孫雁飛 上海市城市建設設計研究總院（集團）有限公司，上海200125

0 前言

交會區(qū)（Conflict Areas）[1]是第一個在城市道路照明設計標準（CJJ45—2015）中出現的專業(yè)術語，其定義為道路的出入口、交叉口、人行橫道等區(qū)域。在此類區(qū)域中，機動車之間、機動車和非機動車或行人之間、車輛與固定物體之間的碰撞有增加的可能。其中，道路交會區(qū)照明是作為提高城市道路功能性照明的重點之一，通過這種方式能有效提高道路交通安全性，降低交會區(qū)碰撞的可能性。

LED作為21世紀最具競爭力的新型固體光源，在道路照明中被越來越廣泛的使用。但在目前規(guī)范中，尚未完善定義使用特定的配光燈具。這種情況促使現狀路口交會區(qū)功能性照明成為發(fā)現問題最多的地方，其主要存在照度過量，眩光超標，均勻度不達標等問題。

基于現有問題對其調研并分析，尋求一種合理、高效、簡單的方法，以下研究分析中，逐項對上述情況分析并解決了目前最常見的十字交叉口照明設計不合理的問題。

1 上海常見路口交會區(qū)照明設計現狀調研及分析

目前，上海常見路口交會區(qū)采用高度為12m的中桿平面對稱型投光燈。十字路口多為4角對稱布置，T型路口常見為道路盡端設置1處或3角布置[2]。照明燈具普遍采用以高壓鈉燈為主的投光燈，通常每根燈桿上，設置有2或3套燈具。實際使用中，這種設置可使機動車司機及行人感受到路口區(qū)域照度的明顯提升。但由于高壓鈉燈的顯色性較差，實際調研中發(fā)現，機動車駕駛者觀察到非機動車所消耗的反應時間相對較長。

同時，隨著LED作為高效路燈光源被廣泛投入市場，上海近年來也開始大范圍推廣LED路燈的使用。LED燈具與高壓鈉燈除了在色溫及顯色性上有明顯差異外，實際使用時LED燈具還可依據環(huán)境進行二次或三次配光，大大提高了燈具有效光通量的利用系數。但是在路口區(qū)域，由于其獨特的受光形式，正常路段使用的LED燈具不能適用在常見十字路口照明的布設形式中。因此，路口照明多采用與原先高壓鈉燈投光相同的布局設計，甚至連路口照明桿件都保持一致的配用方式。這樣的通用布設使得路口照明往往缺乏針對LED燈具的合理優(yōu)化[3]。

圖1 常見路口LED燈具配光

圖1所示為目前上海廣泛使用的LED投光燈常用配光，此種配光多是由景觀照明配光遷用至道路路口的功能性照明設計。通常依據光束角的不同，區(qū)分為投光燈與泛光燈。投光燈照射出的光束角度一般在30°～60°，而泛光燈照射出的光束角度一般是60°～120°。

在實際使用投光燈或泛光燈作為路口照明燈具的過程中發(fā)現，投光燈與泛光燈在路口照明設計中的適用性較差。原因共有以下3點：

（1） 路口使用的LED投光燈具并未依據路口照明的特點進行二次配光，導致未能有效提高使用LED燈具帶來的良好照明效果；

（2）由于燈具配光時未考慮抑制眩光，導致路口眩光超標，增加了行人及機動車的危險性；

（3）LED投光燈截光性明顯，桿后照明效果不佳。

2 交會區(qū)不合理照明行人及車輛影響

實際使用過程中，由于采用LED投光燈或泛光燈作為路口照明燈具后，人眼感受無法被具體量化分析。因此在下述案例中，使用圖1中的投光燈配光曲線在DIALux軟件中進行照明模擬，對使用此類燈具的路口照明效果進行數據分析并評價。

2.1 仿真分析

在上海市臨港某道路中，路口寬度約為65m，燈具采用光束角為50°的LED投光燈具，功率為200W，光通量為23000lm，四角對稱布置投光桿燈，燈具離地12 m。

圖2 路口采用50°投光燈配光偽色圖

在沒有周圍路燈補光的條件下，照明效果如圖2所示，亮度較高區(qū)域形成“×”狀，沒有被“×”覆蓋的區(qū)域則照度較低。同時，兩盞投光燈照射的高亮區(qū)域被放大，形成極度明顯的四點光斑，最大照度達到56 lx，而桿下區(qū)域有著明顯的低照度區(qū)域。實際運用過程中，此種配光對燈具安放位置也有要求，燈桿與被考察區(qū)域有最少距離要求，一般5 m左右，如果距離要求不滿足，則容易形成“燈下黑”的效果。從照度值看，其中亮度最高的區(qū)域成塊狀分布在燈的下方不遠處，而其他區(qū)域照度相對下降，如圖3所示。

圖3 路口采用50°投光燈配光燈照度圖

表1 路口采用50°投光燈配光燈照度結果

在沒有其他燈光補光條件下，均勻度也相應較低，見表1。由于角度范圍限制，在安裝時，一個位置需要兩盞角度適中的投光燈進行一定角度照射，如圖4所示。使用單個投光燈時，角度太大則溢出光太多，而角度太小，均勻度則不夠。

圖4 路口采用50°投光燈照射角度示意圖

2.2 均勻度影響

LED投光燈或泛光燈的配光特點是沿透光方向圓周對稱照射。安裝使用時，只需校準透光方向即可。但依據《城市道路照明設計標準》2015版中表3.4.1[1]的要求，照度均勻度需不小于0.4。因此，在進行路口區(qū)域照明設計時，還需要周圍路燈進行補光。但實際安裝調試時，路口照度均勻度調整難度較大，其數值常常只能達到0.2。上述仿真模擬中，均勻度僅能達到0.232，遠低于國標中要求的最低值0.4。均勻度較差時，有亮斑出現，容易形成“黑洞”效應，即當人眼望向亮斑時，亮斑后的物體應對比度較差，潛在問題無法被觀測到。

同時，路口中心區(qū)域照度僅能達到15lx，這對于提高交會區(qū)中易碰撞區(qū)域的照明度并無實際或明顯的成效，那么設置加強照明的意義在某種程度上就無效了。

2.3 眩光影響

為了量化分析眩光對駕駛者及行人的影響[4]，在2.1節(jié)模擬的交會區(qū)域設置了36個眩光測試點用來計算 GR值（如圖5所示）。為了模擬駕駛者的實際情況，眩光測試點采用離地1.5 m，觀測斜坡為-2°，即駕駛者視線為水平方向朝下2°，觀測范圍為四周360°區(qū)域，采集頻率為15°。

圖5 路口眩光測試點位圖

表2 路口眩光測試結果

眩光測試結果見表2，GR平均值約62。依據GB/Z 26214—2010中表2場地照明推薦眩光限定值[5]，照明應用類型為運動與安全的情況下，路口交會區(qū)應屬于正常交通情況，由表中可得推薦GR最高值應限制在45。

由此可見，采用普通LED投光型燈具不僅均勻度差，眩光也無法滿足實際安全需求。

3 交會區(qū)照明設計優(yōu)化方案

依據路口照明需求，下面針對現有交會區(qū)照明設計提出優(yōu)化方案，從而提高照明效果，提升交會區(qū)安全性。

3.1 燈具配光優(yōu)化

LED燈具本身可以進行二次配光，甚至有三次配光的潛在特性。依據目前常用的路口照明形式，進行過二次配光的路口照明燈具主要能保證路口的中心照度，即提高燈具朝向路口中心的光通量。同時，為避免燈桿桿下黑的情況出現，桿下區(qū)域需保證一定的光通量。由于桿下區(qū)域距離較近，少許的光通量即可達到配光需求。同時為了控制眩光，交會區(qū)應能夠對配光曲線保持抑制。依據市場上現有產品，尋找了兩款專為路口照明設計的燈具（配光曲線如圖6和圖7所示），并對其應用效果進行驗證。

圖6 路口專用燈具1配光曲線

圖7 路口專用燈具2配光曲線

3.2 優(yōu)化后照明模擬結果

沿用2.1節(jié)的模擬環(huán)境，僅修改燈具配光以及投射角度，計算表面、燈具位置、燈具高度、燈具功率、燈具光效及周圍環(huán)境均保持不變。

在采用路口專用燈具1配光曲線時，模擬結果見圖8、表3和表4。

圖8 路口專用燈具1配光點照度圖

表3 路口專用燈具1配光照度結果

表4 路口專用燈具1配光眩光測試結果

在采用路口專用燈具2配光曲線時，模擬結果見圖9、表5和表6。

圖9 路口專用燈具2配光點照度圖

表5 路口專用燈具2配光照度結果

表6 路口專用燈具2配光眩光測試結果

由模擬結果可見，路口專用燈具1和路口專用燈具2都能夠有效提高路口均勻度，燈具1和燈具2的均勻度分別為0.5和0.48。燈具1模擬結果 GR平均值為55，而燈具2的GR平均值為58.9。因此，路口專用燈具1比路口專用燈具2能夠更加有效地抑制眩光。但使用燈具1時，路口平均照度只能達到14 lx，而燈具2可以達到20lx。綜合考慮各項指標，LED路口專用燈具需根據其特性，對路口交會區(qū)進行優(yōu)化布設方案，從而更加有效地提高道路交通安全，降低交會區(qū)碰撞的可能性。

4 結論

在道路交會區(qū)中，使用路口專用配光曲線的LED燈具不僅可以有效地提高路口區(qū)域光照的均勻度，同時能夠有效地降低眩光出現的情況。但是目前，模擬得出的GR值仍然超過了限定眩光值。如何在保證均勻度的情況下降低GR值，從而進一步確保交會區(qū)域行車安全性將作為下一步研究探討的內容。