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时间:2018-08-08
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1、高速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C
2、IE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
3、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。 1.2.2 隧道内基本照明及夜间照明亮度。 2 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
4、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
5、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。 2.1.4 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
6、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,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
7、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;过渡段40m,亮度为(46+4.5)/2=25.25cd/m2,这样大梯度过渡,形成的梯度曲线和规范要求的渐变曲线相差甚远,也不宜采用,如图1细线所示。第3种是渐变处理,就是分别计算出亮度为80cd/m2、46cd/m2、4.5cd/m2的布灯间距,然后逐渐的变化布灯间距,以适应渐变曲线,如设计路面宽度为8.5m,选用400W高压钠灯。亮
8、度为80cd/m2时,平均照度E=80×13=1040lx,亮度为46cd/m2时,平均照度E=46×13=598lx,亮度为4.5cd/m2时,平均照度E=4.5×13=58.5lx(选用100W高压钠灯)这样从入口开始,引入段灯距从连续布设到间距2.28m,适应段灯距从2.28m到3.79m,过渡段从400W灯3.79m间距到100W灯间距8.1m,亮度值形成一个一个的点,将这些点连接起来,就是规范要求的照明曲线。这种处理方法的缺点是设计和施工都很不
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