公路隧道照明燈具安裝高度和角度對路面亮度和均勻度的影響分析

黃文攝

（深中通道管理中心，廣東 中山 528400）

0 引言

《公路隧道照明設計細則》（JTG/T D70/2-01—2014）是現行最新的照明設計細則，其中規定了隧道照明質量的評定標準，主要是路面的亮度，可路面亮度檢測難度系數高，受影響因素太多，如材料材質、光攝入角度、儀器擺放位置等多方面因素影響，其中有一因素稍微改變就會導致測量有較大的誤差；而照度受影響因素較少，因素改變導致的測量結果誤差也不會影響試驗效果，且現行隧道照明驗收檢測主要是以測量路面照明來評價隧道照明是否達標。因此，此研究主要根據路面照度及均勻度情況來評定隧道照明質量情況。

1 試驗隧道概況

試驗隧道長度約200m，單洞為單向雙車道，車道寬3.75m，凈跨度10.4m，凈高度7.5m，壁厚0.25m，混凝土路面，假定設計車速100km/h，隧道安裝不同高度的多組燈具，從中選取同高度燈具兩側對稱布置，照明光源采用3500～4500kLED 燈，隧道實際情況如圖1 所示。

圖1 試驗隧道現場

2 LED 光源燈具安裝高度和角度對路面亮度和均勻度的影響

2.1 現場試驗

做現場試驗模擬時，選擇夜間進行試驗，這樣影響試驗數據因素少，試驗隧道基本段照明燈具布設間距10m，應急照明燈具布設間距20m，在隧道側壁距地面2m、2.5m、3m、3.5m、4m、4.5m、5m、5.5m、6m高的位置分別安裝燈具，燈具支架采用可調整角度的支架，調整范圍0～180°，然后分別對每種高度的燈具進 行 試 驗，試 驗 一：將2m、2.5m、3m、3.5m、4m、4.5m、5m 燈具的支架角度固定在30°，對路面照明數據進行檢測分析。試驗二：對5～6m 高燈具分別進行15～60°調整，然后對不同組合情況進行路面數據檢測分析。通過試驗一、試驗二的數據來評定照明質量[1]。

2.2 隧道照明環境仿真模擬

根據實際試驗隧道的斷面，按1∶1 比例，用SketchUP 建模軟件建立3D 隧道模型，再把隧道模型導入DIAlux 軟件中，利用DIAlux 對建立好的隧道模型內側壁表面賦予材質，選擇一些反光系數低的材料進行裝飾。因隧道半封閉空間環境的影響，照明燈具發出的光會在隧道側壁產生漫反射，隧道路面的照度是燈具光和隧道側壁反射光的綜合照度，為了不影響隧道燈具試驗的效果，盡量采用一些暗系材質使DIAlux 軟件在進行照明計算分析時，可以忽略因漫反射造成的干擾[2]。

隧道中間段采用的50W 的LED，將該燈具IES 燈具插件導入DIAlux 軟件中。10m（燈具安裝間距應滿足規范要求的閃爍頻率低于2.5Hz 或大于15Hz）間距兩側對稱布設燈具，按現場試驗方案一、方案二分別進行試驗，任意選取3 組燈具之間一段路面作為照明試驗對象，進行軟件計算，得出所選取路面的各種照明數據，根據其中平均照度、路面照度總均勻度和路面中線照度縱向均勻度，判定隧道照明效果[3]。

2.3 數據分析

通過DIAlux 軟件對隧道照明環境的模擬后，軟件分別計算出安裝高度為2m、2.5m、3m、3.5m、4m、4.5m、5m、5.5m、6m，安裝角度分別為15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°組合條件下，2～4.5m安裝高度對照明情況的影響變化見表1，安裝高度及安裝角度對照明情況的影響見表2，具體變化趨勢如圖2-圖4 所示[4]。

圖2 安裝5m 高時不同角度下的路面照明質量情況

圖3 安裝5.5m 高時不同角度下的路面照明質量情況

圖4 安裝6m 高時不同角度下的路面照明質量情況

表1 試驗一照明數據

表2 試驗二的照明數據

按《公路隧道照明設計細則》（JTG/T D70/2-01—2014）中要求，根據模擬要求，隧道中間段設計應為4.5cd/m2，水泥混凝土路面的平均亮度與平均照度間的換算系數可取10 lx/（cd·m-2），經換算，隧道路面平均照度若達到45 lx 以上即可滿足設計和規范要求；總均勻度大于0.4,縱向均勻度大約0.6 時，均勻度也滿足規范要求。選取隧道照明的中間段作為照明仿真區段，通過對中間段基本照明燈具安裝不同高度和安裝不同角度組合情況的照明模擬試驗，采集了大量的隧道路面的平均照度、路面照度總均勻度和路面中線照度縱向均勻度數據，通過數據的對比分析，得出隧道燈具安裝的最佳的位置及最佳角度為：一是燈具安裝高度為5m 時，最佳的安裝角度為30°；二是燈具安裝高度為5.5m 時，最佳的安裝角度為30°；三是燈具安裝高度為6m 時，最佳的安裝角度為20°；四是燈具安裝3m 時，路照度最大[5-6]。

3 結語

經過上述試驗分析，在隧道安裝燈具時，隧道采用高位安裝時，LED 燈具安裝高度為5m 時，安裝角度30°，隧道路面照明質量最好，低位照明時燈具安裝最近高度宜為3m。