張青文，翁 季，胡英奎，楊春宇

(重慶大學建筑城規(guī)學院，重慶400045)

0 引言

為落實執(zhí)行國家自然科學基金和重慶市科委資助的科研項目，2010年，我們隨重慶高速公路發(fā)展有限公司和重慶交通科研設計研究院，分別對上海-南京-北京所在的上海長江隧道、南京模范路隧道和北京德勝門隧道的LED照明工程應用情況進行考察調研工作，并對部分照明指標進行了現場檢測。在對隧道進行實地考察的同時，又分別與各工程施工方、業(yè)主和照明產品制造商以座談的方式，對LED照明系統在隧道照明設計、應用中的相關技術、管理及營運措施、供電系統、安裝方式、調光控制、照明效果、經濟性、節(jié)能指標及安全狀況進行了咨詢和交流，獲得了寶貴的相關信息，同時，也發(fā)現一些存在的問題?，F將考察調研情況及感悟和思索整理成文，以供參考。

1 上海長江隧道考察情況

1.1 工程建設概況

上海市長江隧橋工程為國家重點工程，具有重要的交通、經濟和社會意義。該工程中的長江隧道起于上海浦東新區(qū)五號溝，穿越南港水域至長興島西南方登陸，全長8.95 km，其中穿越水域部分7.5 km。

長江隧道按雙向六車道高速公路標準設計，設計車速為80 km/h，車道凈寬為12.5 m，通行凈高為5.2 m。汽車荷載為公路一級，路面采用阻燃改性瀝青混合料，抗震設防烈度為7級，隧道結構設計使用年限100年，工程于2004年12月28日正式啟動，2009年10月31日正式通車，整個工程建設歷經5年。

1.2 照明工程概況

隧道內共安裝有5 886套采用歐斯朗Golden DRAGON Plus LED作光源的隧道燈，其中的Golden DRAGON Plus LED光源超過41多萬個，是目前全球最長的采用LED作為照明光源的隧道。照明采用雙側對稱照明方式，基本段采用條形LED燈具，光源色溫約為5 800 K，燈具采用雙側對稱布置，單側燈具間距為5.6 m，每盞燈功率為95 W。亮度設計標準值為4.5 cd/m2。入口加強段采用400 W高壓鈉燈，南洞布置間距為1.1 m，北洞布置間距為0.8 m。營運中可按8段進行控制，照明強度可進行調光控制，一般使用狀況為70%調光。隧道兩側3 m高護墻采用塑鋼板，屬混合型反射材料，有一定強度的定向反射。

1.3 實地考察

在建設指揮部的陪同下，我們對下行方向的隧道進行了實地考察，并對其單車車道路面照度、距路面1.5 m處的垂直面照度(車行方向)和墻面反光系數進行了實測(見圖1)。實測區(qū)域分別為進口段、中間段和出口段，照明強度由調光控制為100%，考察中，身臨其境地感受到了LED在隧道中的照明效果，并獲得了良好的印象。

圖1 長江隧道實景及照明指標檢測

1.4 照明狀況分析

1.4.1 照明實測結果

該隧道的原設計亮度為4.5 cd/m2。通過對隧道中間段3個分區(qū)的路面水平照度測試可知，平均照度為158.9 lx，平均亮度為8.59 cd/m2，高于原設計亮度的90.9%，均勻度為0.6以上，照明質量良好。

1.4.2 基本段現LED照明與原T5管照明方案的對比分析

長江隧道原方案中的基本照明部分擬選用2×28 W T5管熒光燈。安裝間距為1.9 m，左右兩排燈具對稱布置，數量總計17 054套。后改為采用80 W LED隧道燈，安裝間距為5.6 m，左右兩側對稱布設，總數量為5 788套。

在滿足隧道照明設計標準的前提下，通過對兩種方案的比較可知，雖然LED照明方案比熒光燈照明方案節(jié)能49.7%，但兩個方案的功率密度均高于設計標準，未滿足節(jié)能要求，這是由于在進行設計時，對光源設計參數的取值過于保守，造成能量浪費的現象。

1.4.3 調光控制系統

長江隧道設置了LED照明的統一調光系統，基本段可實現每盞燈的亮度調節(jié)。

該系統由兩級網絡進行控制。整個系統共有16臺調光控制器，相互間采用光纖環(huán)冗余以太網互聯，調光控制器提供4路485總線，分別連接于區(qū)相應區(qū)段的照明燈具，具有整條隧道LED照明器的調光和巡檢功能?？偩€設備的通訊采用主從協議的方式。調光控制系統預留接口與綜合監(jiān)控系統連接，并受控于綜合監(jiān)控系統。

調光系統主要有手動控制、時空模式和降級控制三種功能，其功能可實現校準、巡檢和故障處理等。調光以改變電流的方式實現9級亮度變化，即20%，30% ，40% ，50% ，60% ，70% ，80% ，90% 和 100% 。

1.4.4 主觀印象

LED照明為長江隧道營造出良好的光照環(huán)境，洞內視覺清晰，可見度高。將此次的檢測結果與剛竣工時的檢測結果相比較，相差很小，即投入使用后的近半年時間，光衰幾乎為零。對稱安裝的條形LED燈具形成延續(xù)的光帶，具有良好的誘導性。

2 南京模范路隧道考察情況

2.1 工程建設概況

模范路隧道屬南京市內環(huán)北線2期工程。該線按城市快速路標準建設。工程起點位于玄武湖隧道西出口，經地平交織段后，在青石村附近的金川河涵洞處開始下穿，以暗埋的方式下穿南瑞路、三牌樓大街、中山北路后在水佐崗西側出地面，再經平交織段后以6車道高架橋在現有虎踞路高架橋下跨越虎踞路，并與城西干道高架橋相接，主線預留端口與規(guī)劃中的瑋三路過江隧道對接，該工程全長約3 000 m。

其中的模范路隧道按城市快速路設計，總長1 445 m，暗埋段長1 100 m，敞開段長345 m。隧道采用雙向6車道，地面雙向4～8車道。設計車速為60 km/h。隧道竣工時間為2008年10月27日。

2.2 照明工程概況

模范路的LED照明技術研究被列為2008年度南京市建設行業(yè)科研項目，其參研單位分別為南京市城建項目建設管理有限公司、南京市路燈管理處、上海隧道設計院及南京漢德森科技股份公司。

模范路隧道照明采用LED隧道燈，該燈由色溫為6 500 K的6×10顆LED光源組成。燈具呈方形結構。照明采用雙側對稱布置的順光照明方式，基本段全部采用60 W LED隧道燈，單側間距為5 m，照明設計亮度為2.5 cd/m2。入口加強段采用高壓鈉燈。

圖2 模范路隧道實景及照度檢測工作照

2.3 實地考察

實地考察中，我們在模范路隧道的中間段路面選擇了兩小段區(qū)域進行了照度和亮度實測，獲得了這兩個區(qū)域的路面平均照度、亮度、照度均勻度和距地面1.5 m處(沿車行方向)的垂直面照度等，并對該隧道的照明狀況做出了評價。圖2為隧道實景及照度檢測工作照。

在與該隧道建設單位的有關領導和工程技術人員的交流中，獲知隧道管理單位準備掛表測量用電量，以此與采用傳統照明方式的南京玄武湖隧道的用電情況進行比較，由此獲得相應的節(jié)電指標，將為LED照明在隧道中的節(jié)能水平提供量化依據。

2.4 照明狀況分析

2.4.1 照明實測結果

實測結果表明，中間段兩個區(qū)域的平均亮度為2.94 cd/m2，滿足于原亮度設計標準2.5 cd/m2，且高于原亮度設計標準的17%。路面平均照度為54.4 lx/m2，照度均勻度為0.6，滿足并高于隧道照明設計標準要求。

2.4.2 隧道LED基本照明方案與原熒光燈T8管設計方案的對比分析

原T8熒光燈照明方案擬采用2×36 W T8熒光燈雙側對稱布置，間距為3.3 m。通過與現LED照明方案比較可知，在亮度滿足規(guī)范要求的條件下，綜合多種因素比較分析，LED照明方案比熒光燈照明方案節(jié)能約40%。

2.4.3 調光控制系統

模范路隧道調光系統可對所有LED燈進行逐點控制?？刂葡到y共設為3檔，即

晴天模式(＞20 000 lx);

陰天模式(430 lx～20 000 lx);

夜間模式(＜430 lx)。

在相同模式下，考慮到每套燈具的安裝位置和所需光通量的不同，將相應位置的燈具分為25%，30%，50%，60%，70%，100%光通輸出，既保證了使用要求，又節(jié)約了電能。表1為該隧道調光控制分布情況。

表1 南京模范路隧道調光控制分布

2.4.4 主觀印象

隧道內視覺清晰，可見度高，光環(huán)境較好。該隧道竣工至今近半年，LED照明現場檢測結果與剛竣工時的檢測結果相比較，相差很小，這說明暫無光衰現象。但由于安裝方式采用順光照明，駕駛過程中看不到光源，導致誘導性較差。雖然洞壁兩側設計了兩條彩色光帶以提高誘導性，但安裝在塑鋼板上的光帶產生較強的反射亮線，易造成不舒適眩光。

3 北京京包高速公路(六環(huán)路—德勝口段)隧道考察情況

3.1 工程建設概況

德勝口隧道位于北京市昌平區(qū)內的虎嶼山，為雙曲、偏壓、大跨度、小徑距雙線6車道高速公路隧道，道路凈寬12 m，為雙洞單向行駛隧道。該隧道進京線長2 980 m，出京線長2 996 m，是北京市區(qū)域內鐵路與公路隧道中最長的一座隧道。該隧道于2006年4月開工以來，克服了地形復雜、圍巖破碎、跨度大等工程技術難點，于2009年9月6日實現了隧道雙線左右洞全線貫通。

3.2 德勝口隧道照明工程概況

隧道各分段照明分別按國家標準設計。洞內設計車速為80 km/h。洞內照明均采用高效節(jié)能的LED隧道照明燈。隧道入口段、過渡段和出口段分別設置了加強照明，并采用了70 W，160 W，120 W三種不同功率的LED隧道燈混合照明，兩側交錯布置，安裝高度為5.2 m。

基本照明段采用了70 W LED隧道燈實現照明。燈具安裝方式為兩側交錯布置，間距9 m，安裝高度為5.2 m，該照明形式既作為白天基本照明，又作為隧道夜間照明。LED光源色溫均為4 500 K～5 000 K。整個隧道共采用燈具2 062套(包括隧道洞外兩側安裝的高壓鈉燈和部分白織燈)。

隧道全線還設置了應急照明，即以基本照明燈中選擇行車方向右側燈具的1/2作為應急照明光源，燈具間距為基本照明燈具的2倍，能保證24 h不熄燈，設計亮度大于基本照明的1/10。

3.3 照明狀況分析

3.3.1 照明實測結果

選擇隧道中間段2個不同小區(qū)段進行照明檢測，獲知其平均照度、亮度分別為70.1 lx和3.79 cd/m2，平均亮度和均勻度滿足設計標準，且亮度指標超過原設計標準的5.3%。

3.3.2 隧道現LED照明方案與高壓鈉燈設計方案的對比分析

由于未有原設計方案，兩者的比較可按LED照明方案的維持亮度標準進行推理，其照明器總耗能可考慮為光源功率的1.2倍。

在針對該隧道特點的基礎上，擬定出高壓鈉燈照明方案，分別對入口段、過渡段1，2和基本照明段采用不同的比較基準，考慮燈具節(jié)能效果的不同，僅進行節(jié)電率分析，可知在等亮度標準下，LED照明方案的節(jié)電率高于高壓鈉燈照明方案。

3.3.3 主觀印象

隧道內視覺清晰，可見度較高。可感覺到良好的光照環(huán)境。延續(xù)伸展的LED燈具排列有序，形成明亮的光帶，具有良好的誘導性。眩光不明顯。地面為混凝土敷設，反射系數高于瀝青路面。除出、入口段的護墻采用定向反射較強的瓷磚外，過渡段及中間段的墻面均為混凝土本色，反射系數極低，僅有0.27左右。

4 小結

考察活動歷經4天，感受頗多，現歸納于下。

事實證明，結構合理的LED隧道燈配合科學的整體照明方案能夠實現高于高壓鈉燈和長管形熒光燈的有效發(fā)光效率。

LED燈的無級調光性能是其最大的優(yōu)勢與亮點之一，結合智能化照明控制系統，在運營負荷量小的時候降低照明系統的功率，既能保證照明質量，又可達到節(jié)能效果。

此次被考察隧道所選用的LED隧道燈的芯片均采用了國際一流知名品牌，且成熟的功率型產品，可保證功率型LED工作的穩(wěn)定性、可靠性和高效性。三個隧道的LED光源使用壽命已接近半年，還未出現明顯的光衰現象。照明器故障率較低，其故障多為線纜接觸不良。

隧道內的環(huán)境可避免陽光對照明器的暴曬，從而有效降低熱輻射的影響，充分利用隧道內的通風條件，可有效提高LED燈的散熱效果。

與氣體放電光源相比較(如高壓鈉燈和熒光燈)，LED照明營造的隧道光環(huán)境，具有更好的清晰度和可見度。

被考察隧道中選用的LED光源色溫均在6 000 K左右，這種色溫的光源是否能提高人的視覺功效或對人體產生何種非視覺效應，則缺乏相應的科學依據。

被考察隧道中間段的路面平均照度、亮度過高，即使將照明水平控制調光在70%時，也超過了國家標準，應充分利用LED燈的無級調光性能，使照明水平與國家標準保持一致，但北京德勝口隧道未設置LED調光裝置，這顯然不利于節(jié)能減排。

節(jié)能不是一句空話，應用事實予以說明。應在滿足相同照明水平的條件下與傳統的高壓鈉燈照明方式進行比較，從而獲得量化的LED節(jié)能指標。如南京模范路隧道準備進行掛表測取用電量，并將其比對于采用高壓鈉燈照明的玄武湖隧道，由此掌握LED的節(jié)能水平。

被考察的隧道管理單位無統一的LED隧道照明管理模式及運營機制，多采用傳統的隧道照明管理模式。

應針對LED燈的特點，制定出科學規(guī)范的隧道照明設計標準，從而防止盲目設計所帶來的弊端。

考察中發(fā)現，各工程項目選用的LED隧道燈產品及附屬配件，均無統一的產品標準，這無疑將制約產品質量的提高，給產品的開發(fā)、使用和維護帶來一系列的問題。

總之，LED在隧道照明中的應用是一個新的領域，從理論上分析，LED照明應用于隧道照明不存在大的技術瓶頸，從這次考察結果中也可以看出，此項技術帶來的成果和效應是可喜的。但目前，大功率LED照明還存在不少問題，如何解決產品散熱和光衰嚴重的問題，建立標準規(guī)范的LED隧道照明設計、管理及運營體系，實現LED照明產品的標準化，則是有待于解決的難題，任重而道遠，相信通過業(yè)界人士的不斷努力，LED在隧道照明中的應用一定會獲得實質性的成功。