兩龍高速公路隧道照明運營狀況調(diào)查分析

王少飛 涂 耘 張 琦 李 科 謝曉輝 劉 琦 蔡堅健

(1.招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司 隧道建設(shè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)交通行業(yè)重點實驗室，重慶 400067;2.國家山區(qū)公路工程技術(shù)研究中心，重慶 400067;3.浙江金麗溫高速公路有限公司 監(jiān)控中心，麗水 323000)

1 引言

兩龍高速公路全長222.24km，由龍 (游)麗(水)高速公路、麗 (水)龍 (泉)高速公路兩段構(gòu)成，系浙江省規(guī)劃公路干線網(wǎng)中“兩縱、兩橫、十八連、三繞、三通道”之二連。兩龍高速公路大部分位于浙南山區(qū)，橋隧比例較高 (如圖1所示)，全線共設(shè)置隧道45座，其中長隧道13座、中隧道6座、短隧道26座，其顯著特點是隧道數(shù)量多、隧道群密集分布［1］。兩龍高速公路于2007年底全線建成通車，由于與其銜接的省際高速公路尚未建成，目前日交通量較小，降低電耗、節(jié)約電費成為運營管理公司亟待解決的重要課題。

本文在查閱資料、實地調(diào)研、現(xiàn)場測試的基礎(chǔ)上，客觀分析當(dāng)前兩龍高速公路隧道照明運營存在的突出問題，并據(jù)此提出針對性的照明運營節(jié)能策略，以響應(yīng)《浙江省交通運輸節(jié)能減排專項行動方案 (2009—2012)》，推動兩龍高速公路節(jié)能減排工作深入開展。

圖1 兩龍高速公路沿線風(fēng)貌

2 兩龍高速公路交通狀況調(diào)查分析

以龍泉收費站、龍游南收費站為例，2座主線收費站近3年日交通量統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表1～表2［1］。顯然，兩龍高速公路高峰小時交通量屬于《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》 (JTJ 026.1—1999)［2］規(guī)定的“近期交通量”;此外，兩龍高速公路交通組成也以小型車為主。上述因素使得兩龍高速公路在投入使用初期，公路隧道照明運營需求相對較低［3］。

表1 龍泉收費站交通量統(tǒng)計數(shù)據(jù)

表2 龍游南收費站交通量統(tǒng)計數(shù)據(jù)

3 兩龍高速公路隧道照明運營現(xiàn)狀

3.1 洞外亮度L20(S)

在2010年8月晴好天氣狀況下，對兩龍高速公路典型隧道洞外亮度L20(S)展開現(xiàn)場測試，其部分測試分析結(jié)果如圖2～圖3所示，洞外亮度L20(S)變化曲線如圖4～圖5所示。

測試分析結(jié)果表明［3］:①兩龍高速公路采用端墻式洞門的隧道，其洞外亮度L20(S)取3000cd/m2較為合理，采用削竹式洞門的隧道，其洞外亮度L20(S)取2500cd/m2較為合理;②在夏季 (6～8月)晴好天氣狀況下，洞外亮度L20(S)最大值一般出現(xiàn)在11:00～14:00。

圖2 閹基頭隧道洞外亮度L20(S)測試分析圖 (13:00)

圖3 東田隧道洞外亮度L20(S)測試分析圖 (11:00)

以赤石嶺長隧道為例，其照明設(shè)計方案見表3［1］，兩龍高速公路其他隧道的照明方案與之類似，

圖4 閹基頭隧道洞外亮度L20(S)變化曲線

圖5 東田隧道洞外亮度L20(S)變化曲線圖

3.2 洞內(nèi)路面亮度

只是部分短隧道加強(qiáng)照明段長度有所減少。赤石嶺隧道各照明段測試數(shù)據(jù)見表4［4］。

表3 赤石嶺隧道照明設(shè)計方案

表4 赤石嶺隧道各照明段測試數(shù)據(jù)

續(xù)表

3.3 照明供電狀況

以赤石嶺隧道變電所為例，其低壓照明線電壓Us實測值為382V，比額定電壓Ue高0.5%，屬正常供電電壓范疇［1］，不會對公路隧道照明運營系統(tǒng)能耗產(chǎn)生額外影響。

4 兩龍高速公路隧道照明系統(tǒng)評價

根據(jù)查閱資料、實地調(diào)研、現(xiàn)場測試、數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，目前兩龍高速公路隧道照明運營系統(tǒng)主要存在以下5方面的突出問題。

4.1 隧道照明系統(tǒng)存在過度設(shè)置

隧道照明系統(tǒng)過度設(shè)置是我國山區(qū)高速公路的一大“通病”［5］，兩龍高速公路也不例外。以中、長隧道照明設(shè)計方案為例，洞外亮度L20(S)一般按4000 cd/m2取值，加之未考慮根據(jù)交通量增長情況設(shè)計照明系統(tǒng)分期實施方案，致使入口段、過渡段及出口段照明運營亮度遠(yuǎn)高于當(dāng)前公路隧道安全行車所需亮度，如圖6所示。

圖6 中、長隧道照明運營亮度需求對比

4.2 中短隧道照明系統(tǒng)過于龐大

兩龍高速公路全線中短隧道數(shù)量比例約占71.11%，經(jīng)查閱資料及實地調(diào)研，全線短隧道照明設(shè)計參數(shù)與長隧道基本相同，由于未考慮短隧道照明的特點與需求，從而造成其規(guī)模尤其龐大，電能浪費較為嚴(yán)重。

4.3 隧道照明控制模式需要改進(jìn)

根據(jù)運營管理人員介紹，兩龍高速公路隧道只有在夏季大晴天才開啟全部加強(qiáng)照明回路，其余時間僅有2種照明控制模式:白天開啟一半照明回路，夜間開啟一半基本照明回路，這就使得其實際照明運營既不安全也不節(jié)能。

4.4 未考慮連續(xù)隧道照明特殊性

根據(jù)《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》(JTJ 026.1—1999)［2］，當(dāng)2座隧道間的行駛時間按設(shè)計速度考慮小于30s，且通過的前一座隧道內(nèi)行駛時間大于30s時，后續(xù)隧道入口段亮度應(yīng)進(jìn)行折減。兩龍高速公路隧道群眾多，隧道照明系統(tǒng)設(shè)計未考慮連續(xù)隧道入口段亮度折減，也是造成照明系統(tǒng)規(guī)模龐大的重要原因之一。

4.5 未系統(tǒng)性考慮隧道照明節(jié)能

公路隧道照明節(jié)能是一項系統(tǒng)工程［6～10］，需要從照明設(shè)計參數(shù)取值、光源和燈具選擇、燈具布置方式、照明控制模式、節(jié)電設(shè)備應(yīng)用、養(yǎng)護(hù)管理等方面統(tǒng)籌考慮。目前兩龍高速公路隧道照明節(jié)能措施較為單一，不能實現(xiàn)照明節(jié)能效益最大化。

5 兩龍高速公路隧道照明節(jié)能策略

根據(jù)兩龍高速公路隧道照明系統(tǒng)評價結(jié)論，以盡可能不改變現(xiàn)有隧道照明系統(tǒng)構(gòu)成為前提，提出科學(xué)適用的照明節(jié)能控制方案 (以赤石嶺長隧道為例)，見表5。由于中、短隧道照明需求水平相對較低，可以通過少開加強(qiáng)照明回路及簡化加強(qiáng)照明段達(dá)到節(jié)能控制的目的，以長度L＜300m直線隧道為例，其照明節(jié)能控制方案見表6。針對兩龍高速公路隧道特點，結(jié)合隧道長度、線形、洞門形式，研究人員制定出多種照明節(jié)能控制方案，并編制了《兩龍高速公路隧道照明節(jié)能運營技術(shù)指南》。

表5 赤石嶺隧道照明運營控制方案

表6 長度L＜300m直線隧道 (端墻式洞門)照明運營控制方案

續(xù)表

6 兩龍高速公路隧道照明節(jié)能效益

前文所述照明節(jié)能控制方案與既有照明控制方案的能耗對比見表7～表8。顯而易見，本文提出的照明節(jié)能控制方案經(jīng)濟(jì)效益是極為顯著的。

表7 赤石嶺隧道照明運營能耗對比表

表8 長度L＜300m直線隧道 (端墻式洞門)照明運營能耗對比表

續(xù)表

7 結(jié)語

(1)通過資料調(diào)研、現(xiàn)場測試、數(shù)據(jù)分析及技術(shù)交流，對兩龍高速公路隧道照明系統(tǒng)運營現(xiàn)狀進(jìn)行了客觀評價，主要存在隧道照明系統(tǒng)存在過度設(shè)置、中短隧道照明系統(tǒng)過于龐大、隧道照明控制模式需要改進(jìn)、未考慮連續(xù)隧道照明特殊性、未系統(tǒng)性考慮隧道照明節(jié)能等5方面的突出問題。

(2)結(jié)合兩龍高速公路隧道照明系統(tǒng)評價結(jié)論，以盡可能不改變現(xiàn)有隧道照明系統(tǒng)構(gòu)成為前提，提出科學(xué)適用的管理性節(jié)能策略。分析計算表明，照明節(jié)能控制方案的實施預(yù)計可實現(xiàn)兩龍高速公路隧道加強(qiáng)照明節(jié)能50%以上 (按系統(tǒng)功率計算)，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益。

(3)建議隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展及可再生能源技術(shù)的逐步成熟，適時開展結(jié)構(gòu)性節(jié)能技術(shù)研究 (如太陽能光纖照明技術(shù))，提高“綠色能源”在兩龍高速公路隧道的使用比例，不斷優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。

［1］招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司隧道工程所.金麗溫、兩龍高速公路隧道照明調(diào)研報告［R］.重慶:招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司，2011.

［2］交通部重慶公路科學(xué)研究所.JTJ 026.1—1999公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范 ［S］.北京:人民交通出版社，2000.

［3］招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司隧道工程所.高速公路隧道節(jié)能照明參數(shù)及運營策略研究總報告［R］.重慶:招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司，2011.

［4］招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司隧道工程所.金麗溫、兩龍高速公路隧道照明現(xiàn)場測試報告 ［R］.重慶:招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司，2011.

［5］涂耘，王少飛，張琦，等.西漢高速公路隧道照明系統(tǒng)評估研究 ［J］.照明工程學(xué)報，2010，21(5):15～21，36.

［6］王少飛，涂耘，鄧欣.公路隧道節(jié)能減排對策 ［J］.鐵道工程學(xué)報，2011，28(5):71～75，114.

［7］涂耘，王少飛，張琦，等.“低碳經(jīng)濟(jì)”背景下公路隧道照明節(jié)能策略 ［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2011，48(3):14～21.

［8］王少飛.論公路隧道運營管理 ［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2010，47(S):45～50.

［9］王少飛，張琦，李科.基于GPRS技術(shù)的中、短公路隧道照明遠(yuǎn)程監(jiān)控方案 ［J］.電氣應(yīng)用，2010，29(23):46～51.

［10］譚儀忠，劉元雪，孫樹國.地下工程節(jié)能減排研究進(jìn)展 ［J］.地下空間與工程學(xué)報，2010，6(S2):1533～1537.