玉樹災后重建LED道路照明設計

要 銳

(北京市政工程設計研究總院，北京 100082)

1 引言

2010年4月14日，青海省玉樹州發生7.1級強烈地震。玉樹州府所在地結古鎮成為極重災區。按照玉樹災后重建工作的總體部署，北京市是支援玉樹災后市政道路基礎設施重建工作的實施主體。

玉樹州地處青藏高原，平均海拔4000米左右，空氣稀薄，透明度高，氣候干燥少雨，晴天多，溫差大，日照時間長，日照百分率50%以上，全州年日照2467～2789小時之間，年輻射量每平方公里623～674千焦。

如何針對玉樹州特殊的地理、氣候情況，并結合當地道路、供電現狀，確定結古鎮的道路照明方式，選擇新型綠色光源，實施環保、節能、富有民族特色的道路照明設計，是本項設計的關鍵所在。

2 背景描述

2.1 道路現狀及規劃

2.1.1 道路現狀

玉樹州結古鎮公路網構架初步形成，但是存在技術等級不高和網絡連通度不夠等問題，導致對外交通承載能力和應急能力不足，在一定程度上制約了玉樹地區社會經濟發展。

2.1.2 規劃功能等級劃分

按照道路使用功能劃分，城區道路功能劃分為四個層次:一是對外聯絡干道，包括對外公路;二是中心城區干道，包括主干道、次干道;三是組團內部道路，包括交通性街道、生活性街道;四是旅游景觀道路，包括:步行街、馬道游覽。

2.1.3 不同等級道路承擔的功能

1)組團之間的聯系:由中心城主干道和次干道承擔;

2)組團中心服務以及組團進出交通:由組團內部交通性街道承擔;

3)組團內部交通:以組團內部生活性街道為主;

4)旅游特色交通:旅步行街、馬道游覽路、轉經路、濱河步道等。

2.1.4 道路網規劃方案

玉樹中心城區道路網干路系統格局呈“三橫三縱”，突破了原有“一橫一縱”的T字型格局，大幅提升了道路交通承載能力 (見圖1)。中心城區道路路網系統主要由7條中心城區主干路和13條中心城區次干路構成，其中:中心城區主干路約26.3公里，中心城區次干路約15.87公里，組團內部交通性街道43.1公里，主要道路共計61.27公里 (不含組團內部生活性街道)。

圖1 玉樹州結古鎮規劃

2.2 道路照明供電現狀及規劃

(1)現狀情況

地震前，玉樹州結古鎮與稱多縣聯網供電，共有水電站七座，地震中，部分電站損毀嚴重，不能再用，只有個別小水電站修復后可繼續使用。

城區內除幾條道路有照度不高的太陽能路燈外，其余道路均無道路照明設施。

(2)存在問題

供電能力不足，無法滿足地區電力需求;電網結構簡單，抗災害能力弱;設備陳舊老化嚴重，供電能力和電能質量低;中壓配網以架空為主，影響供電安全性和可靠性。

從供電現狀看，道路照明的供電系統難以在短時間內得到充足可靠的供電保障。

3 道路照明設計原則

綜合考慮玉樹地區特殊情況，選擇適宜的設計標準;以合理確定工程建設標準，盡量減少拆遷占地，節約工程投資為原則;道路照明設計優先考慮節約能源，注重生態環境保護和美觀實用性。

4 常規路燈照明型式及光源的比較

當前國內常規路燈照明主要有市電、太陽能、風光一體等三種型式，其特點如下:

(1)市電路燈照明方式

該方式是各城市中廣泛應用的常規照明方式，適用于各種不同標準的道路照明，照明方式靈活且效果好，燈具維護工作量小，但需配置路燈供電設備及敷設電纜管線，施工安裝工作量較其它兩種方式要大。

(2)太陽能路燈照明方式 (見圖2、圖3)

太陽能路燈這種新型綠色高科技路燈照明形式，吸收太陽光，通過光電轉換為路燈供電，無需外接市網電，與高效能的LED光源配合，其優點是節能、環保、施工安裝方便，不需配置路燈供電設備及敷設電纜管線。路燈開關無須人工操作，由智能時控器自動感應天空亮度進行控制。缺點是適用于次干道以下道路照明，不能有遮擋物 (一般不適用于城市中心區)燈具維護及電池更新維護量大 (目前電池一般5年就需更換)。

近些年，在點亮新農村工程、“十城萬盞”等項目中，政府花費了大量資金，使許多供電無法送達的鄉村道路也得到照明。不光給農村及偏遠地區帶來實惠，也為太陽能照明的發展提供了廣闊的市場和豐富的經驗。

(3)風光互補路燈照明方式

風光互補路燈是新型綠色高科技照明產品，在白天可以利用太陽光和風力資源發電，晚上利用風力發電機發電，彌補了風能供電或太陽能供電的單一性，使供電系統更具穩定性和可靠性。風光互補路燈雖然具有以上優點，但其相對于單一采用太陽能的太陽能路燈來說結構復雜，對運行維護要求較高。

圖2 震后太陽能夜間照明

圖3 震后太陽能路燈

(4)LED路燈與傳統高壓鈉燈路燈參數比較LED路燈與傳統高壓鈉燈路燈參數比較見表1。

表1 LED路燈與傳統高壓鈉燈路燈參數比較

綜合比較，LED路燈即半導體照明燈，它是一種固態冷光源，將電能直接轉化為光能。具有環保無污染、耗電少、光效高、壽命長等特點，因此，LED路燈在道路照明節能改造中將有廣泛的應用前景。

(5)結論

2010年4月15日地震當天夜里，由于電力全部癱瘓，在一片漆黑的結古鎮縣城，還能看到部分地區有星星點點的亮光，正是太陽能LED路燈在發揮作用。它給震后的結古鎮帶來了一絲光亮，并且伴著抗震救災的大軍度過了無數的日日夜夜。這就是為什么當地群眾和領導對太陽能路燈情有獨鐘。

考慮到盡可能減少道路照明設施日常運行、維護的工作量，并根據玉樹州結古鎮日照充足，以及當地供電緊張的實際情況，綜合比較以上三種照明方式，在設計中主要采用市電路燈照明和太陽能路燈照明相結合的方式，且兩種方式光源均采用LED燈。

5 設計依據

(1) 《城市道路照明設計標準》 (CJJ 45－2006);

(2) 《供配電系統設計規范》 (GB50052－2009);

(3)《低壓配電設計規范》(GB50054－2011);

(4) 《建筑物防雷設計規范》 (GB50057－2010)。

6 結古鎮道路照明設計方案

6.1 太陽能路燈照明方式

(1)概述

玉樹州結古鎮的次要道路及非中心區道路照明采用太陽能路燈照明方式。包括:巴塘路 (濱河路)、巴塘路 (當代路)、扎西科路、北環路。

(2)照明標準

太陽能路燈照明標準統一參照城市次干路標準。

平均亮度:0.75cd/m2，亮度均勻度:Uo≥0.4，平均照度:10lx，路口交會處照度為:≥20lx，眩光限制:采用半截光型燈具。

(3)路燈布置形式

路面有效寬度小于10米的，在道路單側布置8米或9米路燈，燈桿間距約24或28米左右。

(4)照明光源選擇

標準路面:50W LED燈，交匯路口:80W LED燈。

(5)照明控制方式

路燈控制采用太陽能控制器，不光實現路燈的光控和時間控制，還能對太陽能路燈的充放電實現控制。并能夠在夜間自動切控負載，以便于陰雨天延長路燈的工作時間。

(6)燈桿技術要求

玉樹結古鎮主街道將建設為玉樹重建后不同以往獨具民族特色的一道風景。為突出地域民族特色，彰顯民族文化，設計除具備路燈本身具有的照明功能外，又要在外觀造型上融入玉樹藏民族文化精髓，從而達到照明和民族特色兼有的功能及效果。

①LED路燈

工作電壓:AC(85V～265V)，頻率:50～60Hz，LED發光效率:≥100Im/W，燈具效率:≥90%，功率因數:PF＞0.95，顯色指數:Ra≥80，色溫:4500k，防護等級:IP65，適應濕度:≤95%，耐溫－38～+60攝氏度，抗UV紫外線黃化率30000小時無變化，壽命:≥50000小時。

②多晶硅太陽能電池板技術參數

光的轉換效率: ＞16%，全部組件均為ISO9001認證工廠中設計生產。組件符合國標GB/T9535安全等級規范，可經受高風壓、冰雹沖擊和雪壓，具有出色的防火能力，并且能防止鳥類的影響。透光率≥92%。

③太陽能鉛酸蓄電池－免維護蓄電池

電池倉:須滿足埋地、密封、防水、防潮、防凍要求。要采用防盜螺絲，并具備蓄電池防盜措施。

④太陽能控制器

具有以下保護功能:蓄電池接反保護，太陽能電池接反保護，負載過流及短路保護，蓄電池開路保護。應具備溫度補償功能，防雷保護功能。使用環境溫度: －40～+50攝氏度;使用海拔≤5000米。兼有路燈控制功能，具有光控、時控功能，并應具有夜間自動切控負載功能，便于陰雨天延長路燈工作時間。光控、定時相結合并可設置。使用壽命不低于8年。須通過CE認證及GB/T19064國家信息產業部郵電工業產品質量監督檢驗中心的檢測認證。

⑤路燈燈桿

燈桿材料:鋼件經熱鍍鋅處理后噴塑。法蘭盤:尺寸＜400mm×400mm，緊固件螺栓、螺母為不銹鋼。控制器:設置于燈桿內，操作門開關靈活并確保安全。

6.2 市電電源路燈照明方式

(1)概述

玉樹州結古鎮的主要道路及中心區道路照明采用市電電源照明方式。包括:紅旗路、雙擁街、商業街、政府街、德吉路、結曲路、扎西科灘路、公園西路、公園東路、八一西路、八一路、結古路、結古中路、結古東路、民主路、紅衛路、南環路、跨河路、勝利路、新寨路、新寨東路 (見圖4～圖11)。

(2)供電方式

圖4 新安裝新寨東路路燈

圖5 新安裝南環路、北環路等邊緣道路太陽能路燈

路燈照明用電負荷確定為三級負荷。在道路外側設置箱式變電站為道路照明負荷供電。箱式變電站供電半徑約1000米。由就近的10kV開閉所為每座箱式變電站提供一路10kV高壓電源。實際實施時根據與當地供電部門的協調結果，可結合當地的實際情況，采用就近引入低壓電源的供電方式。

(3)照明標準

①主干路:平均亮度:1.5cd/m2，亮度均勻度:Uo≥0.4，平均照度:20lx，路口交會處照度為:≥30lx，眩光限制:采用截光型燈具。

②次干路:平均亮度:0.75cd/m2，亮度均勻度:Uo≥0.4，平均照度:10lx，路口交會處照度為:≥20lx，眩光限制:采用半截光型燈具。

(4)路燈布置形式

路面有效寬度小于10米的，在道路單側布置8米或9米路燈，燈桿間距約24或28米左右。

(5)照明光源選擇

為了保證各條道路光色，照度的一致性，將市電電源路燈的光源與太陽能路燈的光源選擇一致，均采用LED型燈具。

①主干路:標準路面:100W LED燈，交匯路口:125W LED燈。

②次干路:標準路面:50W LED燈。交匯路口:80W LED燈。

(6)照明控制及節能

在箱式變電站中裝設有路燈控制儀，可實現人工及自動兩種控制。在正常情況下，采用自動控制方式，可按照一年中的日出、日落時間進行定時開啟控制;或者采用手動方式進行開、關路燈的控制。照明燈具順序按A、B、C相跳相接線，保持照明負荷三相平衡。LED路燈光源以其光效高、壽命長、工作電壓低等特性，充分體現了它的節能優勢。

(7)燈桿技術要求:同太陽能路燈

7 問題及探討

(1)LED道路照明標準

LED是正在快速發展中的新型綠色光源。目前，還沒有一個可供設計人員使用的相應標準作為設計依據。在本設計中，主要依據的是現有《城市道路照明設計標準》，根據LED路燈特點在不同等級路段進行相應調整。

圖6 新安裝跨河路路燈

圖7 新安裝政府街等道路路燈

圖8 新安裝道路路燈夜間效果圖

圖9 新安裝路燈燈頭

圖10 新安裝商業街、紅旗路等道路路燈效果圖

圖11 新安裝民主路、紅衛路等主路路燈效果圖

(2)LED的色溫問題

低色溫的黃色光穿透雨霧的能力較好，但是，LED路燈色溫偏高，在雨霧及灰塵較大的氣候，對道路照明的效果有一些影響。尤其是結古鎮正處于如火如荼的重建階段，LED光源在塵土較大的晚間照明時段效果受到很大影響。

本項工程主要考慮到，當地的地理環境中雨霧天氣畢竟占的比例比較小，且待到結古鎮基本建成后，塵土問題也會相應消除，選擇適應雨霧天氣的暖色溫燈具，從而提高燈具的造價和容量并不是最佳的方法，因此，并沒有考慮采用較低色溫的LED路燈。

(3)海拔高及環境溫差大對LED燈的影響

前面提到，玉樹州地處青藏高原，平均海拔4000米左右，日溫差大。這樣對LED燈這個新光源新產品是個考驗。LED產品各個領域都在開發研究的階段，但針對高海拔、高溫差LED燈的具體參數及對應材料工藝的要求，還沒有一個可以依據的標準和實驗檢測報告。而這方面的研究對今后相應地區LED燈的推廣應用會有廣闊的前景。在本次設計中，特意將海拔高度及溫度范圍列入技術要求中加以強調。

［1］玉樹州結古鎮總體規劃 (災后重建)，2010.

［2］“十二五”城市綠色照明規劃綱要，2011.

［3］城市道路照明設計標準.CJJ 45－2006.