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高等級公路隧道照明設(shè)計 一、概述 修建隧道是浙江山區(qū)高等級公路的重要手段，其交通的順暢直接影響到整條公路的通行。要講隧道照明，首先應(yīng)從分析隧道對行車視覺產(chǎn)生的問題著手。 1、進入隧道前的視覺 白天當(dāng)駕駛員從隧道外駛?cè)胨淼罆r由于內(nèi)外的亮度差別極大，所以從隧道外部看照明很不充分的隧道入口時，只會看到一個黑洞（對長隧道而言）或一個黑框（對短隧道而言）。為了消除這種黑洞或黑框現(xiàn)象，必須在隧道入口使路面的亮度達(dá)到必要的水平。 2、進入隧道后立即出現(xiàn)的視覺問題 由于人眼視覺上的滯后性作用，當(dāng)人從較明亮的外部環(huán)境進入到一個較暗的區(qū)域后，要經(jīng)過一段時間才能看清區(qū)內(nèi)的情況，由于這種視覺適應(yīng)滯后的影響，使駕駛員進入隧道后，立即產(chǎn)生視覺上的盲區(qū)。這對行車來說，是極其危險的。 3、隧道內(nèi)部存在的視覺問題 無論是白天還是黑夜，隧道內(nèi)汽車行使排出的廢氣幾乎無法消散，而形成較大的煙霧。煙霧除了吸收汽車前燈發(fā)出的光線，使照度降低外，還使光線發(fā)生漫反射、散射而形成透明度不同的光幕，從而降低了道路前方障礙物及其周圍環(huán)境的亮度，使司機識別前方障礙物的能力下降。 4、隧道出口處的視覺問題 在白天當(dāng)車輛通過較長的隧道接近出口時，由于洞外的亮度遠(yuǎn)高于洞內(nèi)，隧道的出口好象一個白色的洞，與黑洞效應(yīng)類似，人眼同樣會產(chǎn)生視覺滯后，而且強烈的光線會形成強烈的眩光效應(yīng)，使司機的視覺很不舒服，對行使在前方的車輛只能看到一個很暗的輪廓，而且不能準(zhǔn)確判斷距前方車輛的距離。 如果是在夜間，其效果正好與白天相反，駕駛員在隧道內(nèi)看到的是黑洞而不是亮洞，在這種情況下，駕駛員難以辨別洞外的道路線形、路上交通情況及道路上的任何障礙物，也是一個視覺盲區(qū)。 由上所述，必須從照明技術(shù)上采取措施，解決這些視覺問題。 二、隧道照明的布設(shè)原則 根據(jù)隧道的特殊環(huán)境及隧道行車視覺的要求，隧道照明設(shè)施可以采取以下措施： 1、洞外引道遮擋自然光的措施 在隧道外路段進行遮光處理，使接近隧道入口時的自然光逐漸減弱，遮光距離一般不少于50米，在隧道的入口處，盡量降低洞口外的亮度，以便使入口段增加亮度使用的燈具功率減少，有利于節(jié)約能源。 遮光的方法可采用百葉天棚的方法降低洞口的亮度。此外，在洞外兩側(cè)植樹也是比較經(jīng)濟的措施，越靠近洞口處植樹越密，樹冠也要大些，最好使之遮住天然光。 洞外引道應(yīng)布設(shè)路燈供夜間道路照明，以減少夜間隧道洞內(nèi)外的亮度差，洞外引道布燈長度與路面亮度不宜小于表1。 洞外引道布燈長度與路面亮度表 表1 設(shè)計行車速度（km/h） 路面亮度（cd/㎡） 長度（m） 100 2.0 180 80 1.0 130 60 0.5 95 40 0.5 60 2、入口處照明 根據(jù)《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》長度超過100米的隧道必須設(shè)立洞內(nèi)照明，其中包括入口段、過渡段、中間段、出口段照明。入口段的長度主要取決于洞內(nèi)外亮度之差，同時還與設(shè)計車速、洞外 光亮度、洞內(nèi)照度和洞壁材料等因素有關(guān)。 表2、表3表示當(dāng)隧道外亮度L20=4000cd/m2時，隧道入口處入口段、過渡1段、過渡2段、過渡3段的照明標(biāo)準(zhǔn)。如果隧道洞外亮度為L，則表2、表3的數(shù)值乘以系數(shù)L/4000后就可以使用。 入口照明各區(qū)照明標(biāo)準(zhǔn)（一） 表2 設(shè)計 車速（km/h） 入口段 過渡一段 過渡二段 過渡三段 距離（m） 亮度（cd/㎡） 照度（Lx） 距離（m） 亮度（cd/㎡） 照度（Lx） 距離（m） 亮度（cd/㎡） 照度（Lx） 距離（m） 亮度（cd/㎡） 照度（Lx） 100 151 180 2160 106 54 648 111 18 216 167 6.3 75.6 80 85 140 840 72 42 252 89 14 84 133 4.9 29.4 60 32 88 264 44 27 81 67 9 27 100 3 9 40 10 48 96 26 15 30 44 5 10 67 1.7 3.4 注：本表適用于雙車道單向交通量＞2400輛/h和雙車道雙向交通＞1300輛/h，混凝土路面 入口照明各區(qū)照明標(biāo)準(zhǔn)（二） 表3 設(shè)計 車速（km/h） 入口段 過渡一段 過渡二段 過渡三段 距離（m） 亮度（cd/㎡） 照度（Lx） 距離（m） 亮度（cd/㎡） 照度（Lx） 距離（m） 亮度（cd/㎡） 照度（Lx） 距離（m） 亮度（cd/㎡） 照度（Lx） 100 151 140 1680 106 42 504 111 14 168 167 4.9 58.8 80 85 100 500 72 30 180 89 10 60 133 3.5 21 60 32 60 180 44 18 54 67 6 18 100 2.1 6.3 40 10 40 80 26 12 24 44 4 8 67 1.5 3 注：本表適用于雙車道單向交通量≤700輛/h和雙車道雙向交通≤360輛/h，混凝土路面。 隨著隧道外部亮度的不斷變化，如晴天、雨天、早晨、中午及夏天與冬天等，隧道入口各段的亮度、照度均要變化，因此要設(shè)置自動調(diào)光裝置通過增減燈數(shù)的方法來調(diào)整入口諸段的照明亮度。 對于長度很短的隧道（如小于100米），從進口可看到白色的出口亮影，進出口的自然光通過反射和散射等途徑在路面產(chǎn)生一定的微弱亮度，視覺適應(yīng)不嚴(yán)重，就沒必要設(shè)置照明。 如果是大于100m的隧道，在接近隧道時可以看到隧道的出口，這樣就出現(xiàn)了黑框現(xiàn)象。為了避免這種現(xiàn)象對行車的影響，設(shè)置照明時應(yīng)采取比表2、表3更高的亮度標(biāo)準(zhǔn)。 3、基本段照明 隧道內(nèi)的基本照明，可按照隧道中的設(shè)計車速對照度的需求決定的。根據(jù)我國《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》可查得表4數(shù)據(jù)： 隧道基本段照明標(biāo)準(zhǔn) 表4 設(shè)計車速（km/h） 路面平均亮度（cd/㎡） （雙車道單向交通量>2400輛/h雙車道雙向交通>1300輛/h） 路面平均亮度 （cd/㎡） （雙車道單向交通量≤700輛/h雙車道雙向交通≤360輛/h） 換算成平均照度（Lx） 混凝土路面 瀝青路面 100 9.0 4.0 12 20 80 4.5 2.0 6 10 60 2.5 1.5 3 5 40 1.5 1.5 2 3.5 4、出口段照明 隧道出口由于白天亮度很高，會使司機形成強烈的眩光，因此在隧道出口也同入口部分一樣設(shè)有出口段照明，加強垂直 照度，出口段長度一般取60m，亮度一般 取中間段（基本段）亮度的5倍。隧道出口過渡照明區(qū)照明標(biāo)準(zhǔn)見表5。如果隧道為雙向交通的，那么出口與入口起同樣的作用，此時可不必考慮出口照度。 隧道出口段過渡照明標(biāo)準(zhǔn) 表5 設(shè)計車速（km/h） 路面平均亮度（cd/㎡） （雙車道單向交通量>2400輛/h雙車道雙向交通>1300輛/h） 路面平均亮度（cd/㎡） （雙車道單向交通量≤700輛/h雙車道雙向交通≤360輛/h） 100 45 20 80 22.5 10 60 12.5 7.5 40 7.5 7.5 5、應(yīng)急照明 由于隧道對交通流的特殊作用，供電故障對正常行駛在隧道內(nèi)的駕駛員來說是非常危險的，因此在長度超過200米的隧道內(nèi)應(yīng)建立緊急照明系統(tǒng)以及避災(zāi)引導(dǎo)燈，當(dāng)正常照明因故障熄滅后，事故電源應(yīng)能夠自動投入。事故電源最好由另一臺變壓器供電，并設(shè)有自動切換裝置，當(dāng)僅有一臺變壓器時，可在母線處或隧道進出線處與正常照明分開。對比較重要的隧道在條件允許的情況下，可設(shè)置備用發(fā)電機作為備用電源，并用UPS或EPS作為避災(zāi)引導(dǎo)燈的備用電源。 因為應(yīng)急供電系統(tǒng)的容量一般較小，所以應(yīng)急照明時洞內(nèi)路面亮度不小于中間段亮度的10%。 三、隧道照明照度計算 1、照度計算： 隧道內(nèi)路面平均水平照度可按式（1）計算： Eav= 式（1） 式中：Eav——隧道內(nèi)平均照度（cd/m2） N ——燈具布置系數(shù)，相對布置時N=2，交錯布置和中間布置時N=1 η——利用系數(shù)，由燈具的利用系數(shù)曲線圖查取 M ——燈具的養(yǎng)護系數(shù)，一般可取0.6～0.7 W ——隧道路面的寬度（m） S ——燈具間距（m） 2、均勻度計算： ①路面亮度總均勻度可按下式計算 U0= 式（2） 式中：U0 —— 路面亮度總均勻度 Lmin——計算區(qū)域內(nèi)路面最小亮度（cd/m2） Lav——計算區(qū)域內(nèi)路面平均亮度（cd/m2） ②路面中線亮度縱向均勻度可按下式計算： U1= 式（3） 式中：U0——路面亮度縱向均勻度 Lmin／＿＿路面中線最小亮度（cd/m2） Ｌmax/——路面中線最大亮度（cd/m2） 四、隧道內(nèi)照明器的選擇布設(shè) 1、光源與照明器的選擇 隧道內(nèi)的照明光源通常選擇大功率的日光燈、高、低壓鈉燈和高壓汞燈。高、低壓鈉燈常用于長隧道或汽車煙霧較多的情況，高壓汞燈多用于短隧道和煙霧少的情況，日光燈常用于城市短隧道和煙霧少的情況。 對于照明器的形式和安裝位置的選擇，應(yīng)避免對司機產(chǎn)生眩光和不舒適感，為了節(jié)約能源還應(yīng)提高照明器的發(fā)光效率，燈具結(jié)構(gòu)要密封防塵且易于維修和用水清洗，燈具的防護等級應(yīng)不低于IP65，并能調(diào)節(jié)其安裝角度。 2、照明器（燈具）的布設(shè) 高速公路隧道內(nèi)的燈具一般安裝在路面以上5.0～5.5m。布置形式可根據(jù)燈具的配光曲線、路面平均照度和分布、對司機的閃光效應(yīng)、夜間為節(jié)電而減燈、維修和經(jīng)濟性等因素進行綜合決策。一般分為三種基本形式：對稱布置、交錯布置和中線布置。隧道里實際運用中可以將對稱布置、中線布置相結(jié)合，或是將交錯布置與中線布置相結(jié)合，以中線布置的燈作為應(yīng)急照明燈，兩側(cè)（包括對稱布置的和交錯布置的）作為入口及出口段的加強燈。 高速公路照明器通常為掛頂式安裝，燈具基本段的安裝間距S為： 對稱布置時 S≤2.5H， 交錯布置時 S≤1.5H， 中線布置時 S≤1.5H， 考慮到頻閃時 v/36≤S≤v/18 式中 H——燈具的安裝高度（m） v——隧道內(nèi)設(shè)計行車速度（km/h） 五、照明控制 由前所述，隧道內(nèi)部亮度應(yīng)根據(jù)洞外亮度進行調(diào)節(jié)，才能滿足技術(shù)要求和減少 維護費用。隧道照明控制需要以燈具的合理布置為基礎(chǔ)的?？梢詫⑺淼勒彰鳠艟邉澐譃閮扇海篈群按基本段亮度的要求沿隧道全程布置；B群作為加強照明燈具分成幾個獨立回路組，以不同的排列形式布置，滿足不同區(qū)段的亮度要求。B群的各組既可穿插在A群燈具的間隔中，也可與A群平行布置成為另一列燈具。A群24小時連續(xù)照明，將洞外亮度變化范圍劃分成有限級數(shù)，級數(shù)與B群獨立回路組數(shù)相等，按洞外亮度級別，分別接通或關(guān)閉相應(yīng)回路，就可得到滿意的照明效果。