道路長隧道入口部照明優化設計研究

王小軍，楊 翠，王少飛

(1.國家山區公路工程技術研究中心，重慶 400067；2.招商局重慶交通科研設計院有限公司，重慶 400067；3.重慶市計量質量檢測研究院，重慶 401121)

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道路長隧道入口部照明優化設計研究

王小軍1，2，楊 翠3，王少飛1，2

(1.國家山區公路工程技術研究中心，重慶 400067；2.招商局重慶交通科研設計院有限公司，重慶 400067；3.重慶市計量質量檢測研究院，重慶 401121)

白天機動車駕駛人從明亮的環境接近、進入和通過道路隧道的過程中，將面臨多種特殊的視覺問題，故應高度重視隧道入口段、過渡段的照明設施設計，以降低道路隧道入口部事故率。針對現行規范的不足，提出一種改進的長隧道白天照明亮度適應曲線(階梯曲線)，其更符合CIE技術報告要求。計算實例表明，采用本文研究成果，雖然道路隧道入口部照明設計參數有所偏高，但適應亮度過渡更為平滑、緩和且適應長度有所增加，總體上更有利于保障道路隧道行車安全。

道路隧道；照明工程；亮度適應曲線；優化設計；長隧道；入口處；照明；行車安全

引言

白天機動車駕駛人從明亮的環境接近、進入和通過道路隧道的過程中，與行駛在一般道路上存在顯著不同，其將面臨多種特殊的視覺問題[1-2]：

1)進入隧道前的視覺問題：由于隧道內、外部的亮度差別極大，所以從隧道外部去看隧道入口時，存在“黑洞”(長隧道)或“黑框”(短隧道)現象。

2)進入隧道后立即出現的視覺問題：機動車駕駛人由明亮的外部進入即使不太黑暗的隧道以后，要經過一定時間才能看清隧道內部的情況，稱之為“適應的滯后現象”，這是因為急劇的亮度變化導致人眼視覺不能迅速適應所致。

3)隧道出口處的視覺問題：機動車駕駛人穿越較長的隧道接近出口時，由于隧道外部亮度極高，出現極強的眩光，存在“白洞”現象。

由于上述情況，道路隧道一般應設置電光照明，以利行車安全。二十世紀六七十年代，歐洲、日本學者圍繞道路隧道照明需求開展了大量基礎性研究[3]，國際照明委員會(CIE)在這些研究成果的基礎上提出了白天道路隧道照明亮度適應曲線[4-5]。本文結合CIE技術報告(CIE 88：2004)[6]，提出一種改進后的照明亮度適應曲線，以期為國內道路隧道照明設計提供參考和借鑒。

1 CIE長隧道白天照明亮度適應曲線

為確定白天道路隧道縱向照明水平，《Guide for the Lighting of Road Tunnels and Underpasses》(CIE 88：2004)將道路隧道劃分為不同的區域：境界區、漸變區、內部區和出口區，如圖1所示。

圖1 道路隧道照明區域Fig.1 Zones in a tunnel

白天道路隧道照明亮度適應曲線如圖2所示。CIE 88：2004指出，“在亮度水平不落在連續曲線下方的情況下，該曲線可由階梯曲線代替。從一個階梯到另一個階梯允許的最大亮度比率為3，最后一個階梯的亮度不應大于內部亮度的2倍。”從上述要求可以得知：

1)圖2所示的連續照明亮度適應曲線可以用階梯曲線代替。

2)階梯曲線每段亮度水平均不得低于相同條件下的連續曲線亮度水平。

3)從一個階梯到另一個階梯的最大亮度比為3。

4)最后一個階梯的亮度不應大于內部區亮度的2倍。

2 改進的長隧道白天照明亮度適應曲線

為便于工程應用，本文按照前述4項要求對圖2所示的長隧道白天照明亮度適應曲線進行優化，如圖3所示。

圖3對現行《公路隧道照明設計細則》(JTG/T D70/2-01—2014)給出的階梯曲線和本文提出的改進階梯曲線進行了對比(見表1)，可以看出，與國際照明界已經形成的共識相比，現行規范給出的階梯曲線還存在一定的不足，而本文提出的改進階梯曲線更符合CIE技術報告要求。

表1 長隧道白天照明亮度適應曲線(階梯曲線)對比Table 1 Contrast of luminance adaptation curve(step curve)

圖2 沿道路隧道縱向的亮度變化(CIE連續曲線)Fig.2 Luminance evolution along the tunnel(CIE curve)

圖3 沿道路隧道縱向的亮度變化(階梯曲線)Fig.3 Luminance evolution along the tunnel(step curve)

3 長隧道入口部照明的優化設計

3.1 境界區照明

本文建議將境界區劃分為TH1、TH2、TH3三個照明段，與之對應的亮度分別為

Lth1=k×L20

(1)

Lth2=0.8×k×L20

(2)

Lth3=0.6×k×L20

(3)

式中，Lth1——境界區TH1的亮度(cd/m2)；Lth2——境界區TH2的亮度(cd/m2)；Lth3——境界區TH3的亮度(cd/m2)；k——境界區亮度折減系數，參考文獻[7]取值；

L20——洞外亮度(cd/m2)。

境界區TH1、TH2、TH3長度分別為：

Dth1=0.6×Ds

(4)

Dth2=0.2×Ds

(5)

Dth3=0.2×Ds

(6)

式中，Dth1——境界區TH1的長度(m)；Dth2——境界區TH2的長度(m)；Dth3——境界區TH3的長度(m)；Dth4——停車視距(m)，參考文獻[7]取值。

3.2 漸變區照明

根據CIE技術報告，漸變區亮度為

Ltr=Lth1(1.9+t)-1.4

(7)

式中，Ltr——漸變區的亮度(cd/m2)；t——機動車在漸變區的行駛時間(s)。

本文建議將漸變區劃分為TR1、TR2、TR3、TR4四個照明段，與之對應的亮度分別為

Ltr1=0.4Lth1

(8)

Ltr2=0.15Lth1

(9)

Ltr3=0.06Lth1

(10)

Ltr4=0.03Lth1

(11)

式中，Ltr1——漸變區TR1的亮度(cd/m2)；Ltr2——漸變區TR2的亮度(cd/m2)；Ltr3——漸變區TR3的亮度(cd/m2)；Ltr4——漸變區TR4的亮度(cd/m2)。

漸變區TR1、TR2、TR3、TR4長度分別為

(12)

(13)

(14)

(15)

式中，Dth1——境界區TH1的長度(m)；Dth2——境界區TH2的長度(m)；Dth3——境界區TH3的長度(m)；Dth4——境界區TH4的長度(m)；v——道路隧道設計速度(km/h)。

4 計算實例

以現行《公路隧道照明設計細則》(JTG/T D70/2-01—2014)簡例B-3為例，采用改進的長隧道白天照明亮度適應曲線，得到的計算結果見表2。數據表明，采用本文研究成果，雖然道路隧道入口部照明設計參數有所偏高，但適應亮度過渡更為平滑、緩和且適應長度有所增加，總體上更有利于保障道路隧道行車安全。

表2 道路隧道照明計算結果Table 2 Lighting calculation results of road tunnels

5 結語

1)國內外相關統計數據表明，道路隧道內事故率通常低于一般道路的事故率，但道路隧道內一旦發生事故，其后果可能具有極強的破壞性和危險性，甚至造成巨大的經濟損失和人員傷亡。另一方面，道路隧道事故的空間分布規律表明隧道入口附近的事故率最高。因此，在道路隧道工程建設時，應高度重視入口段、過渡段的照明設施設計，這對保障行車安全極其重要。

2)與國際照明界已經形成的共識相比，現行規范給出的長隧道白天照明亮度適應曲線(階梯曲線)還存在一定的不足。為此，本文提出一種改進的長隧道白天照明亮度適應曲線(階梯曲線)，其中將入口段分為3段，將過渡段分為4段，其更符合CIE技術報告要求。計算實例表明，采用本文研究成果，雖然道路隧道入口部照明設計參數有所偏高，但適應亮度過渡更為平滑、緩和且適應長度有所增加，總體上更有利于保障道路隧道行車安全[8-11]。

[1] 公路隧道設計規范：JTJ 026-90[S].

[2] 趙忠杰.高等級公路隧道照明工程設計與研究[J].西安公路交通大學學報，1999，19(2)：55-57.

[3] BOMMEL Wout van. Road Lihgting—Fundamentals，Technology and Application[M].Springer，2015.

[4] Tunnel entrance lighting—a survey of fundamentals for determining the luminance in the threshold zone:CIE 61：1984[S].

[5] Guide for the Lighting of Road Tunnels and Underpasses:CIE 88：1990[S].

[6] Guide for the Lighting of Road Tunnels and Underpasses:CIE 88：2004[S].

[7] 公路隧道照明設計細則:JTG/T D70/2-01—2014[S].

[8] 王少飛，柏立懂，王輝，等.再論公路隧道運營管理[J].公路，2014，(10)：171-176.

[9] 張忠勝，王少飛，涂耘，等.公路隧道運營風險控制策略[J].公路，2015，(6)：148-151.

[10] 王少飛，涂耘，鄧欣，等.論公路隧道照明節能[J].照明工程學報，2012，23(3)：106-112.

[11] 涂耘，王少飛，張琦，等.西漢高速公路隧道照明系統評估研究[J].照明工程學報，2010，21(5)：15-21.

Research on the Lighting Optimization Design of the Long Tunnels Entrance

WANG Xiaojun1，2，YANG Cui3，WANG Shaofei1，2

(1.National Engineering & Research Center for Highways in Mountain Area，Chongqing 400067，China；2.China Merchants Chongqing Communications Research&Design Institute Co.，Ltd，Chongqing 400067，China；3.Chongqing Academy of Metrology and Quality Inspection，Chongqing 401121，China)

During daytime, motor vehicle driver, from the bright environment approaching, entering and crossing road tunnels，will face a variety of special visual problems. Therefore，it is highly important to take the tunnel lighting design seriously of entrance and transition sections，in order to reduce the accident rate of the road tunnel entrance. In view of the deficiency of current standard，this paper proposes an improved luminance adaptation curve(step curve)of long road tunnels，which is more in line with the requirements of CIE technology report. The calculation examples show that，using the results of this study，although the lighting design parameters are a little higher, it is more smooth and its adaptive length increases a bit，which will be more conducive to the protection the traffic safety of road tunnels.

road tunnels；lighting engineering；luminance adaptation curve；optimization design； long tunnel; entrance; lighting; traffic safety

交通部公路工程標準規范制修訂項目(交公路發(2007)378號)，重慶市質量技術監督局科研計劃項目(CQZJKY2015015)

U453.7

A

10.3969j.issn.1004-440X.2017.03.011