某城市超長隧道照明方案設計

劉瑞銘

摘要：本文對某城市的一個超長隧道做了照明方案設計，在亮度計算、燈具選型、燈具布置、照明控制、應急照明、照明節能等方面進行了較詳細的論述。

關鍵詞：超長隧道、照明、應急照明、控制

1、概述

1.1隧道概況：

本項目隧道設置情況為：左線樁號Z1+130～Z5+183，長度4053 m;右線樁號Y1+125～Y5+200，長度4075m。雙洞六車道，設計車速80km/小時，隧道所在路段單洞2030年交通量為4454pcu/h，2040年交通量為7252pcu/h。

1.2設計原則

運營照明系統設計的基本原則是在保證行車安全和舒適的條件下，使照明回路操作簡便;考慮隧道運營期間養護方便，同時積極響應國家節能方針，盡量節約能源;隧道加強照明段近、遠期交通量有所差別，故采用“一次實施、分期控制”原則;結合重慶市城市品質提升精神，隧道基本照明設計不分近、遠期，近、遠期采用同一標準進行設計。

2、照明設計計算

2.1照明設計標準取值

本項目為城市隧道，交通流量較大，隧道主線左右線入口洞門型式均為端墻式的隧道。洞外環境亮度取2500cd/m2，折減系數K取0.035;路面亮度總均勻度（Lmin/Lav）（最小亮度/平均亮度）不低于0.4;車道路面縱向均勻度（Lmin/Lmax）（與車道中軸線平行的線上最小亮度/最大亮度）不低于0.6;眩光限制TI<15%;照明設計目標年份為2041年，設計交通量（混合車（輛）/小時）根據各路段預測交通量經平均和折算求得，本隧道交通量預測為8034pcu/h。依據《城市道路交通設施設計規范》GB50688-2011表11.1.12中隧道照明中間段標準值，本隧道主線行車速度80km/h，交通量按雙車道單向交通N>2400輛/h，中間段照明平均亮度Lav取4.5cd/m2燈具維護系數取0.7，亮度系數瀝青路面取15，LED燈（防護等級≥IP65）利用系數0.7。

2.2 照明分段及亮度計算

本隧道左，右線隧道內各區段照明亮度及長度計算過程如下：

左線隧道：

L20（S）取2500cd/m2，折減系數k取0.035，入口縱坡0.5%，停車視距Ds取98m，隧道凈高h取7.7米，車速Vt取80km/h;

入口段1：亮度Lth1=k×L20（S）=0.035×2500cd/m2=87.5cd/m2，長度Dth1=（1.154Ds-（h-1.5）/tan10）/2=39m;

入口段2：亮度Lth2=0.5×k× L20（S）=0.5×0.035×2500cd/m2=43.75cd/m2，長度Dth2=（1.154Ds-（h-1.5）/tan10）/2=39m;

過渡段1：亮度Ltr1=0.15×Lth1 =13.125cd/m2，長度Dtr1=（Dth1+ Dth2）/3+Vt/1.8=70m;

過渡段2：亮度Ltr2=0.05×Lth1 =4.375cd/m2，長度Dtr2=2Vt/1.8=89m;

中間段：Lin=4.5 cd/m2;

出口段1：Lex1=3×Lin=13.5 cd/m2;

出口段2：Lex2=5×Lin=22.5 cd/m2;

右線隧道取值與計算同左線隧道。

3、照明方案比選

3.1燈具選擇

目前國內公路隧道照明主要采用的燈具為高壓鈉燈、熒光燈和LED燈具。本項目隧道照明燈具選擇主要考慮了兩種方案：選取高效節能的LED燈，或者選取隧道專用的防水熒光燈。兩種光源均為白色光源，顯色性較好，在同等功率的情況下，較其他光源燈具更容易給隧道司乘人員提供安全、舒適的環境。

熒光燈具優點是發光效率高，呈線面型發光體，光源接近太陽光。缺點是對環境影響大，有射頻干擾，易破碎，壽命與開關次數有關，且使用時間長后亮度逐漸變暗，后期運營燈具更換較為頻繁，LED燈具采用的是半導體發光材料，與其他發光材料相比較，其綠色、高效、可靠、耐用的勢顯著。其主要特點是發光壽命長，壽命不受點亮次數影響，固態封裝，抗震性強，散熱小。并且隨著半導體技術的不斷進步，LED照明燈具技術也在不斷發展，在LED照明燈具解決了光衰、散熱等問題后，將更加適用于公路隧道，更加適合公路隧道運營管理的需求。故本項目選用LED隧道燈。

燈具技術參數：采用寬配光LED隧道燈具，防護等級不低于IP65，功率因素不低于0.95，燈具正常工作3000h光通量維持率不低于96%，正常工作6000h光通量維持率不低于92%，顯色指數Ra≥65，色溫4000K，燈具壽命不小于50000小時，并具有良好的防腐性能，每個隧道主洞LED燈具內集成智能單燈控制器。

3.2 應急與疏散照明設計

消防應急照明和疏散指示系統采用集中電源集中控制型，系統由應急照明控制器、應急照明集中電源、消防應急照明燈具、消防應急標志燈具等組成。應急照明控制器設置在消防控制室內。應急照明燈具雙側交錯布置于隧道兩側，采用10W LED燈，間距15m。應急照明控制器備用電源工作時間為180min，消防應急燈具應急工作時間大于120min，集中電源的蓄電池組達到使用壽命周期后標稱的剩余容量應保證放電時間滿足120min的持續工作時間。

隧道應急照明燈具首先應滿足其他隧道燈具基本技術指標要求，同時還應滿足以下要求：應急照明燈具應滿足CCCF認證;消防應急照明燈具應急狀態光通量不應低于其標稱的光通量，10W應急照明燈具整燈光通量不小于800 lm。

3.3燈具布設

本工程隧道照明主要分為基本照明、加強照明、應急照明三個部分，洞外引道照明由道路照明實施。

基本照明全線布置，加強段照明主要包括入口段、過渡段、出口段加強照明，隧道中間段常規照明僅設置基本照明。照明燈具均采用高光效的LED燈具，隧道標準段中間基本照明采用雙側對稱布置，隧道加強照明采用雙側對稱布置。

車行橫洞選用10W LED燈布置于隧道橫洞拱頂上，人行橫洞選用10W LED燈布置于隧道橫洞拱頂上。

3.4照明控制方式比較

照明控制方式主要有傳統的分回路控制和無極調光控制。傳統的分回路控制由低壓柜多個回路出線至隧道內燈具，通過控制主回路上接觸器的通斷關閉部分隧道燈具來達到調節隧道內亮度的目的，控制方式簡單。無極調光控制，通過在每個隧道LED燈具上安裝單燈智能調光控制器，然后由裝設在洞口的智能集中控制器通過無線方式能對隧道內燈具進行精確的輸出功率調節以達到調光目的，同時智能集中控制器還能接受中央控制系統的指令對隧道燈具進行分組控制，而且集中控制器還能連接手機APP對每個燈具的使用情況進行實時監控，可以實現故障報警，防盜功能。

鑒于目前的技術發展形勢，同時考慮到以后運行維護的便利性，本項目照明控制采用智能無極調光系統，可以手動控制和自動控制方式兩種相結合。手動控制可以通過切斷現場控制照明配電箱、隧道變電所配電柜各個回路的開關關閉部分照明供電回路達到調光目的，也可以通過智能集中控制器的調光功能對指定燈具進行手動調整LED燈具輸出功率;自動控制方式根據不同季節不同時間段和不同交通量控制各個照明燈具的輸出功率改變燈具的光通量，利用預先編制好的控制程序，由計算機系統自動控制各個照明LED燈具的光通量，使洞內的照明亮度與外界自然光的亮度相適應。

隧道內的照明控制是根據隧道照明設計中所確定的照明區段、不同時段氣候條件下的照明要求，控制各個照明回路，從而達到既滿足隧道的照明亮度要求，保證行車安全，又節省能源的目的。本工程隧道照明采用晴天、云天、陰天、重陰天、夜間和深夜六級控制模式：

（1）晴天照明（洞外亮度為L20=3000cd/m2）：隧道內全部燈具全開，所有燈具輸出100%功率。

（2）云天照明（洞外亮度為0.5L20）：隧道內全部燈具全開，入口加強照明燈具輸出50%功率。

（3）陰天照明（洞外亮度為0.25L20）：隧道內全部燈具全開，入口加強照明燈具輸出25%功率。

（4）重陰天照明（洞外亮度為0.13L20）：隧道內全部燈具全開，入口加強照明燈具輸出13%功率。

（5）前半夜照明：關閉所有加強照明燈具，基本照明燈具全開。

（6）后半夜照明：關閉所有加強照明燈具，基本照明燈具開一半。

（7）照明的自動控制與隧道監控系統聯動控制，由隧道監控系統統一考慮。

無極調光系統還可以全自動明根據交通量進行調節中間段照明，當交通量N>=1200veh（h.ln）時，基本照明全開;當交通量350veh（h.ln）<N<1200veh（h.ln）時，基本照明全開，燈具輸出75%功率，當交通量N<350veh（h.ln）時，關閉行車方向右側基本照明燈具，只開左側基本照明。

3.2 照明節能措施

（1）照明系統三相配電干線的各項負荷分配平衡，最大相負荷不宜超過三相負荷平均值的115%，最小不宜小于85%。

（2）選用高光效的LED隧道燈具作為照明光源，光效達到100 lm/w及以上，功率因素不低于0.95，燈具效率不低于80%，顯色指數Ra≥65、色溫介于3500～6000K。

（3）隧道燈具配光形式為寬光帶對稱型燈具。

（4）隧道主洞照明按夏季晴天、夏季云天/其它季節晴天、夏季陰天/其它季節云天、夏季重陰天/其它季節陰天、夜間和深夜六級控制，由無極調光控制方式實現。

4、結語

本文針對具體隧道在亮度計算、燈具選型、燈具布置、照明控制、應急照明等方面進行了較詳細的論述。設計嚴格執行最新的國家規范及地方、行業標準，設計成果滿足了城市超長隧道的使用要求，達到了控制靈活、節能高效的效果，具有一定的參考價值。

參考文獻：

[1]中華人民共和國交通運輸部.《公路隧道設計規范》第二冊交通工程與附屬設施（JTG/TD70/2-2014）[S].重慶. 2014

[2]中華人民共和國交通運輸部.《公路隧道照明設計細則》（JTG/TD70/2-01-2014）[S].重慶. 2014