唐　鑫

(林同棪國(guó)際工程咨詢(中國(guó))有限公司， 重慶　401121)

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DIALux軟件在隧道照明調(diào)光設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

唐鑫

(林同棪國(guó)際工程咨詢(中國(guó))有限公司， 重慶401121)

摘要：隧道照明應(yīng)為駕駛員提供足夠的視覺(jué)信息。隧道內(nèi)亮度應(yīng)與實(shí)時(shí)車流量、實(shí)時(shí)洞外亮度的變化相適應(yīng)。因此，隧道運(yùn)營(yíng)中照明調(diào)光極為重要。DIALux軟件可以實(shí)現(xiàn)空間環(huán)境下的燈具選擇、布設(shè)以及照明模擬。介紹隧道照明的視覺(jué)特點(diǎn)，闡述隧道內(nèi)的照明強(qiáng)度分配，并利用DIALux軟件對(duì)隧道照明進(jìn)行仿真模擬。建立隧道模型，按設(shè)計(jì)要求布置燈具并設(shè)置各種場(chǎng)景模式，模擬分級(jí)調(diào)光隧道內(nèi)亮度情況。通過(guò)報(bào)表輸出，得出隧道照明所需的一些重要信息，為最優(yōu)隧道照明設(shè)計(jì)方案選擇提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：隧道照明；DIALux；分級(jí)調(diào)光；模擬仿真

城市隧道可有效縮短行車?yán)锍?，提高車輛的通行速度，促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，目前城市市政建設(shè)中大量使用了隧道工程。

隧道照明與開(kāi)放式道路一樣，不能降低駕駛環(huán)境對(duì)舒適性和安全性的要求，且須為駕駛員提供足夠的視覺(jué)信息。

隧道照明系統(tǒng)能為駕駛員提供安全和舒適的行車環(huán)境，而良好的隧道照明可帶給駕駛員舒適的視覺(jué)感受。因此，隧道照明系統(tǒng)所提供的照度要與駕駛員眼睛光線的調(diào)整與適應(yīng)程度相符。這種調(diào)整與適應(yīng)隨著駕駛員進(jìn)入及通過(guò)隧道的駕駛過(guò)程而逐漸變化[1]。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，因此，如何選用高效照明設(shè)計(jì)方式對(duì)隧道照明進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，已成為隧道照明設(shè)計(jì)中亟待解決的問(wèn)題。

DIALux 是一個(gè)燈光照明設(shè)計(jì)軟件，可免費(fèi)獲得。DIALux 是當(dāng)今市場(chǎng)上最具功效的照明計(jì)算軟件，幾乎能滿足目前所有照明設(shè)計(jì)及計(jì)算的要求。本文主要探討如何利用DIALux軟件對(duì)隧道照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真驗(yàn)算，并通過(guò)查看照度報(bào)表、直觀的效果圖以及進(jìn)行三維視頻模擬而得出所需的一些重要信息，從而為優(yōu)化隧道照明系統(tǒng)提供依據(jù)。

1隧道照明特點(diǎn)及分級(jí)控制要求

白天，若隧道較長(zhǎng)，隧道內(nèi)外亮度差別很大，駕駛員駕車進(jìn)入隧道的一瞬間，眼前一片漆黑，什么也看不見(jiàn)，這叫“黑洞現(xiàn)象”。駕駛員駕車駛出隧道時(shí)，感覺(jué)光線強(qiáng)烈，眩光視力下降，看不清前方物體，叫“白洞眩光”。駕駛員從進(jìn)入隧道到駛出隧道，眼睛都要經(jīng)過(guò)暗適應(yīng)和明適應(yīng)的過(guò)程。因此，為保障隧道內(nèi)駕駛員視覺(jué)需求，隧道內(nèi)亮度應(yīng)與實(shí)時(shí)車流量、實(shí)時(shí)洞外亮度的變化相適應(yīng)[2]。

隧道照明直接影響隧道運(yùn)營(yíng)安全與運(yùn)營(yíng)節(jié)能。隧道設(shè)施規(guī)模與隧道長(zhǎng)度、平曲線、豎曲線和交通量相關(guān)，隧道洞外亮度與隧道洞口邊仰坡高度、植被狀況、洞門(mén)形式及裝飾等相關(guān)。因此，隧道總體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮隧道照明設(shè)計(jì)[3]。

1.1隧道內(nèi)照明強(qiáng)度分配[4]

公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則規(guī)定，長(zhǎng)度大于200 m的高速公路隧道、1級(jí)公路隧道應(yīng)設(shè)置照明。城市隧道參照此標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

隧道照明可分為入口段照明、過(guò)渡段照明、中間段照明和出口段照明、洞外引道照明。單向交通隧道應(yīng)設(shè)置出口段照明；雙向交通隧道兩端應(yīng)設(shè)置入口段照明，而不設(shè)置出口段照明。隧道各照明段的照明亮度標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算方法參見(jiàn)JTG/T D70/2-01—2014《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》。

1.2隧道照明分級(jí)控制要求

1.2.1隧道白晝照明調(diào)光設(shè)計(jì)

應(yīng)根據(jù)隧道洞外亮度和交通量變化，對(duì)入口段、過(guò)渡段和出口段進(jìn)行調(diào)光設(shè)計(jì)。調(diào)光分級(jí)組合見(jiàn)表1。

表1　白晝加強(qiáng)照明調(diào)光分級(jí)

注：洞外亮度L20(S)是指在接近段起點(diǎn)S處距地面1.5 m高正對(duì)洞口方向20°視場(chǎng)實(shí)測(cè)得到的平均亮度。

按不同季節(jié)、不同天氣及交通量變化來(lái)調(diào)節(jié)隧道入口段、過(guò)渡段和出口段的亮度水平，以使隧道內(nèi)加強(qiáng)照明亮度適應(yīng)洞外亮度的變化，隧道照明更加科學(xué)合理，獲得節(jié)能效果。

1.2.2隧道夜間照明調(diào)光設(shè)計(jì)

隧道入口段、過(guò)渡段、出口段處的加強(qiáng)照明是為消除白天駕駛員接近并通過(guò)隧道時(shí)因洞內(nèi)外亮度差別極大引起的“黑洞效應(yīng)”“視覺(jué)適應(yīng)滯后”等視覺(jué)現(xiàn)象。因此，所有加強(qiáng)照明燈具在夜間均應(yīng)關(guān)閉。

2利用DIALux軟件進(jìn)行隧道照明仿真設(shè)計(jì)

2.1DIALux軟件簡(jiǎn)介

DIALux是一款對(duì)用戶完全免費(fèi)的燈光照明設(shè)計(jì)軟件，它適用于所有燈具制造商提供的燈具。目前已有43家燈具制造商對(duì)DIALux軟件提供贊助。這些持有DIALux許可證的燈具制造商提供所謂的“DIALux插件”，即電子燈具目錄。該目錄通過(guò)DIALux軟件為用戶提供燈具的配光曲線、外形尺寸等參數(shù)。DIALux軟件還可提供整體照明系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并提供完整的書(shū)面報(bào)表及3D模擬圖，大幅提升了照明設(shè)計(jì)師的工作效率與設(shè)計(jì)準(zhǔn)確度[5]。

2.2隧道模型建立

隧道照明模擬主要有2種方法：一是“道路照明”法，即按道路照明方式，忽略墻壁，不必建隧道拱頂模型，直接用道路模擬來(lái)計(jì)算路面亮度。其優(yōu)點(diǎn)是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)。二是“室內(nèi)穹頂”法，即建立室內(nèi)拱頂模型，通過(guò)計(jì)算照度換算為路面亮度。其優(yōu)點(diǎn)是可以計(jì)算墻壁亮度。

考慮到隧道調(diào)光設(shè)計(jì)，本文選用“室內(nèi)穹頂”法對(duì)隧道照明進(jìn)行模擬仿真[6]。

本文參照J(rèn)TG/T D70/2-01—2014附錄B照明計(jì)算舉例(簡(jiǎn)例B-1)300 m以下非光學(xué)長(zhǎng)隧道進(jìn)行仿真驗(yàn)算。隧道長(zhǎng)280 m，路面寬度為10.8 m，斷面高度為7.8 m，設(shè)計(jì)速度為80 km/h，設(shè)計(jì)小時(shí)交通量為750 h/(h·ln)，洞外亮度L20(S)為3 000 cd/m2。按照“室內(nèi)穹頂”法建立隧道模型，如圖1所示。

圖1　隧道模型

采用燈具利用系數(shù)法進(jìn)行照明系統(tǒng)計(jì)算，隧道照明系統(tǒng)設(shè)置見(jiàn)表2。

表2　隧道照明系統(tǒng)設(shè)置(單洞)

2.3燈具布設(shè)

根據(jù)前文所述算例，在DIALux軟件中打開(kāi)燈具庫(kù)，選用雷士照明燈具庫(kù)中150 W、100 W高壓鈉燈燈具進(jìn)行仿真。在DIALux軟件環(huán)境中，根據(jù)坐標(biāo)位置，采用直線排列布燈方式將燈具布置在隧道中線位置。燈具安裝高度選擇自定義設(shè)置，并選擇布設(shè)高度為5.5 m。

2.4場(chǎng)景模式設(shè)置

根據(jù)前文所述白晝及夜間調(diào)光控制，將隧道照明分為晴天、云天、陰天、重陰天、夜間5級(jí)控制，按照表2將燈具分為中間段全夜燈、中間段半夜燈、入口段1加強(qiáng)照明1類、入口段2加強(qiáng)照明1類、入口段1加強(qiáng)照明2類、入口段2加強(qiáng)照明2類、入口段1加強(qiáng)照明3類、入口段2加強(qiáng)照明3類、入口段1加強(qiáng)照明4類、入口段2加強(qiáng)照明4類共計(jì)8組回路控制，并根據(jù)各燈具的設(shè)計(jì)間距及控制方式將8組回路分別對(duì)應(yīng)添加到5個(gè)場(chǎng)景模式(控制群)中，如圖2所示。

2.5輸出報(bào)表

DIALux燈具及場(chǎng)景設(shè)置完成后，就可以在DIALux 軟件環(huán)境下進(jìn)行照度計(jì)算并得出照度報(bào)表。計(jì)算前，應(yīng)選擇所需要測(cè)試的平面，分別在入口段1、入口段2、中間段設(shè)置3段計(jì)算面。確定了計(jì)算對(duì)象后，就可以對(duì)所需要的信息進(jìn)行選擇，如各種燈光控制場(chǎng)景效果圖和計(jì)算面積圖等。

圖2　DIALux燈具及場(chǎng)景設(shè)置

本次驗(yàn)證的晴天模式各段計(jì)算面照度如圖3所示，晴天模式偽色表現(xiàn)如圖4所示。

圖3　隧道晴天模式各段計(jì)算面照度

圖4　隧道晴天模式偽色表現(xiàn)

經(jīng)軟件計(jì)算結(jié)束后，可在報(bào)表區(qū)查詢及輸出仿真結(jié)果，并從中得到隧道照明所需的一些重要信息，如燈具布設(shè)、3D仿真效果、偽色表現(xiàn)、隧道內(nèi)各段平均照度值等。有了這些信息，就可以和之前已經(jīng)計(jì)算好的隧道內(nèi)各個(gè)照明段在各種控制模式下的照明亮度需求進(jìn)行對(duì)比。經(jīng)過(guò)對(duì)比便可以得出隧道內(nèi)的照明亮度是否滿足實(shí)際中的照明需求，是否符合各級(jí)控制需求，從而為駕駛員提供更加良好舒適的駕駛環(huán)境。

3結(jié)束語(yǔ)

為消除“黑洞效應(yīng)”和“白洞效應(yīng)”，需對(duì)公路隧道照明進(jìn)行有效控制，以使隧道內(nèi)電光源照明亮度與隧道外自然光亮度之間盡可能建立一種相對(duì)穩(wěn)定、較為緩和的照明亮度遞減適應(yīng)曲線，滿足公路隧道運(yùn)營(yíng)安全的需要，最大限度地節(jié)約電能[7]。

本文利用DIALux軟件對(duì)隧道照明系統(tǒng)進(jìn)行了仿真模擬，并根據(jù)洞外照度對(duì)隧道照明調(diào)光設(shè)計(jì)進(jìn)行了模擬。該軟件可以在短時(shí)間內(nèi)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行精確計(jì)算、仿真模擬、生成報(bào)表，可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)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]張立波，郝海杰.淺析影響公路隧道照明設(shè)計(jì)的因素[J].北方交通，2007(3)：94-96.

[2]魏文信.室外照明工程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[3]招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司.JTG/T D70/2-01—2014公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則[S].北京：人民交通出版社，2014.

[4]金紹晨.基于DIALux的隧道照明仿真設(shè)計(jì)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2013(10)：26-28.

[5]吳玥含，陳勇良.基于DIALux 的公路隧道照明設(shè)計(jì)優(yōu)化[J].四川建筑，2011，31(5)：124-125.

[6]李志鵬.基于DIALux的公路隧道照明設(shè)計(jì)[J].山西交通科技，2014(2)：70-74.

Application of DIALux Software in Tunnel Lighting Dimming Design

TANG Xin

Abstract:Tunnel lighting shall provide enough visual information for drivers. Brightness inside the tunnels shall adapt to changes of real-time traffic flow and real-time brightness outside tunnels. Therefore, lighting dimming in tunnel operation is extremely important. DIAlux software can realize selection and layout of lamps and lighting simulation in spatial environment. This paper introduces visual features of tunnel lighting, expatiates distribution of illumination intensity, and simulates tunnel lighting by means of DIALux software. The paper establishes tunnel models, arranges lamps and sets various scene modes according to the design requirements, and simulates brightness in hierarchical dimming tunnels. Based on report outputs, some important information required for tunnel lighting is obtained to provide basis for selection of the optimal tunnel lighting design scheme.

Keywords:tunnel lighting; DIALux; hierarchical dimming; simulation

文章編號(hào)：1009-6477(2016)01-0126-04

中圖分類號(hào)：U453.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

作者簡(jiǎn)介：唐鑫(1981-)，男，四川省南江縣人，碩士，工程師。

收稿日期：2015-08-04

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.01.028