针对隧道的照明节能技术应用实践.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 08 日 作者简介：李晓娅（1986），女，汉族，重庆江津人，中级职称，硕士研究生，研究方向为智能建造信息化管理。-35-针对隧道的照明节能技术应用实践 李晓娅 中冶赛迪信息技术（重庆）有限公司，重庆 401122 摘要：摘要：为响应国家节能中、长期规划中“节能减排”战略，在保证道路安全的前提下实现道路照明节能，本照明智能控制系统研究了如何通过远程调控灯具亮度实现高效率、低成本的智能化照明管理，并在重庆二横线土主隧道进行了应用实践，以智能照明控制器为核心，采用 DC0-10V 调光控制方式，智能控制隧道应急、基本照明，采用优化控制策略后可以节约电能、提高运营管理效率，客户反馈每月降低电费 40%。关键词：关键词：隧道；节能；照明；应用实践 中图分类号：中图分类号：TU2 1 背景 随着我国经济的飞速发展，各级管理部门对道路照明提出了更高的要求，希望实现道路照明管理的现代化，在保证道路安全的前提下实现道路照明节能，是响应国家节能中、长期规划中“节能减排”战略的首要任务。国内大多数道路路灯的开、关控制仍由每台变压器（箱变）分散控制，很少有对路灯进行单独控制和智能监控。随着节能减排理念的推广，道路运营过程中对照明系统的应用需求发生了显著的变化，在建设过程中除了要考虑满足道路行车安全标准，还要结合道路的场地环境和实际需求，科学设计照明系统。为更好地平衡隧道行车安全与成本费用，本照明智能控制系统立足节能减排理念，应用新型照明技术及新型材料，并通过合理设计照明系统的施工方案，通过远程调控灯具的亮度，实现高效率、低成本的智能化照明管理。2 智能照明控制系统原理及功能 2.1 系统构成 本智能照明实施方案包括软件、硬件以及有线通讯网络，具体内容有：监控中心调度软件、智能照明控制器、有线通讯网络，选用满足二横线土主隧道实际需求的设备。对隧道的所有灯具进行有效管理，一方面大幅降低电耗、节约能源，实现低碳节能的目标，另一方面保证设备的可用性，增长设备使用年限，节约资源。系统的控制过程为：在灯具上安装照明智能控制器，通过中心控制软件将调控指令传至土主隧道照明智能控制器，然后集中控制器通过有线通讯网络将 DC0-10V 控制信号传至应急、基本照明的每个 LED 灯具，从而实现对全隧道 LED 灯具的实时调控。智能照明控制系统示意图如下：图 1 智能照明控制系统示意图 2.2 系统功能 智能照明控制系统的功能有：主动控制功能：监控中心可以依据控制权限控制开关及调光，以达到节能效果，例如某个时间段开启灯光，某个时间段关闭灯光；自动光控功能：智能集中控制器可依据策略自动调整管辖区域内各个灯具的光照亮度，例如白天可以调整灯具的光照亮度，夜晚也可以调整灯具的光照亮度，而且还可以根据当地春夏秋冬各季节的特点来进行调整，但每个用户只能操作自己管辖范围内的灯具；实时显示功能：在地图上实时展示项目现场每一盏灯的开关状态，并支持对每个灯具进行开关、调控操作，通过这样的方式直观呈现项目现场每盏灯的实况。中国科技期刊数据库 工业 A-36-查询功能：支持查询任意时间区间项目现场各个灯具的运行数据信息。历史追溯功能：由于数据库存储了历史数据信息，若后续有需要便可进行历史追溯。远程维护功能：系统提供远程参数设置和维护功能，如果在项目执行过程中发现有些参数不正确，可以通过远程维护功能对参数进行调整，如果执行过程中发现有些内容需要维护，也可以通过远程维护功能实现。拓展功能：系统可自由增减监控设备的数量，根据项目实际业务需要来对监控设备的数量进行调整；系统设备均采用标准协议和接口，支持扩展其它功能。3 智能照明控制系统在二横线土主隧道的实施应用 3.1 二横线土主隧道概况 重庆二横线项目是主城区快速路网规划“六横、七纵、一环、七联络”的重要组成部分，横贯重庆市沙坪坝区、北碚区、两江新区，作为重庆市重点工程、“一带一路”的联接点，二横线项目西接渝蓉高速，东连渝宜高速，全线总长 14.4km，包含 4 公里长的土主隧道 1 座，跨江礼嘉嘉陵江大桥 1 座，互通式立交 3座，分别为礼白立交、童家溪立交、王家坪立交。项目起于桃家院子立交，向北敷设，上跨远怀路后，与渝遂高速相交形成王家坪立交，上跨梁滩河后向东与快速路一纵线相交设置回龙坝立交(不含回龙坝立交)，经物流园区上跨兴隆场编组站，设置主辅路系统，然后以土主隧道穿中梁山，出洞口后与渝碚路（国道 212）相交并设置童家溪立交，穿过同兴工业园，以礼嘉大桥跨嘉陵江后，与金通大道相交止于互通式立交(礼白立交)。自 2021.9.29 日通车以来，目前每日车流量在12 万-14 万左右。重庆二横线项目设备种类超过 200种，安装、接入点位超过 8000 个，实现了安装视频监控、事件监测、消防报警、结构物监测、电力监控、车流量监测、无人机监测、紧急电话等八大系统的整合。二横线土主隧道长度 4.01 公里，西接重庆国际物流枢纽园区，东接礼嘉嘉陵江大桥、金渝大道，大大缓解大学城隧道、双碑隧道交通压力。作为重庆市快速路二横线西段项目的控制性工程，土主隧道为双向 6车道隧道，设计速度 80km/小时。隧道内的照明设备两千六百多盏，灯具较多，耗电量比较大。隧道内风机38 个、车道指示器约 200 个左右、横通道卷帘门为 14个。3.2 土主隧道智能照明系统施工安装情况（1）二横线土主隧道智能照明系统工程量清单 见表 1。（2）二横线土主隧道智能照明系统施工计划 见表 2。施工内容：(1)监控中心工作 总控中心硬件：总控中心是整个智能照明控制系统的心脏，负责整个隧道的灯光控制和管理任务。它主要包括监控工作站、通信设备、总控服务器、UPS、打印机以及大屏幕等。该系统具有网络接口，只要接入服务器或管理工作站就可以快捷组建局域网，实现照明监控数据和图像信息共享。表 1 二横线土主隧道智能照明系统工程量清单 序号 设备名称 规格型号 单位 数量 备注 1 中心服务器 套 1 2 智能集中控制器 个 24 3 电源线 RVV2*1 米 120 每个智能集中控制器 配置 5 米电源线 4 网线 RVV2*1 米 240 每个智能集中控制器 配置 10 米网线 5 通讯线缆 RVV2*1 米 16000 每个桥架铺设约 4000米通讯线缆，隧道内一共 4 个桥架 中国科技期刊数据库 工业 A-37-表 2 二横线土主隧道智能照明系统施工计划表 序号 工作内容 计划时间 1 配电房安装智能集中控制器 5天 2 隧道内通讯线缆布线及灯具接线 15 天 3 设备调试及验收 10天 计划工期合计：30 天 监控中心软件：智能照明控制软件系统，是专门为二横线土主隧道定制的一套灯具智能监控管理系统，它包括通讯、电器组态控制、信息管理等内容。软件系统采用模块化服务的方式，业主根据实际需要进行自定义配置。其中，开关灯时间管理模块、报警分析模块是整个软件系统的核心。同时，该软件采用比较直观的图形进行展示、定位以及故障标注，并可实时监测设备实况、输入输出线路状态，易看懂易操作，对用户比较友好。(2)隧道 B1、B2、B3 配电房工作 每个配电房内安装 8 个智能集中控制器，其芯片采用工业的硬件和软件设计，使产品具有功能强大、易实施、工作可靠、易于维护等优点。智能集中控制器提供 DC0-10V 控制信号输出，从而实现照明灯具电源智能调控。单个智能集中控制器接线图如下：图 2 单个智能集中控制器接线图 每个配电房 8 个智能集中控制器布置示意图如下：图 3 智能集中控制器布置示意图(3)隧道内工作 隧道内不需要单独设置设备，只需要铺设通讯线缆，然后完成灯具处接线。每个灯具处接线示意图如下：图 4 灯具处接线示意图 3.3 智能照明系统在二横线土主隧道的应用情况 智能照明系统在二横线土主隧道应用的功能有：1)开关灯时间动态遥控、自动开关全夜灯（夜间到天亮都开启）、自动开关半夜灯（从夜间 12 点到天亮的时间段进行关闭）、时段灯也是自动进行开关操作、还能根据实际场景动态调整亮度从而实现节约能源、提高照明质量的目标。2)提供多种开关灯方式：远程遥控：根据提前设置好的亮度调节定时任务，自动运行；定时控制：根据规定的时点亮度调节；人工指令控制：按控制指令动态精确调整灯光亮度。3)提供多种执行方案进行开关灯操作：一般的执行方案；以周为单位的执行方案，可以设置以周为单位，每周的某一天或某几天执行相关操作；考虑节假日的执行方案，例如可以专门针对各种节假日来设定相关操作；特殊执行方案，例如可以设置一年中某几天特殊的日子进行相关操作；中国科技期刊数据库 工业 A-38-可以设置各种方案的优先级，各种执行方式支持自动切换，无需人工干预。4)支持对操作区域进行自定义：所有区域：对项目现场的全部区域进行控制；选取部分区域：对项目现场的部分区域进行控制；选取片区区域：例如可以选择一些路段、一些片区进行控制。5)数据存储及查询功能：提供查询各监控点运行工作数据功能，支持查询某一时间段的运行情况、报警数据等,当然还包括各类数据曲线图表。在控制技术策略方面，二横线项目采取的策略有：根据项目所处的经纬度计算日出和日落时间，从而进行开关灯的操作；根据隧道口安装的照度仪器值进行动态调控；夜间分全夜灯和半夜灯；夜间根据过车情况调整亮度，车来时亮车走之后变暗。在费用方面，每公里（左右洞/公里）投入费用大概 60 万左右，每个月每公里（左右洞/公里）节约 3万多度电，节约电费 2.5 万左右。3.4 二横线土主隧道智能照明系统实践特点 二横线土主隧道智能照明系统的实践特点如下：（1）可依据控制策略自动调整隧道内各区域的亮度，有效消除开车进出入隧道的视觉差。系统丰富的控制策略，既提高了行车的安全性，又有效节约电能消耗。（2）可以远程设置节点控制参数，实现节点的灵活控制。也大幅降低了电耗，节约用电，同时还可以延长灯源寿命，减少灯具更换次数，节约资源，减少有害气体污染环境。（3）通过微机、集中器设置，防止非授权人操作，确保断路器安全可靠。依据用电情况，可判断无人值守的用电设备运行情况。另外，自动通断电时间、区域划分等运行参数可在管理终端随时设置、随时启用，管理便捷。4 结论 随着社会近几年的飞速发展，我们国家的道路基础建设越来越多，但建设过程中如何降本增效、减少能源消耗，是我们需要考虑的重要问题，特别是供电照明费用方面，目前已成为了建设过程中一个比较大的负担。据相关统计，目前道路隧道的主要耗电量在于通风设施和照明设施，大约占 80%左右，因此隧道节能的重点在改进与优化通风与照明设施的运营。目前在较多隧道工程项目现场，仍然采用单一的照明控制技术，但是这种方式存在局限性，特别是在一些突发情况发生时表现得更为明显。因此我们可以在隧道照明方案中采用多元化控制方式，通过多种控制技术的方式来实现优势互补。例如在一般照明情况下，以智能控制技术为主，减轻日常隧道照明管理的负担，当出现一些突发情况时，采用手动控制技术进行人为决策，迅速解决问题，让照明系统平稳地运行。本次二横线土主隧道，从照明节能角度出发，以智能照明控制器为核心，采用 DC0-10V 调光控制方式，智能控制系统远程调控隧道应急、基本照明灯具的亮度。通过项目实践发现，优化的控制策略可以大幅降低能耗成本，节约电 40%左右，实现节能减排、提高运营管理效率的目标。参考文献 1李英帅,王卫杰,王茂盛.城市隧道照明优化设计研究J.重庆交通大学学报,2020(11):80.2梁云龙,张彩明,侯建.隧道照明方式及节能措施研究J.交通世界,2021(34):104.3郑国平,任兆丹,崔优凯.隧道照明系统辅助设计与优化分析J.软件研发,2022(1):299.