黃 珂

（西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，四川綿陽621010；重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院，重慶400045）

隧道入口照明設(shè)計(jì)方法比較

黃 珂

（西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，四川綿陽621010；重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院，重慶400045）

文章分析了隧道照明的k值法，用查表法、環(huán)境簡圖法和數(shù)碼相機(jī)法對福建永武高速公路入口照明進(jìn)行計(jì)算比較。查表法計(jì)算簡單，但誤差較大；環(huán)境簡圖法考慮了各部分景物的亮度和比例，比查表法準(zhǔn)確；數(shù)碼相機(jī)法借助軟件計(jì)算，更加精確，但出現(xiàn)曝光過度和曝光不足的極端情況時(shí)，其精度需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

隧道照明；k值法；查表法；環(huán)境簡圖法；數(shù)碼相機(jī)法

digital cameramethod

0 引 言

我國的隧道照明計(jì)算采用的是k值法，在計(jì)算洞外亮度的時(shí)候，有查表法、環(huán)境簡圖法、數(shù)碼相機(jī)法等。查表法計(jì)算簡單，但誤差較大；環(huán)境簡圖法考慮了各部分景物的亮度和比例，比查表法準(zhǔn)確；數(shù)碼相機(jī)法借助軟件計(jì)算，更加精確，但出現(xiàn)曝光過度和曝光不足的極端情況時(shí)，其精度需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

1 隧道基本情況

為了研究不同方法計(jì)算隧道入口段亮度的實(shí)際效果，現(xiàn)以福建省境內(nèi)永武（永安—武平）高速公路上的黃山嶺隧道為例，采用多種方法進(jìn)行對比分析研究。

福建永武高速北連浙江，南接廣東，是2004年國務(wù)院審議通過的國家高速公路“7918網(wǎng)”中第三縱“長春至深圳”福建省境內(nèi)的重要組成部分，于2006年開始建設(shè)，2010年竣工通車。被測的隧道采用端墻式洞口，洞口外植被茂盛，綠化良好。隧道的朝向?yàn)槟掀?0°，洞外路面平直，為黑色的改性瀝青路面。外觀見圖1。

隧道截面高7 m，寬7.2 m，地面排水坡度2%。燈具安裝高度6.3 m，燈具安裝截面圖見圖2。

圖2 隧道燈具安裝截面圖

測量時(shí)間為2010年8月18日至20日，天氣晴朗，測量者站在離隧道洞口一個(gè)安全停車距離處拍照，相機(jī)離地面高度為1.5 m。黃山嶺隧道測量距離為離洞口100 m，20°圓錐角視場角內(nèi)無天空，其洞門形式為淺色端墻式，洞頂采用深色植被綠化，部分邊坡裸露，如圖3（a）所示。

亮度計(jì)和相機(jī)應(yīng)當(dāng)放置在離隧道洞口一個(gè)安全停車距離的位置（這里是100 m），并且放置在車道中間，離路面1.5 m高，如圖3（b）所示。但是，當(dāng)車道上有車流的時(shí)候，不能在車道中間測量，這種情況下可以將相機(jī)安放在車道的一邊，其架設(shè)高度為1.5 m。因?yàn)闇y量時(shí)方位角的誤差通常在1%左右，這樣不會產(chǎn)生很大的誤差，安全停車距離通常允許存在10%的誤差。測量洞外各景物亮度的平均值及各種景物所占的比例見表1。

圖3 隧道測量

表1 黃山嶺隧道洞外景物亮度及各種景物所占比例

測量得到的路面亮度偏低，這是因?yàn)樗淼绖偪⒐ぃ谏男詾r青路面較新，顏色偏深。洞口綠化多為深綠色灌木，導(dǎo)致亮度比CIE推薦的值要低。

接下來分別用查表法、環(huán)境簡圖法和數(shù)碼相機(jī)法快速確定L20，根據(jù)k值法計(jì)算入口亮度，比較不同方法計(jì)算得到的入口段亮度。

我國標(biāo)準(zhǔn)中采用的k值只是對日本和歐洲k值的簡單平均，科學(xué)依據(jù)不足，因此筆者比較計(jì)算的時(shí)候，選用CIE 88—1990中推薦的k值進(jìn)行計(jì)算，見表2。

表2 CIE 88—1990推薦的k值

2 用查表法計(jì)算

根據(jù)《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T D70/2-01—2014），距離黃山嶺隧道100m處20°圓錐角視場內(nèi)無天空，洞口南偏西40°，隧道設(shè)計(jì)速度為80 km/h。

因此，通過表3，得到：

用查表法計(jì)算洞外亮度非常方便快捷，但是這種方法與實(shí)際情況往往有較大的出入。而本試驗(yàn)中的隧道洞口朝向并非正南北或正東西方向。這里查表法得到L20＝180 cd/m2，在隧道照明設(shè)計(jì)的前期具有非常重要的參考意義。

表3 JTG/TD70/2-01—2014推薦的洞外亮度L20（S）計(jì)算表（cd/m2）

3 用環(huán)境簡圖法計(jì)算

環(huán)境簡圖法就是將隧道洞口外景物亮度與各部份所占的百分比相乘，所以必須確定合理的洞外景物亮度值。環(huán)境簡圖法要求在測量點(diǎn)距地面1.5 m高處，考慮正對隧道洞口方向20°視野范圍內(nèi)，天空亮度、路面亮度、洞口環(huán)境亮度和隧道洞口亮度，洞外亮度值可以按下式計(jì)算：

式中：L20（S）——洞外亮度，cd/m2；

Lc——20°視野范圍內(nèi)的天空亮度，cd/m2；

Lr——洞外道路路面亮度，cd/m2；

Le——環(huán)境亮度，cd/m2；

Lτ——洞口亮度，cd/m2；

c、r、e、τ——分別為天空、路面、環(huán)境、洞口所占的百分比。

各部分景物的亮度參考CIE 88—1990給出的值，見表4。

表4 洞外景物亮度（cd/m2）

黃山嶺隧道天空、路面、環(huán)境、洞口各自比例見表1。代入公式（2）后，計(jì)算得到

環(huán)境簡圖法的各部分面積比例需借用軟件進(jìn)行計(jì)算，在劃分時(shí)由于操作人員不同，劃分的面積可能有所差異，需要仔細(xì)排除差異，精細(xì)劃分。

4 用數(shù)碼相機(jī)和黑度法計(jì)算

我國JTJ026.1—1999《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》中推薦了黑度法，即拍攝隧道圖像的黑白照片，并測量作為參考標(biāo)準(zhǔn)的灰板亮度，在照片上以灰板為參照，計(jì)算L20的值。近年來，隨著數(shù)碼相機(jī)和計(jì)算機(jī)的普及和性能的提高，已廣泛采用了數(shù)碼技術(shù)來作為測量和計(jì)算的手段。

圖4 SM光環(huán)境測試系統(tǒng)截圖

本測量數(shù)碼相機(jī)為Canon EOS 50D，配合Canon EF 17－40 mm f/4L USM鏡頭，以及高達(dá)1 510萬像素的CMOS感光器，具有卓越的成像能力，能充分滿足隧道入口測量的需求。

圖像處理則借用了具有國家發(fā)明專利的天津大學(xué)SM光環(huán)境測試系統(tǒng)進(jìn)行分析處理和輸出。

數(shù)碼相片參數(shù)：光圈F＝3.6，快門T＝1/1 000 s。拍攝時(shí)間為2010年8月20日中午。

SM光環(huán)境測試系統(tǒng)分析截圖見圖4。

Comparison of Lighting Design M ethods for Tunnel Portal

HUANG Ke
（Southwest University of Science and Technology Institute of Civil Engineering and Architecture，Mianyang 621010，P.R.China；College of Architecture and Urban Planning，Chongqing University，Chongqing 400045，P.R.China）

The article analyses the tunnel lighting of k value method，using look-up table method，environmental diagram method and digital camera method of fujian yong wu highway entrance lighting calculation comparison.

the tunnel lighting；k value method；the look-up table method；envionment diageram method；

2015-12-23

黃珂（1978-），男，博士生，講師，主要從事建筑光學(xué)和視覺理論研究。