甘肅省高速公路隧道智能照明綜合節能技術研究

竇輝

【摘 要】高速公路隧道具有能夠縮短行車里程、提高交通運輸的效率、節省用地以及能夠有效的保護生態環境等特點。本文針對目前甘肅省高速公路隧道照明智能照明中存在的問題，提出了一些節能措施，以相應節能減排的國家政策，達到較好的生態效益、經濟效益和社會效益。

【關鍵詞】高速公路隧道；智能照明；節能技術

中圖分類號： U453.7 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）31-0014-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.31.007

【Abstract】Highway tunnels have the special features of shortening mileage， improving transportation efficiency， saving land and effectively protecting the ecological environment. In view of the problems existing in the intelligent lighting of highway tunnel lighting in Gansu Province， this paper puts forward some energy-saving measures to achieve better ecological， economic and social benefits with the corresponding national policies of energy conservation and emission reduction.

【Key words】Highway tunnel； Intelligent lighting； Energy-saving technology

0 前言

近年來隨著我國經濟水平提高，我國甘肅省高速公路建設發展迅速。隧道照明相關設施的規模及數量也變得越來越大，隧道照明的高能耗問題日趨嚴重。因此降低隧道照明的能源消耗是各個運營部門以及科研單位重要任務；并且節能減排也成為隧道照明研究課題的首要任務。隧道照明節能的難點在于在保證隧道交通的安全性基礎上，來盡可能的降低隧道照明相關設施的電能消耗。本項目立足于我國隧道照明系統發展現狀和面臨的主要問題，為了使其運營風險可控，提出一套安全舒適、綠色節能的智能照明綜合節能技術，降低公路隧道照明系統能耗和運維難度，提升隧道運營安全性。

1 高速公路隧道照明特點

高速公路隧道照明與道路照明的目的是相同的，都是為了給車輛駕駛員提供良好的視覺環境以保障交通運輸及人身安全，提高運輸效率等。但是，由于隧道的構造比較特殊，會產生隧道特有的人眼明適應和暗適應的過程，白天時視覺問題尤為凸顯。駕駛員在白天進入隧道時會出現“黑洞”現象及“亮洞”現象的視覺問題。高速公路隧中的這兩種現象則尤為突出。因此，高速公路隧道照明德爾設計必須合理解決好隧道所造成的視覺問題，以及道路照明和隧道照明中共有的視覺問題，為駕駛員創造出良好的視覺環境。

2 甘肅省高速公路隧道照明存在的問題

2.1 照明設計參數的不完善

高速公路隧道照明相關設計規范仍舊沿用早期版本，但在此期間，我國公路隧道的數量、規模及類型都有了較大的變化，并且新理論、新技術等不斷涌現，因此部分公路隧道照明設計的參數需考慮修正及完善。

2.2 照明控制方式參差不齊

目前甘肅省部分高速公路的中、短隧道照明仍舊無法實現遠程控制，絕大多數公路隧道照明系統則由于照明的配電回路所限而無法進行自適應控制，只能實現3～6級照明控制等級，造成嚴重的“過度照明”及“無效照明”現象；除此之外，隔盞開關燈也會產生路面亮度不均勻、“斑馬紋”等有害現象，給高速公路隧道交通安全埋下隱患。

2.3 照明的節能理念誤區

高速公路隧道照明節能并不能簡單的理解為開關某些燈具就可以，而是建立在交通運輸安全及效率的基礎之上的照明節能。部分高速公路隧道管理者只是為了追求節能降耗，而隨意更改公路隧道照明控制方案，主觀性太大，而理論及實踐依據不足，這種做法既忽視了高速公路隧道照明節能的本質要求，又對交通運輸安全及效率造成了極大的危害。

2.4 照明設施養護未得重視

目前，甘肅省一些較長的公路隧道出口段及靠近出口端的基本照明存在亮度不足情況。這除照明設施自身的因素外，主要在于高速公路隧道照明管理人員養護不及時致使燈具污染情況比較嚴重，從而降低了光利用率。

3 甘肅省高速公路隧道智能照明綜合節能措施

3.1完善高速公路隧道照明控制系統與措施

現有系統的控制方法主要包括手動控制方法、時序控制方法和自動控制方法。手動控制方法和時序控制方法易于實施，在實際應用中穩定可靠，但不能夠根據天氣、車流量和車速的變化對洞內亮度進行調節，基本上沒有達到節能的效果，存在著很大的電能浪費。要想達到照明“節能減排”和“按需照明”，具體應考慮以下幾個方面：

3.1.1 準確測試洞外亮度

準確測試洞外亮度是公路隧道照明設計中最重要的一項基準參數，國內很多設計單位均未考慮洞口的具體條件和實際特點而取現行規范建議的上限值。這種取值方式難免造成不必要的電能浪費。甘肅省某院長在國內提出的基于數碼技術的公路隧道洞外亮度測試方法，使得大規模、高效率地測試公路隧道洞外亮度成為可能；其實測數據表明，絕大多數高速公路隧道洞外亮度均在規范建議上值得75%以內。

3.1.2 交通量的科學預測和照明系統的分期實施

交通量的大小對高速公路隧道照明需求有較大影響，如設計速度為80km/h時，大交通量比小交通量理論上多用電40%以上。在甘肅省高速公路運營初期，交通量相對較小且在兩三年才能夠逐漸達到設計的交通量預測量。

3.1.3 優化照明設計參數

目前，很多設計單位由于缺乏照明燈具的光強度等具體得燈具配光參數，不得已采用利用系數曲線圖計算方法，不管怎么樣的照明燈具，統統采用相似的設計參數，早已經導致有些公路隧道的照明系統浪費且存在運營安全隱患。所以設計人員必須收集適當的照明燈具配光參數，采用先進的數值模擬計算方法來科學地進行設計，以避免因設計參數不準確而帶來的電力資源浪費現象，達到節能的目的。

3.2 合理布設照明燈具

目前國內高速公路隧道內照明燈具的傳統布置方式有3種：兩側對稱布燈、兩側交錯布燈、中間單排布燈。選擇不同的布燈方式，其所用燈具數量和養護難易會有所區別。實驗數據表明，中間單排布燈比兩側布燈效率高，兩側交錯布燈比兩側對稱布燈效率高。工程實踐證明，選用拱頂側偏布燈，燈具的安裝高度為6.3m，既是一種效率較高的布燈方式，而且能較好地解決需要完全封閉隧道才能進行高速公路隧道照明燈具維護維修的難題。

3.3 鈉燈與LED燈的技術組合

目前國內高速公路隧道照明燈具主要為高壓鈉燈。高壓鈉燈具有光效較高、壽命較長、色溫高、舒適性強等優點，同時也存在大量的電能損耗，頻繁地更換燈具增加了運營費用，會產生光污染、熱輻射等缺點，這些缺點都限制著高速公路的正常運營。目前，隧道使用的新光源中LED燈是使用最多的，它具有顯色性較好，很接近于自然光，減少司乘人員白天駕車進入隧道的適應時間，提高行車安全。同時，LED光源工作電壓低，輸出光通量隨電壓波動小，效率比高壓鈉燈高，可達90%以上，減少了額外的功率消耗，節能效果較好。隧道出入口段的照明，由于必須解決入口“黑洞”、出口“亮洞”的現象，對照明亮度有很高的要求，照明燈具的布設也相對較多，再加上洞口煙霧濃度高的特點，現在實際運用中把不同光源結合起來，即在隧道的出入口段、過渡段采用高壓鈉燈和LED燈相結合的方式，這種“組合照明”方式不僅能滿足隧道照明亮度的要求，而且提高了照明效率，優化了照明效果，同時也可以使隧道的運營成本降到最低。

3.4 提高高速公路隧道照明的科學管理水平

3.4.1 確實加強管理人員的節能意識

高速公路隧道管理人員對隧道的照明節能有著至關重要的作用。一些管理人員對公路隧道照明控制的主觀性、隨意性很大，往往以犧牲公路隧道安全照明為代價來追求自身的利益空間。這種只求節約用電而不考慮行車與人員安全的行為是最讓人痛心疾首的。

3.4.2 重視照明設備的維護與保養

在公路隧道中，由于各種原因會使隧道照明燈具隨著時間推移其表面污垢而漸漸加重。這就對公路隧道的照明效果會大打折扣，特別是在出口段更為嚴重。雖然每個隧道都對照明燈具有定期清理，但很明顯這種清理頻率和清理干凈度也是很難做到規定要求的。

3.4.3 照明系統分期分批合理實施

新建公路隧道初期可能交通量可能很小，但過一段時間后其交通量就會隨之漸漸地增大。對于這種情況，我們就應該采取分期分批實施的照明方式，這樣能夠有效地節約電能。

4 效果分析

預期經濟效益：（1）公路隧道智能照明綜合節能技術的應用范圍廣，可實現隧道照明按需照明，能源利用率高，較傳統的隧道照明系統可實現節能20%以上，節能效益顯著。（2）該項技術的投資成本適中，但該技術節能效益高，每年的運營電費低，且光伏發電系統還可享受國家政策補貼，產生正收益，進一步降低隧道運營費用，較傳統照明系統增加投資可在5～7年內收回，經濟效益顯著。（3）通過該項技術的應用，將全面提升照明質量，可實現隧道照明質量綜合達標率80%以上，提高隧道運營安全性，降低交通事故發生率，降低運維難度。

預期社會效益：公路隧道智能照明綜合節能技術的研究和應用，將有效的降低隧道照明系統運營能耗，極大的改善目前隧道照明系統運營成本巨大的問題。該項技術可創造有效率的照明環境、提高隧道照明質量，提升隧道行車的安全性；利用太陽能資源，改善能源供應結構，改善環境；引入新技術，提高隧道照明領域的科技水平。

5 結語

近些年來，伴隨著我國高速公路快速的發展，高速公路隧道照明高耗能問題日益突出。本文針對目前甘肅省高速公路隧道照明系統中存在的問題，從設計、項目實施以及其運營管理等方面提出了一些節能措施，主要包括合理采用設計速度、交通量的科學預測以及精確測試洞外亮度等；以達到較好的生態效益、經濟效益和社會效益。

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