隧道墙面涂料反射率及涂设高度与路面光环境质量模拟试验研究.pdf

2023.21 科学技术创新隧道墙面涂料反射率及涂设高度与路面光环境质量模拟试验研究谭宗林，梁策（广西南天高速公路有限公司，广西 南宁）根据中华人民共和国交通运输部 2021 年交通运输行业发展统计公报 显示，截止 2021 年底，中国公路隧道 23268 处、2469.89 万延米，里程数每年以超过10%速度增长，公路隧道照明能耗年均 60 万元/公里，占运营隧道总能耗大于 50%1。根据 公路隧道照明设计细则（JTG/T D70/2-01-2014）9.3.6 路面两侧2 m 高范围内墙面宜铺设反射率较高的材料，当墙面反射率达到 0.7 时，路面亮度可提高 10%2。史玲娜、李文渊等的研究表明，在相同照明条件下墙面反射率较高的涂料对路面亮度的提升较大3。为了分析隧道墙面涂设高度对隧道路面照度的贡献量，本研究利用 DIALux 软件模拟隧道两侧墙面不同高度和不同反射率涂料对隧道路面照度的影响4，分析墙面涂料对驾驶员视认的影响并提出合理的墙面涂料设置方案5。DIALux 软件是目前世界上最具实用性的照明计算软件，它几乎能模拟任何环境下的照明设计。首先构建三维立体隧道模型，然后将照明灯具参数导入系统软件即可实现隧道照明亮度计算并进行设计，计算成果包括隧道各工作面的照度、亮度、均匀度、3D 效果图等相关数据6。1模拟实验利用 DIALux 灯光照明设计软件模拟隧道中间段墙面涂设不同高度、不同反射率涂料对路面照明的贡献大小，得出最佳的涂料涂设高度与反射率。2模拟内容模拟隧道未涂墙面材料和涂设高度分别为 2 m、2.5 m、3 m、3.5 m、4 m，墙面材料反射率分别为 0.4、0.5、0.6、0.7、0.8 的隧道路面中间段照度值。模拟对象为隧道中间段，模拟隧道长度 100 m，路面宽度 9 m，R3 沥青路面（轻微定向反射光路面），灯具安装高度 5.5 m，灯具水平角度 20，采用两侧交错布灯间距 12 m 的布灯方式。根据 CIE 国际照明委员会中的规定：隧道交错布作者简介：谭宗林(1977-)，男，本科，高级工程师，研究方向：交通土建工程。摘要：本文研究了在隧道墙面不同高度设置不同反射率涂料对路面照度的关系，利用 DIALux 软件模拟隧道两侧墙面不同高度和不同反射率涂料对隧道路面照度的影响，结果表明，隧道墙面涂料涂设高度在 2.5 m时对路面照明光环境的贡献率最高，经济效益大；采用反射率不小于 0.7 的漫反射墙面涂料，同时在隧道壁两侧设置颜色较深、高 1.2 m、宽 1520 cm、间距 3040 cm 的腰带线，不仅能够能起到行车诱导的作用，还可改善驾驶员视觉余光的单调性。关键词：路面照度；隧道墙面涂料；反射率；行车诱导中图分类号院U453.7文献标识码院A文章编号院2096-4390渊2023冤21-0173-04图 1实验测量区域173-科学技术创新 2023.21灯时测量区域应选择两灯之间的路面区域作为测量区域，本研究选择图 1 中所示长 12 m 和宽 9 m 的长方形路面阴影区域作为测量计算区域。3模拟计算步骤（1）在隧道未涂墙面涂料情况下，计算输出测量区域的路面平均照度值、3D 效果图及 3D 伪色图7。（2）隧道涂 2 m 高墙面涂料，反射率分别设置为 0.4、0.5、0.6、0.7、0.8 时，计算输出测量区域不同的路面平均照度值、3D 效果图及 3D 伪色图。（3）根据（2）中方法，将隧道分别涂 2.5 m、3 m、3.5 m、4 m 高的墙面涂料，依次计算输出测量区域不同的平均照度值、3D 效果图及 3D 伪色图。（4）模拟计算结果统计如表 1 和图 2 所示。表 1不同反射率和高度墙面涂料下路面平均照度值（lx）图 2不同反射率下路面平均照度变化曲线4模拟结果分析从表 1 中可以看出相同反射率情况下，路面照度随墙面涂料涂设高度的增加有上升趋势；相同墙面涂料高度情况下，路面照度随隧道墙面涂料反射率的增加有上升趋势。（1）隧道未涂墙面涂料时路面照度为 49 lx。（2）墙面涂料涂设高度 2 m，反射率分别为0.4、0.5 时，路面照度为 50 lx 提高了 1 lx；反射率0.6、0.7、0.8 时，路面照度为 51 lx，提高了 2 lx。说明高反射率墙面涂料对路面照度贡献较高。（3）墙面涂料涂设高度 2.5 m，反射率分别为0.5、0.7、0.8 时路面照度增加了 1 lx，反射率为 0.4、0.6时路面照度未改变。说明墙面涂料涂设高度增加 0.5m对路面照度有一定影响，高反射率墙面增加明显。（4）墙面涂料涂设高度 3 m，反射率分别为0.4、0.5、0.6、0.7、0.8 时，路面照度均维持在 2.5 m 高度时的路面照度水平。说明墙面涂料涂设高度从 2.5m 增加至 3 m 时路面照度提高不明显。（5）墙面涂料涂设高度 3.5 m 时，反射率分别为 0.4、0.6、0.7、0.8 时路面照度增加 1 lx；反射率为 0.5时，路面照度未改变。由于涂料高度从 2 m 提高至 3 m路面照度几乎没有变化，涂料高度 3.5 m 提高路面照度1 lx 是墙面涂料加涂 1 m 后积累的结果，所以墙面涂料高度从 3 m 增加至 3.5 m 时路面照度提高不明显。（6）墙面涂料涂设高度 4 m 时，反射率分别为0.4、0.6、0.7、0.8 时路面照度均维持在 3.5 m 高度时的路面照度水平，反射率 0.5 时路面照度增加 1 lx。说明墙面涂料高度在 3.5 m 至 4 m 对路面照度贡献不明显。（7）当墙面涂料涂设反射率 0.7 以上，23 m高时对墙面贡献变化明显，如表 2 所示。由表 2 可知反射率 0.7 墙面涂料高度 2.5 m 时路面平均照度升高至 52 lx。综上，墙面涂料高度越高，路面照度越高。墙面涂料高度为 2.5 m，反射率大于 0.5 的路面照度比未涂设墙面涂料时路面照度提高 23 lx。而墙面涂料高度从 2.5 m 提高到 4 m 时路面照度仅提高 1 lx，这时墙面涂料产生的经济效益较低。因此，从安全、经济角反射率 墙面高度(m)0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0（未涂设涂料）49 49 49 49 49 2 50 50 51 51 51 2.5 50 51 51 52 52 3 50 51 51 52 52 3.5 51 51 52 53 53 4 51 52 52 53 53 涂设高度 2 m 2.1 m 2.2 m 2.3 m 2.4 m 2.5 m 2.6 m 2.7 m 2.8 m 2.9 m 3 m 照度（lx）51 51 51 51 51 52 52 52 52 52 52 表 2反射率 0.7 时不同墙面涂料高度下路面平均照度值（lx）174-2023.21 科学技术创新度考虑墙面涂料高度设置为 2.5 m 最佳；墙面涂料反射率0.7 时路面照度变化率较高，所以建议墙面涂料反射率不应小于 0.7。通过模型 3D 效果图能直观感受到墙面涂有涂料的隧道比未涂墙面涂料的隧道墙面的结构感和立体感更强（如图 3 所示为模拟效果），能够缓解驾驶员在隧道中行驶时的紧张情绪。墙面涂料亮度与路面亮度形成一定亮度差，能够诱导驾驶员在隧道中行驶，提高驾驶员在隧道中行车的空间感。墙面涂料作为行车背景还能够增加驾驶员对隧道内障碍物的视认，降低行车安全隐患。3D 伪色图是利用色彩的深浅表征模型中亮度高低的一种影像图8。通过图 4 可以看出涂有墙面涂料的路面颜色明显深于未涂墙面涂料的路面颜色，进一步验证了墙面涂料的涂设对提高路面亮度的作用。5结论通过模拟计算分析，得到隧道墙面涂料涂设高度在 2.5 m 时对路面照明光环境的贡献率最高，经济效益大；采用反射率不小于 0.7 的漫反射墙面涂料，涂料颜色较浅，与整体隧道壁形成一条带状线，能起到行车诱导的作用，但是这条浅色的带状线会使高速行驶的驾驶员视觉余光感觉单调，因此在其上绘制两条颜色较深、高 1.2 m、宽 1520 cm、间距 3040 cm 的腰带线，这对改善驾驶员视觉余光的单调性具有重要意义，特别是要照顾坐高较高的大货车驾驶员。从全寿命角度考虑，涂料还应具有抗静电、抗油污、耐冲刷等功能，在使用过程中当反射率低于 0.5 时应采取相关措施及时进行清洁。（a）未涂墙面涂料（b）高度 2.5 m 反射率 0.7 墙面涂料图 33D 效果图对比（a）未涂墙面涂料（b）高度 2.5 m 反射率 0.7 墙面涂料图 43D 伪色图对比175-科学技术创新 2023.21Simulation Test Study on the Reflectivityand Coating Height of Tunnel WallCoatings and the Quality of Road SurfaceLight EnvironmentTan Zonglin,Liang Ce（Guangxi Nantian Expressway Co.,Ltd.,Nanning,China）Abstract:This article studies the relationship between setting different reflectivity coatings at differentheights of tunnel walls and road surface illumination.DIALux software is used to simulate the impact ofdifferent heights and reflectivity coatings on tunnel road surface illumination on both sides of the tunnelwalls.The results show that when the height of tunnel wall coating is 2.5 meters,the contribution rate to theroad surface lighting environment is the highest,and the economic benefits are significant;Diffuse reflectivewall coating with reflectivity not less than 0.7 shall be adopted,and belt lines with deep color,1.2 m high,1520 cm wide and 3040 cm spacing shall be set on both sides of the tunnel wall,which can not onlyplay the role of driving guidance,but also improve the monotonicity of the drivers visual residual light.Key words:road surface illumination;tunnel wall coating;reflectivity;driving guidance参考文献1潘国兵.公路隧道节能照明研究现状与展望J.照明工程学报，2017(01):103-106.2中华人民共和国交通运输部.JTG/T D70/2-01-2014公路隧道照明设计细则 S.北京：人民交通出版社，2014.3史玲娜，涂耘，王小军.新旧规范对比下的隧道照明节能设计研究J.照明工程学报，2015（1）：50-54.4 唐鑫.DIALux 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