公路隧道照明灯具布置安装方式研究

公路隧道照明灯具布置安装方式研究

黄杨，黄立洪，冯晓新，艾建杰

（绵阳城市学院，建筑工程学院，绵阳，621000）

摘要：隧道照明是隧道安全运行的重要保障。不同的照明方式在节能方面有很大的差异。为了研究隧道照明布置对节能的影响，本文采用UC-Win/Road照明仿真软件建立隧道模型。在同一隧道的相同条件下，采用LED隧道照明灯模拟照明布局，选择最优布置方案，结合隧道反光环满足照明效果、绿色节能的要求，同时提高驾驶员行驶安全性。

关键词：隧道；灯光布置；灯光照明；仿真；反光环；节能

Study on the layout and installation of lighting fixtures in highway tunnels

HuangYang,HuangLihong，FengXiaoxin,AiJianjie

(SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,MianyangCityUniversity,Mianyang621000,China)

Abstract:Tunnel lighting is an important guarantee for the safe operation of tunnels. Different lighting methods have great differences in energy saving. In order to study the impact of tunnel lighting layout on energy conservation, this paper uses UC Win/Road lighting simulation software to establish a tunnel model. Under the same conditions of the same tunnel, LED tunnel lights are used to simulate the lighting layout, and the optimal layout scheme is selected. Combined with the tunnel reflective ring, the requirements for lighting effect and green energy conservation are met, while improving the driver's driving safety

Keywords:The tunnel; Lighting arrangement; Lighting; The simulation; The aura;Energy saving.

引言

截至2021年底我国公路总里程达到528万公里，至2021年我国公路隧道数量为19067座，同比增长7.5%，隧道总长度达到1896.66万米，同比增长10%，公路特长隧道数量增长至1175座，公路特长隧道长度达到521.75万米[[1]]。隧道内的照明要求隧道长度大于I00m通常需要照明设备。隧道照明是确保隧道内交通顺畅的功能性照明设备。其目的是在隧道行驶期间为驾驶员提供安全舒适的视觉环境，确保交通，提高运输效率。在隧道安装照明的布置方式和安装角度也对隧道内照明有不同的影响，常见排布方式有：中线布置，中线侧布置，两侧交错布置，两侧对称布置，很多的专家学者在对隧道灯光照明方面做出研究，提出照明位置的排放，并且用一些仿真软件来模拟灯光，为隧道照明布灯方案做出贡献。

1  公路隧道照明研究策略

隧道照明指标主要有各段落路面的平均亮度、路面亮度总均匀度、路面中线亮度总均匀度。文章考虑降低自然光对灯光亮度及照度影响，在选取相同灯具LED灯以及相同的布置灯具情况下，进行夜间工况模拟。其隧道中间亮度取值与交通量、隧道设计速度有关，取值如表1所示，亮度总均匀度与纵向均匀度取值要求如表2所示。首先计算隧道内道路照明强度，然后根据照明强度的对比对照明灯具的布置进行优化。一般而言，光照强度越大，行车视距越远，车辆行驶越安全;第二步是比较光源的安装角度进行计算。隧道灯具的安装角度一般与照明空间有关，因此需要结合隧道内部结构来计算安装角度，以达到绿色节能的效果。

表1  隧道照明中间段亮度与交通量、设计速度关系（亮度单位：cd/㎡)

[[2]]

表2  路面照度总均匀度和照度纵向均匀度要求值

2  隧道布灯方式模拟

2.1 隧道光环境模型的建立

某设计隧道速度为100km/h，交通量为1200veh/(h•ln)为3车道型的隧道，隧道行车宽度为3.75m,沥青路面，净空限界高度为5.5m,隧道断面如图1。该隧道模型在UC-WINROAD软件上完成，先是在该软件上编辑道路，对道路和隧道断面进行修改后在道路上放置隧道，定义隧道的位置，然后进行导入3D模型，进行灯具的导入，对导入的灯具进行参数修改，调整到相对应的参数，点击道路配属物，点击灯具后布置灯具，最后把描绘特征里的高度照明打开。隧道侧壁设置为普通水泥墙面，反射系数调整为27%，路面采用沥青混凝土路面，反射系数为18%

[[3]]。设计断面如图2-1所示，搭建一个长550m（中型隧道）的隧道模型，如图2-2所示。

图2-1  隧道断面图（单位cm)

图2-2   隧道模型图

通过Revit软件绘画出四种常用中灯具布置平面图，如图2-3所示，再由《公路隧道通风及照明设计规范》，隧道间距应V/18>s>V/36，V为行车速度（Km/h），取s=5米为间距。

图2-3  中间段隧道灯光布置图

根据中间段隧道灯光布置图，采用UC-Win/Road仿真软件建立隧道模型，并在软件模拟出四种灯光布置产生的照明效果图，如下图所示。

图2-4  隧道两侧对称灯光布置效果图

图2-5 隧道中线灯光布置效果图

图2-6 隧道交错布置灯光效果图

图2-7 隧道中线偏侧布置灯光效果图

2.2 模拟结果分析

从模拟结果可以看出，中心线灯具的平均亮度不符合要求，而其他布置方式的亮度均满足要求。路面的总亮度均匀度和路面中心线的纵向亮度均匀度满足要求。

从路面的平均亮度来看，中心线横向布置方案下的路面亮度与两侧对称布置和交错布置方案下的路面亮度相近，差异不大。在中线照明方案中，灯具安装在隧道拱顶上，高度高，光线发散，光利用效率低，导致该方案亮度最低。

均匀性方面，中心线布置方案的路面亮度总均匀性和路面亮度纵向均匀性最高，两侧交错布置方案次之，中心线横向偏移布置最差。

表2-8不同种灯具布置形式亮度计算结果

3布灯安装角度模拟

本实验隧道照明安装要求通常可以从以下几方面考虑：

（1）亮度均匀性—良好的视觉功能不仅要求有良好的平均亮度，而且要求平均亮度与道路上的最小亮度之间的差距不要太大。

（2）眩光—隧道照明灯具应采用隔断式，并采取特殊技术措施去除直接和反射的眩光，形成漫反射，使光线进入人眼非常柔和。

（3）频闪效应—一般来说，频闪频率小于2.5和大于15Hz引起的频闪现象是可以接受的。
（4）照明控制—尽量采用光敏器件和可调光电整流器组成智能照明系统，降低隧道内灯具整体亮度，降低能耗;同时，保证隧道亮度的均匀性。

因此，在仿真实验中需要选择安装角度，选择最合理、最经济、综合效果最佳的方案。模拟实验选择的安装高度为5.5m，安装角度分别为20°、25°、30°、35°、40°、50°和60°。

    通过UC-Win/Road软件对隧道照明环境模拟后，软件分别计算出安装高度为5.5m下，不同的安装角度路面平均照度，路面照明总均匀度和路面中心线照明纵向均匀度的具体数值如下表所示，不同角度的安装组合也会表现出不同的变化规律。

表3-1

由表可知并选取隧道照明的中间段作为照明仿真区段，在相同的灯具条件下，采取不同安装角度组合情况的照明模拟实验可知最好的安装角度为30°。

4隧道行车诱导设施的补充应用

隧道反光环采用反光膜与反光基板相结合的方式制作而成，利用最新的广角微棱镜特性，发挥出超强的反光效果，提高隧道内亮度，从而降低隧道内外明暗反差。隧道反光环在隧道中间段沿着隧道壁每隔100m安装，当车辆行驶至反光环的隧道路段时，在行驶车辆的灯光照射下，通过隧道反光环的反射，最终呈现为一个半圆的光圈。反射环还可以帮助驾驶员判断隧道宽度，增强对过路司机和乘客的视觉效果，缓解视觉和精神疲劳，解决进出隧道时因明暗对比造成的瞬时“失明”。在隧道停电的情况下，效果尤为突出。首先，它大大提高了车辆交通的安全性;二是辅助隧道照明，降低照明耗电量，具有良好的经济、环境和社会价值。
   隧道反光环是近年来发展起来的一种新型隧道交通安全设施，具有设备成本低、不使用电能、安装施工方便、反光性能高等优点；在车辆进入隧道后即可进行辅助照明，即使在隧道内突然停电的情况下也能正常工作，使行驶车辆安全通行隧道。同时它也具有抗潮、耐湿，长时间使用不脱色，反光性能不衰变的优点，使用中只需定期简易清洁无需其他特殊保养，经久耐用！是优势节能减排的环保工程。

5  结语

随着中国经济的持续发展，综合国力的不断增强，高新技术的不断发展，文中采用UC-winroad软件对公路隧道不同灯具布置方式开展模拟研究，在采取相同的LED隧道灯光下，公路隧道的灯具布置方式及安装角度对节约能源有着极其重要的影响，同时，加上反光环对于隧道的应用布置下，可以节约能源，提升道路交通安全性。

参考文献：

作者简介：黄杨 2000年03月 四川南充 绵阳城市学院 土木工程专业；黄立洪 2001年08月；四川绵阳 绵阳城市学院 土木工程专业

通讯作者：冯晓新 1987年08月，山东聊城，副教授，主要研究方向：交通安全工程

[[1]] 交通运输部.2018年交通运输行业发展统计公报[N].中国交通报，2019-04-12（002）.

[[2]] 《公路隧道自适应照明设施控制系统设计》刘昊.

[[3]] 赵军.高速公路路线方案安全评价关键问题研究[D].长安大学，2008.

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