基于DIALux的公路隧道照明設計

李志鵬

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

0 引言

隧道照明系統能為廣大汽車駕駛人員提供安全和舒適的行車環境，它是公路隧道機電系統中最重要的一個部分。近年來，我國公路建設的規模不斷擴大，公路隧道越來越多，隧道照明的運營費用和維護費用隨之增加。節能也成為隧道照明的核心內容，在此環境下，所謂的節能燈具如雨后春筍般層出不窮。

由于傳統隧道照明設計需要人工計算，耗時費力，計算結果又不精確，如何選用高效的照明設計方式對隧道照明進行設計計算，已經成為隧道照明設計師亟待解決的問題。

本文主要探討了如何利用DIALux這款高效的照明設計軟件，就公路隧道照明系統進行設計計算，得到精確的數據，查看直觀的效果圖以及進行三維視頻模擬。

1 國內照明軟件應用現狀

a)利用國外燈具企業提供的計算軟件進行擬合計算。如：GE、PHILIPS、Disano、Lithonia等很多國外燈具品牌都有自己的照明設計軟件。優點是使用軟件廠家自己的燈具計算時，結果相當準確；缺點是只能使用該廠家的燈具，否則就無法保證計算結果的準確。

b)國內燈具企業自己開發計算軟件，如3D MAX計算插件、圓方系統計算插件、中微軟件。優點是軟件具有自主知識產權；缺點是算法簡陋、界面粗糙、使用困難、計算結果準確率較低。

c)使用專業計算軟件，如 AGI、Relux、Light Star、Lumen micro、Autolux、Inspire等。優點是計算準確、可引入各廠家的數據；缺點是學習比較困難、一般都只有英文版本，燈具數據引入比較復雜，輸出結果不夠直觀等。

2 DIALux軟件的特點

DIALux應用廣泛、系統開放、兼容性強，可以選擇國內外燈具庫進行精確計算，真正達到“選什么用什么”境界，有全中文化的界面和中文的技術支持服務，輸出真實，計算準確，可以形象、真實表達設計意圖，完全可以配合公路隧道照明設計師完成隧道照明的任務。

3 隧道照明設計

筆者以中華人民共和國交通部2000年1月發布的《公路隧道通風照明設計規范》作為設計依據，介紹3種在DIALux4.10中選擇傳統隧道高壓鈉燈，計算隧道基本段照明亮度的設計方法。

3.1 基本參數

某高速公路隧道雙車道單向交通，凈空高度7.12 m，建筑限界高度為5 m，寬度為10.25 m，車道寬度為3.75 m，路面寬度為8.75 m，瀝青路面，檢修道寬度為0.75 m，高度為0.4 m，平均亮度與平均照度之間的換算關系取 18 lx/cd·m-2，設計車速80 km/h，設計交通量2 870輛/h。

基本照明段燈具選用三雄專用隧道照明燈具，防護等級IP65，具有適合公路隧道特點的防眩裝置，具有良好的防腐性能，燈具配件安裝易于操作，并能調整安裝角度，安裝高度5.2 m，仰角30°，養護系數取0.7，燈具的布置系數取1（交錯布置）；光源為高壓鈉燈泡，功率150 W，光通量15 000 lm，修正系數為1。

基本段設計要求：路面亮度大于2.5 cd/m2；總均勻度 U0＞0.4，縱向均勻度 U1＞0.6。隧道兩側墻面 2 m高范圍內，宜鋪設反射率不小于0.7的墻面材料，兩側墻面2 m高范圍內的平均亮度，應不低于路面平均亮度[1-2]。

3.2 方法1：“道路照明”法

忽略墻壁，不建隧道拱頂模型，直接用道路模擬來計算路面亮度。優點：可以直接生成路面亮度、縱向均勻度等道路設計所需的指標。

打開DIALux4.10，進入歡迎界面→建立新的街道設計案→在界面右側總覽表區的“道路照明”中點擊“編輯街道元素”→在任務管理器中添加兩條人行道并排列好道路與人行道的位置→“維護計劃方式”中設置維護系數為0.7→設置名稱為“隧道模型方法一”；點擊“道路1”設置道路1的寬度為8.75 m，線道數量為2，道路表面選“交通黑”→點擊“人行道1”設置人行道寬度0.75 m，高度為0.4 m，名稱為“檢修道 1”；同理設置“人行道 2”寬度 0.75 m，高度0.4 m，名稱為“檢修道2”。至此隧道路面模型已經建好，如圖1所示。

圖1 隧道模型（方法1）

接下來通過插件安裝燈具，選擇所用的燈具放入模型中。

在任務管理器中點擊“燈具選項”選項卡→在DIALux燈具目錄中雙擊已經安裝好的三雄極光燈具庫→選擇“戶外產品”中的“HID隧道燈”，型號為“PAK492104 PAK-M04-150K-AD-LJ”→點擊“發送到DIALux”，任務管理器設計案的項目1中會自動生成子目錄“使用過的燈具”，剛選的150 W高壓鈉燈就在這個目錄中。

在總覽表區的“道路照明”中點擊“粘貼優化的燈具排列”進入“一個經過優化的燈具排列的粘貼向導”→設置優化過程中應該考慮的參數，如表1所示。

表1 參數設置

創建排列方式的備用列表，這樣可對所有排列進行3級劃分（合適、幾乎合適、不合適），如果沒有備用列表則只能進行兩級劃分（合適、不合適）。

將所選燈具放入“已選擇燈具”列表框中，進一步選擇優化參數設置：燈桿距離控制在5～15 m之間，階梯寬度1 m，光點高度5.2 m，燈具的排列方式為雙排交叉。

軟件馬上計算出排列方式的劃分結果：合適8，幾乎合適0，不合適3；從8種合適的計算結果中選擇燈桿距離為12 m的排列方式來計算已經構建的街道，觀察計算結果發現燈具的仰角為0°，需要在任務管理器的“燈具排列”中將燈具的X方向旋轉角度調整為30°，再次計算，輸出結果見圖2所示。

圖2 輸出結果（方法1）

在任務管理器的“報表”選項卡中可以查看評估區域的計算結果。評估區域見圖3所示。

圖3 評估區域（方法1）

計算結果見表2所示。

表2 計算結果（方法1）

3.3 方法2：“室內照明”法

建立室內拱頂模型，通過計算照度換算為路面亮度。優點：可以計算豎直墻壁的亮度，可以引入陽光，查看入口區的白天照明情況。

打開DIALux4.10，進入歡迎界面→建立新的室內設計案→在任務管理器的“空間編輯員”中設置空間尺寸：長50 m，寬10.25 m，高8 m。

灰度等照度圖如圖4所示。

圖4 灰度等照度圖（方法1）

將空間中的4個墻壁表面的材料設置為1014象牙色（近似防火涂料的顏色），地板的顏色設置為9012交通黑，在任務管理器的“對象”選項卡中選擇“空中組件”中的“穹窿”，設置穹窿尺寸為：長10.25 m，寬50 m，高5.12 m，旋轉Z軸90°，然后粘貼到室內空間中，再插入兩個平臺作為隧道兩側的檢修道。至此隧道路面模型就已經建好了，如圖5所示。

圖5 隧道模型（方法2）

接下來選擇燈具放入模型中。在總覽表區的“室內照明”中點擊“安裝燈具直線排列”，同樣選擇三雄的150 W的高壓鈉燈，高度5.2 m，仰角30°，兩排燈具交錯布置。

由于室內照明不能粘貼優化的燈具排列，所以不僅要手動排列燈具，而且要手動添加評估區域。

在任務管理器的“對象”選項卡中，添加計算表面1（尺寸為16 m×8.5 m）來計算路面亮度的總均勻度，添加計算表面2（尺寸為24 m×0.4 m）來計算路面亮度縱向均勻度，添加計算表面3（尺寸為24 m×2 m）來計算墻面2 m高范圍內的平均亮度。

計算后的輸出結果如圖6所示。

在任務管理器的“報表”選項卡中可以查看“計算表面”計算的結果。計算結果見表3所示。

圖6 輸出結果（方法2）

表3 計算結果（方法2）

計算表面1的灰階等照度圖如圖7所示。

圖7 灰度等照度圖（方法2）

3.4 方法3：“戶外照明”+“道路照明”法

首先要把CAD中已經繪制好的隧道輪廓導入DIALux作為底圖備用，利用擠壓體制作隧道洞壁模型，然后將方法1中設置好的“道路”置入“戶外場景”作為隧道路面模型，在戶外場景中完成隧道模型的建立。

建立新的戶外設計案→文件→導入→DWG或DXF文件→進入CAD圖紙輸入向導→找到已經畫好的“隧道輪廓線.dwg”文件→文件中的單位設置為“米”→設置坐標原點→點擊“完成”，導入后的隧道輪廓線如圖8所示。

圖8 隧道輪廓線

在任務管理器的“對象”選項卡的“標準組件”中選擇“擠壓體”拖入戶外場景中，這時會出現一個邊長為1 m×1 m×1 m的六面體，同時在任務管理器中顯示“空間編輯員”，此時擠壓體處于編輯狀態，鼠標右擊擠壓體→繪制多邊形→順著底圖繪制好隧道輪廓→最后關閉參考線。

確定了擠壓體的形狀后，設置擠壓體高度為120 m。同樣在標準組件中選擇“立方體”拖入戶外場景中，設置立方體的長寬高為20 m×10 m×100 m。把立方體和擠壓體的相對位置調整好以后在任務管理器中選擇“戶外場景1”→對象→同時選擇立方體和擠壓體→右擊→去除→去掉擠壓體留下立方體→所得到的新的標準組建即為隧道洞壁模型。

把隧道洞壁模型保存成家具文件備用：文件→導出→保存對象→“隧道洞壁131023.m3d”→保存，至此制作好的隧道洞壁模型，已經保存到DIALux的家具庫中，需要用的時候可以將其導出：文件→導入→家具文件→選擇剛保存的“隧道洞壁131023.m3d”→新建“我的家具”→確定，即可在“對象”選項卡的“Furniture”目錄下找到“我的家具”子目錄，其中已經包含了自己建立的隧道洞壁模型。

按照方法1中設置道路的方法設置好道路，置入“戶外場景”中，把隧道洞壁模型也添加到同一戶外場景中，調整位置，按照方法2中燈具排列方式安裝燈具，然后添加計算表面1（尺寸為16 m×8.5 m）來計算路面亮度的總均勻度，添加計算表面2（尺寸為24 m×0.4 m）來計算路面亮度縱向均勻度，添加計算表面3（尺寸為24 m×2 m）來計算墻面2 m高范圍內的平均亮度。建好的模型如圖9所示。

圖9 隧道模型（方法3）

點擊“開始計算”后，在任務管理器的報表選項卡中可以查看“計算表面”計算的結果。計算后的輸出結果如圖10所示。

圖10 輸出結果（方法3）

計算結果如表4所示。

表4 計算結果（方法3）

計算表面1的灰階等照度圖如圖11所示。

圖11 灰度等照度圖（方法3）

4 3種方法比較

以上介紹了在DIALux4.10中建立隧道模型進行隧道照明計算的3種方法，3種方法均是在相同的路面寬度，相同的檢修道寬度，相同的燈具，相同的燈具間距，相同的燈具排列形式，相同的燈具高度，相同燈具仰角等的條件下對隧道中基本照明段進行設計。

a）第1種方法，可以利用“道路照明”中對燈具排列的輔助設計程序，簡單快捷地提供出設計方案，并進行照明計算的輸出，但是忽略了隧道墻壁對路面亮度的影響，導致計算結果不夠精確。

b）第2種方法，在室內空間建立隧道模型，適合于壁直頂彎型隧道模型的建立，而且可以引入陽光，對入口段及出口段照明進行設計，但是檢修道，隧道頂，燈具布設等均需要手動設置，建模過程相對復雜。

c）第3種方法，采用“戶外照明”+“道路照明”方式，建立的隧道模型可以多樣化且比較精確（壁直頂彎斷面洞身、曲線斷面洞身、端墻式洞口以及削竹式洞口均可通過擠壓體方式制作完成），同時可以把道路照明中設置好的路面以及燈具布設直接置入戶外場景中使用，使得建模過程高效準確，計算結果精確可信，模擬輸出真實可靠。此種方法不僅能同方法2一樣引入陽光，模擬計算入口段及出口段照明，而且可以模擬計算洞口外的引入段照明，使得駕駛員進入隧道前、進入隧道中以及駛出隧道的整個過程都可以得到模擬計算。

DIALux還可以把輸出結果制作成三維視頻：文件→導出→保存三維視頻→定義攝像機路徑（行車路線），定義攝像機高度（駕駛員在車里眼睛的高度），定義攝像機的速度（行車速度）→創建成avi視頻文件。這樣可以通過視頻模擬，直接感覺駕駛員穿越隧道的舒適程度。

5 結束語

2013年4月，交通運輸部公布《2012年公路水路交通運輸行業發展統計公報》，《公報》顯示，2012年末全國公路隧道為10 022處、805.27萬m，比上年末增加179.93萬m，隨著國內公路隧道建設規模的不斷擴大，隧道里程仍將繼續著它的延伸之旅。

作為隧道運營和維護費用較高的隧道照明系統，越來越成為業主關注的焦點，駕駛員對隧道行駛的安全性和舒適度要求也越來越高。

如何高效地利用傳統隧道燈具和新興的隧道節能燈具設計出適合隧道的照明方案，設計師可以利用DIALux對任何形式的隧道進行建模，對自己的設計方案進行精確計算，仿真模擬，可以為業主快速精確地提供照明設計方案和計算結果，并對駕駛員駛入隧道后的安全性和舒適度進行綜合評價。