮度 (cd/m2)。

一般情況下，路面中線亮度縱向均勻度可按下式計算 ：

式中，U1 為路面中線亮度縱向均勻度 ；Lmin 為路面中線最小亮度(cd/m2) ；Lmax 則為路面中線處的最大亮度。

3.2 實驗室測試結(jié)果

(1) 測試數(shù)據(jù)

100 W 逆光照明高壓鈉燈節(jié)能型拱頂側(cè)偏單光帶照明布置條件下的路面照度測試記錄如表 3 所列。

(2) 測試結(jié)果

按照本文前述數(shù)據(jù)處理方法，對于上述照明布置方案，其實驗測試結(jié)果表 4 所列。從表 4 所列的實驗數(shù)據(jù)可見，該方案的基本照明段各照明主要指標(biāo)完全可以滿足現(xiàn)行規(guī)范和設(shè)計要求。

4 對比方案

本文所選擇的對比方案照明系統(tǒng)采用雙側(cè)壁或?qū)ΨQ布置( 雙光帶 )，燈具布置在隧道兩側(cè)的拱腰處。圖 3 所示為照明燈具雙側(cè)壁對稱布置 ( 雙光帶 ) 方案的示意圖。根據(jù)不同設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) , 基本照明相鄰兩燈具間的距離一般取 10~12 m，本對比方案基本照明兩燈具間距取 12 m ；同傳統(tǒng)照明設(shè)計方案一樣，加強(qiáng)照明段相鄰兩燈具的間距則根據(jù)不同交通量、洞外亮度和設(shè)計車速確定。

圖 3 照明燈具雙側(cè)壁對稱布置 ( 雙光帶 )

毛壩一號隧道照明段的亮度及長度取值參數(shù)如表 5 所列。對比方案照明選用發(fā)光效率高、穿霧能力強(qiáng)、光線柔和的普通寬光帶高壓鈉燈作為主要照明燈具，基本照明采用 100 W 對稱配光曲線普通照明高壓鈉燈，加強(qiáng)照明段輔以250 W、150 W、100 W 對稱配光曲線普通高壓鈉燈照明。對比方案照明系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)如表 6 所列。

5 逆光照明系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

逆光照明拱頂側(cè)偏單光帶布置方案與傳統(tǒng)照明對稱布置方案均以行車安全為前提 , 滿足現(xiàn)行《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》各條文的具體規(guī)定。兩方案的經(jīng)濟(jì)效益比較如表 7 所列。表中的每套燈具按 1 000 元估算 ；配套設(shè)施投資按照 2.5 倍燈具投資估算 ；加強(qiáng)照明段按每天點(diǎn)亮 8 h 計算 ；1/2 基本照明段按每天 24 h 點(diǎn)亮計算；1/2 基本照明段按每天16 h 點(diǎn)亮計算；運(yùn)營電費(fèi)按工業(yè)用電 0.8 元 / 度計算。

經(jīng)有關(guān)研究證明，采用逆光照明燈具拱頂側(cè)偏光帶布置方案能更充分地利用光效來提高路面亮度，降低目標(biāo)照度，從而達(dá)到省電目的。同時，逆光照明方案也可以有效降低頻閃、眩光等因素對駕駛員行車安全的影響，保證隧道車輛能夠在正常、安全的條件下運(yùn)營。

6 結(jié) 論

分析證明，在同等照明條件下，在燈具功率相同的情況下，與傳統(tǒng)的普通對稱照明配光方案相比較，采用對稱寬光帶照明配光方案的路面平均亮度可提高 64.3%，而采用逆光照明配光方案的路面平均亮度可提高 121%。在路面亮度相同的條件下，逆光照明燈具比常規(guī)照明燈具更能充分利用光效來提高路面亮度，降低目標(biāo)照度，從而達(dá)到省電目的。

照明裝置的照明效率在很大程度上取決于燈具本身的配光形式和其布置方式，中線布置比側(cè)面布置效益高。把布燈方式定在中排布偏置 75 cm 處和側(cè)布在一側(cè)布燈高度為 6.5 m處的布燈方案，能有效地解決公路隧道雙側(cè)布置能耗較高、中央布燈不便維護(hù)的矛盾，是一種具有較高效率的布燈方式。

對于對稱寬光帶照明系統(tǒng)而言，隧道墻面反射系數(shù)越高，路面亮度越高。而對逆光照明系統(tǒng)而言，隧道墻面的反射系數(shù)越高，逆光效果越差，因此，對逆光照明系統(tǒng)，不應(yīng)對墻面進(jìn)行過分明亮的裝飾。由此也可節(jié)省土建裝飾方面的投資。

在燈具功率相同的情況下，通過與雙側(cè)壁對稱 ( 交錯 ) 照明配光方案相比較，逆光照明可以避免眩光，同時可以有效降低頻閃效應(yīng)對駕駛員行車安全所造成的影響。

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