王小軍，楊 翠，王少飛

(1.國(guó)家山區(qū)公路工程技術(shù)研究中心，重慶 400067；2.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400067；3.重慶市計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)研究院，重慶 401121)

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道路長(zhǎng)隧道入口部照明優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

王小軍1，2，楊 翠3，王少飛1，2

(1.國(guó)家山區(qū)公路工程技術(shù)研究中心，重慶 400067；2.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400067；3.重慶市計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)研究院，重慶 401121)

白天機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)藦拿髁恋沫h(huán)境接近、進(jìn)入和通過(guò)道路隧道的過(guò)程中，將面臨多種特殊的視覺(jué)問(wèn)題，故應(yīng)高度重視隧道入口段、過(guò)渡段的照明設(shè)施設(shè)計(jì)，以降低道路隧道入口部事故率。針對(duì)現(xiàn)行規(guī)范的不足，提出一種改進(jìn)的長(zhǎng)隧道白天照明亮度適應(yīng)曲線(階梯曲線)，其更符合CIE技術(shù)報(bào)告要求。計(jì)算實(shí)例表明，采用本文研究成果，雖然道路隧道入口部照明設(shè)計(jì)參數(shù)有所偏高，但適應(yīng)亮度過(guò)渡更為平滑、緩和且適應(yīng)長(zhǎng)度有所增加，總體上更有利于保障道路隧道行車安全。

道路隧道；照明工程；亮度適應(yīng)曲線；優(yōu)化設(shè)計(jì)；長(zhǎng)隧道；入口處；照明；行車安全

引言

白天機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)藦拿髁恋沫h(huán)境接近、進(jìn)入和通過(guò)道路隧道的過(guò)程中，與行駛在一般道路上存在顯著不同，其將面臨多種特殊的視覺(jué)問(wèn)題[1-2]：

1)進(jìn)入隧道前的視覺(jué)問(wèn)題：由于隧道內(nèi)、外部的亮度差別極大，所以從隧道外部去看隧道入口時(shí)，存在“黑洞”(長(zhǎng)隧道)或“黑框”(短隧道)現(xiàn)象。

2)進(jìn)入隧道后立即出現(xiàn)的視覺(jué)問(wèn)題：機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)擞擅髁恋耐獠窟M(jìn)入即使不太黑暗的隧道以后，要經(jīng)過(guò)一定時(shí)間才能看清隧道內(nèi)部的情況，稱之為“適應(yīng)的滯后現(xiàn)象”，這是因?yàn)榧眲〉牧炼茸兓瘜?dǎo)致人眼視覺(jué)不能迅速適應(yīng)所致。

3)隧道出口處的視覺(jué)問(wèn)題：機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)舜┰捷^長(zhǎng)的隧道接近出口時(shí)，由于隧道外部亮度極高，出現(xiàn)極強(qiáng)的眩光，存在“白洞”現(xiàn)象。

由于上述情況，道路隧道一般應(yīng)設(shè)置電光照明，以利行車安全。二十世紀(jì)六七十年代，歐洲、日本學(xué)者圍繞道路隧道照明需求開(kāi)展了大量基礎(chǔ)性研究[3]，國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)在這些研究成果的基礎(chǔ)上提出了白天道路隧道照明亮度適應(yīng)曲線[4-5]。本文結(jié)合CIE技術(shù)報(bào)告(CIE 88：2004)[6]，提出一種改進(jìn)后的照明亮度適應(yīng)曲線，以期為國(guó)內(nèi)道路隧道照明設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。

1 CIE長(zhǎng)隧道白天照明亮度適應(yīng)曲線

為確定白天道路隧道縱向照明水平，《Guide for the Lighting of Road Tunnels and Underpasses》(CIE 88：2004)將道路隧道劃分為不同的區(qū)域：境界區(qū)、漸變區(qū)、內(nèi)部區(qū)和出口區(qū)，如圖1所示。

圖1 道路隧道照明區(qū)域Fig.1 Zones in a tunnel

白天道路隧道照明亮度適應(yīng)曲線如圖2所示。CIE 88：2004指出，“在亮度水平不落在連續(xù)曲線下方的情況下，該曲線可由階梯曲線代替。從一個(gè)階梯到另一個(gè)階梯允許的最大亮度比率為3，最后一個(gè)階梯的亮度不應(yīng)大于內(nèi)部亮度的2倍?！睆纳鲜鲆罂梢缘弥?/p>

1)圖2所示的連續(xù)照明亮度適應(yīng)曲線可以用階梯曲線代替。

2)階梯曲線每段亮度水平均不得低于相同條件下的連續(xù)曲線亮度水平。

3)從一個(gè)階梯到另一個(gè)階梯的最大亮度比為3。

4)最后一個(gè)階梯的亮度不應(yīng)大于內(nèi)部區(qū)亮度的2倍。

2 改進(jìn)的長(zhǎng)隧道白天照明亮度適應(yīng)曲線

為便于工程應(yīng)用，本文按照前述4項(xiàng)要求對(duì)圖2所示的長(zhǎng)隧道白天照明亮度適應(yīng)曲線進(jìn)行優(yōu)化，如圖3所示。

圖3對(duì)現(xiàn)行《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/T D70/2-01—2014)給出的階梯曲線和本文提出的改進(jìn)階梯曲線進(jìn)行了對(duì)比(見(jiàn)表1)，可以看出，與國(guó)際照明界已經(jīng)形成的共識(shí)相比，現(xiàn)行規(guī)范給出的階梯曲線還存在一定的不足，而本文提出的改進(jìn)階梯曲線更符合CIE技術(shù)報(bào)告要求。

表1 長(zhǎng)隧道白天照明亮度適應(yīng)曲線(階梯曲線)對(duì)比Table 1 Contrast of luminance adaptation curve(step curve)

圖2 沿道路隧道縱向的亮度變化(CIE連續(xù)曲線)Fig.2 Luminance evolution along the tunnel(CIE curve)

圖3 沿道路隧道縱向的亮度變化(階梯曲線)Fig.3 Luminance evolution along the tunnel(step curve)

3 長(zhǎng)隧道入口部照明的優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 境界區(qū)照明

本文建議將境界區(qū)劃分為TH1、TH2、TH3三個(gè)照明段，與之對(duì)應(yīng)的亮度分別為

Lth1=k×L20

(1)

Lth2=0.8×k×L20

(2)

Lth3=0.6×k×L20

(3)

式中，Lth1——境界區(qū)TH1的亮度(cd/m2)；Lth2——境界區(qū)TH2的亮度(cd/m2)；Lth3——境界區(qū)TH3的亮度(cd/m2)；k——境界區(qū)亮度折減系數(shù)，參考文獻(xiàn)[7]取值；

L20——洞外亮度(cd/m2)。

境界區(qū)TH1、TH2、TH3長(zhǎng)度分別為：

Dth1=0.6×Ds

(4)

Dth2=0.2×Ds

(5)

Dth3=0.2×Ds

(6)

式中，Dth1——境界區(qū)TH1的長(zhǎng)度(m)；Dth2——境界區(qū)TH2的長(zhǎng)度(m)；Dth3——境界區(qū)TH3的長(zhǎng)度(m)；Dth4——停車視距(m)，參考文獻(xiàn)[7]取值。

3.2 漸變區(qū)照明

根據(jù)CIE技術(shù)報(bào)告，漸變區(qū)亮度為

Ltr=Lth1(1.9+t)-1.4

(7)

式中，Ltr——漸變區(qū)的亮度(cd/m2)；t——機(jī)動(dòng)車在漸變區(qū)的行駛時(shí)間(s)。

本文建議將漸變區(qū)劃分為TR1、TR2、TR3、TR4四個(gè)照明段，與之對(duì)應(yīng)的亮度分別為

Ltr1=0.4Lth1

(8)

Ltr2=0.15Lth1

(9)

Ltr3=0.06Lth1

(10)

Ltr4=0.03Lth1

(11)

式中，Ltr1——漸變區(qū)TR1的亮度(cd/m2)；Ltr2——漸變區(qū)TR2的亮度(cd/m2)；Ltr3——漸變區(qū)TR3的亮度(cd/m2)；Ltr4——漸變區(qū)TR4的亮度(cd/m2)。

漸變區(qū)TR1、TR2、TR3、TR4長(zhǎng)度分別為

(12)

(13)

(14)

(15)

式中，Dth1——境界區(qū)TH1的長(zhǎng)度(m)；Dth2——境界區(qū)TH2的長(zhǎng)度(m)；Dth3——境界區(qū)TH3的長(zhǎng)度(m)；Dth4——境界區(qū)TH4的長(zhǎng)度(m)；v——道路隧道設(shè)計(jì)速度(km/h)。

4 計(jì)算實(shí)例

以現(xiàn)行《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/T D70/2-01—2014)簡(jiǎn)例B-3為例，采用改進(jìn)的長(zhǎng)隧道白天照明亮度適應(yīng)曲線，得到的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。數(shù)據(jù)表明，采用本文研究成果，雖然道路隧道入口部照明設(shè)計(jì)參數(shù)有所偏高，但適應(yīng)亮度過(guò)渡更為平滑、緩和且適應(yīng)長(zhǎng)度有所增加，總體上更有利于保障道路隧道行車安全。

表2 道路隧道照明計(jì)算結(jié)果Table 2 Lighting calculation results of road tunnels

5 結(jié)語(yǔ)

1)國(guó)內(nèi)外相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，道路隧道內(nèi)事故率通常低于一般道路的事故率，但道路隧道內(nèi)一旦發(fā)生事故，其后果可能具有極強(qiáng)的破壞性和危險(xiǎn)性，甚至造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。另一方面，道路隧道事故的空間分布規(guī)律表明隧道入口附近的事故率最高。因此，在道路隧道工程建設(shè)時(shí)，應(yīng)高度重視入口段、過(guò)渡段的照明設(shè)施設(shè)計(jì)，這對(duì)保障行車安全極其重要。

2)與國(guó)際照明界已經(jīng)形成的共識(shí)相比，現(xiàn)行規(guī)范給出的長(zhǎng)隧道白天照明亮度適應(yīng)曲線(階梯曲線)還存在一定的不足。為此，本文提出一種改進(jìn)的長(zhǎng)隧道白天照明亮度適應(yīng)曲線(階梯曲線)，其中將入口段分為3段，將過(guò)渡段分為4段，其更符合CIE技術(shù)報(bào)告要求。計(jì)算實(shí)例表明，采用本文研究成果，雖然道路隧道入口部照明設(shè)計(jì)參數(shù)有所偏高，但適應(yīng)亮度過(guò)渡更為平滑、緩和且適應(yīng)長(zhǎng)度有所增加，總體上更有利于保障道路隧道行車安全[8-11]。

[1] 公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范：JTJ 026-90[S].

[2] 趙忠杰.高等級(jí)公路隧道照明工程設(shè)計(jì)與研究[J].西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，19(2)：55-57.

[3] BOMMEL Wout van. Road Lihgting—Fundamentals，Technology and Application[M].Springer，2015.

[4] Tunnel entrance lighting—a survey of fundamentals for determining the luminance in the threshold zone:CIE 61：1984[S].

[5] Guide for the Lighting of Road Tunnels and Underpasses:CIE 88：1990[S].

[6] Guide for the Lighting of Road Tunnels and Underpasses:CIE 88：2004[S].

[7] 公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則:JTG/T D70/2-01—2014[S].

[8] 王少飛，柏立懂，王輝，等.再論公路隧道運(yùn)營(yíng)管理[J].公路，2014，(10)：171-176.

[9] 張忠勝，王少飛，涂耘，等.公路隧道運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)控制策略[J].公路，2015，(6)：148-151.

[10] 王少飛，涂耘，鄧欣，等.論公路隧道照明節(jié)能[J].照明工程學(xué)報(bào)，2012，23(3)：106-112.

[11] 涂耘，王少飛，張琦，等.西漢高速公路隧道照明系統(tǒng)評(píng)估研究[J].照明工程學(xué)報(bào)，2010，21(5)：15-21.

Research on the Lighting Optimization Design of the Long Tunnels Entrance

WANG Xiaojun1，2，YANG Cui3，WANG Shaofei1，2

(1.National Engineering & Research Center for Highways in Mountain Area，Chongqing 400067，China；2.China Merchants Chongqing Communications Research&Design Institute Co.，Ltd，Chongqing 400067，China；3.Chongqing Academy of Metrology and Quality Inspection，Chongqing 401121，China)

During daytime, motor vehicle driver, from the bright environment approaching, entering and crossing road tunnels，will face a variety of special visual problems. Therefore，it is highly important to take the tunnel lighting design seriously of entrance and transition sections，in order to reduce the accident rate of the road tunnel entrance. In view of the deficiency of current standard，this paper proposes an improved luminance adaptation curve(step curve)of long road tunnels，which is more in line with the requirements of CIE technology report. The calculation examples show that，using the results of this study，although the lighting design parameters are a little higher, it is more smooth and its adaptive length increases a bit，which will be more conducive to the protection the traffic safety of road tunnels.

road tunnels；lighting engineering；luminance adaptation curve；optimization design； long tunnel; entrance; lighting; traffic safety

交通部公路工程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制修訂項(xiàng)目(交公路發(fā)(2007)378號(hào))，重慶市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局科研計(jì)劃項(xiàng)目(CQZJKY2015015)

U453.7

A

10.3969j.issn.1004-440X.2017.03.011