高速公路隧道照明綜合節能技術的研究和應用

朱小康

（武漢廣益交通科技股份有限公司，安徽 合肥 238000）

0 引言

為了合理利用土地資源，很多高速公路都設有隧道區。高速公路隧道的修建對于施工單位而言，其不僅在修建初期會耗費大量的建設成本，后期設置照明設施時，施工單位還會有額外支出的材料費用。更為重要的是，施工完成之后，施工單位還要定期對照明基礎設施進行養護。因此，想要提高公路工程施工單位的整體效益，其必須在隧道照明的成本控制上多加關注與研究。

1 隧道照明系統概述

部分地區因山勢崎嶇，修建了大量的隧道投入使用。隧道內部可見度低，照明對于高速公路隧道的重要性不言而喻，良好的公路條件能防止司機在開車時因可見度低發生交通事故。就當前使用情況看，高速公路隧道安裝的照明系統會進行分段設置。比如，大部分施工單位會在隧道區域的入口段、過渡段、中間段和出口段分別布置照明設備，確保司機的行車安全。但高速公路隧道因為不同路段的原因，外界因素對照明設施的要求極為復雜。施工人員必須按照現場的實際施工情況挑選最佳的照明燈具擺放位置，否則照明效果會大打折扣[1]。

另外，大部分高速公路隧道內部控制照明回路時，通常會使用組合開關的方式，設置的數量一般在七八個左右。但這種控制方式過于籠統，不能均勻化隧道內部的光亮，導致隧道內部出現照明不勻的問題[2]。這也意味著施工單位的施工內容極為復雜，照明施工難度大，非?？简炇┕と藛T的綜合能力。如果稍有不慎，隧道內部的照明系統就會出現光亮不均勻的問題，影響司機的駕駛體驗。如果高速公路隧道內部的光亮過高，會導致資源浪費的問題出現，且司機在長時間的燈光照耀下，也容易出現視覺疲勞，影響交通安全。

綜上所述，高速公路隧道照明的用處很多，為司機的出行提供了方便。但由于部分交通區域對高速公路隧道照明系統管控不到位，以至于不少區域出現了綜合照明系統癱瘓的問題。另外，隧道照明消耗的電力資源過多，隧道運營管理部門每年都要支出大量的電費資金。

隨著高速公路的不斷擴建，山區公路越來越完善，隧道的數量與日俱增，運營管理部門投入的資金只增不減，而山區高速公路車通行流量不高，高速公路通行費的收入遠不能抵消隧道內部照明資金的支出。所以隧道運營管理部門為了節省資金，減少了照明燈工作的次數?？蛇@種節能措施又與國家規定相違背，致使高速公路隧道增加了交通安全風險性?；诖?，高速公路隧道照明在設計時，設計人員要率先考慮“安全”與“節能”之間的矛盾關系。

2 隧道照明綜合節能技術應用的方案

當前隧道照明中存在的主要問題是照明過度和欠照明，所以運營管理部門在應用隧道照明綜合節能技術時，要考慮需求。以下是運營管理部門可參考的解決能源浪費的措施[3]。

2.1 增加照明控制回路，多級控制照明

設計人員在設計高速公路隧道照明系統時，應考慮外界環境對隧道照明的影響，比如天氣狀況。因此，晴天照明和陰天照明就應該以兩個不同回路來控制，具體的改造方案為：設計4 個回路控制，隧道左側設置晴天照明和陰天照明，隧道右側同上操作。這4個控制回路可以實現多級化管理的目標，防止隧道出現資源浪費的問題。

2.2 增加照明控制方式，實現無極調控

照明調控裝置應做技術上的升級，可以利用高壓鈉燈的照明原理，以降壓限流的方式，使隧道照明可以根據外界環境因素的變化發生改變。這樣，隧道照明就可以根據實時需求更改隧道內部的照明環境。設計參考變量時，設計人員需要考慮天氣和車流量等參數。

無極調控的工作原理如下：燈具在額定電壓220V左右開始工作，一旦接收到節能指令后，燈具就可以及時調整電壓，使其保持在節能的水平，節能電壓的標準一般在185V～195V 左右。節能指令撤銷后，燈具就會以慢斜坡的方式，逐漸上升到220V 穩壓。這種無極調控，節約了照明資源。有的高速公路為了增加控制的合理性，專門設置了照明調控裝置，保證隧道基本照明設施能夠實現軟啟動，防止燈具因沖擊電流出現壽命縮減的問題。

2.3 確定好照明設計參數

隧道內部若要實現節能目標，設計參數一定要符合實際。所以設計人員提前設計照明方案時，一定要深入考察現場，確保參數的合理性與準確性，減少照明資源參數出現錯誤的概率。不過由于我國的照明節能設計發展較晚，不少的方案設計中存在較大失誤，與高速公路的發展速度不相匹配。為了減小兩者之間的差距，實現協調發展的目標，設計人員一定要充分鉆研照明設計中存在的問題，盡力減少設計中的偏值誤差，具體涉及的內容如下：

首先，設計人員要確定好洞口的亮度。長度在1公里左右的隧道，設計的關鍵點就在于其照明的總功率上，設計人員只要加強照明設計，基本上就能維持整個隧道的照明功率。加強隧道照明設計的關鍵，則在于洞外亮度。基于此，設計人員需要實際考察隧道周邊的地理環境，盡力排除外部因素對隧道照明造成的影響，合理設計洞外亮度。達成此目標后，工程既可以減少投資，又能保障隧道的照明率。不過隧道外部亮度的探測極為困難，設計人員需要借助查表法，才能得到準確的數值。當然，科研學者還獲得了一種新的取值方法，如果按照3500cd/m 進行取值，隧道內部可以節省的電費在10%～15%左右。

其次，設計人員需要研究高速公路隧道的流通量。對于流通量過多的隧道，可以加強對基本亮度的調整，嚴格把控隧道內部的平均亮度。從一般的記載信息來看，最主要的流量信息有交通和時間。

2.4 線路節能

線路節能的實施主要包括以下幾個部分：

第一，公路隧道增設自動調壓設備。但這種節能措施頗具爭議性，具體的使用原理是工程人員利用可控硅斬波原理，按照當中的正弦電壓尋得輸出電壓的平均值，并使其降到最低，以達到控壓節能的目的。但這種措施最大的弊端在于其在控壓時，會產生高次諧波和線路震蕩。如果這個弊端沒有消除，高速公路內部的燈泡使用壽命將會大大縮減，嚴重時甚至對周圍的環境產生污染，極大地違背了綠色環保的理念。所以當前工程師在設計節能方案時，很少會用照明自動調壓設備。

第二，高速公路中壓隧道中，經常使用中壓供電。中壓供電是在原有的系統上進行改革和升級的技術，結合當地地理情況，改變變壓器應用供電模式。此項照明控制技術極為先進，因為除了我國本土研發的技術之外，管理部門還會引進國外先進的技術，在本土地理環境的基礎上，打造新型變壓器應用供電模式。這種供電模式除了概念新穎之外，能極大地滿足高速公路隧道的用電需求，其所耗費的資金相對于傳統電力技術之外，成本會更低，更具經濟價值。

第三，設計人員在布置高速公路隧道內部的燈具時，一定要先對現場進行檢測，掌握具體的數據后，再去開展設計任務。因為燈具布置合理，施工現場的光源利用效率才能大幅度提高，燈具照明缺陷才能很好規避。

2.5 燈具節能措施

若要節省電力資源，公路隧道內首選的燈具應是LED 燈。LED 光源具有方向性投射，大功率LED 光源的工藝可以根據需要封裝成60～180o的射出角，光通量幾乎不損失。設計者可根據需要配光，LED 燈配光利用系數可以達到0.9，LED 燈本身就是環保型燈具，所以非常適合使用。

2.6 高速公路隧道照明控制和管理措施

很多高速公路長隧道內部都配備了亮度檢測設備，這是照明控制措施中的重要機器。其應用的原理在于光亮度值的分析，設備可以通過自動化檢測的方式，加強對洞內外亮度的檢測，找到相關的數據。之后再以監控系統為載體，傳入中心系統。計算機接收到相關數據后，對其開展運算處理，然后再通過智能運算的方法，制定較為合適的控制方案。此等控制措施的應用，大大提高了高速公路長隧道照明的效率，確保了隧道運行的安全性。不過由于管控措施研發的時間較短，目前還沒有廣泛應用，還需科研人員繼續研究[4]。

管理措施方面，科研人員需要加強對隧道內部實際情況的分析，參透照明設計圖紙，提高設計方案的規范程度。施工時，施工人員要把握住節能控制的關鍵點，盡力遏制資源浪費的現象。同時，施工人員需要根據實際情況去核對施工方案的合理性和科學性。如果施工現場有意外情況發生，施工人員需要及時上報，便于設計人員對方案進行整改。一般來說，高速公路隧道內部照明環境的實際施工通常不會和圖紙偏差較大，除非隧道內部的車流量發生了變化，方案需要做出具體的調控。

施工任務結束后，管理部門還要定期安排人員對隧道進行清理，做好對燈具的養護工作，延長燈具的使用壽命。燈具光源的利用效率提高后，隧道內部的照明度會大大增強。

2.7 供電方式的選擇

隧道中的供電方式多樣化，施工人員選擇時需要根據隧道長度進行考慮。一般，不超過1 公里的隧道需采用放射式供電的方法。不過此方法在投入使用前，管理部門需要在洞口處修建變電站，便于隧道內部的電壓進行轉換。但如果隧道內部的機電設備分布位置較為松散，管理人員還需設置中壓供電。中壓供電是電能的中轉站，其配電終端與復合中心是直接相連的，可以滿足隧道內部燈具長距離供電的需求。并且中轉之后，電能損耗的效率大大減少，隧道內部的電能資源消耗頻率大幅度下降。再加上，高速公路隧道的地形較為獨特，有些山體是連綿起伏的，導致隧道與隧道之間的連續性較強。為了提高速度內部的供電效率，管理部門需合理選用集中供電的方法。集中供電在投入使用之前，管理部門需要對隧道內部的區域進行劃分，確定每個隧道不同的供電形式，將供電網和隧道供電連接起來。更為重要的是，集中供電除了能給隧道內部的燈具供給能量之外，還能惠利周邊的農村地區，提高農村地區的供電效率，保證居民的用電量。

3 對高速公路隧道照明節能綜合技術的展望

高速公路隧道的修建是大勢所趨，只有交通便利，山區經濟才能得到發展。從當前的高速公路隧道照明節能策略來看，其中還存在較大的不足，科研人員需要繼續研究，其應該重點分析隧道內部的照明現狀和照明視覺特征。如果能夠在這兩個方面取得突破，我國高速公路隧道的照明效率還會得到大幅度提高。

4 結語

本文對高速公路隧道照明節能綜合技術進行了分析，希望以此來改善高速公路隧道照明資源浪費的問題。根據調查研究分析，高速公路隧道照明節能涉及的內容是多方面的，如果想要實現系統化的節能效果，設計人員在設計照明方案時，每個環節都要加入節能措施，并且每個方案都要有設計依據，設計人員要先考察現場，獲得精準數據后再去商榷施工方案。尤其是對高速公路隧道周邊環境、車流量的勘測，必不可少。再者，高速公路隧道的照明本身具有獨特性，除了保障節能之外，設計人員還要考慮到高速公路內部運行的安全性。其既要減少燈具對周邊環境產生的污染，又要保證隧道內部的照明強度，防止內部因可見度不高的問題，造成交通事故。