高等级公路隧道照明工程设计与研究

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1、高等级公路隧道照明工程设计与研究隧道作为高等级公路的特殊路段，当车辆在驶入、通过和驶出隧道的过程中，会出现一系列的视觉问题。为适应视觉的变化，需设置附加电光照明，关于隧道照明设计，不同国家有不同的标准和要求。中国在这方面虽起步较晚，但也有相应的规范和要求。1　隧道照明设计的原则和标准1.1　隧道照明设计的原则　　为解决车辆驶入或驶出隧道时亮度的突变使视觉产生的“黑洞效应”或“白洞效应”,许多国家各自确定了一些设计原则和标准：如美国IES、英国BS、日本《隧道照明设计指南》、国际照明协会的CIE标准以及中国的《公路隧道设计规范》等。共同遵守的设计原则可以归纳为以下几

2、点：　　(1)隧道内不管是白天或夜间均需设基本照明；　　(2)白天车辆进入隧道时，路面亮度应逐渐下降，使司机的视觉有一个适应过程，将入口段分为引入段、适应段和过渡段；　　(3)确定引入段、适应段和过渡段的长度(S),通常按车速(V)以T=2s的适应时间来确定,可用S=VT/3.6(m)来估算；　　(4)出口段也应设过度照明，在双向交通情况下和入口段相同；　　(5)夜间出入口不设加强照明，洞外应设路灯照明，亮度不低于洞内基本亮度的1/2；隧道内应设应急照明，其亮度不低于基本亮度的1/10。1.2　隧道照明设计的标准　　依据以上原则，中国JTJ026-90《公路隧道设

3、计规范》中给出了明确的标准。1.2.1　白天照明的隧道照明区段长度及路面最低亮度　　白天照明的隧道照明区段长度及路面最低亮度如表1。表1　照明区段长度及路面最低亮度设计车速引入段适应段过渡段(km/h)距离(m)亮度(cd/m2)距离(m)亮度(cd/m2)距离(m)亮度(cd/m2)8040804080～46404.6～4.56025503046～30304.5～2.34015302030～20202.3～1.520及以下　1.0　1.0　1.01.2.2　隧道内基本照明及夜间照明亮度　　隧道内基本照明及夜间照明亮度如表2。表2　基本照明及夜间照明亮度设计车速(

4、km/h)80604020及以下路面平均亮度(cd/m2)4.52.31.51.02　隧道照明设计及其改进方法2.1　照明计算　　按照规范要求公路隧道照明应考虑4个因素：　　(1)路面亮度；　　(2)路面亮度的均匀性；　　(3)闪烁的防止；　　(4)眩光的控制。2.1.1　路面亮度计算　　为了便于计算，一般是先计算平均照度，而后根据路面所选用的材料，选定一换算系数，再换算成亮度，计算平均照度的公式为E=NΦSUFKK1/(BS)式中：N为灯具排列方式(相对排列时为2，交错排列时为1)；UF为路面直射光利用系数；K1为因相互反射作用使照度上升的系数；ΦS为灯具中全部

5、光源的总光通量(lm)；K为减光系数；B为路面宽度(m)；S为灯具间隔(m)。　　其中,N、ΦS、B、S由设计而定,UF、K、K1通常可分别取0.38、0.48、1.23,也可由查表或计算得到。2.1.2　亮度均匀度的定性判断　　路面及洞壁下半部分亮度均匀度应满足一定的要求，在灯具安装间距确定后，可按下述方法定性判断是否满足均匀度的要求，即　　相对排列　S≤2.5h；　　交错或中间排列　S≤1.5h式中：S为灯具安装间距；h为灯具安装高度。2.1.3　闪烁的防止　　闪烁效应是由于照明器不连续布置,司机的视觉不断经受明暗变化的刺激,使人产生不快感。闪烁效应的频率低于

6、2.5Hz或高于15Hz时可不计。闪烁频率(F)主要与灯具安装间距(S)和车速(V)有关，即F=V/S。据此，将不产生闪烁效应的布灯间距列于表3。表3　不产生闪烁效应的布灯间距设计车速(km/h)806040灯具间距(m)S<1.5或S>8.9S<1.5或S>6.6S<0.7或S>4.42.1.4　眩光的控制　　眩光是由视线内有亮度极高的物体或强烈的亮度对比，引起不舒适或造成视觉下降的现象。所以要尽量避免采用高亮度大光源照明，以控制眩光。2.2　区段的划分及亮度的确定2.2.1　规范要求的照明曲线　　按表1的标准要求，规范中给出了白天照明渐变梯度图(照明曲线，如图

7、1)。图1　规范要求的渐变照明曲线(向双交通)　　对规范中给出的照明曲线，这里提出3种处理方法，以设计车速80km/h为例，第1种是简单处理，就是将120m入口按引入段40m亮度为80cd/m2；适应段40m，亮度为46cd/m2；过渡段40m，亮度为4.5cd/m2，这样大梯度过渡如图1中粗线所示，因平均亮度低于规范要求的亮度，显然不可取。第2种是折衷处理，就是将120m入口段40m，洞口最高亮度取洞外亮度4000cd/m2的1/30即133cd/m2，则该段的亮度为(133+80)=106.5cd/m2；适应段40m，亮度为(80+46)/2=63cd/m2；

8、过渡段40