光導照明設計在短隧道洞口中的應用

孫德亮

（石家莊市公路橋梁建設集團，河北 石家莊 050091）

0 引言

公路隧道是一種特殊的管狀結構，隧道內(nèi)外的環(huán)境差別較大，相比其他道路其運行環(huán)境更為復雜，對于駕駛員的行車心理及視覺適應影響較大，因此在照明設計初期要綜合考慮多方面的因素，找出影響照明質(zhì)量的因素，保證為駕駛員提供一個安全舒適的運行環(huán)境，促進公路隧道安全、高效的運營。公路隧道由于結構特殊，在照明設計方面與普通道路有很大的區(qū)別?！豆匪淼劳L照明設計規(guī)范》（JTJ026.1－1999）在照明系統(tǒng)構成、洞外亮度和減光、隧道各照明段的長度與亮度、照明總均勻度與縱向均勻度、調(diào)光分級、光源分級、燈具及布置、照度與亮度計算推薦方法等方面做出了說明。

1 光導照明技術介紹

自然光是大自然賜予人類的寶貴財富，可以說是取之不盡、用之不竭，相比其他能源具有清潔、安全的特點，充分利用自然光可節(jié)省大量照明用電，節(jié)約照明用電又可間接減少自然資源的消耗及有害氣體的排放。

長期以來，人們一直對自然光存在一種誤解，認為自然光進入室內(nèi)的同時帶來的熱量要多于人工光源的發(fā)熱量。事實上，如果提供相同的照度，自然光帶來的熱量比絕大多數(shù)人工光源的發(fā)熱量都少。也就是說，如果用自然光代替人工光源照明，可以大大減少空調(diào)負荷，有利于降低建筑物能耗。采集太陽光的光導管綠色照明系統(tǒng)能夠把白天的太陽光有效地傳遞到室內(nèi)陰暗的房間或者易燃易爆不適宜采用電光源的房間，改變目前很多建筑“室外陽光燦爛，室內(nèi)燈火輝煌”的局面，可以有效地減少電能消耗。光導管還可以用于辦公樓、住宅、商店和旅館等建筑的地下室或走廊的自然采光或輔助照明，并能取得良好的采光照明效果，是太陽能光利用的一種有效方式。

光導照明系統(tǒng)主要分為三大部分：室外屋頂采光裝置、光傳導部分（光導管）和室內(nèi)漫射器。透明采光罩具有極高的透光性能和折射性能，可以把自然光高效透入系統(tǒng)內(nèi)?；【€和折邊的設計，一方面可以將低角度光線折射進入系統(tǒng)，使得采光面積遠大于采光罩的面積；另一方面使空氣中的灰塵不容易附著，避免了頻繁的清潔維護。特殊的材料和工藝，可以隔絕大部分紫外線，并使其具有非常好的耐久性和抗沖擊性。采光罩采用國外進口優(yōu)質(zhì)PC材料添加UV注塑加工而成，材質(zhì)自身擁有較強的耐磨擦性能和抗沖擊性能，同時可隔絕90%以上的紫外線。由于添加了UV材料，采光罩的黃化指數(shù)大大提高。外型采用球面形設計，除美觀外，其最大的作用是使其更大面積地接收光線和防止集落大顆?；覊m。采光罩底部利用光線折彎技術進行光學設計，可有效增加自然光線的采集。采光罩表面采用拱擠耐磨擦涂層，即使長期處在惡劣的風沙環(huán)境中也不會因長期摩擦而影響其透光性。采光罩內(nèi)采用拱擠特殊防結露膜，可使冷凝水不能形成露滴直接滴落到系統(tǒng)內(nèi)部，而是沿壁流下，經(jīng)系統(tǒng)回水槽排到外面；適應溫度范圍為－40～125℃，即使在晝夜溫差相差較大的地區(qū)也可以安全使用。

光導管是把由采光裝置收集的自然光導入室內(nèi)的管道，一般為鋁制結構，質(zhì)量較輕。光導管按形狀可分為直光導管和彎管兩種。漫射器具有極強的透射性和散光性，可以將進入系統(tǒng)的自然光重新分配，使之均勻分布于室內(nèi)。

2 安裝方案

通過對幾家公司產(chǎn)品的分析，決定采用索樂圖管道式日光照明產(chǎn)品，因為它可以解決項目所有的難題。利用索樂圖突破物理極限反射率的導光管道（反射率高達99.7%）、增加光通量的抗沖擊采光罩以及光學透鏡可輸出視覺最優(yōu)最舒適的漫射效果，將日光近乎無損的傳導到隧道出入口段，在出入口段通過柔和降低日光強度和照度來克服暫時性失眠現(xiàn)象。

根據(jù)設計圖紙，將隧道入口段（30m范圍）劃分成4段，分別為過渡1段（長5m）、過渡2段（長5m）、過渡3段（長10m）和過渡4段（長10m）。其中過渡1段由于對洞口日光的影響較大，不考慮布置日光照明系統(tǒng)。過渡2段、3段和4段由于管道長度不同且每套系統(tǒng)計劃使用2個90度轉彎，因此對于過渡2段導光管道系統(tǒng)的光損率采用0.53，對于過渡3段導光管道系統(tǒng)的光損率采用0.39，對于過渡4段導光管道系統(tǒng)的光損率采用0.24。具體安裝見圖1，隧道建立模型見圖2。

圖1 隧道頂部結構圖

圖2 隧道整體模型的建立

3 管道式日光照明懸掛系統(tǒng)的安裝

3.1 隧道核查

詳細核查隧道具體實際情況是否與圖紙標注相符合，如有誤差及時與現(xiàn)場施工人員或與甲方聯(lián)系解決問題。

3.2 工具準備

應準備的工具有防護眼鏡、防護手套、防護呼吸面罩、梯子、鐵皮剪、機械鉆、電動齒鋸、噴液槍（噴射硅膠密封液）和其他零星工具。

3.3 定位放樣及安裝懸掛系統(tǒng)

管道式日光照明設備安裝前必須在隧道頂部定位放樣，否則會安裝不整齊。開始安裝時，首先在隧道內(nèi)安置好移動支架，工人在支架上工作，支架一定要安置牢固。從隧道洞口中間開始，工人在隧道頂部量測吊架的位置，做好記號，然后把所有的點位都布置好，工人在每個點用鉆機鉆孔，然后安裝好膨脹螺絲，安裝吊桿，安裝橫桿。管道式日光照明設施施工的具體工序如圖3所示。

4 管道式日光照明的短隧道適應性評價

本項目為某高速公路的頭道溝三號隧道，左線長140m，起止樁號為K16＋695～K16＋835，于2011年10月底開始施工，歷時一個月時間。通過眼睛觀察到的表面現(xiàn)象為：從隧道外面看，里外隧道形成一個統(tǒng)一的整體，外面亮度大時，隧道里面亮度也很大；陰天外面亮度小時，隧道里面亮度也小，由里到外是一個自然的過度。隧道做完之后，特意在不同的時間段用照度儀采集部分數(shù)據(jù)，用實際數(shù)據(jù)說明管道式日光照明是否可以在隧道中應用（具體數(shù)據(jù)見圖4和圖5）。本次試驗使用的是上海智丞電子有限公司的TES－1334A 數(shù)字式照度計。

圖3 隧道頂部安裝管道式日光照明具體工序圖

圖4 北側10月26日與12月4日照度對比圖（10:00）

圖5 南側10月25日與12月1日照度對比圖（10:00）

5 結論

這次安裝的管道式日光照明裝置中最長的裝置僅30m，從前面的照度分析可以看出以下幾種情況：

a）隧道南面光線比較充足，照度比北面大很多，所以從照度分析可知，南面的隧道入口還可以再增加一些長度，滿足在設計速度下使車輛安全通過的要求；

b）隧道北面平時能夠滿足隧道照明要求，不能夠再增加長度，但是冬至時隧道照明不很理想；

c）隧道安裝完畢后，在隧道兩邊應安裝LED誘導標和反光警示標志，這樣能夠取得很好的效果，有利于車輛行駛；

d）由于隧道洞口光線較強，應該在洞口修建遮光棚等設施，來降低洞外照度；

e）晚上處于黑暗之中，應該采用光伏照明形式；

f）白天光導管能夠滿足隧道照明過渡要求，保證行車安全的實踐與研究；

g）管道照明由于擁有節(jié)能等優(yōu)點，可以在公路明洞、明挖隧道、地下通道和人工構造物等結構物上的使用。

[1]JTJ 026.1—199，公路隧道通風照明設計規(guī)范[S].

[2]涂耘，陳建忠.公路隧道短隧道照明參數(shù)研討[J].公路交通技術，2009，（6）：125-128.

[3]袁亮.道路照明節(jié)能設計措施[A].中國科學技術協(xié)會.節(jié)能環(huán)保和諧發(fā)展——2007中國科協(xié)年會論文集（二）[C].北京：中國科學技術協(xié)會聲像中心，2007.1495-1499.

[4]陳彥華.公路隧道照明燈具的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].照明工程學報，2002，13（3）：55-57.