李志鵬

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

0 引言

隧道照明系統(tǒng)能為廣大汽車駕駛?cè)藛T提供安全和舒適的行車環(huán)境，它是公路隧道機(jī)電系統(tǒng)中最重要的一個(gè)部分。近年來(lái)，我國(guó)公路建設(shè)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，公路隧道越來(lái)越多，隧道照明的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用隨之增加。節(jié)能也成為隧道照明的核心內(nèi)容，在此環(huán)境下，所謂的節(jié)能燈具如雨后春筍般層出不窮。

由于傳統(tǒng)隧道照明設(shè)計(jì)需要人工計(jì)算，耗時(shí)費(fèi)力，計(jì)算結(jié)果又不精確，如何選用高效的照明設(shè)計(jì)方式對(duì)隧道照明進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，已經(jīng)成為隧道照明設(shè)計(jì)師亟待解決的問(wèn)題。

本文主要探討了如何利用DIALux這款高效的照明設(shè)計(jì)軟件，就公路隧道照明系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，得到精確的數(shù)據(jù)，查看直觀的效果圖以及進(jìn)行三維視頻模擬。

1 國(guó)內(nèi)照明軟件應(yīng)用現(xiàn)狀

a)利用國(guó)外燈具企業(yè)提供的計(jì)算軟件進(jìn)行擬合計(jì)算。如：GE、PHILIPS、Disano、Lithonia等很多國(guó)外燈具品牌都有自己的照明設(shè)計(jì)軟件。優(yōu)點(diǎn)是使用軟件廠家自己的燈具計(jì)算時(shí)，結(jié)果相當(dāng)準(zhǔn)確；缺點(diǎn)是只能使用該廠家的燈具，否則就無(wú)法保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確。

b)國(guó)內(nèi)燈具企業(yè)自己開(kāi)發(fā)計(jì)算軟件，如3D MAX計(jì)算插件、圓方系統(tǒng)計(jì)算插件、中微軟件。優(yōu)點(diǎn)是軟件具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)；缺點(diǎn)是算法簡(jiǎn)陋、界面粗糙、使用困難、計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確率較低。

c)使用專業(yè)計(jì)算軟件，如 AGI、Relux、Light Star、Lumen micro、Autolux、Inspire等。優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算準(zhǔn)確、可引入各廠家的數(shù)據(jù)；缺點(diǎn)是學(xué)習(xí)比較困難、一般都只有英文版本，燈具數(shù)據(jù)引入比較復(fù)雜，輸出結(jié)果不夠直觀等。

2 DIALux軟件的特點(diǎn)

DIALux應(yīng)用廣泛、系統(tǒng)開(kāi)放、兼容性強(qiáng)，可以選擇國(guó)內(nèi)外燈具庫(kù)進(jìn)行精確計(jì)算，真正達(dá)到“選什么用什么”境界，有全中文化的界面和中文的技術(shù)支持服務(wù)，輸出真實(shí)，計(jì)算準(zhǔn)確，可以形象、真實(shí)表達(dá)設(shè)計(jì)意圖，完全可以配合公路隧道照明設(shè)計(jì)師完成隧道照明的任務(wù)。

3 隧道照明設(shè)計(jì)

筆者以中華人民共和國(guó)交通部2000年1月發(fā)布的《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》作為設(shè)計(jì)依據(jù)，介紹3種在DIALux4.10中選擇傳統(tǒng)隧道高壓鈉燈，計(jì)算隧道基本段照明亮度的設(shè)計(jì)方法。

3.1 基本參數(shù)

某高速公路隧道雙車道單向交通，凈空高度7.12 m，建筑限界高度為5 m，寬度為10.25 m，車道寬度為3.75 m，路面寬度為8.75 m，瀝青路面，檢修道寬度為0.75 m，高度為0.4 m，平均亮度與平均照度之間的換算關(guān)系取 18 lx/cd·m-2，設(shè)計(jì)車速80 km/h，設(shè)計(jì)交通量2 870輛/h。

基本照明段燈具選用三雄專用隧道照明燈具，防護(hù)等級(jí)IP65，具有適合公路隧道特點(diǎn)的防眩裝置，具有良好的防腐性能，燈具配件安裝易于操作，并能調(diào)整安裝角度，安裝高度5.2 m，仰角30°，養(yǎng)護(hù)系數(shù)取0.7，燈具的布置系數(shù)取1（交錯(cuò)布置）；光源為高壓鈉燈泡，功率150 W，光通量15 000 lm，修正系數(shù)為1。

基本段設(shè)計(jì)要求：路面亮度大于2.5 cd/m2；總均勻度 U0＞0.4，縱向均勻度 U1＞0.6。隧道兩側(cè)墻面 2 m高范圍內(nèi)，宜鋪設(shè)反射率不小于0.7的墻面材料，兩側(cè)墻面2 m高范圍內(nèi)的平均亮度，應(yīng)不低于路面平均亮度[1-2]。

3.2 方法1：“道路照明”法

忽略墻壁，不建隧道拱頂模型，直接用道路模擬來(lái)計(jì)算路面亮度。優(yōu)點(diǎn)：可以直接生成路面亮度、縱向均勻度等道路設(shè)計(jì)所需的指標(biāo)。

打開(kāi)DIALux4.10，進(jìn)入歡迎界面→建立新的街道設(shè)計(jì)案→在界面右側(cè)總覽表區(qū)的“道路照明”中點(diǎn)擊“編輯街道元素”→在任務(wù)管理器中添加兩條人行道并排列好道路與人行道的位置→“維護(hù)計(jì)劃方式”中設(shè)置維護(hù)系數(shù)為0.7→設(shè)置名稱為“隧道模型方法一”；點(diǎn)擊“道路1”設(shè)置道路1的寬度為8.75 m，線道數(shù)量為2，道路表面選“交通黑”→點(diǎn)擊“人行道1”設(shè)置人行道寬度0.75 m，高度為0.4 m，名稱為“檢修道 1”；同理設(shè)置“人行道 2”寬度 0.75 m，高度0.4 m，名稱為“檢修道2”。至此隧道路面模型已經(jīng)建好，如圖1所示。

圖1 隧道模型（方法1）

接下來(lái)通過(guò)插件安裝燈具，選擇所用的燈具放入模型中。

在任務(wù)管理器中點(diǎn)擊“燈具選項(xiàng)”選項(xiàng)卡→在DIALux燈具目錄中雙擊已經(jīng)安裝好的三雄極光燈具庫(kù)→選擇“戶外產(chǎn)品”中的“HID隧道燈”，型號(hào)為“PAK492104 PAK-M04-150K-AD-LJ”→點(diǎn)擊“發(fā)送到DIALux”，任務(wù)管理器設(shè)計(jì)案的項(xiàng)目1中會(huì)自動(dòng)生成子目錄“使用過(guò)的燈具”，剛選的150 W高壓鈉燈就在這個(gè)目錄中。

在總覽表區(qū)的“道路照明”中點(diǎn)擊“粘貼優(yōu)化的燈具排列”進(jìn)入“一個(gè)經(jīng)過(guò)優(yōu)化的燈具排列的粘貼向?qū)А薄O(shè)置優(yōu)化過(guò)程中應(yīng)該考慮的參數(shù)，如表1所示。

表1 參數(shù)設(shè)置

創(chuàng)建排列方式的備用列表，這樣可對(duì)所有排列進(jìn)行3級(jí)劃分（合適、幾乎合適、不合適），如果沒(méi)有備用列表則只能進(jìn)行兩級(jí)劃分（合適、不合適）。

將所選燈具放入“已選擇燈具”列表框中，進(jìn)一步選擇優(yōu)化參數(shù)設(shè)置：燈桿距離控制在5～15 m之間，階梯寬度1 m，光點(diǎn)高度5.2 m，燈具的排列方式為雙排交叉。

軟件馬上計(jì)算出排列方式的劃分結(jié)果：合適8，幾乎合適0，不合適3；從8種合適的計(jì)算結(jié)果中選擇燈桿距離為12 m的排列方式來(lái)計(jì)算已經(jīng)構(gòu)建的街道，觀察計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)燈具的仰角為0°，需要在任務(wù)管理器的“燈具排列”中將燈具的X方向旋轉(zhuǎn)角度調(diào)整為30°，再次計(jì)算，輸出結(jié)果見(jiàn)圖2所示。

圖2 輸出結(jié)果（方法1）

在任務(wù)管理器的“報(bào)表”選項(xiàng)卡中可以查看評(píng)估區(qū)域的計(jì)算結(jié)果。評(píng)估區(qū)域見(jiàn)圖3所示。

圖3 評(píng)估區(qū)域（方法1）

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2所示。

表2 計(jì)算結(jié)果（方法1）

3.3 方法2：“室內(nèi)照明”法

建立室內(nèi)拱頂模型，通過(guò)計(jì)算照度換算為路面亮度。優(yōu)點(diǎn)：可以計(jì)算豎直墻壁的亮度，可以引入陽(yáng)光，查看入口區(qū)的白天照明情況。

打開(kāi)DIALux4.10，進(jìn)入歡迎界面→建立新的室內(nèi)設(shè)計(jì)案→在任務(wù)管理器的“空間編輯員”中設(shè)置空間尺寸：長(zhǎng)50 m，寬10.25 m，高8 m。

灰度等照度圖如圖4所示。

圖4 灰度等照度圖（方法1）

將空間中的4個(gè)墻壁表面的材料設(shè)置為1014象牙色（近似防火涂料的顏色），地板的顏色設(shè)置為9012交通黑，在任務(wù)管理器的“對(duì)象”選項(xiàng)卡中選擇“空中組件”中的“穹窿”，設(shè)置穹窿尺寸為：長(zhǎng)10.25 m，寬50 m，高5.12 m，旋轉(zhuǎn)Z軸90°，然后粘貼到室內(nèi)空間中，再插入兩個(gè)平臺(tái)作為隧道兩側(cè)的檢修道。至此隧道路面模型就已經(jīng)建好了，如圖5所示。

圖5 隧道模型（方法2）

接下來(lái)選擇燈具放入模型中。在總覽表區(qū)的“室內(nèi)照明”中點(diǎn)擊“安裝燈具直線排列”，同樣選擇三雄的150 W的高壓鈉燈，高度5.2 m，仰角30°，兩排燈具交錯(cuò)布置。

由于室內(nèi)照明不能粘貼優(yōu)化的燈具排列，所以不僅要手動(dòng)排列燈具，而且要手動(dòng)添加評(píng)估區(qū)域。

在任務(wù)管理器的“對(duì)象”選項(xiàng)卡中，添加計(jì)算表面1（尺寸為16 m×8.5 m）來(lái)計(jì)算路面亮度的總均勻度，添加計(jì)算表面2（尺寸為24 m×0.4 m）來(lái)計(jì)算路面亮度縱向均勻度，添加計(jì)算表面3（尺寸為24 m×2 m）來(lái)計(jì)算墻面2 m高范圍內(nèi)的平均亮度。

計(jì)算后的輸出結(jié)果如圖6所示。

在任務(wù)管理器的“報(bào)表”選項(xiàng)卡中可以查看“計(jì)算表面”計(jì)算的結(jié)果。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3所示。

圖6 輸出結(jié)果（方法2）

表3 計(jì)算結(jié)果（方法2）

計(jì)算表面1的灰階等照度圖如圖7所示。

圖7 灰度等照度圖（方法2）

3.4 方法3：“戶外照明”+“道路照明”法

首先要把CAD中已經(jīng)繪制好的隧道輪廓導(dǎo)入DIALux作為底圖備用，利用擠壓體制作隧道洞壁模型，然后將方法1中設(shè)置好的“道路”置入“戶外場(chǎng)景”作為隧道路面模型，在戶外場(chǎng)景中完成隧道模型的建立。

建立新的戶外設(shè)計(jì)案→文件→導(dǎo)入→DWG或DXF文件→進(jìn)入CAD圖紙輸入向?qū)А业揭呀?jīng)畫好的“隧道輪廓線.dwg”文件→文件中的單位設(shè)置為“米”→設(shè)置坐標(biāo)原點(diǎn)→點(diǎn)擊“完成”，導(dǎo)入后的隧道輪廓線如圖8所示。

圖8 隧道輪廓線

在任務(wù)管理器的“對(duì)象”選項(xiàng)卡的“標(biāo)準(zhǔn)組件”中選擇“擠壓體”拖入戶外場(chǎng)景中，這時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)邊長(zhǎng)為1 m×1 m×1 m的六面體，同時(shí)在任務(wù)管理器中顯示“空間編輯員”，此時(shí)擠壓體處于編輯狀態(tài)，鼠標(biāo)右擊擠壓體→繪制多邊形→順著底圖繪制好隧道輪廓→最后關(guān)閉參考線。

確定了擠壓體的形狀后，設(shè)置擠壓體高度為120 m。同樣在標(biāo)準(zhǔn)組件中選擇“立方體”拖入戶外場(chǎng)景中，設(shè)置立方體的長(zhǎng)寬高為20 m×10 m×100 m。把立方體和擠壓體的相對(duì)位置調(diào)整好以后在任務(wù)管理器中選擇“戶外場(chǎng)景1”→對(duì)象→同時(shí)選擇立方體和擠壓體→右擊→去除→去掉擠壓體留下立方體→所得到的新的標(biāo)準(zhǔn)組建即為隧道洞壁模型。

把隧道洞壁模型保存成家具文件備用：文件→導(dǎo)出→保存對(duì)象→“隧道洞壁131023.m3d”→保存，至此制作好的隧道洞壁模型，已經(jīng)保存到DIALux的家具庫(kù)中，需要用的時(shí)候可以將其導(dǎo)出：文件→導(dǎo)入→家具文件→選擇剛保存的“隧道洞壁131023.m3d”→新建“我的家具”→確定，即可在“對(duì)象”選項(xiàng)卡的“Furniture”目錄下找到“我的家具”子目錄，其中已經(jīng)包含了自己建立的隧道洞壁模型。

按照方法1中設(shè)置道路的方法設(shè)置好道路，置入“戶外場(chǎng)景”中，把隧道洞壁模型也添加到同一戶外場(chǎng)景中，調(diào)整位置，按照方法2中燈具排列方式安裝燈具，然后添加計(jì)算表面1（尺寸為16 m×8.5 m）來(lái)計(jì)算路面亮度的總均勻度，添加計(jì)算表面2（尺寸為24 m×0.4 m）來(lái)計(jì)算路面亮度縱向均勻度，添加計(jì)算表面3（尺寸為24 m×2 m）來(lái)計(jì)算墻面2 m高范圍內(nèi)的平均亮度。建好的模型如圖9所示。

圖9 隧道模型（方法3）

點(diǎn)擊“開(kāi)始計(jì)算”后，在任務(wù)管理器的報(bào)表選項(xiàng)卡中可以查看“計(jì)算表面”計(jì)算的結(jié)果。計(jì)算后的輸出結(jié)果如圖10所示。

圖10 輸出結(jié)果（方法3）

計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 計(jì)算結(jié)果（方法3）

計(jì)算表面1的灰階等照度圖如圖11所示。

圖11 灰度等照度圖（方法3）

4 3種方法比較

以上介紹了在DIALux4.10中建立隧道模型進(jìn)行隧道照明計(jì)算的3種方法，3種方法均是在相同的路面寬度，相同的檢修道寬度，相同的燈具，相同的燈具間距，相同的燈具排列形式，相同的燈具高度，相同燈具仰角等的條件下對(duì)隧道中基本照明段進(jìn)行設(shè)計(jì)。

a）第1種方法，可以利用“道路照明”中對(duì)燈具排列的輔助設(shè)計(jì)程序，簡(jiǎn)單快捷地提供出設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行照明計(jì)算的輸出，但是忽略了隧道墻壁對(duì)路面亮度的影響，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不夠精確。

b）第2種方法，在室內(nèi)空間建立隧道模型，適合于壁直頂彎型隧道模型的建立，而且可以引入陽(yáng)光，對(duì)入口段及出口段照明進(jìn)行設(shè)計(jì)，但是檢修道，隧道頂，燈具布設(shè)等均需要手動(dòng)設(shè)置，建模過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。

c）第3種方法，采用“戶外照明”+“道路照明”方式，建立的隧道模型可以多樣化且比較精確（壁直頂彎斷面洞身、曲線斷面洞身、端墻式洞口以及削竹式洞口均可通過(guò)擠壓體方式制作完成），同時(shí)可以把道路照明中設(shè)置好的路面以及燈具布設(shè)直接置入戶外場(chǎng)景中使用，使得建模過(guò)程高效準(zhǔn)確，計(jì)算結(jié)果精確可信，模擬輸出真實(shí)可靠。此種方法不僅能同方法2一樣引入陽(yáng)光，模擬計(jì)算入口段及出口段照明，而且可以模擬計(jì)算洞口外的引入段照明，使得駕駛員進(jìn)入隧道前、進(jìn)入隧道中以及駛出隧道的整個(gè)過(guò)程都可以得到模擬計(jì)算。

DIALux還可以把輸出結(jié)果制作成三維視頻：文件→導(dǎo)出→保存三維視頻→定義攝像機(jī)路徑（行車路線），定義攝像機(jī)高度（駕駛員在車?yán)镅劬Φ母叨龋?，定義攝像機(jī)的速度（行車速度）→創(chuàng)建成avi視頻文件。這樣可以通過(guò)視頻模擬，直接感覺(jué)駕駛員穿越隧道的舒適程度。

5 結(jié)束語(yǔ)

2013年4月，交通運(yùn)輸部公布《2012年公路水路交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》，《公報(bào)》顯示，2012年末全國(guó)公路隧道為10 022處、805.27萬(wàn)m，比上年末增加179.93萬(wàn)m，隨著國(guó)內(nèi)公路隧道建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，隧道里程仍將繼續(xù)著它的延伸之旅。

作為隧道運(yùn)營(yíng)和維護(hù)費(fèi)用較高的隧道照明系統(tǒng)，越來(lái)越成為業(yè)主關(guān)注的焦點(diǎn)，駕駛員對(duì)隧道行駛的安全性和舒適度要求也越來(lái)越高。

如何高效地利用傳統(tǒng)隧道燈具和新興的隧道節(jié)能燈具設(shè)計(jì)出適合隧道的照明方案，設(shè)計(jì)師可以利用DIALux對(duì)任何形式的隧道進(jìn)行建模，對(duì)自己的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行精確計(jì)算，仿真模擬，可以為業(yè)主快速精確地提供照明設(shè)計(jì)方案和計(jì)算結(jié)果，并對(duì)駕駛員駛?cè)胨淼篮蟮陌踩院褪孢m度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。