高速公路隧道照明設計研究

常國偉

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

公路隧道照明的目的是創造洞內良好的視覺環境，確保在白天和夜間行駛的車輛以設計速度能夠安全地接近、穿越和通過隧道，同時為在高速公路隧道內的車輛駕駛員提供舒適和安全的行車環境。高速公路隧道照明系統主要包括：入口段照明、過渡段照明、中間段照明、出口段照明、緊急停車帶和橫通道照明、應急照明及洞外引道照明[1]。本文主要研究了高速公路隧道照明系統的設計方案、設計過程及照明控制等。

山西省高速公路某隧道為單向交通雙車道，左洞全長3 900 m，右洞全長3 910 m，隧道內凈空高度為5 m，路面寬度為8.75 m，縱坡為1.5%，隧道洞口形式為端墻式，隧道內路面采用水泥混凝土路面，平均亮度與平均照度間的換算系數取10 lx/(cd·m-2)，隧道內設計行車速度為80 km/h。根據工可報告中提供的該隧道段預計建成通車10年后的標準小客車交通量為33 887 pcu/d，預計建成通車15年后的標準小客車交通量為40 333 pcu/d，該隧道選取設計小時交通量系數K為0.11，方向分布系數D為0.55。

1 隧道照明設計方案

1.1 設計標準及思路

為保證行車安全，高速公路隧道照明系統按照《公路隧道照明設計細則》（JTG/T D70/2-01—2014）和《公路隧道設計規范 第二冊 交通工程與附屬設施》（JTG D70/2—2014）規范要求進行設計。本隧道照明系統設計基本思路是在保證行車安全和舒適的條件下，使照明回路操作簡便，并采用高效節能光源，盡量達到節約能源的目的（光源選用高壓鈉燈和LED隧道燈）。可靠、先進的照明控制是確保隧道安全運營及節能的重要手段，通過照明調光控制，使亮度水平更加符合實際的車流量和洞外亮度情況，從而達到安全運營和節能降耗的目的。

公路隧道照明設計應統籌規劃，一次設計。照明設施根據預測交通量變化分兩期進行實施，高速公路隧道照明設施分期按10年為界劃分。結合隧道實施計劃，本隧道預計于2019年底建成通車，故本隧道照明系統的設計選取2029年為照明設計近期，選取2039年為照明設計遠期。

1.2 設計方案的確定

高速公路隧道建成通車后，隧道照明的運營和維護費用是最大的日常開支項目之一，目前高速公路隧道照明通常采用的燈具為高壓鈉燈和LED燈兩種。

高壓鈉燈具有透霧能力強、光效高、壽命長等優點。目前高壓鈉燈技術已經很成熟，在國內外大型工程已應用，且高壓鈉燈的穿透性較好，特別是隧道內車輛排放的煙塵影響行車司機的視覺，高壓鈉燈的穿透性可大大提高隧道亮度。

LED隧道燈具有長壽命、低光衰、高效節能、綠色環保、高顯色性等優點。燈具發出的光接近自然光，使物體顏色更真實自然，在車輛進入隧道后，司機可以很快適應光線顏色變化，確保行車的安全。另外，LED隧道燈可以瞬間啟動，斷電后重新接通電源光源可即刻點亮，減小了等待照明系統恢復正常的過程中對交通安全可能造成的隱患。

考慮通車運營后隧道照明的經濟性并結合隧道所在地理位置特點及隧道內車輛組成比例，本隧道照明的光源采用高壓鈉燈和LED隧道燈相結合的設計方案，中間段基本照明燈具采用兩側交錯布設的方式，其他段照明燈具采用兩側對稱布設的方式。入口段加強照明燈具選用250 W的高壓鈉燈，過渡段和出口段加強照明燈具選用150 W的高壓鈉燈，中間段基本照明燈具選用70 W的LED隧道燈。

為預防突然停電引起隧道驟暗而影響行車安全，隧道全線設置了應急照明。從基本照明燈具中選擇行車方向右側的奇數燈作為應急照明光源，24 h全亮。為保證意外情況下人員迅速疏散，在行人（車）橫洞頂部設置LED照明，在隧道左右洞進出口外引道行車方向右側布置10 m單臂鋼桿路燈照明，光源采用70 W的LED隧道燈。

2 隧道照明設計過程

2.1 入口段照明

由于隧道洞外亮度L20的合理確定需要待隧道洞口工程完工后才能通過現場實測獲得，無法在短時期內準確測量，故在設計之初需要根據洞門形式以及洞門周圍景物反射率等因素預估并確定洞外亮度，本項目隧道處于山嶺重丘區地段且隧道入口為端墻式洞口，故其洞外亮度L20暫按3 000 cd/m2考慮。

依據本隧道工程可行性研究報告中提供的設計近期和遠期年份的預測標準小客車平均日交通量和車輛組成比例，將交通量換算成混合車型高峰小時交通量，按照線性內插取值確定本隧道入口段亮度折減系統K值，結合本隧道左右洞的縱坡，分別確定入口段亮度和長度的值。

2.2 過渡段照明

過渡段宜按漸變遞減原則劃分為TR1、TR2、TR3三個照明段。因本隧道基本照明段的亮度為2.5 cd/m2，而本隧道過渡段TR3的亮度Ltr3值未大于中間段亮度Lin的2倍，因此本隧道可不設置過渡段TR3加強照明。根據入口段的亮度和長度，分別計算出各過渡段的亮度和長度。

2.3 中間段照明

根據本隧道段混合車型高峰小時交通量值，確定本隧道段中間段亮度為2.5 cd/m2。由于本隧道為單向交通且以設計速度通過本隧道的行車時間超過135 s，因此本隧道中間段分為兩個照明段，第一照明段長度為666 m，設計亮度為2.5 cd/m2，第二照明段長度為余下的中間段長度，設計亮度為2.0 cd/m2。

根據規范要求，緊急停車帶主要為異常車輛提供檢修維護的場所，故其照明宜采用顯色指數高的光源，亮度不應低于4.0 cd/m2。同時為保證意外情況下人員迅速疏散，隧道設有行人、行車橫洞，橫通道亮度取 1.0 cd/m2值[2]。

2.4 出口段照明

出口段宜劃分為EX1、EX2兩個照明段，每段長度宜取30 m，與之對應的亮度分別由基本段的亮度計算所得[2]。

2.5 應急照明與洞外引道照明

本隧道設置應急照明系統，采用不間斷供電系統。應急照明亮度不低于中間段亮度的10%，且不低于0.2 cd/m2。應急照明燈具可利用部分基本照明燈具，應急照明供電電源維持時間不少于30 min。

當隧道處于無照明路段時，容易出現因洞內外亮度反差引起的視覺偏差，故設置引道段照明，利于駕駛員提前察覺隧道狀況或洞外道路狀況[3]。本隧道洞外引道照明亮度取1.0 cd/m2，長度取130 m。隧道洞內各區段照明設計標準見表1。

表1 隧道左右洞照明設計標準表

2.6 燈具布置

本隧道照明設計所選的250 W高壓鈉燈的額定光通量為28 000 lm，150 W高壓鈉燈的額定光通量為16 000 lm，70 W LED燈具的額定光通量為7 000 lm，各燈具的利用系數均為0.8，養護系數為0.7。兩側交錯布置的布置系數為1，兩側對稱布置的布置系數為2，中間段照明燈具采用兩側交錯布設方式，其他段照明燈具采用兩側對稱布設方式。根據燈具布置間距計算公式：S=(η·φ·M·N)/(W·Eav），得出本隧道內各區段照明燈具的布設間距及燈具數量如表2。

表2 隧道照明各區段長度及燈具布置表

3 隧道照明控制設計

隧道房建變電所在照明控制裝置內為監控系統預留接口，便于監控系統進行遠程控制。隧道照明控制分為定時控制和手動控制兩種，照明控制裝置布置于隧道房建變電所相應低壓柜內。上述兩種控制方式是比較成熟的控制方案，但隨著科學的發展，各種照明控制理念相互推出，更科學的控制理念會進入隧道照明控制系統中去。目前結合交通監控，根據交通量的變化控制隧道照明亮度，以及補償和限制電網電壓等控制方法，在隧道實施階段，將根據當前的技術引入較先進和成熟的照明節能控制模式。

加強照明應根據洞外亮度和交通量變化，進行入口段、過渡段和出口段的調光方案設計，可分白天（夏季晴天、其他季節晴天/夏季云天、其他季節云天/夏季陰天、其他季節陰天/重陰天）、晚上、夜間六級調光分級組合進行。本隧道在洞口及隧道照明引入段各設一臺亮度檢測儀，按六級天候控制。基本照明應根據交通量變化，按照隧道中間段的亮度值進行調光方案設計。本項目隧道內各區段照明回路開通時段見表3。

表3 隧道照明調光分級控制一覽表

4 結論

高速公路隧道照明系統是高速公路機電工程設計的一項重要內容，尤其是《公路隧道照明設計細則》實施后，對于新建和改建公路隧道照明設計方案的確定具有很好的指導作用。在設計時要特別注意新規范與舊規范的設計標準差異，隧道內照明指標、調光模式、節能標準等進行了適當的降低和調整，大大提高了項目建設期與運營維護期間隧道照明系統的費用[2]，同時對隧道照明設施進行了有效的遠程和現場控制，不僅可以提高隧道運行安全水平，也能實現節能減排。