公路隧道照明設(shè)計(jì)與效果分析

作者簡介：

陳峰標(biāo)（1980—），工程師，主要從事高速公路運(yùn)營管理工作。

摘要：為確定隧道照明設(shè)計(jì)方案的合理性，文章通過對各照明段照度開展照明效果檢測分析，以某高速公路長隧道照明設(shè)計(jì)為研究背景，從燈具布置、應(yīng)急照明、疏散及誘導(dǎo)照明等方面進(jìn)行照明設(shè)計(jì)，檢測各照明段的照度，分析數(shù)據(jù)得出隧道各照明段照度分布存在一定的不均勻性，并針對性地提出了改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：公路隧道；照明設(shè)計(jì)；照度；效果分析

中圖分類號：U453.7 A 45 143 3

0 引言

公路隧道可以縮短行車距離、改善公路線形［1］，提高服務(wù)水平。由于隧道屬于地下工程，因此需要進(jìn)行合理的照明設(shè)計(jì)，以保證安全運(yùn)行。公路隧道是管狀構(gòu)造物［2］，其內(nèi)外亮度相差較大、空氣質(zhì)量差、能見度低、噪音高、相對行車速度慢、寬度和高度受限［3-4］，隨著交通量的增加容易誘發(fā)交通事故，增加交通能耗。因此，做好隧道照明設(shè)計(jì)，保證隧道內(nèi)部各照明段的亮度和能見度，是保證隧道安全運(yùn)行的基本保障。影響隧道照明效果的因素有很多，如照明光源光色、燈具選擇和布置［5-6］、應(yīng)急照明與疏散及誘導(dǎo)照明設(shè)計(jì)等。合理的隧道照明設(shè)計(jì)不僅可以滿足駕駛員視覺信息采集要求，還可以提高行車安全和舒適性，降低運(yùn)營成本。以人眼的視覺特點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)，可將隧道劃分為入口段、過渡段、中間段和出口段四大照明段，并根據(jù)各照明段長度進(jìn)行進(jìn)一步劃分，根據(jù)照明要求進(jìn)行隧道照明設(shè)計(jì)，根據(jù)燈具性能合理確定燈具布置間距和照明控制等。本文以某高速公路長隧道照明設(shè)計(jì)為研究背景，根據(jù)隧道各照明段長度確定照明設(shè)計(jì)方案，并在現(xiàn)場布置照度計(jì)對各照明段的照度進(jìn)行監(jiān)測。通過分析照明數(shù)據(jù)，確定照明效果，針對性地提出了改進(jìn)建議。

1 工程概況

某高速公路長隧道左洞全長9.05 km、右洞全長9.03 km，采用雙向四車道設(shè)計(jì)。主洞每200 m設(shè)置一道人行橫洞，每500 m設(shè)置一道車行橫洞，每750 m設(shè)置長40 m的緊急停車帶。為避免車輛進(jìn)出隧道時出現(xiàn)“黑洞”及“白洞”效應(yīng)，根據(jù)洞外不同時間段和不同天氣狀況下的亮度對照明燈具采用有級控制，并在入口段、過渡段和出口段設(shè)置加強(qiáng)照明。在人工檢修道的外側(cè)設(shè)置了LED光源誘導(dǎo)燈，并設(shè)置疏散指示燈在火災(zāi)等特殊情況下指引洞內(nèi)人員逃生。

2 隧道照明設(shè)計(jì)方案

2.1 基本照明設(shè)計(jì)

隧道的基本照明包括滿足隧道內(nèi)部行車所需要的基本照明和防止車輛駛?cè)牒婉偝鏊淼罆r出現(xiàn)“白洞”和“黑洞”效應(yīng)的加強(qiáng)照明設(shè)計(jì)。該隧道的照明光源選用高壓鈉燈，其中入口段選用大功率400 W高壓鈉燈，過渡段選用150 W高壓鈉燈，中間段和出口段選擇100 W高壓鈉燈，燈具均對稱布置。本文以隧道左洞作為研究對象，其照明設(shè)置如表1所示。

2.2 布燈方案

隧道的基本照明燈具布置采用兩側(cè)交錯布置的方式，燈具布置在隧道兩側(cè)拱頂位置，距地面高度為5.3 m，每10 m布置一盞高壓鈉燈，每40 m布置一盞100 W應(yīng)急燈。隧道入口段加強(qiáng)照明布置4盞400 W高壓鈉燈，出口段布置4盞100 W高壓鈉燈。隧道照明燈具布置如圖1所示。

2.3 應(yīng)急照明

為了保證行車安全，車輛駛?cè)胨淼狼皯?yīng)開啟車燈，但是部分司機(jī)存在僥幸心理，駛?cè)胨淼篮蟛婚_啟車燈，這很容易引發(fā)追尾、碰撞等交通事故。雖然隧道內(nèi)設(shè)置有照明燈具，并通過照明系統(tǒng)控制隧道內(nèi)部照明亮度，但也有可能出現(xiàn)故障導(dǎo)致隧道內(nèi)照明系統(tǒng)無法正常工作。因此，必須在隧道內(nèi)設(shè)置應(yīng)急照明，以保證在隧道內(nèi)部照明系統(tǒng)故障時滿足基本的行車要求，車輛在開啟車燈的情況下安全通過隧道。隧道內(nèi)的應(yīng)急照明設(shè)計(jì)通常利用基本照明作為應(yīng)急照明，也可以單獨(dú)設(shè)置應(yīng)急照明。但單獨(dú)設(shè)置應(yīng)急照明不僅會增加施工成本，還會影響隧道內(nèi)部的美觀。在基本照明正常運(yùn)行的情況下，應(yīng)急照明作為基本照明的一部分。當(dāng)基本照明出現(xiàn)故障時，應(yīng)急照明仍然可以正常開啟，保證隧道內(nèi)部的安全行車。

2.4 疏散及誘導(dǎo)照明

該隧道的基本照明燈具安裝高度為5.3 m，如果隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)，煙霧會遮擋燈具，影響照明，使隧道內(nèi)的亮度和可見度降低，因此應(yīng)在隧道內(nèi)設(shè)置疏散及誘導(dǎo)照明。在隧道內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)時，為了幫助洞內(nèi)人員迅速撤離，在人工檢修道上部0.8 m處設(shè)置LED光源，布置間距為10 m，每間隔40 m設(shè)置一盞疏散指示燈，每間隔120 m設(shè)置一盞藍(lán)色疏散指示燈，以提醒司機(jī)注意安全距離。在隧道兩側(cè)的水溝布置誘導(dǎo)照明燈，同樣選用LED光源，布置間距為15 m。誘導(dǎo)照明燈平時為常亮狀態(tài)，在發(fā)生火災(zāi)事故時改為閃爍狀態(tài)。

2.5 照明控制

隧道內(nèi)各照明段根據(jù)交通量和亮度要求確定，由于隧道外部環(huán)境亮度是不斷變化的，因此隧道內(nèi)部亮度也會相應(yīng)地進(jìn)行調(diào)整。隧道內(nèi)外亮度采用亮度監(jiān)測儀和環(huán)形線圈監(jiān)測，根據(jù)外部環(huán)境亮度調(diào)整隧道內(nèi)各照明段的亮度，使駕駛員能夠快速適應(yīng)隧道內(nèi)的環(huán)境亮度，保證安全行車。在晴天、陰天、多云和白天、夜晚等環(huán)境條件變化時，也會對隧道內(nèi)部的亮度做出相應(yīng)的調(diào)整，對燈具進(jìn)行控制。控制方式有監(jiān)控中心遙控、自動控制、就地手動控制三種。

3 隧道照明效果分析

3.1 照明數(shù)據(jù)采集方案

隧道照明數(shù)據(jù)采集采用勝利VC1010A數(shù)字照度計(jì)，其測量范圍寬0.1 Lx～100×500 Lx，分辨力為0.1 Lx，測量精度小于測量值的±4%，測量準(zhǔn)確率高，反應(yīng)速度快，具有良好的示值再現(xiàn)性，可存儲數(shù)據(jù)，配置有超大顯示屏，便于用戶讀取數(shù)據(jù)。

各照明段測試長度分別為：入口段為40 m，測點(diǎn)布置在0 m、10 m、20 m、30 m和40 m五個位置；過渡段為60 m，測點(diǎn)布置在0 m、10 m、20 m、30 m、40 m、50 m、60 m七個位置；中間段每100 m布置一個測點(diǎn)；出口段為60 m，測點(diǎn)布置在0 m、10 m、20 m、30 m、40 m、50 m、60 m七個位置。

3.2 隧道內(nèi)照明數(shù)據(jù)分析

根據(jù)上述隧道照明數(shù)據(jù)采集方案，以隧道左洞為研究對象，對其入口段、過渡段、中間段和出口段照度進(jìn)行檢測，測量條件為白天，天氣晴朗。通過分析數(shù)據(jù)，確定隧道亮度水平。隧道左洞各照明段照度分布曲線如圖2～5所示。

分析圖2～5的照度分布曲線變化趨勢可知，隧道入口段40 m位置的亮度下降明顯，為223 Lx，僅為入口處亮度的1.5%，會影響司機(jī)適應(yīng)效果；過渡段亮度變化比較穩(wěn)定，整體呈均勻下降的趨勢；中間段亮度上下振蕩幅度較大，亮度分布均勻性不佳，整體亮度水平較低；出口段從40～60 m照度水平升高幅度較大，雖然達(dá)到了出口處外界環(huán)境平均亮度的要求，但變化梯度較大。總的來說，入口段亮度下降幅度較大，中間段亮度上下振蕩幅度大，出口段亮度提升梯度較大，只有過渡段亮度呈均勻下降的趨勢。

3.3 改進(jìn)建議

根據(jù)上述隧道照明數(shù)據(jù)檢測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)隧道照明設(shè)計(jì)存在一定的問題。故根據(jù)各照明段照度分布曲線，對隧道各照明段照明設(shè)計(jì)提出改進(jìn)建議。

3.3.1 入口段和出口段改進(jìn)建議

根據(jù)上述入口段照度分布曲線可知，隧道入口段亮度下降幅度過快，而出口段亮度提升幅度過大，會使駕駛員在進(jìn)入或駛出隧道后難以適應(yīng)亮度的變化，降低駕駛員對隧道內(nèi)部或外部情況的觀察效果。為了解決這一問題，建議降低隧道入口段亮度的下降速度，使亮度逐級下降、均勻下降，控制本級和下一級亮度比在3∶1以內(nèi)，同時保證路面以上2 m高墻面亮度略高于路面平均亮度。對于出口段，應(yīng)控制照明燈具使照明亮度逐級升高、均勻提升，使駕駛員更好地適應(yīng)亮度變化。隧道已經(jīng)投入運(yùn)營，可以通過更換或維護(hù)照明燈具，對隧道內(nèi)部墻面瓷磚進(jìn)行定期清洗等方式來提高亮度水平。

3.3.2 中間段改進(jìn)建議

隧道中間段的長度占總長度的比例較高，車輛需要10 min左右才能通過該段，如果照明亮度水平不足，很容易引發(fā)交通事故。該隧道中間段的照明設(shè)計(jì)是每10 m布置一盞100 W的高壓鈉燈，在所有燈具均開啟的狀態(tài)下，平均亮度可以達(dá)到5.03 cd/m2，滿足中間段的照明要求。但調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，該段照度上下振蕩幅度較大，結(jié)合檢測過程中隧道照明燈具的開啟情況，發(fā)現(xiàn)右側(cè)燈具沒有完全開啟，而是采用“隔三開一”的方式，并且部分燈具存在損壞后沒有及時更換的現(xiàn)象。這些都會影響隧道中間段的照明亮度。因此，建議做好中間段燈具的檢查與維修工作，及時更換或維修照明燈具，并做好清潔工作，以確保隧道內(nèi)部照明燈具正常開啟。

4 結(jié)語

文章結(jié)合某高速公路長隧道照明設(shè)計(jì)方案，在充分考慮駕駛員適應(yīng)效果的情況下制定隧道各照明段照明方案，并在現(xiàn)場開展隧道照明數(shù)據(jù)檢測，收集數(shù)據(jù)繪制各照明段照度分布曲線，進(jìn)行分析后得出以下結(jié)論：

（1）根據(jù)隧道內(nèi)部照明亮度要求，制定方案確定各照明段照明光源、照明燈具布置間距、應(yīng)急照明、疏散及誘導(dǎo)照明和照明控制。

（2）通過分析隧道內(nèi)部照明數(shù)據(jù)可知，入口段亮度下降幅度較大，中間段亮度上下振蕩幅度大，出口段亮度提升梯度較大，只有過渡段亮度呈均勻下降的趨勢。

（3）針對隧道各照明段存在的問題，建議降低隧道入口段亮度的下降速度，使亮度逐級下降，均勻下降，控制亮度比；出口段降低亮度提升速度，使亮度均勻提升，并做好燈具的檢修、更換與清潔工作；隧道中間段建議合理控制照明燈具的開啟數(shù)量，及時更換或維修照明燈具，并做好清潔工作。

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收稿日期：2022-09-12