城市隧道照明的建設(shè)思考

沈益明 金娣

摘? 要：本文通過建設(shè)者的視角對(duì)城市隧道照明的建設(shè)提出思考，旨在為后續(xù)城市隧道的建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：隧道照明;控制網(wǎng);能耗

中圖分類號(hào)：TM923??? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??? 文章編號(hào)：2095-6903（2021）07-0000-00

0 前言

隨著中國(guó)城鎮(zhèn)化率的高速發(fā)展，臨河、臨江的大城市為緩解城市交通壓力，在交通繁忙和人口密集的地區(qū)建設(shè)隧道勢(shì)在必行，其具有提高交通效率、節(jié)省用地和保護(hù)生態(tài)環(huán)境等眾多優(yōu)點(diǎn)得到迅猛發(fā)展。根據(jù)《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒2020》數(shù)據(jù)^[1]，至2019年末中國(guó)城市道路照明設(shè)備達(dá)約2866萬盞，客觀存在光效低、能耗高、管理不智能、設(shè)施舊等情況;其中，隧道工程尤為明顯，照明能耗占比高達(dá)40%～50%，如何節(jié)約隧道照明的能耗一直是建設(shè)者們思考的核心與研究重點(diǎn)。

1 建設(shè)前期的思考

根據(jù)模擬隧道駕駛，日間隧道出、入口受外環(huán)境的高亮和隧道內(nèi)低亮的強(qiáng)烈對(duì)比，易產(chǎn)生視覺滯后現(xiàn)象，駕駛員看到的隧道猶如“黑洞或眩光”。同時(shí)，在隧道內(nèi)受機(jī)動(dòng)車排放尾氣集聚影響，易與機(jī)動(dòng)車照明燈光形成煙霧，會(huì)降低視覺的能見度。具體而言，隧道照明可以改善隧道內(nèi)路面狀況，減輕駕駛員疲勞，有利于提高隧道通行能力保證交通安全。在隧道照明設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮人在視覺上的“明”和“暗”，滿足眼睛適應(yīng)性^[2]。其中，公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則遵循駕駛員的視覺適應(yīng)性將隧道分為接近段、入口段、過渡段、中間段、出口段、洞外引道等不同區(qū)域（如圖1所示）^[3]。

2 照明方案的思考

隨著4G技術(shù)、云計(jì)算的普及，物聯(lián)網(wǎng)跑步奔向智慧城市、智慧交通等應(yīng)用場(chǎng)景。根據(jù)不同隧道的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)方案既要保證隧道的舒適度、亮度要求，又要充分節(jié)約能源、降低運(yùn)行費(fèi)用，目前隧道照明呈節(jié)能化、智能化、景觀化等多樣化的功能性應(yīng)用趨勢(shì)，從簡(jiǎn)單照明到智慧照明發(fā)展。

2.1 可靠的控制網(wǎng)

隧道照明的控制方式，從傳統(tǒng)的總線控制向自愈網(wǎng)模式（如圖2所示）全面更新，避免因總線上一個(gè)故障導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況發(fā)生;科學(xué)地引入自愈環(huán)網(wǎng)，將所有設(shè)備分布在信號(hào)流向相反的兩個(gè)環(huán)上，當(dāng)環(huán)上某節(jié)點(diǎn)故障時(shí)，與故障點(diǎn)最近的兩個(gè)環(huán)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)通過改變數(shù)據(jù)流的發(fā)送和接收方向，在主環(huán)和備環(huán)上自動(dòng)環(huán)回，高效地保持通信鏈路暢通^[4]。

照明控制系統(tǒng)的核心是控制中央處理器，系統(tǒng)主要包含電源模塊、控制模塊、通訊模塊、傳感模塊、傳感模塊等設(shè)備，通過自愈環(huán)網(wǎng)對(duì)隧道交通量、車速、車距及亮度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，經(jīng)運(yùn)算及模型匹配后將采集到的數(shù)據(jù)通過傳送到終端服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)照明安全高效節(jié)能控制。

2.2 綠色的照明源

隧道照明應(yīng)根據(jù)隧道場(chǎng)所的特點(diǎn)和照明要求，選擇常規(guī)照明、桿照明等多種方式組合，既要考慮美觀、舒適、流暢，又要考慮對(duì)行車安全的影響。同時(shí)，要根據(jù)運(yùn)營(yíng)期燈具受污狀況和養(yǎng)護(hù)情況，綜合考慮養(yǎng)護(hù)系數(shù)M值;按照明場(chǎng)所的需求，選擇與之相適應(yīng)配光曲線、控旋光性能好的節(jié)能型高效燈具，目前隧道基本照明采用的光源主要有熒光燈、高壓鈉燈及LED等，選擇燈具性能時(shí)應(yīng)綜合考慮如防護(hù)等級(jí)、防眩裝置、更換備件、防腐性能、燈具效率等關(guān)鍵指標(biāo)。宜采用智能控制為主、手動(dòng)控制為輔的控制方式，當(dāng)采用中線或中線側(cè)偏布置形式時(shí)，基本照明宜選用逆光型燈具，當(dāng)?shù)勒彰鞑捎脙蓚?cè)交錯(cuò)或兩側(cè)對(duì)稱布置形式時(shí)，宜選用寬光帶對(duì)稱型照明燈具。根據(jù)隧道的特性，結(jié)合場(chǎng)景分析計(jì)算路面的亮度值（如圖3所示）。

3 工程案例分析

某城市隧道全長(zhǎng)約3600m（盾構(gòu)段約1830米），盾構(gòu)直徑約11.5米，雙向四車道，設(shè)計(jì)車速60km/h，主要包括主體隧道工程、接線道路（含匝道）管理中心及附屬工程，于2019年11月通車。根據(jù)該隧道的特點(diǎn)，其基本照明控制采用定時(shí)、就地和遙控（光纖自愈網(wǎng)）三種方式，出、入口照明采用照明控制儀進(jìn)行光控、就地控制和遙控。

3.1 各段長(zhǎng)度、照度分析

根據(jù)該隧道規(guī)模，隧道的入口處照明按入口段、過渡一段、過渡二段、中間段照明要求分別設(shè)計(jì);隧道的出口側(cè)照明按出口段要求設(shè)計(jì);在各隧道敞開段考慮夜間照明。結(jié)合公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則，本次隧道各段長(zhǎng)度和照度要求如下：隧道出入口采用減光措施，洞外亮度L₂₀：3000 cd/m²;折減系數(shù)0.022;入口段（TH）：長(zhǎng)度50m，亮度66cd/m²，33cd/m²;過渡一段（TR1）：長(zhǎng)度46m，亮度9.9cd/m²;過渡二段（TR2）：長(zhǎng)度67m，亮度3.3cd/m²;基本段（IN）：亮度2.0cd/m²;出口段（IN）：長(zhǎng)度60m，亮度6cd/m²，10cd/m²;其中，盾構(gòu)段隧道照明橫斷面圖（如圖4所示）。

3.2 照明方案分析

該隧道位于城市中心，為營(yíng)造一個(gè)舒適、美觀、安全的行車環(huán)境及運(yùn)營(yíng)的需求，采用LED燈作為基本照明的主光源。同時(shí)從節(jié)能、光效及燈具布置等方面考慮，選用光效高、顯色性好，耐震動(dòng)，耐電壓波動(dòng)的搪瓷金鹵燈（>IP65，補(bǔ)償功率因數(shù)>0.9）作為出、入口加強(qiáng)照明光源。其中，入口段、過渡段和出口段的調(diào)光方案設(shè)計(jì)可進(jìn)行分級(jí)組合（如表1所示）。

本隧道照明設(shè)計(jì)分基本照明和加強(qiáng)照明?；径尾捎肔ED 90W熒光燈燈具沿隧道兩側(cè)頂部對(duì)稱布置;入口段加強(qiáng)照明采用400W搪瓷金鹵燈燈具;過渡1段加強(qiáng)照明采用400W搪瓷金鹵燈燈具;過渡2段加強(qiáng)照明采用250W搪瓷金鹵燈燈具;出口段采用400W搪瓷金鹵燈燈具;加強(qiáng)照明燈具均設(shè)于隧道基本照明燈具兩側(cè)對(duì)稱布置。各進(jìn)、出口光過渡段、敞開段設(shè)夜間照明，光過渡段布燈同基本段，敞開段采用10m桿高的180W LED路燈，并與道路照明協(xié)調(diào)。應(yīng)急照明燈具利用基本照明燈具的常開燈，行車道應(yīng)急照明燈具為基本照明燈具數(shù)量的1/8，采用沿隧道兩側(cè)頂部交叉布置;電纜通道、安全通道應(yīng)急照明燈具為基本照明燈具數(shù)量的1/4;隧道逃生安全門上部設(shè)置緊急疏散指示標(biāo)志。

項(xiàng)目采用高光效的LED等照明燈源，融合智能控制、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，每盞LED燈都納入PLC智能管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、通訊和控制功能，每盞燈都是自愈環(huán)網(wǎng)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，對(duì)平臺(tái)上燈具的電壓、電流、有功功率、無功功率、故障報(bào)警、燈具狀態(tài)等運(yùn)行參數(shù)的采集，可以實(shí)時(shí)計(jì)算路燈亮燈率、用電量、線路損耗、能耗評(píng)估，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道照明設(shè)施的實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)的智能化管理，降低了設(shè)施的維護(hù)成本，可以滿足管理部門多種工況的設(shè)置（如手動(dòng)、自動(dòng)、情景模式等），提高了隧道照明管理的水平^[5]。

3.3 經(jīng)濟(jì)性分析

根據(jù)城市管理單位提供的2020年度能耗數(shù)據(jù)顯示，該隧道年用電費(fèi)用約45萬元/千米，與該城市其他類似規(guī)模群的隧道年平均用量費(fèi)用約55萬元/千米相比，能耗節(jié)省約18%～20%。分析認(rèn)為，與傳統(tǒng)隧道照明系統(tǒng)相比較，運(yùn)用大量LED等新技術(shù)，將隧道的每一盞燈與光控、車輛等信息智能相結(jié)合，滿足隧道照明的特殊性，真正意義上實(shí)現(xiàn)按需照明，也取得了較好的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益。

隨著城市隧道建設(shè)的步伐，隧道內(nèi)的控制技術(shù)更加成熟，系統(tǒng)運(yùn)行效率更加可靠，特別是隧道智能化控制系統(tǒng)的引入，不僅具備了操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、易維護(hù)等特點(diǎn)，更提高了隧道運(yùn)營(yíng)的自動(dòng)化、信息化水平，使隧道管理單位能夠及時(shí)、準(zhǔn)確、全面地了解掌握隧道照明設(shè)施的運(yùn)行情況，以便提供更加科學(xué)、有效地隧道運(yùn)營(yíng)管理。

4 結(jié)語

“光”是城市發(fā)展的要素之一，通過豐富且新穎照明控制，運(yùn)用LED等新技術(shù)，不僅緩解城市照明美化環(huán)境，而且響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排低碳環(huán)保的要求。優(yōu)秀的隧道照明建設(shè)，有利于提高隧道通行、交通安全，有利于提高隧道的有效管理。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2021-06-04

作者簡(jiǎn)介：沈益明（1981—），男，浙江杭州人，本科，一級(jí)建造師，高級(jí)工程師，研究方向：工程管理、建筑電氣與智能化。

Thoughts on the Construction of Urban Tunnel Lighting

SHEN Yiming¹，JIN Di²

（1.Hangzhou CBD Construction Development Co.， LTD，Hangzhou Zhejiang? 310020;2.Zhejiang Province Instituteof Architectural Designand Research，Hangzhou Zhejiang? 310030）

Abstract： This article proposes reflections on the construction of urban tunnel lighting from the perspective of a builder， aiming to provide a reference for the subsequent construction of urban tunnels.

Keywords： tunnel lighting;control network;energy consumption