季佳俊，王曉雯，陳建忠

（1.重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，重慶 400074;2.重慶交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，重慶 400074;3.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400064）

公路隧道照明燈具配光的實(shí)驗(yàn)對(duì)比

季佳俊1，王曉雯2，陳建忠3

（1.重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，重慶 400074;2.重慶交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，重慶 400074;3.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400064）

以中間段照明作為研究對(duì)象，依靠1∶1實(shí)體隧道展開對(duì)比實(shí)驗(yàn)，從而揭示經(jīng)濟(jì)配光的關(guān)鍵所在。對(duì)比分析了逆光燈具與常規(guī)燈具不同間距下的配光數(shù)據(jù)，得出兩種典型燈具在隧道照明設(shè)計(jì)中的優(yōu)缺點(diǎn)。提出一個(gè)解決中間段照明配光合理性、經(jīng)濟(jì)性問題的建議。

照明效率;照明配光;燈具布置方式;燈具布置間距

國(guó)外公路隧道照明基本按CIE擬定的適應(yīng)曲線［1］進(jìn)行照明設(shè)計(jì)和燈具布置，燈具布置從雙側(cè)對(duì)稱、雙側(cè)交錯(cuò)到中央布燈均有采用。為了提高照明效率，已較多在單向行車的隧道中采用逆光照明技術(shù)［2］。

通過對(duì)國(guó)內(nèi)許多運(yùn)營(yíng)隧道的調(diào)查和實(shí)測(cè)，不同速度條件下能滿足安全要求的長(zhǎng)度和亮度指標(biāo)基本按現(xiàn)行規(guī)范的適應(yīng)曲線的要求。但是隨之帶來的問題是，隧道照明成本偏高，由于維護(hù)不到位照明質(zhì)量較差，實(shí)際照明亮度往往低于現(xiàn)行規(guī)范的適應(yīng)曲線的要求。由此看來必須在隧道布燈方式和照明配光等方面作研究。筆者通過實(shí)驗(yàn)中典型逆光燈具與常規(guī)燈具［3］的對(duì)比分析，研究?jī)煞N典型燈具的經(jīng)濟(jì)性與照明配光的性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)室布置

實(shí)驗(yàn)在重慶交通科研設(shè)計(jì)院隧道及巖土實(shí)驗(yàn)室1∶1實(shí)體隧道內(nèi)進(jìn)行。在實(shí)驗(yàn)隧道拱頂布置一條中間布光帶，并且在側(cè)壁上布置與燈具一一對(duì)應(yīng)的控制開關(guān)，每個(gè)燈具可縱向移動(dòng)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要可隨時(shí)調(diào)節(jié)燈間距。圖1為實(shí)驗(yàn)室空中鳥瞰圖。

圖1 重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室空中鳥瞰Fig.1 Bird’s view of key laboratory

1.2 隧道照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)［4］

1）路面照度總均勻度U0應(yīng)不低于表1所示值。

2）路面平均照度水平，左、右兩側(cè)墻面2 m高范圍內(nèi)的平均照度，應(yīng)不低于路面平均照度。

3）燈具布置應(yīng)滿足閃爍頻率低于2.5 Hz或高于15 Hz。

4）路面中線照度縱向均勻度U1應(yīng)不低于表1所示值。

表1 路面照度總均勻度U0和路面中線照度縱向均勻度U1Table 1 Pavement illumination total evenness U0and pavement midline illumination longitudinal evenness U1

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

1.3.1 隧道燈具布置

燈具A:高壓鈉燈管，功率150 W，多曲面組合反光器，屬常規(guī)燈具。

將5具功率為150 W的燈具A安裝在隧道拱部中央，距地面高6.5 m，將燈具投光面垂直向下，布燈間距分別取2，5，8 m。

燈具B:高壓鈉燈管，功率100 W，多曲面組合反光器，屬逆光燈具。

將5具功率為100 W的燈具B安裝在隧道拱部中央，距地面高6.5 m，將燈具投光面垂直向下，布燈間距分別為2，5，8 m。

1.3.2 測(cè)點(diǎn)布置

實(shí)驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容為隧道路面不同位置以及墻面部分的照度值。

根據(jù)照明測(cè)試原理、JTJ 026.1—1999《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定以及結(jié)合本次實(shí)驗(yàn)的研究需要，測(cè)點(diǎn)布置方案如下:

隧道照明系統(tǒng)測(cè)試的測(cè)點(diǎn)橫斷面布置如圖2，測(cè)點(diǎn)①為左側(cè)墻高1.5 m，測(cè)點(diǎn)②為左路緣，測(cè)點(diǎn)③為左1/4路面，測(cè)點(diǎn)④為路面中心，測(cè)點(diǎn)⑤為右1/4路面，測(cè)點(diǎn)⑥為右路緣，測(cè)點(diǎn)⑦為右側(cè)墻高1.5 m。

圖2 隧道照明測(cè)點(diǎn)橫斷面示意（單位:cm）Fig.2 Cross-sectional schemes of tunnel lighting point

測(cè)點(diǎn)縱斷面布置如圖3，0點(diǎn)測(cè)試帶布置在第3盞燈的正下方，在0點(diǎn)前面1 m處布置一條測(cè)試帶，在0點(diǎn)后面1 m布置一條測(cè)試帶。

圖3 隧道照明測(cè)點(diǎn)縱斷面Fig.3 Diagram cubes of tunnel lighting point

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理與分析

2.1 路面平均照度［5］

路面平均照度Eav計(jì)算公式:

式中:Eαv為路面平均水平照度，lux;m為計(jì)算區(qū)域內(nèi)計(jì)算點(diǎn)的總數(shù)。

常規(guī)燈具A與逆光燈具B在2，5，8 m的路面平均照度如圖4。

圖4 燈具A與燈具B路面照度值Fig.4 Road illumination values of lamp A and lamp B

圖4是從實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出的路面平均照度值曲線圖，兩種燈具在布燈間距2，5，8 m都滿足隧道照明系統(tǒng)中間段照明的照度要求。

評(píng)價(jià)燈具經(jīng)濟(jì)性的一個(gè)重要指標(biāo)是，燈具單位功率的所能作用在路面的照度值:

式中:Aav為燈具單位功率的所能作用在路面的照度值，lux/W;Eav為路面平均水平照度，lux;P為燈具的功率，W。

圖5是從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中計(jì)算得到的單位功率作用在路面的照度值，從圖中可以直觀的看出逆光燈具B明顯高于常規(guī)燈具A。

圖5 燈具A與燈具B的單位功率作用在路面的照度值Fig.5 Luminance power value of the unit power of lamp A and lamp B on the pavement

2.2 路面照度總均勻度［6］

路面亮度總均勻度計(jì)算公式:

式中:Emin為計(jì)算區(qū)域內(nèi)路面最小照度，lux。

圖6為通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得的各點(diǎn)照度值計(jì)算得出常規(guī)燈具A與逆光燈具B的路面照度總均勻度值的曲線圖，兩種燈具在布燈間距2，5，8 m都滿足隧道照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的路面照度總均勻度技術(shù)指標(biāo)。

圖6 燈具A與燈具B的隧道路面照度總均勻度Fig.6 Tunnel road illumination total evenness of lamp A and B

從圖6中可以直觀的看出，逆光燈具B的路面總均勻度值明顯小于常規(guī)燈具A的路面總均勻度值，但是燈具B路面總均勻度值變化小，燈具A的路面總均勻度值變化大。

2.3 路面中線照度縱向均勻度

路面中線照度縱向均勻度可按式（4）計(jì)算:

式中:E'min為路面中線最小照度，lux;E'max為路面中線最大照度，lux。

圖7為通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得的各點(diǎn)照度值可以計(jì)算出常規(guī)燈具A與逆光燈具B路面中線照度縱向均勻度值的曲線圖，兩種燈具在布燈間距2，5，8 m都滿足隧道照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的路面中線照度縱向均勻度技術(shù)指標(biāo)。

圖7 燈具A與燈具B的路面中線照度縱向均勻度Fig.7 Road centerline illumination longitudinal evenness of lamp A and B

從圖7中可以直觀的看出，逆光燈具B的路面中線照度縱向均勻度值明顯小于常規(guī)燈具A的路面中線照度縱向均勻度值，但是逆光燈具B路面中線照度縱向均勻度值變化大，常規(guī)燈具A的路面中線照度縱向均勻度值變化不大。

3 結(jié)論

1）通過圖4、圖6、圖7反應(yīng)的數(shù)據(jù)可以得出:常規(guī)燈具A在3種不同間距的中線布燈的路面平均照度值、總均勻度值和路面中線照度縱向均勻度值。研究發(fā)現(xiàn)，路面平均照度值隨布燈間距增大而減小，路面照度總均勻度值也隨之減小，路面中線照度縱向均勻度值變化不大。

2）通過圖4、圖6、圖7反應(yīng)的數(shù)據(jù)可以得出:逆光燈具B在3種不同間距的中線布燈的路面平均照度值、總均勻度值和路面中線照度縱向均勻度值。研究發(fā)現(xiàn)，路面平均照度值隨布燈間距增大而減小，路面照度總均勻度值變化不大，路面中線照度縱向均勻度值隨之減?。?］。

3）通過圖6、圖7反應(yīng)的數(shù)據(jù)可以得出:常規(guī)燈具A比逆光燈具B在相同布燈間距下能獲得較好的路面照度總均勻度值和路面中線照度縱向均勻度值。

4）通過圖5反應(yīng)的數(shù)據(jù)可以得出:逆光燈具B比常規(guī)燈具A能提供更高的單位功率作用在路面的照度值。從中得出結(jié)論，逆光燈具比常規(guī)燈具有更好的經(jīng)濟(jì)性。

綜上所述:逆光照明燈具在提高汽車行車方向路面照度值是以路面照度總均勻度值降低與路面中線縱向均勻度的降低為代價(jià)的。但它卻能提高路面照度，降低車輛背面照度，使路上目標(biāo)更易于辨認(rèn)，從而達(dá)到節(jié)電的目的，且它的路面照度總均勻度值隨布燈間距增大而變化不大的特點(diǎn)，使它可以在滿足照度的前提下可以有較大的布燈間距以達(dá)到減少燈具數(shù)量的目的［8］。逆光照明燈具所具有的這些優(yōu)點(diǎn)，將比常規(guī)燈具有更好的經(jīng)濟(jì)效益。

（Reference）:

［1］ CIE Technical Report 88—2004.Guide for the Lighting of Road Tunnels and Underpasses［R］.Japan:International Commission on Illumination，2004.

［2］ 劉宏，王曉雯，陳建忠.中梁山公路隧道通風(fēng)效果測(cè)試分析［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2010，29（4）:529-532.

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WANG Hong-bing.Energy-saving and control in twnnel illumination［J］.Shanxi Architecture，2008，34（20）:313-314.

［6］ 陳彥華，譚光友.公路隧道照明光源的選擇［J］.燈與照明，2006，30（3）:23-25.

CHEN Yan-hua，TAN Guang-you.Road tunnel lighting choice［J］.Lamps and Lighting，2006，30（3）:23-25.

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［8］ 夏永旭.公路隧道照明問題及對(duì)策［J］.西部交通科技，2008（1）:5-6.

XIA Yong-xu.Illumination problems in highway tunnels and their countermeaswres［J］.Western China Communications Science ＆Technology，2008（1）:5-6.

Comparative Experiment Analysis for Light Distribution of Highway Tunnel

JI Jia-jun1，WANG Xiao-wen2，CHEN Jian-zhong3
（1.School of Civil Engineering＆ Architecture，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China;
2.School of Traffic＆ Transportation Engineering，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China;
3.China Merchants Chongqing Communications Research＆ Design Institute Co.Ltd，Chongqing 400064，China）

Taking the middle period of lighting as the research object，comparative experiments of 1∶1 actual tunnel are carried out，which reveals the essence of economic distribution of light.The lighting distribution data of backlight lamps and lanterns and conventional ones with different spacing are analyzed，and the advantages and disadvantages of the two kinds of typical tunnel lighting lamps and lanterns in the design are obtained.A reasonable and economical solution for light distribution problem is proposed.

luminous efficiency;light distribution;lamps and lanterns decoration means;lamps and lanterns decoration spacing

TU113.6+4

A

1674-0696（2011）06-1314-04

10.3969/j.issn.1674-0696.2011.06.13

2011-05-03;

2011-06-20

季佳俊（1987-），男，江蘇無錫人，碩士研究生，主要從事公路隧道照明方面的研究。E-mail:394037316@qq.com。