浅析隧道照明设计及LED隧道灯配光设计

浅析隧道照明设计及LED隧道灯配光设计

周钦飞

广东德豪润达电气股份有限公司

摘要：随着交通事业在我国的不断发展，隧道方案在山岭、丘陵以及跨越江河的交通建设过程中得到了广泛使用。隧道为人们的出行提供了很大的便利条件。本篇文章主要对隧道照明特点和照明设计要素进行了介绍，而不同功能的LED隧道的特点和配光设计要求需要根据隧道的实际情况来分析。

关键词：视觉特点；评价标准；LED隧道灯；配光曲线

1隧道的视觉特点

隧道作为道路照明上的特殊路段，尤其是在隧道使用的过程中，其所具备的特殊性会对汽车司机产生一种视觉问题。

（1）白天进入隧道之前产生的视觉问题：由于隧道内外亮度差距比较大，从隧道外部向内部看只能看到黑洞。

（2）白天进入隧道之后产生的视觉问题：汽车在刚驶入隧道之后，需要适应一段时间才能看清隧道内部，叫做“适应滞后现象”，是人的视觉不能适应急剧的亮度变化而导致的一种现象。

（3）隧道内部昼夜视觉问题：隧道和普通道路的区别就是，汽车排在隧道里面的废气没有办法及时消散而形成烟雾，并且汽车以及照明器所投出来的光源会在废气的影响下对司机视觉产生影响。

（4）隧道出口处的视觉问题：白天汽车在接近隧道出口的时候司机会由于受到强光刺激眼睛产生不适感，而晚上所看到的是黑压压的一片，没有办法对隧道外部的道路环境进行明显区分。

2隧道照明设计

2.1评价道路照明质量

2.1.1路面平均亮度

汽车在行驶过程中，道路照明过程中主要以路面作为障碍物背景，隧道照明也可以以墙面为背景，但是仍然以路面为主。

2.1.2路面亮度均匀度

司机在行驶过程中的能见度和视觉上的舒适程度，只能通过在行驶过程中保证亮度均匀来得以实现。

（1）总均匀度（Uo）

Uo=L’min/L’av

（2）纵向均匀度（U1）

U1=Lmin/Lmas

2.1.3眩光限制

眩光在道路照明中可以分为失能眩光和不舒适眩光两种类型。眩光说的是照明设备产生的能见度发生改变所进行的评价，属于一项比较典型的司机视觉作业。失能眩光是人类生理过程，其识别能力下降的主要原因就是由生理眩光所造成的。不舒适眩光是司机在行驶过程中通过产生的眩光感觉，从而对道路照明设备的进行评价，这种眩光可以降低司机在驾驶过程中的舒适度。

2.1.4诱导性

道路走向、界限以及道路交叉点和特殊地点能清晰辨别就是为了保证司机在行驶过程中的安全，要想达到这个目的就要对司机进行有效的诱导。视觉诱导和光学诱导是诱导性所包括的两个方面。引导标志以及照明设施都可以为司机提供引导，它们都包括在交通安全设施范围内。

2.1.5防闪烁

照明设施在长隧道中由于安置不连续，而导致司机在行驶过程中要不断的受到明暗变化的频繁刺激而产生的复杂心理，就是频闪。频闪主要与明暗亮度变化、变化频率以及频闪的总时间有直接关系。而这三者又和所使用的照明设施光学特性、车辆行驶速度以及灯泡的安装间隔和隧道总长度有关。一般来说，可以忽略的就是小于2.5赫兹大于15赫兹使所产生的频闪现象。如果出现频闪的时间比较短，也就是说隧道没那么长，频闪所发出的干扰频率范围相对来说就比较小。

2.2隧道照明设计标准

隧道的照明标准是根据隧道总长度来制定的：长隧道照明可以分为5个阶段，即接近段、入口端、过渡段、中间段和出口段；比较短的隧道可以简单的分为入口段、过渡段、出口段三个阶段。隧道过渡、出口段的关键亮度可以根据人眼的适应曲线来进行相应调节。

2.2.1接近段

汽车行驶速度和洞外的亮度是照明设计过程中的两个主要基准值，道路级别已经对车速进行了限制，而洞外的亮度值只有在道路照明设计者对其进行严密的调查之后才能确定。司机在开车进入隧道洞口之前对周围环境所观察到的平均亮度就是洞外亮度。入口段、过渡段和出口段的照明亮度和其取值大小有很大的关系，因此在对其进行取值过程中一定要根据实际情况来确定，不宜偏高。

2.2.2入口段

隧道内的照明情况，2秒的时间就可以适应，然后开始进行下一段适应过程。在通过隧道群的时候，如果上一个为行驶30秒以上的长隧道，在马上要进入下一个隧道的情况下，对于后续隧道适应段的照明亮度可以适当减少。

2.2.3过渡段

过渡段是指在隧道照明过程中结语入口段和中间段之间的照明区域。解决入口处的高亮度到中间段低亮度之间所产生的剧烈变化所带给司机的不适感，能为司机带来充分的反应时间是过渡段的主要任务。

2.2.4中间段

中间段照明在隧道照明区域中的基本任务就是保证停车视线距离，而通风条件、开车速度以及车流量等是对中间段的照明水平造成直接影响的主要因素。

2.2.5出口段

在单向行驶的隧道中，有的时候需要对出口段做出合理处理，以此来缓解白洞现象所带来的不利影响。

在双向行驶的隧道中，隧道两段都是车辆入口，与此同时又都属于出口，隧道两段的照明情况完全相同，所以此隧道也就不存在出口段问题。

此外，在设计隧道照明过程中应该对应急照明进行充分考虑。当隧道长度大于1000米的时候就要考虑在隧道中设置应急照明系统，而且照明中断时间不能超多0.3秒，照明时间不能低于3分钟。应急照明在启动过程中，隧道内路面亮度不能低于中间亮度的10%或者是一平方0.2cd。

由于以上情况比较特殊，因此应该将电光照明设置在公路隧道中，有利于保证行车安全。不过电光照明的成本非常高，按照理论性方法对100米的隧道进行照明设计，其照明成本和隧道总成本相比，所占比例非常高，所以需要寻求一种低成本、既安全又保证的方法。

3设计SED隧道灯及其配光

隧道中特定环境下的灯光效果、光通量、灯具使用寿命以及其工作性质、光色、显色性以及对配光的难易程度等，需要隧道照明光源来进行满足之外，还应该选择不受汽车排烟所形成的烟雾影响的光源设备。

3.1LED隧道灯的主要特点

（1）和传统光源相比发光效率高，从理论上来讲，LED发光效率大于200lm/W，不用充气也不用玻璃外壳，具有很好的看冲击性，抗震性比较好，不容易破碎以及方便运输。

（2）因为灯源单元比较小，所以需要灵活布灯。

（3）节能效果好。

（4）使用寿命长。虽然光源会频繁亮灭，也不会对其使用寿命造成影响。

（5）在光源中没有添加任何包括汞在内的有害物质，对保护环境非常有利。

3.2LED隧道灯配光设计

根据最近几年对LED发展现状的观察，LED在未来1-5年的时间内就会在道路、隧道照明市场中大范围使用，成为道路、隧道照明市场中的首选灯具。

按照隧道灯的功能可以将其分为加强照明灯具、基础照明灯具以及应急照明灯具三种类型。三种隧道灯的配光设计也有所不同。聚光型配光、侧射型配光以及朗伯型配光和蝙蝠翼为目前最常见的配光分布形式。

我们应该根据隧道灯配光的基本功能对其进行区分，设计出不一样的配光曲线。聚光型配光或者是侧射型配光应该属于隧道加强灯范围；而蝙蝠翼或者是朗伯型配光应该属于隧道基础灯范围；蝙蝠翼配光设计就是指的应急灯。

结束语

第三次照明技术革命主要由以LED为标志的固态照明掀起，在这个行业中难免会出现一些问题，特别是在将市场作为导向的社会背景下，商家和照明设备制造业第一个要考虑的问题就是节约投资成本和实现经济效益最大化。如果将照明标准作为LED道路灯具的配光性能评价指标，而忽视了亮度指标，那么照明制造商就会节省出很多LED芯片成本，从而就没有办法保证车辆在行驶过程中的安全，没有达到道路照明的根本目的，所以，商家所宣称的照明节能就无从谈起。

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