□ 文/沈宇偉

錢(qián)江隧道LED照明規(guī)劃方案

錢(qián)江通道及接線工程是《浙江省公路水路交通建設(shè)規(guī)劃》(2003-2020年)“兩縱、兩橫、十八連、三繞、三通道”的重要組成部分，沿線經(jīng)過(guò)嘉興市、杭州市及紹興市，也是長(zhǎng)三角都市圈高速公路網(wǎng)規(guī)劃中“七縱”之一的江蘇鹽城市至浙江紹興市高速公路的組成部分，在區(qū)域公路網(wǎng)中發(fā)揮著極其重要的作用。錢(qián)江隧道作為錢(qián)江通道及接線工程項(xiàng)目的主體性、關(guān)鍵性工程，也是全國(guó)著名的錢(qián)塘江流域的首條大型越江隧道。

錢(qián)江隧道工程總范圍長(zhǎng)度4800米，隧道全長(zhǎng)4450米（樁號(hào)K11+400～K15+850），其中江北工作井長(zhǎng)21m，明挖段559m（暗埋段327m）;江中圓隧道段長(zhǎng)3 251m;江南工作井長(zhǎng)23 m，明挖段600 m（暗埋段326m）。錢(qián)江隧道的通車(chē)有效地溝通了錢(qián)塘江的南北兩岸，對(duì)推動(dòng)錢(qián)塘江南北兩岸主要城鎮(zhèn)間的交通聯(lián)系及經(jīng)濟(jì)往來(lái)具有十分積極的作用。

其中更值得一提的是，錢(qián)江隧道的照明工程全程采用了先進(jìn)的LED照明技術(shù)。錢(qián)江隧道的LED照明工程，作為全國(guó)唯一的大交通流量水下隧道半導(dǎo)體照明示范工程，成功入選了國(guó)家半導(dǎo)體隧道燈應(yīng)用項(xiàng)目。

錢(qián)江隧道的照明工程，依據(jù)設(shè)計(jì)劃分為光過(guò)渡段、暗埋段及圓隧道段照明。鑒于隧道內(nèi)全程須滿足全時(shí)間段、全天候不間斷照明的特點(diǎn)，錢(qián)江隧道采用了綠色、高效、長(zhǎng)壽命的LED光源。相對(duì)于傳統(tǒng)光源，這種半導(dǎo)體光源具備減少光污染，建立隧道內(nèi)舒適高效、經(jīng)濟(jì)節(jié)能、安全穩(wěn)定的照明環(huán)境的優(yōu)勢(shì)。目前照明產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)中，隨著技術(shù)不斷發(fā)展，LED光源的光效正穩(wěn)步提升，價(jià)格也逐步降低，LED的使用壽命長(zhǎng)、單向發(fā)光、節(jié)能環(huán)保等高性?xún)r(jià)比的特點(diǎn)，使其作為照明光源的優(yōu)勢(shì)逐漸凸顯。

錢(qián)江隧道的LED照明實(shí)施方案中，依據(jù)JTJ026.1-1999《路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》,并依據(jù)隧道照明等級(jí)，明確了隧道內(nèi)燈具安裝及照明亮度的要求：

隧道照明車(chē)輛設(shè)計(jì)時(shí)速、洞外亮度及燈具的維護(hù)系數(shù)等（表一）

錢(qián)江通道基本照明和應(yīng)急照明均采用了LED隧道燈具，依據(jù)設(shè)計(jì)要求按5.6米的間距雙側(cè)對(duì)稱(chēng)布置，燈具安裝高度為5.2米。錢(qián)江隧道全程設(shè)計(jì)共用LED隧道燈具3000套，其中又包括：基本照明LED隧道燈具2608套，應(yīng)急照明LED隧道燈具360套，共計(jì)2968套，剩余的32套作為備品備件。

錢(qián)江隧道LED燈具的配光方案采用了矩形配光設(shè)計(jì)，該配光設(shè)計(jì)應(yīng)用于隧道內(nèi)，經(jīng)檢測(cè)可實(shí)現(xiàn)總體照度均勻度0.8以上，高于設(shè)計(jì)規(guī)范要求。LED燈具光源腔體的密封防護(hù)結(jié)構(gòu)采用了折疊扣件式結(jié)構(gòu)，LED光源實(shí)現(xiàn)了與反射器模組化封裝，便捷地實(shí)現(xiàn)了燈具的徒手化維護(hù)，解決了隧道燈具24小時(shí)工作，安裝、拆卸、維護(hù)困難的技術(shù)難題。每個(gè)光源模組由12個(gè)單體的LED光源串聯(lián)組成，LED光源工作電流僅需350mA，且每個(gè)光源都并聯(lián)設(shè)置了穩(wěn)壓二極管，單個(gè)光源損壞不會(huì)影響其他光源的正常工作。

自錢(qián)江隧道通車(chē)以來(lái)，LED隧道燈照明系統(tǒng)工作穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)抽樣調(diào)查反饋，駕駛員普遍反映照明效果令人滿意。

錢(qián)江隧道LED燈具照明效果與標(biāo)準(zhǔn)值的對(duì)比

錢(qián)江隧道LED調(diào)光控制系統(tǒng)

錢(qián)江隧道LED隧道燈照明系統(tǒng)的控制核心為照明調(diào)光控制系統(tǒng)，系統(tǒng)原理為通過(guò)PWM（脈沖寬度調(diào)制）方式，其工作機(jī)制為利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)控制模擬電路的恒流源輸出，進(jìn)而以恒流源輸出的微電流來(lái)控制LED模塊的發(fā)光亮度。另外，調(diào)光控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)地監(jiān)視、采集并調(diào)整恒流源的輸出信號(hào)，通過(guò)邏輯算法對(duì)模擬電路進(jìn)行故障診斷，當(dāng)判斷電路發(fā)生故障時(shí)，實(shí)時(shí)向上級(jí)監(jiān)控平臺(tái)傳送報(bào)警信息。PWM控制方式基于微電子技術(shù)，有利于降低LED燈的工作溫度，延長(zhǎng)燈具使用壽命，同時(shí)也具備節(jié)能功效。錢(qián)江隧道的LED調(diào)光控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)的一般照明和應(yīng)急照明的統(tǒng)一控制。

錢(qián)江隧道LED調(diào)光控制系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)為隧道調(diào)光系統(tǒng)管理平臺(tái)（已接入錢(qián)江隧道綜合監(jiān)控平臺(tái)）＋現(xiàn)場(chǎng)智能調(diào)光控制模塊＋燈具驅(qū)動(dòng)電源模塊三級(jí)設(shè)備進(jìn)行；考慮到錢(qián)江隧道綜合監(jiān)控平臺(tái)的統(tǒng)一性，LED調(diào)光管理軟件部署于錢(qián)江隧道綜合監(jiān)控平臺(tái)的照明監(jiān)控子系統(tǒng)內(nèi)；錢(qián)江隧道現(xiàn)場(chǎng)調(diào)光控制按隧道內(nèi)區(qū)段劃分設(shè)置為10個(gè)調(diào)光控制箱，每個(gè)控制箱均內(nèi)置智能調(diào)光控制模塊，采用嵌入式智能控制板卡，板卡的通訊接口支持標(biāo)準(zhǔn)Modbus RTU或MODBUS/TCP協(xié)議；現(xiàn)場(chǎng)智能調(diào)光控制模塊通過(guò)內(nèi)置的RJ45口，利用網(wǎng)線就近接入錢(qián)江設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)ACU控制箱內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)控制環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，如接入距離較遠(yuǎn)，則進(jìn)行路由介質(zhì)的光電轉(zhuǎn)換，增設(shè)光中繼模塊增加傳輸距離；現(xiàn)場(chǎng)智能調(diào)光控制模塊與每盞LED燈具之間通過(guò)485控制總線進(jìn)行調(diào)光控制信號(hào)傳輸。

錢(qián)江隧道LED調(diào)光控制系統(tǒng)架構(gòu)圖（圖1）

▲圖1

如圖1所示，錢(qián)江隧道LED調(diào)光控制系統(tǒng)從每個(gè)調(diào)光控制箱引出4路控制總線，并聯(lián)連接至本調(diào)光區(qū)段內(nèi)的每臺(tái)LED隧道燈，總線通過(guò)廣播輪詢(xún)方式發(fā)送調(diào)光控制信號(hào)。每個(gè)調(diào)光箱中的智能調(diào)光控制模塊通過(guò)網(wǎng)線接入就近ACU箱內(nèi)的控制網(wǎng)交換機(jī)，系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放的通信接口，智能調(diào)光控制模塊支持MODBUS通訊協(xié)議，可基于標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議定制開(kāi)發(fā)調(diào)光控制軟件或獨(dú)立的調(diào)光控制平臺(tái)。

調(diào)光控制箱分布圖（圖2）

▲圖2

如圖1所示，錢(qián)江隧道LED調(diào)光控制系統(tǒng)利用已有的錢(qián)江綜合監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制環(huán)網(wǎng)，智能調(diào)光控制模塊支持標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)通信協(xié)議，在隧道現(xiàn)場(chǎng)就近接入ACU，當(dāng)距離較近時(shí)（少于150 m）直接采用網(wǎng)線連接，當(dāng)距離較遠(yuǎn)時(shí)（大于150 m）采用光電收發(fā)器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并增加光中繼模塊以增加傳輸距離，然后再接入ACU內(nèi)交換機(jī)。另外，智能調(diào)光控制模塊屬于弱電設(shè)備，應(yīng)使用UPS保障供電質(zhì)量，并注意設(shè)備的防雷接地。

調(diào)光控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)制沿用了上海長(zhǎng)江隧橋LED控制系統(tǒng)的成熟機(jī)制，采用主從式結(jié)構(gòu)。

在主從式結(jié)構(gòu)的通信機(jī)制中，從隧道控制中心（綜合監(jiān)控平臺(tái)）到智能調(diào)光控制模塊，采用SNMP（簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）協(xié)議通訊，如圖3所示，采用主站向各從站發(fā)送命令輪詢(xún)方式，控制中心為主站，智能調(diào)光控制模塊為從站；從各智能調(diào)光控制模塊到LED燈具采用RS485總線通訊方式，如下圖四所示，智能調(diào)光控制模塊為主站，LED燈具為從站。

控制中心對(duì)下屬各調(diào)光控制模塊設(shè)置時(shí)控計(jì)劃控制流程示例（圖3）

▲圖3

調(diào)光控制模塊與LED燈具通信交互方式（圖4）調(diào)光、巡檢

▲圖4

智能調(diào)光控制功能

LED智能調(diào)光系統(tǒng)的控制原理如下：每個(gè)LED燈具安裝有電源模塊和檢測(cè)控制模塊，電源模塊支持85V－265v超寬幅交流輸入供電，當(dāng)輸入電源ATS（自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電器）切換時(shí)，LED燈具的再啟動(dòng)不超過(guò)0.1s。檢測(cè)控制模塊則由新一代高性能的單片機(jī)及其外圍電路組成，具備總線通信接口。LED燈具的檢測(cè)控制模塊除響應(yīng)智能調(diào)光控制模塊的定期巡檢命令外，可接收智能調(diào)光控制模塊的調(diào)光控制指令，并且采用PWM方式輸出到LED燈具的電源模塊，控制燈具的電流大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈具的亮度調(diào)節(jié)控制。

錢(qián)江隧道LED智能調(diào)光控制具備以下三大基本功能：

時(shí)間控制模式：調(diào)光控制軟件可提供任意段時(shí)間控制，用戶可自定義每段工作時(shí)間，設(shè)置與時(shí)間相對(duì)應(yīng)的調(diào)光級(jí)別。用戶在綜合監(jiān)控平臺(tái)中設(shè)置完成后，由控制中心將用戶設(shè)置的時(shí)控模式下發(fā)至下轄各調(diào)光控制模塊。

分區(qū)統(tǒng)一控制模式：系統(tǒng)可依據(jù)下轄各個(gè)調(diào)光控制模塊的總線控制區(qū)段，對(duì)隧道內(nèi)LED燈具實(shí)現(xiàn)分區(qū)域、分批次的集中控制。此控制方式較為靈活，具備在調(diào)光軟件中任意劃分LED燈的控制群組及區(qū)段的功能，且劃分不受隧道內(nèi)燈具的安裝位置限制、不受是否為同一物理總線連接限制。

如錢(qián)江隧道LED控制系統(tǒng)物理上分為十個(gè)調(diào)光控制模塊，四十條控制總線，但是分區(qū)控制可任意將隧道內(nèi)LED燈具劃分為四區(qū)段、六區(qū)段、十二區(qū)段等等任意數(shù)量的區(qū)段，并制定相應(yīng)的調(diào)光控制預(yù)案，不受物理上燈具實(shí)際連接的智能調(diào)光控制模塊及控制總線的限制。

本地控制模式：在本地調(diào)光控制箱的面板上有手動(dòng)的調(diào)光旋鈕，可以通過(guò)旋鈕開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)總線所連接燈具的九級(jí)調(diào)光控制。此功能為應(yīng)急響應(yīng)功能，主要應(yīng)用在脫機(jī)狀態(tài)或者網(wǎng)絡(luò)故障狀態(tài)等特殊情況下，在本地實(shí)現(xiàn)對(duì)所連接燈具的分級(jí)調(diào)光。

隧道LED照明節(jié)能功效

目前隧道LED照明節(jié)能功效可分為L(zhǎng)ED燈具本身節(jié)能及控制模式節(jié)能兩部分：

LED燈具節(jié)能：

針對(duì)錢(qián)江隧道工程的特點(diǎn)，結(jié)合建設(shè)方隧道股份公司提出的照明系統(tǒng)的高規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)要求，工程專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了一款適用于江底隧道照明的LED隧道燈。為了滿足燈光對(duì)行駛車(chē)輛產(chǎn)生引導(dǎo)作用，隧道燈設(shè)計(jì)成長(zhǎng)條形；為了滿足隧道照明時(shí)間長(zhǎng)，燈具可維護(hù)性強(qiáng)的特點(diǎn)，燈具按照模塊化思維進(jìn)行了設(shè)計(jì)，便于燈具的方便維修，同時(shí)可以大大降低整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)成本；為了實(shí)現(xiàn)隧道照明較高的照明均勻性要求，同時(shí)為了提高燈具的光線利用效率，專(zhuān)門(mén)根據(jù)錢(qián)江隧道的布燈要求，特別設(shè)計(jì)了燈具配光系統(tǒng)；為了達(dá)到最好的節(jié)能效果，篩選了全世界范圍內(nèi)最為主要的芯片及光源生產(chǎn)商，并結(jié)合國(guó)內(nèi)頂級(jí)的集成廠商，在該款燈具中使用了當(dāng)時(shí)能夠量產(chǎn)的最亮的LED光源。

表三

與傳統(tǒng)的熒光燈和高壓鈉燈相比較，LED燈可節(jié)約50%至70%的能耗，并且LED燈不含汞(Hg)，鉛(Pb)等元素，制造、使用及報(bào)廢的全過(guò)程不產(chǎn)生環(huán)境污染。在鋪設(shè)成本上，由于高壓鈉燈及傳統(tǒng)熒光燈功耗大，因此所采用的電源銅線線徑比較粗，而LED燈則可以用相對(duì)較細(xì)的銅線就可以滿足同樣的需要，故成本也較為低廉。

錢(qián)江隧道LED燈具參數(shù)表三：

采用鑄鋁合金壓鑄成型殼體，首創(chuàng)散熱體和燈殼一體化設(shè)計(jì)，光源與外殼緊密相接，通過(guò)外殼散熱翼與空氣對(duì)流散熱，充分保證了LED燈具50000小時(shí)（普通LED燈為30000小時(shí)）的使用壽命。

燈具其它技術(shù)參數(shù)（表三）

控制系統(tǒng)節(jié)能：

在采用LED燈具照明的模式下，可以利用其亮度調(diào)節(jié)響應(yīng)快（秒級(jí)相應(yīng)），可反復(fù)開(kāi)關(guān)而不影響壽命的特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)光控制系統(tǒng)下發(fā)控制指令，調(diào)節(jié)每盞燈具或者整個(gè)調(diào)光分區(qū)燈具的工作電流，隨時(shí)調(diào)節(jié)燈具亮度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能，避免不必要的電能浪費(fèi)。

另外，利用LED等亮度調(diào)節(jié)相應(yīng)迅速的特性，還可通過(guò)與隧道內(nèi)光強(qiáng)光照儀、能見(jiàn)度檢測(cè)儀等環(huán)境檢測(cè)儀表聯(lián)動(dòng)，形成基于檢測(cè)參數(shù)的實(shí)時(shí)閉環(huán)調(diào)光控制，或者依據(jù)一年四季的不同時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行調(diào)光預(yù)案控制。