安全運營條件下公路隧道照明通風系統節能優化設計

凌虎

（安徽省交通控股集團有限公司，合肥230000）

1 影響隧道交通安全的主要因素

1.1 隧道照明與交通安全的關系

隧道內外亮度差異大，存在明顯的“黑洞效應”和“白洞效應”，駕駛員進出隧道時，視覺上會經歷一系列變化，如果出入口亮度相差較大，駕駛員很難在短時間內感知道路的線型和可能出現的障礙物等，對行車安全產生影響。

1.2 隧道通風與交通安全的關系

公路隧道內，汽車排放的廢氣中含有多種有害物質，主要以CO、NO2為主，輪胎、制動及道路磨損會產生顆粒物和揚塵，這些共同構成了隧道內的空氣污染。隧道空間構造相對封閉，只有進出洞口兩頭與外界相通，自然通風很難將污染物排除，隨著交通流的變化，污染物會逐漸增多，這些污染物對駕駛員的眼睛和呼吸道都有刺激作用，甚至發生中毒現象，固體顆粒物的增多還會對能見度造成影響，對行車安全構成威脅。

2 隧道的照明、通風與交通安全的關系

隧道的照明、通風系統并不是孤立的、沒有聯系的兩個系統。隧道內顆粒物對光線的散射和吸收作用使得在隧道這種特殊的交通環境中，極容易出現低能見度的現象，這種現象會導致隧道內照明燈具的照明效果下降，使駕駛員的視覺對比度降低，當視覺對比度低至視覺閾值的時候，駕駛員易對前方的交通情況產生錯誤判斷，影響行駛安全。通過合理設置照明、通風系統，提高隧道的能見度，進而改善隧道內通行環境，提高駕駛員的視覺對比度，進而提高其判斷距離能力，增加反應時間和剎車距離。

3 影響照明、通風設計的主要安全指標

根據對照明、通風與營運安全的關系進行探究，分析《公路隧道照明設計細則》《公路隧道通風設計細則》相關要求，同時根據已有研究成果，本文選取光線透光率（煙霧濃度可通過測定污染空氣100m 距離的煙塵光線透過率來確定）、路面平均亮度作為照明、通風設計的主要安全指標。公路隧道通風設計細則指出，煙霧濃度K 不但與車速、安全停車視距有關，而且與洞內亮度（或照度）、光源有關（三者關系見表1）。

表1 設計速度—路面平均亮度—煙塵濃度的關系

透光率是指一定厚度的光線透過率，它是影響氣象能見度的直接因子，用來表征大氣的混濁程度。如圖1 所示，假定行車速度為80km/h，可以看出，透光率與照度成反比，即透光率越高時所需的照度越低。但是通過之前的研究，發現透光率對隧道照明和對能見度的影響，得出調節隧道照明亮度可以提高能見度，但兩者是非線性關系，在亮度達到一定值后，再提高亮度對能見度的提高幫助不大，在低透光率的情況下，加大照明亮度提高目標背景對比度，可以改善隧道能見度，是保證行車安全直接有效的手段。

圖1 透光率、行車速度、照明和光源之間的關系

公路隧道通風設計細則指出，隧道通風的主要稀釋對象限于CO、NO2、煙塵和空氣中的異味，同時給出稀釋煙塵所需的需風量和稀釋CO 的所需風量。

式（1）中：Qreq（VI）——隧道稀釋煙塵的需風量（m3/h）；

K——煙塵設計濃度（m-1）；

QVI——隧道煙塵排放量（m2/h）。

式（2）中：Qreq（CO）——隧道稀釋CO 的需風量（m3/h）；

QCO——隧道CO 排放量（m3/h）；

δ——CO 濃度。

通過式（1）、式（2）可以看出，隧道通風與煙塵設計濃度、CO之間關系，隧道通風設計需與隧道內煙霧濃度結合起來。通風量足夠則隧道煙霧濃度低，能見度高，所需照度相應降低；如果通風量小，則需提升隧道照度以保證駕駛員視覺對比度。

4 隧道照明通風節能優化設計

隨著綠色可持續發展理念的提出，節能降耗已成為一種趨勢，如何在保障隧道安全運營的前提下，對隧道照明、通風系統進行優化節能設計成為一種必然。

4.1 照明系統節能優化設計

目前，國內大部分隧道燈具采用的是高壓鈉燈，燈具布設時只考慮路面平均亮度，控制方式主要采用人工控制、時序控制方法。人工控制和時序控制易于實施，但是這兩種控制方式未充分考慮隧道內外照度情況，極易造成能耗增加或引起安全隱患。經研究，有關單位可通過以下方式相結合的措施達到既滿足安全、舒適的要求又實現節能的照明效果：采用智能控制方式，即在自動控制系統的基礎上，采用短時交通流預測，實現隧道內照明設施動態調光控制；基本照明段選用功耗低、色溫好、無眩光的LED 燈具；優化燈具布置參數，即燈具安裝高度、間距、角度等參數；日常營運中加強隧道燈具的維修管理，經常性地擦除燈具外罩粉塵、煙霧等污染物，提高光線透過率。

4.2 通風系統節能優化設計

目前，國內大部分隧道通風設施采用直接控制法，即通過使用CO/VI 監測器對隧道內煙霧濃度和CO 濃度進行實時監測，通過分析處理，控制風機開啟數量幫助隧道內獲取足夠的新鮮空氣，降低煙霧和CO 濃度值，從而提升隧道能見度，保持環境衛生清潔。但這種控制方法在實際應用中存在控制滯后和不連續性等問題，對隧道交通流的可預見性較差，達不到安全和節能的目的。經研究，在原有的直接控制法中增加交通流（車流量、密度、速度）變化這個參數，再通過一定的策略分析，控制風機運行數量、時間和風向，在實現稀釋煙霧和CO 濃度的同時達到節能和延長風機使用壽命的效果[1]。再者，通過使用變頻技術，根據隧道內實際所需的風量來控制風機轉速，減少輸出功率，同樣達到節能和延長風機使用壽命的目的。

5 結語

為保障隧道交通安全，實現可持續綠色節能發展。本文分析了隧道照明、通風與隧道交通安全的主要關系，總結出影響照明、通風設計的主要安全指標，在保障隧道運營安全的前提下，提出照明、通風系統節能優化設計的主要措施，為后期的隧道安全、節能研究提供新的方向。