高速動(dòng)車組內(nèi)部照明設(shè)計(jì)分析

張 莉 顏 平 蘇文煜 趙金星 徐 可

(1.唐山軌道客車有限責(zé)任公司，河北唐山 063035;2.西安開(kāi)天鐵路電氣股份有限公司，陜西西安 710065)

1 引言

隨著我國(guó)高速鐵路事業(yè)的蓬勃發(fā)展，人們對(duì)乘坐品質(zhì)的要求也越來(lái)越高。列車照明系統(tǒng)作為旅客列車設(shè)計(jì)中的一部分，是重要的旅客界面，直接關(guān)系到旅客列車車內(nèi)品質(zhì)的改善和提高、旅客生理和心理舒適度。良好的照明環(huán)境不僅給人以舒適的享受，而且也是車輛設(shè)計(jì)旅客界面設(shè)計(jì)的核心。

本文以CRH3G高速動(dòng)車組內(nèi)部照明設(shè)計(jì)為例，簡(jiǎn)述高速動(dòng)車組內(nèi)部照明設(shè)計(jì)需要注意事項(xiàng)，并對(duì)今后的發(fā)展方向進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹。

2 內(nèi)部照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

“車內(nèi)照明”系統(tǒng)作為一個(gè)整體，由客室照明及其他區(qū)域 (司機(jī)室、乘務(wù)員室、衛(wèi)生間、過(guò)道等)照明組成。

2.1 供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

高速動(dòng)車組內(nèi)部照明系統(tǒng)由四個(gè)單獨(dú)的電路為其供電，分別為兩路主照明和兩路應(yīng)急照明。對(duì)于主照明和應(yīng)急照明，根據(jù)EN 50155和IEC 60571將使用DC 110V供電電壓。在每列車內(nèi)的左右各安裝一組燈帶。這兩組燈帶的每一個(gè)模塊的供電將根據(jù)要求在每節(jié)車的中間分開(kāi)。這個(gè)結(jié)構(gòu)符合整車安全性要求。

2.2 光源燈具的選擇

隨著近幾年我國(guó)倡導(dǎo)的“綠色照明工程”，CRH3G高速動(dòng)車組整列車全部采用LED平面光源照明。LED平面光源照明燈具在照明領(lǐng)域的應(yīng)用，是半導(dǎo)體發(fā)光材料技術(shù)高速發(fā)展及綠色照明理念逐步推廣應(yīng)用的產(chǎn)物。LED平面光源照明燈具具有節(jié)能、長(zhǎng)壽命的眾多優(yōu)點(diǎn)。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，為保證光線柔和舒適，且車廂內(nèi)部照明效果一致，我們選用的LED燈珠均采用人眼感覺(jué)較舒適的3985K±275K的色溫區(qū)域，令乘客在車廂內(nèi)不會(huì)因?yàn)闊艄獾脑驅(qū)е虏贿m現(xiàn)象。

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于高速動(dòng)車組車內(nèi)有效空間狹小，CRH3G采用了行李架下蓋板照明和邊頂隱形光源照明。如圖1所示，此結(jié)構(gòu)是在原有CRH3、CRH5型車車內(nèi)照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化。此結(jié)構(gòu)便于照明系統(tǒng)的快速組裝和后續(xù)的維護(hù)。

圖1 內(nèi)部照明Fig.1 Interior lighting

行李架下蓋板燈為集成結(jié)構(gòu)，包括:下蓋板燈和燈罩板，安裝在行李架下方的罩板內(nèi)，作為第三方物流件發(fā)到行李架下蓋板的供應(yīng)商處，與行李架下蓋板組成一個(gè)模塊，在蓋板供應(yīng)商處完成組裝工作。到廠后，只需要將行李架下蓋板安裝在車體上，而不需要單獨(dú)組裝燈具，大大縮短了動(dòng)車組的組裝生產(chǎn)周期。

行李架下蓋板燈作為車廂乘客區(qū)的主照明使用，根據(jù)組件功能要求連接在主照明或應(yīng)急照明供電回路上。為保證車體的整體外觀一致性，行李架下蓋板燈的燈體整體藏在車廂的內(nèi)飾件內(nèi)，僅出光處外露。考慮到該處燈光會(huì)直射到乘客座椅區(qū)和走廊區(qū)，為避免LED燈珠產(chǎn)生的燈珠群炫目效果對(duì)乘客視覺(jué)的損傷，同時(shí)最大限度的將光線均勻的分布在車廂內(nèi)部，令車廂內(nèi)照度均勻，光效柔和，在燈具上采用具有光線擴(kuò)散效果的擴(kuò)散PC/ABS板料作為透光板材料，該板料能夠有效的擴(kuò)散光線，令光線在有效照明空間內(nèi)均勻分布，且有遮擋光源的效果，應(yīng)用在動(dòng)車組室內(nèi)照明上，能更好的滿足車廂內(nèi)照明的視覺(jué)效果。

隱形燈帶為集成結(jié)構(gòu)，包括:不同長(zhǎng)度的隱形燈和卡座組成，安裝在邊頂板上，作為第三方物流件發(fā)到客室邊頂板的供應(yīng)商處，與客室邊頂板組成一個(gè)模塊，在供應(yīng)商處完成組裝工作。到廠后，不需要單獨(dú)進(jìn)行組裝，大大縮短了動(dòng)車組的組裝生產(chǎn)周期。

隱形燈帶利用車體空間的有效遮擋，令乘客無(wú)法直接目視到燈帶，但仍能夠照亮車體頂部和行李放置區(qū)，既作為車廂行李架上方的主照明使用，也通過(guò)反射原理，將燈光與車頂部完美自然的融合，令乘客仰望或取行李時(shí)，既不會(huì)造成炫目效果，又給人以舒適的視覺(jué)效果。

平頂區(qū)使用5W的LED射燈作為主照明。LED射燈安裝在平頂板上，此LED射燈的電子器件也是與燈體集成在一起的。

司機(jī)室射燈 (集成式)需要與司機(jī)室頂板插入總成相配，采用壓力螺釘緊固的方式。

為了保證整車照明的可替換性及可維護(hù)性，在設(shè)計(jì)初期就進(jìn)行了規(guī)劃，整車均采用長(zhǎng)度為1410mm的行李架下蓋板燈、四種長(zhǎng)度 (1990mm、1945mm、1890mm、1843mm)的隱形燈帶、平板區(qū)采用LED射燈、司機(jī)室選用司機(jī)室射燈;為了避免同種燈有不同的機(jī)械、電氣接口，在接插件上全部選用WAGO公司生產(chǎn)的接插式連接器，這樣大大提高了整套系統(tǒng)的可替換性和可維護(hù)性。

出于防火的要求，設(shè)計(jì)中選用的所有非金屬材料防火性能均執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)DIN 5510-2可燃燒等級(jí)S3、煙霧擴(kuò)散等級(jí)SR2、低落性等級(jí)ST2;接插式連接器首選WAGO公司制造;對(duì)于電纜的選擇，應(yīng)該堅(jiān)持選用無(wú)鹵單芯線材。

2.4 光學(xué)模擬

為驗(yàn)證這種車廂照明系統(tǒng)的照明效果，利用車廂與燈具的三維模擬圖，我們將車廂光效進(jìn)行了模擬，見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 3D效果Fig.2 3D effect drawing

從照度分析上可以看出，除車廂兩端因?yàn)閾醢宓恼趽鯇?dǎo)致兩端照度低于150lx外，車廂整體照度均達(dá)到150lx的照明要求，平均照度為162lx，最大照度為221lx，照度均勻，無(wú)明顯的亮區(qū)暗區(qū)，符合UIC555和TB/T 2917要求。

綜上所述，通過(guò)分析CRH3G高速動(dòng)車組內(nèi)部照明系統(tǒng)這個(gè)實(shí)例，我們可以得出高速動(dòng)車組內(nèi)部照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念:

(1)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、集成化，具有整體及部件的可替換性及可維護(hù)性;

(2)具有靈活的機(jī)械和電氣接口，便于快速生產(chǎn)和裝配，符合RAMS的設(shè)計(jì)原則;

(3)客室內(nèi)平均照度不低于150lx，符合標(biāo)準(zhǔn)UIC 555和TB/T 2917要求，光線柔和舒適，照度均勻。

3 結(jié)論

本文以CRH3G動(dòng)車室內(nèi)照明為實(shí)例進(jìn)行了設(shè)計(jì)上的驗(yàn)證和分析，包括對(duì)電路的設(shè)計(jì)、光源的選擇、結(jié)構(gòu)上的集成化等，為不斷完善我國(guó)高速列車的室內(nèi)照明設(shè)計(jì)提供參考性意見(jiàn)和建議，使乘客在旅行過(guò)程中感受到良好的車廂環(huán)境與高品質(zhì)的服務(wù)質(zhì)量。

通過(guò)這次設(shè)計(jì)的實(shí)施，也解決了LED平面光源照明燈具設(shè)計(jì)中的一些問(wèn)題:

(1)進(jìn)一步提高了 LED光源模塊的可靠性設(shè)計(jì);

(2)將照明技術(shù)與藝術(shù)審美結(jié)合在一起，創(chuàng)造了符合人們生理、心理需求的客室照明環(huán)境。

我們堅(jiān)信隨著LED照明技術(shù)的不斷發(fā)展，其將在鐵路、高鐵車輛照明中會(huì)有更廣闊的發(fā)展空間。

［1］李文華編.室內(nèi)照明設(shè)計(jì) ［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2008.

［2］黃艷，吳愛(ài)莉.照明設(shè)計(jì)［M］.北京:中國(guó)青年出版社，2005.

［3］王聲學(xué)，吳廣寧，蔣偉，等.LED原理及照明應(yīng)用［J］.燈與照明，2006(12):32～35.