高速公路隧道照明節能設計研究

劉 玄

北京興延高速公路有限公司，北京 102200

0 引言

公路隧道場地環境相對特殊，當駕駛人員駛入隧道時，會經歷由亮環境到暗環境的駕駛過程，產生黑洞效應；當駕駛員駛出隧道時，會從暗環境過渡到亮環境，產生白洞效應[1]。在這些過程中，駕駛員的視覺會存在明顯的滯后性，無法在短時間內適應環境亮度的變化。當駕駛員長時間處于隧道黑洞效應與白洞效應的交替環境中，其駕駛舒適度會嚴重降低，同時，還會增加交通事故發生概率。

為保障駕駛員可以在公路隧道環境中安全駕駛，并擁有良好的視覺環境，高速公路隧道工程項目參建單位需要重視隧道內部的照明設計。以往的設計通常圍繞交通量、車輛速度來設計隧道內部的照明亮度。這種設計方法雖然強調了安全性，但是在實踐應用中，往往會增加電能消耗。根據相關數據，電費支出約占據高速公路隧道工程運營總費用的75%；而在電費支出中，隧道照明用電費用可占據90%。由此可見，在保障公路隧道照明安全性的前提下，隧道照明的能耗問題已經成為當前高速公路隧道施工建設需要重點解決的問題。

1 高速公路隧道照明存在的問題及其原因

近年來，隨著照明技術的發展，大多數高速公路隧道工程項目開始主動應用新技術、新設備，以營造良好的隧道視覺環境。部分高速公路隧道工程建設單位為減少能源消耗，會優先選擇高功率的高壓氣燈及高反射率的材料。但是在實際的高速公路隧道工程中，照明技術及設備系統在使用過程中的能耗問題依舊突出，甚至部分照明系統在運行過程中存在明顯的電能資源浪費問題。如果高速公路隧道運營期間通過的車輛較少，相關工作人員通常會采取開啟單側燈及交錯間隔開燈等方式，達到減少電能資源浪費的目的，但是這種方式難以保障行車安全。而且，受到設計因素及施工因素的影響，高速公路隧道的照明效果未達到預期[2]。高速公路隧道照明存在的主要問題及其原因如下。

1.1 隧道照明亮度超過實際需求

結合以往經驗，照明系統優化設計需要考慮車速及洞口亮度。一般情況下，設計人員會以照明燈具的功率及分布情況作為主要設計依據，并且在取值時以取最大值為主，導致照明系統亮度明顯超過實際需求，引發電力資源浪費問題。

1.2 專線供電電壓較高

高速公路隧道工程項目通常采取專網專線方式實現高質量供電，在供電期間通過箱變改變電壓的方式供電。但是在這一過程中，實際電壓會明顯超過預期。因此，在電能輸送過程中，設計人員還需要考慮降壓因素，以防止對燈具使用壽命造成負面影響。

1.3 三相電壓不平衡

在安裝照明系統的過程中，部分施工人員未按照預期設計方案進行規范操作，導致三相電壓不平衡。再加上電網輸入電壓的過程存在波動問題，容易引發電能浪費現象。如果不及時解決上述問題，高速公路隧道照明用電期間的能耗問題會越來越嚴重[3]。

2 節能技術在高速公路隧道照明中的應用意義

傳統高速公路隧道照明的施工設計方式問題明顯，如果施工設計人員未能深刻認識傳統設計方式的不足，高速公路隧道照明系統存在的電能資源浪費、經濟損失等問題會越來越嚴重。為進一步提高高速公路隧道照明系統的運行效率，相關工作人員主動將節能設計理念及相關技術引入高速公路隧道照明的施工設計體系，通過科學設計與合理應用，可以取得良好的應用效果。

2.1 保障高速公路隧道行車安全

保障高速公路隧道行車安全始終是高速公路隧道工程項目的重點。高速公路隧道環境相對特殊，需要借助照明系統達到良好的視覺環境效果。節能減排理念下的照明設計工作更加強調可持續性與科學性，為確保高速公路隧道照明用電的可持續性與科學性，相關部門及主體參建單位應該圍繞高速公路隧道照明工程系統的設計問題進行統籌部署。在部署規劃過程中，設計人員可依托新型照明燈具設備及相關技術、材料，補齊傳統高速公路隧道照明體系存在的短板，為駕駛員提供良好的視覺環境。

2.2 維持高速公路隧道行車安全與投資成本之間的平衡

隨著節能減排理念的推廣，高速公路隧道工程對照明系統的應用需求發生了顯著改變。在施工設計過程中，除了需要滿足高速公路隧道的行車安全標準，還需要結合高速公路隧道施工區域的場地環境及實際需求，科學設計與高效應用隧道照明系統。為保證高速公路隧道行車安全與投資成本之間的平衡，設計人員應該統籌部署節能減排技術的應用，并解決相關設計問題。通過不斷提高電能的利用效率，解決隧道照明系統的電能資源浪費問題，減少后期運營費用。與此同時，設計人員可立足節能減排理念，應用新型照明技術及新型材料，并通過合理設計隧道照明系統施工方案，增強隧道照明系統的節能運行效果[4]。

總之，在高速公路隧道照明設計工作中融入節能減排理念，可以進一步促進高速公路隧道施工建設項目的健康、持續發展[5]。

3 高速公路隧道照明的節能設計措施

3.1 設計高效、科學的智能照明控制系統

洞外亮度始終是影響高速公路隧道照明系統設計效果的重要指標。當前，部分參建單位未結合實際情況分析洞外亮度等重要指標，而是盲目地采用規范最大值，容易引發電能資源浪費問題。與此同時，隧道交通情況也會對高速公路隧道照明需求產生影響。結合以往的設計應用經驗，當隧道交通量較大時，電能需求量也較大。對此，在具體設計過程中，可結合不同時間段的交通量合理控制照明系統，如合理設定白天與夜晚的開燈時間。然而，在設定開燈時間時雖然可以讓維管人員到現場進行調節，但是這一做法會增加高速公路的運維費用，并存在諸多不確定性。

為解決上述問題，并減少白洞效應與黑洞效應帶來的負面影響，施工設計人員在規劃高速公路隧道照明節能方案時，應該將智能照明控制技術應用于高速公路隧道照明節能建設。例如，可以利用智能化監測技術監測、分析當前隧道車流量及隧道內外部的亮度情況，根據數據反饋結果自動調節燈具。這樣一來，不僅可以滿足隧道行車需求，也可以減少白洞效應與黑洞效應帶來的負面影響。更重要的是，基于智能照明控制技術的高速公路隧道照明系統可以減少電力消耗，并為駕駛員提供良好的視覺環境。

利用智能化的控制手段也可以調節、管理照明系統的運行時間及照明亮度。例如，可根據隧道內外的實際照度對比值，利用智能化控制技術管理照明系統的運行過程。當隧道內外的實際照度對比值超過1∶15時，智能化控制器會自動啟動白天的照明燈具；當對比值小于1∶15時，智能化控制器會自動啟動夜晚的照明燈具。除此之外，在安裝智能照明系統的相關設備時，現場施工人員應該嚴格按照設計圖紙要求，加強對細節的處理。并且在后期的運行過程中，做好全過程的控制監管工作，以切實增強高速公路隧道照明系統的照明效果[6]。

3.2 健全、優化照明供配電系統

供配電系統的節能設計是高速公路隧道照明系統設計的重難點，在具體的優化設計過程中，設計人員應該結合隧道的行車照明基本需求，及時補齊傳統供配電系統存在的設計短板。設計人員應該重點優化、調節變壓器的負荷率，減少變壓器負荷率過低而引發的電能資源浪費問題[7]。

此外，設計人員應盡量選擇節能設備，如LED照明燈具。如果高速公路隧道已經安裝高壓鈉燈，為減少電能損耗問題，設計人員可將其與節能鎮流器搭配使用；或采用照明節電控制設備，加強對高壓鈉燈運行全過程的自動控制與管理，如可結合高壓鈉燈的啟動特性，采取全壓啟動方式，保障燈泡的各項參數處于穩定狀態；也可以利用切實可行的技術方法，合理調整輸出電壓，以避免產生沖擊電流[8]。

3.3 定期維護隧道配電設備

為保障高速公路隧道照明系統始終處于高效、穩定的運行狀態，施工單位在完成高速公路隧道照明施工建設工作之后，應該指派專業人員定期對隧道的配電設備進行維護保養，通過保障隧道配電設備的電路通暢，提高高速公路隧道照明系統的安全運行水平。

維護管理人員在維護保養隧道配電設備的過程中，應該結合隧道配電設備的運行狀態，識別隧道配電設備可能出現的風險，并采取科學合理的應對措施加以處理。如果發現當前隧道配電設備的能耗問題相對嚴重，管理人員可適當更新照明系統及相關燈具設備，以增強高速公路隧道照明系統的節能效果。

3.4 結合使用高壓鈉燈與LED燈具

目前，大多數高速公路隧道施工單位在照明施工設計方面都采用了LED燈具與高壓鈉燈相結合的照明方案。LED燈具與高壓鈉燈的結合使用，可以進一步增強照明系統的靈敏性及節能效果。

結合以往的經驗來看，高壓鈉燈的透霧能力較強且靈敏度較高，在使用過程中可提高駕駛員的觀測效果。與此同時，因隧道空間環境相對封閉且沒有外來光源，在照明燈具設備的選用上應該盡量選擇顯色度良好的照明設備，而LED燈具不僅顯色性良好，滿足駕駛需求，而且成本費用較低。高速公路隧道出入口對于安全性能的要求相對嚴格，通過采取組合照明的方式可增強照明系統的整體亮度，并且減少能耗。

3.5 規范設置照明功率

為確保高速公路隧道照明的節能設計效果達到預期，設計人員應該結合現有法律、法規以及相關標準規范，對照明參數進行科學計算與精準測量，以強化燈具的照明功率及亮度效果。通常情況下，設計人員可以將隧道的5 000 m處作為照明功率的參考點，2 500 m處的照明功率應該控制在5 000 m處照明功率的50%左右；1 000 m處的照明功率應該控制在5 000 m處的65%～75%。受場地環境條件影響，照明功率可能無法按照上述要求進行合理設置。因此，相關負責人員在確定照明功率之前，應該深入施工場地，準確把握現場環境條件。

3.6 優化隧道出入口照明

隧道出入口是高速公路隧道中電力資源能耗較高的區域。為減少光線對駕駛員視覺的負面影響，在設計過程中，設計人員應遵循節能減排及可持續發展理念，重點研究隧道外部與進出口連接處的光照射效應。可以通過種植植物等方式，減輕入口亮度；也可以在入口位置或者內部位置放置瓷磚，以增加隧道出入口亮度，保障內外照明效果。在鋪設瓷磚之前，施工人員應該精準測量場地環境，確保所使用的瓷磚適用于隧道照明施工。

4 結論

總而言之，隨著高速公路隧道建設水平的持續提升，高速公路隧道照明系統施工建設及相關節能應用問題逐漸受到關注。根據不完全的調查統計，我國大多數高速公路的隧道運營費用中的90%用于隧道照明。不難看出，高速公路隧道照明用電建設成本較高且能耗問題嚴重。因此，減少隧道照明能耗始終是高速公路隧道施工建設的重點問題。通過文章的研究，可以明確高速公路隧道照明節能技術應用的重要性及可行性。在今后的施工建設中，高速公路工程項目參建單位應該深刻認識節能減排理念及可持續發展理念的重要性，運用科學合理的新型照明設備及節能技術手段，消除傳統照明體系存在的短板。除此之外，設計人員應該始終堅持節能減排的設計理念，重點研究照明控制系統以供配電系統的節能設計問題。在此基礎上，結合使用智能照明控制技術，為駕駛員提供良好的視覺環境及安全通行環境。