高速公路隧道照明系统的节能设计及优化

摘要：高速公路隧道运营是保障高速公路行车安全的重要举措。文章结合某实际工程，对高速公路典型隧道照明系统的设置和节能控制方案进行了优化，选用LED 光源、改进隧道各区段照明设计，采用自动实时控制方式等节能降耗的策略，旨在降低运营成本，减少能耗。

　　近些年，随着我国高速公路的迅速发展，大量以桥隧为主的高速公路里程也逐年增加，公路隧道照明系统作为保证车辆安全通行的同时也使得隧道照明运营开支居高不下。近年来，LED以其低能耗高效率的特点，在照明行业正得到广泛的应用，从显示器背光照明到景观照明再到日常照明，覆盖范围越来越大。作为光源，LED的优势体现在三个方面：节能、环保和长寿命。LED不依靠灯丝发热来发光，能量转换效率非常高，理论上可以达到白炽灯10%的能耗，相比荧光灯，LED也可以达到50%节能效果。研究如何在基于交通流量、行车速度、可视度、驾驶员视觉特性基础上，实现对LED灯具合理的智能照明无级控制，这对提高隧道照明质量，降低能耗与隧道运营成本，营造安全舒适的隧道行车环境，具有重要的意义。

　　一、工程概况

　　金丽温高速公路金华段隧道群共有6个隧道，分别是：水坑隧道（长度为405m）、黄埔坑隧道（长度为157m）、黄坞垄隧道（长度为565m）、黄家垄隧道（长度为360m）、焦岩隧道（长度为470m）、白阳山隧道（长度为477m）。隧道单洞：净宽10.75m，限界净高5m；设计车速：80km/h（即按100m停车视距标准设计）。

　　根据《公路隧道设计规范》和招标文件要求，本次改造工程按隧道内行车速度80公里/小时对水坑隧道、黄坞垄隧道、黄家垄隧道、焦岩隧道、白阳山隧道等5个隧道的基本段中排照明灯设施进行设计、购置、安装、测试、开通、保修、培训 、提供资料等服务。

　　二、隧道照明系统技术指标

　　本次照明改造系统为三级负荷，采用《公路隧道设计规范》（JTJ026-90）设计，照明标准应符合隧道通行能力B级——80公里/小时车速，主要设备采用最新颁布的国际通用标准、中国国家标准或能代表最新先进水平的标准进行设计生产。

　　（一）分级照明

　　隧道照明分段为：入口段、适应段、过渡段、基本段、出口段，使入口区亮度逐级降低到基本段的亮度要求，同样，为使司机的眼睛尽快适应光线由弱变强，出口段也设有加强照明。本次照明改造工程为中间段（也称基本段）照明改造，因此，没有基本段的隧道就不需要改造，如黄埔坑隧道（长度为157米）。

　　（二）照明控制

　　新加装的LED灯组成一个回路，由加装在夜间照明箱内的控制回路进行控制亮灯，并且与箱内的PLC控制器进行连接，达到远程控制的目的。原有中排高压钠灯（仅限基本段）组成一个回路，通过加装开关箱进行手动开关的第二级控制，达到是否接通回路的目的，而是否亮灯，则由原来的白天/夜间照明控制回路进行控制。

　　（三）照明配光

　　原设计洞内灯具采用250W、150W二种，根据隧道长度不同采用三排、单排布灯方式。隧道照明系统的配光以隧道参数和光学数据为依据，已满足下列指标：入口段白天照明平均亮度：80cd/㎡；适应段白天照明平均亮度：50cd/㎡；过渡段白天照明平均亮度：

　　10cd/㎡；基本段白天照明平均亮度：4.5cd/㎡；夜间照明平均亮度：4.5cd/㎡；我们本次改造的LED中排灯的平均亮度应大于4.5cd/㎡。

　　（四）主要设备、材料选型

　　1.LED灯。LED灯具是本次改造项目的重要设施，根据图纸及招标文件规定的技术指标、性能要求，我们选用上海三思研发的一款以高亮度LED为光源的照明灯。该产品具有亮度高、照度分布好、节能环保、防水防尘、外观时尚等特点，可广泛应用于各种隧道、收费站、加油站、厂房、卖场、仓库、停车场、广场的照明。

　　2.配电箱改造：断路器采用梅兰日兰的小型断路器，接触器和继电器采用施耐德产品，配电箱内电线由杭州中策公司生产，这样就可以保证照明控制系统运行的安全、可靠。将照明控制系统接入原配电箱PLC控制系统，通过技术升级，可以实现隧道照明的自动化管理。隧道照明控制的自动化管理的前提是：利用成熟可靠的计算机、通讯网络和自动控制技术，才能实现全线照明回路的控制，达到提高高速公路的生产管理自动化水平，减轻高速公路管理人员的劳动强度，降低维护成本，实现系统的先进性目的。开关箱：采用（下转87页上接34页）金华市一开电气成套设备厂，该箱由于只起第二级的回路关断作用，因此，箱内只设梅兰日兰的小型断路器。

　　三、高速公路隧道照明的节能优化设计

　　（一）改进分时间隔照明控制模式

　　一般的隧道照明供电控制模式是按照白天和夜间两级模式予以供电控制，而这种控制模式存在严重的电能浪费现象。我们可以根据工程的实际情况予以讨论，建立更为科学合理的多级照明控制方式，比如说可以采用白天、傍晚、夜间的三级控制模式，分别采用1、1/2、1/3的照明方式，既满足不同时段交通量的使用要求又达到节电的效果，从而降低公路隧道的运营成本。

　　（二）在隧道照明的设计规划中应该考虑节能问题

　　在隧道照明系统的设计中，通常入口段和出口段灯具的密度和照度最大，中间段最小，而中间段灯具布设长度一般最大，其他各段灯具的布设长度根据隧道实际长度和实际要求的不同而有所不同，根据《公路隧道通风照明设计规范》的设计要求，隧道照明的设计应考虑车流量、车速和内外亮度三个因素。比如入口段照明通常由基本照明和加强照明两部分组成，前者的灯具布置同中间段照明相似，后者的加强照明采用功率较大的灯具。由于洞外日光的投射进去，可利用作为入口段加强照明的部分，参照设计规范，可将离洞口1Om以内的加强照明灯具予以省略。按照规范要求，隧道长度超过1O0m就要设置照明设施，当隧道里安装照明灯具时，如按照全年最大照度设计，单从洞外亮度这一指标分析，只要天气不是晴天，洞内亮度就是多余的，长时间势必造成电能的极大浪费。所以要把隧道内各段照明的长度和照度设计成能够根据实际要求（如洞外亮度）不断调整变化，动态地实现对各段灯具照明的自动控制，才能从根本上杜绝隧道照明能源的浪费，并提高行车安全系数。

　　（三）检查隧道配电设施，保障电路畅通，提高电能的利用率

　　一个完整的隧道机电系统对确保隧道良好的通行环境，及早发现隧道内事故及灾害，提高隧道的运营管理水平，确保交通舒适与行车安全具有重要的作用。

　　随着新建的高速公路隧道配置的设备系统功能更加完善，运行更加稳定，高速公路隧道机电系统的构成应满足操作简单、经济实用、先进可靠、可扩展、易维护的原则，要提高隧道运营自动化、信息化、网络化水平，使隧道管理人员能够及时、准确、全面地了解隧道及机电设备的运行情况，以便更加科学、合理、有效地进行隧道运营管理服务。

　　四、结语

　　总之，通过金丽温高速公路金华段隧道群各照明区段的照明亮度要求对照明光源的选择和控制系统开展研究，使用LED灯为国家高速公路隧道照明节能提供了切实可行的技术与控制手段，使用LED进行高速公路隧道照明时显着的节能效益，达到节约了电力能源，降低了运营成本的目的，希望能够为类似工程提供借鉴。