公路隧道逆光照明分析及方案设计

引 言

隧道照明灯具所产生的眩光、频闪对隧道安全是一个很大的影响因素，会影响到驾驶员的视觉和心理反应，是造成交通事故的隐患之一。当前，随着逆光照明技术的成熟，本文针对相应的隧道照明条件，给出了一个公路隧道逆光照明的设计方案。通过对比方案，对隧道照明能源的节约、照明效果的提高以及行车安全性作了进一步的分析。

1 逆光照明

逆光照明是光线从被照射物体的背面进行照明。公路隧道逆光照明就是通过一个特殊的斜倾式反光器将光束集中朝汽车前进的方向投向路面，从而提高目标的背景亮度，使前方车辆或目标更容易辨认。图1所示是逆光照明灯具布置示意图。

本逆光照明方案采用逆光高压钠灯，逆光照明高压钠灯可设计为中排布灯，灯具布置在行车道方向左侧距行车道中线75 cm 处 , 安装高度为 6.5 m ，将灯具布设角度调在灯具光轴与隧道轴线和路面交点处。

图1 逆光照明灯具布置示意图

2 方案介绍

2.1 工程概况

毛坝一号隧道是安康至陕川界高速公路上位于毛坝的一座特长隧道，隧道左洞长 3 656 m，右洞长 3 634 m，采用普通高压钠灯照明。根据毛坝一号隧道的设计参数可以确定出各个照明段的长度及亮度折算比率，继而得出各个照明段的亮度及长度。毛坝一号隧道照明段的亮度及长度取值参数如表 1 所列。

2.2 逆光照明设计方案

本次逆光照明设计采用拱顶侧偏单光带照明方案，灯具布置在行车道方向左侧隧道拱顶，图 2 所示是隧道基本照明拱顶侧偏单光带布置图。本设计的基本照明相邻两灯具的间距为 8 m，加强照明段相邻两灯具的间距根据不同交通量、洞外亮度、设计车速确定。

图 2 道基本照明拱顶侧偏单光带布置图

拱顶侧偏单光带照明方案选用发光效率高、穿雾能力强、光线柔和的高压钠灯作为主要照明灯具 , 但基本照明采用 100 W 非对称配光曲线逆光照明高压钠灯, 加强照明段辅以 400 W、250 W、100 W 对称配光曲线普通高压钠灯照明。毛坝一号隧道逆光照明系统设置参数如表 2 所列。

3 拱顶侧偏单光带逆光照明方案的涉及依据

本实验在 1∶1 实体隧道内进行 , 采用统一照度计, 并在黑夜中进行照度测试。

3.1 实验数据处理方法

路面平均水平照度值的计算公式如下：

式中，Eav 为路面平均水平照度 (lx) ；Ep 为 p 点的水平照度 (lx) ；m 为计算区域内计算点的总数。按照我国《公路隧道通风照明设计规范》(JTJ026.1—1999) 的要求 , 要获得良好的光照效果及较高的照明水平 , 必须满足路面平均照度及路面照度总均匀度两项重要技术指标。

计算区域内路面的平均亮度可按下式计算 ：

式中，Lav 为计算区域内路面的平均亮度 (cd/m2) ；Lp 为 p 点的平均亮度 (cd/m2)。

对于均匀度的计算，路面亮度总均匀度可按下式计算 ：

式中，U0 表示路面亮度总均匀度 ；Lmin 是计算区域内路面最小亮度 (cd/m2)。

一般情况下，路面中线亮度纵向均匀度可按下式计算 ：

式中，U1 为路面中线亮度纵向均匀度 ；Lmin 为路面中线最小亮度(cd/m2) ；Lmax 则为路面中线处的最大亮度。

3.2 实验室测试结果

(1) 测试数据

100 W 逆光照明高压钠灯节能型拱顶侧偏单光带照明布置条件下的路面照度测试记录如表 3 所列。

(2) 测试结果

按照本文前述数据处理方法，对于上述照明布置方案，其实验测试结果表 4 所列。从表 4 所列的实验数据可见，该方案的基本照明段各照明主要指标完全可以满足现行规范和设计要求。

4 对比方案

本文所选择的对比方案照明系统采用双侧壁或对称布置( 双光带 )，灯具布置在隧道两侧的拱腰处。图 3 所示为照明灯具双侧壁对称布置 ( 双光带 ) 方案的示意图。根据不同设计标准 , 基本照明相邻两灯具间的距离一般取 10~12 m，本对比方案基本照明两灯具间距取 12 m ；同传统照明设计方案一样，加强照明段相邻两灯具的间距则根据不同交通量、洞外亮度和设计车速确定。

图 3 照明灯具双侧壁对称布置 ( 双光带 )

毛坝一号隧道照明段的亮度及长度取值参数如表 5 所列。对比方案照明选用发光效率高、穿雾能力强、光线柔和的普通宽光带高压钠灯作为主要照明灯具，基本照明采用 100 W 对称配光曲线普通照明高压钠灯，加强照明段辅以250 W、150 W、100 W 对称配光曲线普通高压钠灯照明。对比方案照明系统设置参数如表 6 所列。

5 逆光照明系统的经济技术分析

逆光照明拱顶侧偏单光带布置方案与传统照明对称布置方案均以行车安全为前提 , 满足现行《公路隧道通风照明设计规范》各条文的具体规定。两方案的经济效益比较如表 7 所列。表中的每套灯具按 1 000 元估算 ；配套设施投资按照 2.5 倍灯具投资估算 ；加强照明段按每天点亮 8 h 计算 ；1/2 基本照明段按每天 24 h 点亮计算；1/2 基本照明段按每天16 h 点亮计算；运营电费按工业用电 0.8 元 / 度计算。

经有关研究证明，采用逆光照明灯具拱顶侧偏光带布置方案能更充分地利用光效来提高路面亮度，降低目标照度，从而达到省电目的。同时，逆光照明方案也可以有效降低频闪、眩光等因素对驾驶员行车安全的影响，保证隧道车辆能够在正常、安全的条件下运营。

6 结 论

分析证明，在同等照明条件下，在灯具功率相同的情况下，与传统的普通对称照明配光方案相比较，采用对称宽光带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%。在路面亮度相同的条件下，逆光照明灯具比常规照明灯具更能充分利用光效来提高路面亮度，降低目标照度，从而达到省电目的。

照明装置的照明效率在很大程度上取决于灯具本身的配光形式和其布置方式，中线布置比侧面布置效益高。把布灯方式定在中排布偏置 75 cm 处和侧布在一侧布灯高度为 6.5 m处的布灯方案，能有效地解决公路隧道双侧布置能耗较高、中央布灯不便维护的矛盾，是一种具有较高效率的布灯方式。

对于对称宽光带照明系统而言，隧道墙面反射系数越高，路面亮度越高。而对逆光照明系统而言，隧道墙面的反射系数越高，逆光效果越差，因此，对逆光照明系统，不应对墙面进行过分明亮的装饰。由此也可节省土建装饰方面的投资。

在灯具功率相同的情况下，通过与双侧壁对称 ( 交错 ) 照明配光方案相比较，逆光照明可以避免眩光，同时可以有效降低频闪效应对驾驶员行车安全所造成的影响。

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