高速公路隧道照明及供配電節(jié)能思考

祝清濤

（山東高速臨沂發(fā)展有限公司機(jī)電運維中心，山東臨沂 276000）

0 引言

在當(dāng)今社會，隧道作為現(xiàn)代交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，在提高交通效率、滿足人們出行需求的同時，也面臨著能源消耗和環(huán)境影響等方面的挑戰(zhàn)。其中，高速公路隧道的照明及供配電系統(tǒng)作為保障行車安全和隧道正常運行的關(guān)鍵要素，其能耗問題日益引起廣泛關(guān)注。隨著社會對可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能減排的日益關(guān)注，如何在確保道路安全的前提下優(yōu)化隧道照明及供配電系統(tǒng)，降低能源消耗，成為此行業(yè)亟待解決的問題。

1 高速公路隧道照明及供配電的重要性

1.1 保證駕駛員和乘客的安全

從安全性角度看，隧道作為高速公路的一部分，其照明系統(tǒng)的好壞直接關(guān)系著駕駛員和乘客的安全。隧道內(nèi)部良好的照明系統(tǒng)能夠為通行人員提供清晰的視野，能夠顯著提高駕駛員對道路狀況的感知，尤其對于應(yīng)對隧道內(nèi)曲線、交叉口等復(fù)雜道路結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，有助于減少駕駛員的緊張感和焦慮感，減少視覺盲區(qū)，從而大幅度降低穿越隧道時發(fā)生交通事故的風(fēng)險。此外，通過合理設(shè)置光線亮度和色溫，照明系統(tǒng)還能夠減輕駕駛員的視覺疲勞，進(jìn)一步提升行車安全性[1]。

1.2 確保隧道的正常運行

供配電的可靠性對于隧道正常運行至關(guān)重要。隧道供配電系統(tǒng)不僅支持隧道內(nèi)的照明，還涵蓋通風(fēng)、監(jiān)控等多個設(shè)備，直接關(guān)系到整個隧道的安全和順暢運營。首先，供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性關(guān)系到隧道內(nèi)部設(shè)備的正常運行。在現(xiàn)代隧道中，照明、監(jiān)控、通風(fēng)等設(shè)備的正常工作是確保駕駛員和乘客安全的重要組成部分，一旦供電中斷或者配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，關(guān)鍵設(shè)備可能失效，導(dǎo)致隧道內(nèi)部的能見度降低，交通監(jiān)控受阻，甚至引發(fā)事故。其次，可靠的供配電系統(tǒng)對于預(yù)防交通擁堵具有重要作用。隧道交通的流暢性依賴于燈光、信號燈、監(jiān)控設(shè)備等的正常運行，一旦供電系統(tǒng)發(fā)生故障，隧道內(nèi)部的交通流量就可能無法得到有效管理和引導(dǎo)，從而導(dǎo)致交通擁堵，不僅給駕駛員和乘客帶來不便，還可能影響整個交通網(wǎng)絡(luò)的運行效率。因此，建立高可靠性的供配電系統(tǒng)，采用備用電源和自動切換設(shè)備，能夠有效降低供電故障對隧道運營的影響，保障道路交通的暢通[2]。

1.3 有助于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展

從效益性的角度考慮，良好的隧道照明及供配電系統(tǒng)不僅提升了交通運輸?shù)陌踩裕€能夠促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。首先，交通安全是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基石，而隧道作為交通樞紐的一部分，安全的交通環(huán)境有助于降低事故發(fā)生率，減輕事故造成的損失，從而保障貨物及人員的安全運輸，為經(jīng)濟(jì)活動提供了穩(wěn)定的交通保障。其次，通過減少能源浪費和降低運輸成本，隧道照明及供配電系統(tǒng)也為經(jīng)濟(jì)發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。合理設(shè)計的隧道照明及供配電系統(tǒng)能夠有效管理電力資源的使用，降低運營成本，提高能源利用效率，進(jìn)而推動經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)增長。

2 高速公路隧道照明及供配電的具體要求

在高速公路隧道不同段落中，照明及供配電系統(tǒng)設(shè)計存在一定差異，細(xì)致入微的規(guī)劃有助于提高整體照明效果和行車安全性。合理的照明布局需要考慮到隧道內(nèi)曲線、坡道等特殊道路結(jié)構(gòu)，以提供全方位的照明支持，確保行車安全。第一，對于入口段的照明設(shè)計，需要考慮駕駛員由室外進(jìn)入隧道時的光線過渡，因此，入口段的照明設(shè)計應(yīng)以柔和的過渡光為主，避免強(qiáng)烈的反差，防止駕駛員在進(jìn)入隧道時因為光線變化而產(chǎn)生眩暈感；照明設(shè)計還應(yīng)確保入口段的可見度，使駕駛員能夠清晰地看到隧道入口，從而減少可能的駕駛誤差。第二，中間段照明設(shè)計需要注重隧道內(nèi)部的均勻照明，以保障駕駛員在行駛過程中的良好視覺感受，對此要采用適度亮度和色溫的照明設(shè)施，確保整個中間段的照明均勻一致，避免出現(xiàn)明暗不一致的情況，防止駕駛員在行駛過程中產(chǎn)生視覺疲勞。第三，在過渡段照明設(shè)計方面，需要考慮隧道進(jìn)出口相對于中間段的過渡。合適的過渡段照明設(shè)計有助于實現(xiàn)視線的平滑過渡，避免突兀的光線變化對駕駛員產(chǎn)生干擾，對此可以采用逐漸增強(qiáng)或減弱的照明方式，使過渡段的光線變化更為自然，減輕駕駛員的視覺負(fù)擔(dān)。第四，對于基本段照明設(shè)計，應(yīng)保證整個隧道基本段的光線充足，確保駕駛員能夠清晰地看到道路和交通標(biāo)志。第五，在出口段照明設(shè)計上，需要考慮駕駛員從隧道出口進(jìn)入室外的光線變化。照明設(shè)計應(yīng)以平滑的方式過渡到室外光線，防止由于光線驟變而造成駕駛員視覺上的不適。同時，出口段的照明還應(yīng)確保駕駛員能夠清晰地看到出口標(biāo)識，確保安全駛出隧道[3]。

3 高速公路隧道照明設(shè)計與實踐

3.1 結(jié)合主體環(huán)境優(yōu)化設(shè)計

隧道通常由入口段、過渡段和出口段三部分組成，其長度相近。設(shè)計中，以5000m的隧道照明設(shè)施安裝功率作為參照點，具體照明功率的分配需要根據(jù)不同隧道段的長度進(jìn)行調(diào)整。以入口段、過渡段和出口段為例，250m左右的隧道照明功率應(yīng)約占5000m隧道照明功率的50%，而1000m的隧道占比應(yīng)在65%～75%之間（具體設(shè)計原則見表1）。

表1 照明設(shè)計原則

然而，由于實際環(huán)境條件的多樣性，設(shè)計人員在設(shè)計前需要對現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行仔細(xì)勘察，并結(jié)合實際環(huán)境特征對照明功率進(jìn)行調(diào)整，通過定制化的設(shè)計更好地適應(yīng)不同環(huán)境的需求，提高照明系統(tǒng)的效能。特別是在一些短隧道的設(shè)計中，可以通過觀察通視狀況，靈活應(yīng)用簡化或取消照明的方式。例如可以借助電光誘導(dǎo)和路面的電光安全裝置，解決短隧道中照明帶來的能源消耗問題。這種靈活的設(shè)計方式既能確保隧道內(nèi)的視覺安全，又能有效降低照明功率的使用，從而在保證安全性的同時，減少能源浪費，符合可持續(xù)發(fā)展的理念[4]。

3.2 積極采用LED照明技術(shù)

LED照明技術(shù)以其高效、長壽命、低能耗以及優(yōu)越的亮度調(diào)節(jié)性能脫穎而出，成為照明領(lǐng)域的前沿選擇。LED的特性與現(xiàn)代社會的節(jié)能減排理念高度契合，對于提升隧道照明系統(tǒng)整體質(zhì)量具有顯著的優(yōu)勢。首先，LED技術(shù)的高能效轉(zhuǎn)化和低能耗能夠顯著提升照明系統(tǒng)的能效，為高速公路隧道節(jié)省能源成本；其亮度調(diào)節(jié)性能強(qiáng)大，可根據(jù)實際需求進(jìn)行智能調(diào)光，實現(xiàn)動態(tài)能效優(yōu)化。其次，LED燈具的壽命長，可減少更替和維護(hù)頻率，有力地降低了運維成本，特別適用于隧道這類運維復(fù)雜的場景。再次，LED照明技術(shù)具有出色的環(huán)境適應(yīng)性，可在不同溫濕度條件下工作，能夠應(yīng)對高速公路隧道復(fù)雜多變的氣象條件；其可通過智能控制系統(tǒng)實現(xiàn)即時亮度調(diào)整，適應(yīng)不同時間段和交通流量的需求，提高照明系統(tǒng)的適應(yīng)性。最后，LED光源提供更均勻、柔和的光線，降低眩光和反差，能提高駕駛員和乘客的可視舒適性，增強(qiáng)用戶的良好體驗感。高速公路隧道LED照明如圖1所示。

圖1 高速公路隧道LED照明

3.3 引入智能照明控制系統(tǒng)

智能照明系統(tǒng)通過集成先進(jìn)的傳感器、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自動化控制，實現(xiàn)對照明系統(tǒng)的智能監(jiān)測和調(diào)節(jié)。此系統(tǒng)不僅有助于提高能效，還能夠滿足隧道不同部分、不同時間段的照明需求，為用戶提供更加安全、舒適的行車環(huán)境。智能照明控制系統(tǒng)可通過光感控制的應(yīng)用實現(xiàn)光線的自動調(diào)節(jié)。通過在隧道內(nèi)部布置光感傳感器，系統(tǒng)可以實時感知光照強(qiáng)度的變化，在白天或光線較強(qiáng)時，系統(tǒng)可自動調(diào)低照明亮度，以節(jié)省能源，而在夜晚或光線較弱時，系統(tǒng)則能夠自動提高照明亮度，確保良好的視覺環(huán)境。其次，智能照明控制系統(tǒng)還可以通過智能調(diào)光技術(shù)實現(xiàn)對燈具亮度的實時調(diào)節(jié)。根據(jù)交通流量、天氣狀況以及隧道內(nèi)部情況，系統(tǒng)可以動態(tài)調(diào)整照明亮度，以達(dá)到最佳的照明效果，不僅提高了能效，還可有效降低照明系統(tǒng)的運營成本。最后，智能照明控制系統(tǒng)還可以根據(jù)不同的時間段設(shè)定不同的照明模式。例如，在交通高峰期和夜間，系統(tǒng)可以采用更高亮度的照明模式，提高隧道的可視性；而在交通量相對較少的時間段，系統(tǒng)可以自動切換到較低亮度的模式，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)節(jié)能的目的，這種時間段劃分的智能控制有助于更好地滿足不同時間段的照明需求。

3.4 進(jìn)行光學(xué)設(shè)計優(yōu)化

光學(xué)設(shè)計的目的是通過有效利用光源，使光能在隧道內(nèi)部均勻分布，降低眩光和反差，提高視覺舒適性。在進(jìn)行光學(xué)設(shè)計優(yōu)化時，首先需要選擇適宜的光源。LED因具有發(fā)光面積小、壽命長、可調(diào)光性強(qiáng)等特點，使其成為理想的光源選擇。此外，對光源的布局也是至關(guān)重要的，通過合理布置光源，可以實現(xiàn)光的均勻分布，避免照明不足或過強(qiáng)的情況，提高照明效果。其次，使用高效的反光材料和設(shè)計反射面是優(yōu)化光學(xué)設(shè)計的關(guān)鍵步驟。通過合理選擇和配置反光材料，使光線更多地反射并傳播，減少能量損失。反射面的設(shè)計應(yīng)充分考慮隧道內(nèi)壁的幾何形狀以及車流等因素，以實現(xiàn)最佳的光學(xué)效果。最后，對照明系統(tǒng)的光學(xué)參數(shù)包括光束角度、光強(qiáng)分布等進(jìn)行調(diào)整，是光學(xué)設(shè)計優(yōu)化的重要方面。通過精確調(diào)整參數(shù)，可使其適應(yīng)不同的隧道結(jié)構(gòu)和使用場景，提高隧道內(nèi)的照明質(zhì)量，減少駕駛員的視覺疲勞。

4 高速公路隧道供配電節(jié)能設(shè)計與實踐

4.1 對線路進(jìn)行節(jié)能設(shè)計

供配電線路作為能源傳輸?shù)年P(guān)鍵組成部分，其設(shè)計水平直接關(guān)系到整個供配電系統(tǒng)的高效運行和能耗控制。首先，采用低電阻、低能耗的導(dǎo)電材料是實現(xiàn)線路節(jié)能設(shè)計的基礎(chǔ)。通過選擇材質(zhì)優(yōu)越、電阻小的導(dǎo)線，可以有效降低線路的電阻，減少電流傳輸時的能耗損失，且有助于提高線路的傳輸效率，在一定程度上減少能源浪費。其次，要合理規(guī)劃線路布局，采用優(yōu)化的線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。要精心設(shè)計線路的布置，避免鋪設(shè)過長、過大的電纜，減小線路的長度和截面，從而降低電阻損耗；優(yōu)化線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用合理的分支方式和連接方式，使能源在線路中的傳輸損耗最小化。再次，為確保供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，還需注意線路的維護(hù)保養(yǎng)。定期檢查線路設(shè)備的運行狀況，及時修復(fù)和更換老化部件，有效減少線路設(shè)備的能耗。最后，合理設(shè)置線路的負(fù)載容量，防止過載工作，也是保障供電系統(tǒng)長期高效運行的關(guān)鍵因素。

4.2 供電設(shè)備能效優(yōu)化

在高速公路隧道供配電節(jié)能設(shè)計與實踐中，供電設(shè)備能效優(yōu)化也是重要的環(huán)節(jié)。通過對供電設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，可以提高設(shè)備的運行效率，降低能耗，從而實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。首先，選擇高效能的變壓器和電纜是提高供電設(shè)備能效的關(guān)鍵。采用低損耗、高效率的變壓器和電纜，可以有效減少電能在傳輸過程中的損失，提高電能利用率。其次，可以采用變頻調(diào)速技術(shù)對電氣設(shè)備進(jìn)行智能控制。根據(jù)實際負(fù)荷需求調(diào)整設(shè)備的運行速度，以避免設(shè)備在輕負(fù)荷情況下運行時的能源浪費，延長設(shè)備壽命，減少運行成本。最后，采用智能供配電控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對供電設(shè)備的實時監(jiān)控和調(diào)節(jié)，確保設(shè)備在最佳工況下運行，進(jìn)一步提高能效。

4.3 注重應(yīng)急照明設(shè)計

應(yīng)急照明系統(tǒng)作為隧道安全運行的保障，其設(shè)計和實施對于提高隧道的安全性和節(jié)能性具有重要意義。應(yīng)急照明系統(tǒng)應(yīng)具備快速啟動、穩(wěn)定可靠、高效節(jié)能等特點，以滿足隧道內(nèi)緊急情況下的照明需求，同時降低能耗。對此，除了應(yīng)用LED燈具之外，還需要建立完善的應(yīng)急電源系統(tǒng)，包括備用發(fā)電機(jī)組、蓄電池組等設(shè)備的選型和配置，以及與主供電源之間的切換和協(xié)調(diào)機(jī)制。通過合理的應(yīng)急電源系統(tǒng)設(shè)計，可以使供配電系統(tǒng)在主供電源故障時迅速切換到備用電源，確保應(yīng)急照明系統(tǒng)的正常運行。此外，應(yīng)急照明系統(tǒng)還可以通過集成智能監(jiān)測技術(shù)，實現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，使系統(tǒng)管理員能夠?qū)崟r獲得隧道內(nèi)部的照明情況，及時發(fā)現(xiàn)和解決可能影響系統(tǒng)正常運行的問題，不僅提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，還減少了人工巡檢的頻率，從而降低整體能源消耗。

5 結(jié)語

綜上所述，引入先進(jìn)的照明技術(shù)、智能化的供配電節(jié)能系統(tǒng)，并通過對設(shè)備能效進(jìn)行優(yōu)化，可在保障隧道行車安全的同時，實現(xiàn)能效提升和能源消耗降低的目標(biāo)。在追求高效、安全、環(huán)保的同時，高速公路隧道照明及供配電系統(tǒng)應(yīng)該努力實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，為構(gòu)建更加可持續(xù)的交通基礎(chǔ)設(shè)施貢獻(xiàn)力量。在未來的工程實踐中，技術(shù)人員要將這些經(jīng)驗與成果不斷推廣，推動交通領(lǐng)域朝著更加智能、綠色、可持續(xù)的方向邁進(jìn)。