高速公路隧道照明节能设计实践.pdf

光源与照明 总第 178 期 2023 年 3 月 照明工程39高速公路隧道照明节能设计实践欧阳立均中铁十一局集团第五工程有限公司，江西 九江 332400摘要：照明是保障公路隧道行车安全的重要手段，也是高速公路常见资源消耗环节。在新时期经济可持续发展战略深入推行背景下，对高速公路隧道照明节能设计提出更高要求。设计人员需要结合公路隧道照明要求，优化隧道照明设计模式，引入新型的节能技术和设备，合理选择照明功率，保证隧道照明具备节能高效优势，为节能减排政策的深入落实提供支撑。基于此，文章以高速公路隧道照明为立足点，针对隧道照明节能设计进行深入分析。关键词：高速公路；隧道照明；节能设计分类号：U453.70 引言近年来，我国高速公路事业发展越来越迅速，隧道的建设和使用力度不断增加，从节能减排、安全舒适等各个方面对隧道照明提出更高要求，过往的照明设计模式显然已经难以满足要求，可能会增加照明成本。对此，在设计隧道照明的过程中，设计人员必须从各个方面展开综合考量，借助新型科技，健全设计规划，不断提升隧道照明质量，缩减隧道照明能源消耗和运行成本，创建一个可靠、安全、高效、节能的通行环境。1 高速公路隧道照明的特征和要求1.1 隧道照明特征隧道照明是高速公路照明的细分领域，其主要目的是保证车辆在通过隧道时的安全，确保驾驶人员拥有清晰、良好的视野，让隧道通车时各类事故发生概率降低。隧道照明具备十分显著的特征：隧道路面和墙壁需要拥有良好的亮度水平；适应人的视觉感官，满足对行车舒适性与安全性的需求；确保照明可持续性等1。1.2 隧道照明要求隧道是一种半开放式的空间，驾驶人员在通过隧道时极易出现黑洞和白洞效应，导致驾驶人员出现视线盲区，增加交通事故发生率。因此，在设计高速公路隧道照明的过程中，必须结合不同隧道的具体情况，做好科学设计。1.2.1 亮度一般来讲，白天隧道外亮度高于隧道内，在驾驶人员驾驶车辆进入隧道之后，可能会出现黑洞效应，带来安全隐患。因此，在入口照明部位，需要结合隧道外部亮度、入口处视场、隧道实际长度，设计相应的阈值，帮助驾驶人员适应突然变暗的环境2。1.2.2 亮度均匀度不仅隧道内部要拥有良好的平均亮度，最小亮度与平均亮度之间还不应该出现太大差距。若视场中亮度差距过大，亮的部分会产生眩光和频闪效应，进而降低人的视觉能力，加重人的视觉疲劳。基本段照明亮度一般需要保持在 20 30 lx，最大亮度不超过 40 lx。1.2.3 眩光眩光是指人的视场中亮度对比过强或者亮度较高的光，会降低人的视觉能力。在隧道照明中，眩光通常来自车辆前灯、隧道出口外亮度和隧道照明灯具等，需要重点考量，尽量选择截光型照明灯具，去除反射眩光、直射眩光，使隧道光线更加柔和。1.2.4 频闪频闪是指在隧道内部由照明设施排列不合理导致的照明亮度的改变，会让人产生烦乱的心情。频闪对人的影响程度与频闪频率、频闪亮度和实际频闪时间有一定关系，这三者与隧道内部使用的灯具和照明设备的实际安装距离、车辆行驶速度、隧道实际长度等有一定关系，正常频闪频率不低于 2.5 Hz，不超过 15 Hz。2 高速公路隧道照明节能设计不同环境条件和空间状态对隧道的影响不同，需作者简介：欧阳立均，男，本科，工程师，研究方向为隧道工程。文章编号：2096-9317（2023）03-0039-03 照明工程 2023 年 第 3 期 总第 178 期 光源与照明40要结合具体情况进行考量。在设计隧道照明时，设计人员可以将隧道照明设计和功能性需求有机整合，引入全新的发展理念，利用现有的资源或者地形优势，不断提升照明质量和舒适度，降低能源消耗3。2.1 根据隧道长度调整照明方式不同长度的隧道对照明的需求不同，一般情况下，需要将长度为 5 000 m 的隧道的照明功率当作参照值，隧道长度小于 1 000 m 时，隧道照明功率为参照值的65%75%，隧道长度小于 250 m 时，隧道照明功率为参照值的 50%左右。在设计隧道照明时，尤其是短隧道的照明时，可以结合观察到的情况，适当改变照明方式。例如，对于长度为 200 m 左右的短隧道，因为入口段、过渡段和出口段的长度差不多，在设计中可以简化照明方式，配合路面电光安全装置和电光诱导装置，减少隧道中的照明能耗4。2.2 科学设计过渡照明在设计隧道入口段照明时，为保证隧道和外界的合理连接和过渡，减少光线变化带来的影响，一般会选择亮度较高的照明方式，这会增加电能消耗。为适当降低能源消耗，可在入口段栽培植物，以适当降低外界环境亮度，配合瓷砖铺贴、发光剂涂抹等手段，提升隧道内亮度，让内外亮度彼此协调，具有一致性和均匀性。不过值得注意的是，若采取上述照明方式，在设计阶段需要做好实验检验，反复实施可行性测试，在确保照明设计的安全性、可行性后，再进行隧道照明施工。2.3 合理应用太阳能高速公路隧道所处位置较特殊，隧道照明设计会受到场外电气设施的限制，需要适当改变或优化隧道供电模式，在部分条件优异的区域，可选择太阳能供电模式，其操作比较简便，可以减少照明能耗，在全方位提升照明质量的同时，达到节能目的。目前，我国对太阳能的重视程度较高，相关的材料和技术得到深入推广，为太阳能在隧道照明中的应用奠定了良好基础。不过，太阳能的应用也存在一定弊端，其对于环境条件有较高要求，若过多使用此类新能源，可能带来更高的成本5。因此，在太阳能的应用中，要综合考量环境等因素，主要将太阳能应用到短隧道内部，配合电光设施，可起到一定的减少能源消耗、保证照明质量的作用。2.4 选择节能灯具近年来，伴随节能减排理念的推广，新型环保节能灯具得到应用，为隧道照明节能目标的实现提供极大的支撑，合理应用各类节能灯具，可以最大限度地降低能源消耗6。现阶段，常见的节能灯具包括 LED白光灯、电磁感应灯等。2.4.1 LED 白光灯LED 白光灯是利用色度和光学原理，使用现有的LED 色光技术的节能灯具，耗能较低，耗能仅为传统白光灯的 80%90%，并且光衰比较缓慢、色彩饱和度较高、照明范围比较大、不会产生较高热量、实际使用寿命比较长。在隧道照明设计中，可以依照不同区域的亮度标准，选择功率符合要求的 LED 白光灯。2.4.2 电磁感应灯电磁感应灯是一种新兴照明灯具，使用了电源电感镇流器。在输入电压降低 10%时，电磁感应灯的输出功率将降低 20%左右，照明度也会随之降低 20%。在应用电磁感应灯时，需要适当提高灯具的输入电压，以提高灯具的输出功率和照明度。电磁感应灯具有光效高、寿命较长、节能减耗等优势。目前，随着科技的发展，出现了更多的新型节能灯具，如无极灯就是一种可用性较强的新型灯具，其输出功率不会受到电压的影响，在设计中不需要考虑电源电压改变对照明度的影响，可以更好地满足隧道照明节能要求7。2.5 优化设计供配电系统近年来，伴随着供配电技术革新，新型供配电模式不断出现，为隧道供配电节能目标的实现奠定了基础，可以结合新兴技术合理设计供配电线路8。2.5.1 中压供电系统中压供电模式是一种新兴供电模式，其改变了过往在长距离隧道入口位置设置变电所的方法，主要采用 10 kV 中压进洞供电模式。中压供电系统由变压器、升压站、防渗漏专用插头等部分组成，产生的噪声较小、占地面积不大、消耗低于传统供电系统，可以实现高效、高质量供电，提升供电可靠性，在高速公路隧道照明供电中有着十分显著的应用价值。在 10 kV 中压供电基础上引入分路器装置，还可在一定范围内随意拓展电网系统，解决隧道布线难题，适当减少低压电路线径。2.5.2 自动调压系统自动调压系统出现时间较短，在实际应用过程中存在一定的争议。自动调压系统利用正弦电压原理和可控硅斩波模式，调整电压输出的平均值，在提升照明效果的基础上降低电能消耗。不过在隧道内实际应光源与照明 总第 178 期 2023 年 3 月 照明工程41用自动调压系统时，在控压过程中会产生线路振动和高次谐波，导致隧道内灯具寿命缩短，进而产生电力污染现象，与现阶段提倡的环保、可持续发展理念不符。因此，要结合隧道实际情况和需求谨慎选用自动调压系统，避免带来较为严重的电力污染问题。2.6 灵活调整照明参数一般而言，需要增加隧道出口和入口位置的灯具密度和照度，而中间区域长度较长，可将适当缩减灯具密度和照度。在实际设计中，需要结合各方因素进行综合考量。根据我国公路隧道照明相关要求，隧道照明设计过程中需要综合考量行车速度、行车流量和隧道外界亮度等因素，若车流量较大、平均车速较高，需要结合区域标准，适当提升入口段、过渡段和出口段的照明长度、照明亮度，隧道中间位置的照明也需要适当增强，反之亦然。为满足设计需求，可以根据环境条件省略隧道入口 10 m 范围内的照明增强装置。在单向隧道内部，可以省略入口 10 m 范围内的高密度灯具，隧道内部照明长度可以区别于入口位置，保持在 60 m 左右，以此来确保隧道照明的合理性，在减少电力能源消耗的基础上保证照明质量。3 高速公路隧道照明发展展望高速公路隧道照明是影响行车安全性、舒适性的关键因素，也是隧道设计的最重要组成部分。目前，随着高速公路快速发展，隧道照明的管理制度和设计标准越来越完善，节能减排效率有一定提升，但是总体来讲，由于节能减排实施时间比较短，仍旧存在一定不足。今后，一方面需要继续加大对原有隧道照明系统的完善和革新力度，结合现场情况和节能需求，科学使用各类新能源、节能灯具等，设计合适的隧道照明方案，增强照明的适用性和专业性，在贴合区域情况的同时，提高照明效果和质量，确保深入落实节能、环保、高效等新型设计理念。另一方面，需要加大对技术的研发和应用力度，可以积极引进国外先进的隧道节能技术，并针对各类技术展开本土化改造，以此实现对我国传统设计模式的改造。如引入国外新兴智能控制系统，结合我国各个地区隧道特征和需求，针对性进行改进和本土化设计，配合原有照明系统，根据不同交通时段、天气实时调整照明模式，减少电力能源消耗和污染。此外，为保证各类新能源可以得到深入应用，需要出台专属法律条文、政策方针等，设计隧道照明设计标准、照明维护管理制度，积极推广各类新型隧道照明技术，以此来实现高速公路隧道照明节能减排目标，这也是未来需要重点关注的课题。4 结束语综上所述，在新时期，社会快速发展，对高速公路隧道照明的要求越来越高。为充分响应节能减排和可持续发展号召，顺应社会发展趋势，在隧道工程施工建设过程中，必须重点关注隧道照明节能设计，合理引入各类新型节能技术和设备，不断完善照明供配电系统，提升照明效率和质量，减少能源消耗，进一步增强隧道工程的社会效益和经济效益。参考文献1 史玲娜,涂耘,李茂华,等.基于品质提升的重庆公路隧道照明改造与效果评价J.公路交通技术,2022,38(5):130-136,144.2 黄文摄.公路隧道照明灯具安装高度和角度对路面亮度和均匀度的影响分析J.运输经理世界,2022(26):147-149.3 刘金.高速公路隧道低压配电系统与照明系统故障分析及解决措施J.北方交通,2022(10):74-76.4 王朝伟.基于PLC控制器的智慧照明系统的设计及应用:以某高速公路的隧道为例J.光源与照明,2022(12):42-44.5 王翠巧,秦天岭,段容谷.隧道照明布灯成本控制方式选择:以晋焦高速东石翁隧道左洞为例J.经济师,2022(1):287-288,291.6 段玉良,李卓,滕兆娣,等.应用Excel和CAD软件的隧道照明调光系统节能和经济性评价方法J.照明工程学报,2021,32(6):139-147.7 于建游,刘志忠,吴建波,等.延崇高速金家庄特长螺旋隧道智能照明控制系统的设计J.照明工程学报,2021,32(5):15-19.8 张晓坚,梁波,钟升明.环境因素对公路隧道洞外亮度L20(S)值的影响研究J.现代隧道技术,2021,58(3):70-78.