常文偉，劉立湘，冒衛(wèi)星，高 巍

（1.山西路橋集團(tuán)陽(yáng)蟒高速公路有限責(zé)任公司，山西 太原 030000；2.安徽中益新材料科技有限公司，安徽 滁州 239000）

1 概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高速公路建設(shè)也逐步向山區(qū)、經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)等延伸。近10年來(lái)，我國(guó)公路隧道年新增里程在1100km 以上，已成為目前世界上公路隧道規(guī)模最大、數(shù)量最多、發(fā)展速度最快的國(guó)家。截止2019年底，全國(guó)公路隧道共計(jì)14006 處、1268.39 萬(wàn)m。其中，特長(zhǎng)隧道 744 處、329.98 萬(wàn) m，長(zhǎng)隧道 3138 處、537.68 萬(wàn)m，位列世界第一[1-2]。根據(jù)對(duì)已建成通車公路隧道的運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀情況調(diào)研發(fā)現(xiàn)，隧道照明年運(yùn)營(yíng)費(fèi)用成為公路隧道運(yùn)營(yíng)管理部門沉重的負(fù)擔(dān)，特別是部分公路運(yùn)營(yíng)收不抵支，造成隧道照明設(shè)備配得起、用不起。為減少運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，部分隧道存在不開(kāi)燈或少開(kāi)燈等運(yùn)營(yíng)不規(guī)范現(xiàn)象，導(dǎo)致交通安全隱患突出。另一方面，近幾年隨著隧道照明節(jié)能技術(shù)的不斷發(fā)展，部分新技術(shù)、新材料可有效降低隧道照明建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本，但由于缺乏相關(guān)規(guī)范支撐，使得這些新技術(shù)、新材料在應(yīng)用上缺乏技術(shù)指導(dǎo)依據(jù)。盡管也有一些單位開(kāi)展了節(jié)能新技術(shù)、新材料的應(yīng)用試點(diǎn)，但由于缺乏規(guī)范支撐，或是不同節(jié)能技術(shù)單獨(dú)應(yīng)用未體現(xiàn)綜合節(jié)能優(yōu)勢(shì)，或是技術(shù)應(yīng)用后僅僅作為錦上添花的效果，未能有效減少照明運(yùn)營(yíng)能耗。在隧道數(shù)量增加伴隨照明能耗急增的當(dāng)下，特別是近幾年對(duì)照明品質(zhì)要求的提升，如何采用新材料、新技術(shù)在提高照明品質(zhì)的同時(shí)有效降低隧道照明能耗成為隧道建設(shè)及運(yùn)營(yíng)管理單位急需解決的問(wèn)題[3]。多功能儲(chǔ)能式發(fā)光涂料是現(xiàn)代新型的隧道輔助照明技術(shù)，其不僅能夠滿足在隧道側(cè)壁的反光要求，還能夠自主發(fā)光來(lái)提高隧道內(nèi)的亮度，特別是在較暗的地方能夠使駕駛員看清路面狀況，保證行車安全。多功能儲(chǔ)能式發(fā)光涂料與其他隧道照明燈具結(jié)合使用能夠大大的增加隧道內(nèi)亮度，可達(dá)到經(jīng)濟(jì)節(jié)能的效果，隧道內(nèi)涂裝增亮材料的綜合分析，由于蓄能發(fā)光多功能材料具備多項(xiàng)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，項(xiàng)目通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，分別研究了采用蓄能發(fā)光多功能涂料與其他涂料進(jìn)行比較，對(duì)應(yīng)的亮度增亮及對(duì)隧道照明質(zhì)量的增量，進(jìn)而得到的隧道照明節(jié)能的貢獻(xiàn)[4-5]。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試驗(yàn)方案

在隧道檢修道向上1.35m 高部分的兩側(cè)墻壁上涂裝納米硅負(fù)離子涂料，檢修道1.35m 以上涂裝30cm 紅色警示帶，檢修道向上1.65m 至3m 高部分涂裝多功能儲(chǔ)能式發(fā)光涂料，剩余隧道拱頂部分涂裝多功能儲(chǔ)能式動(dòng)態(tài)景觀涂料（藍(lán)天白云效果，白云發(fā)光）。多功能儲(chǔ)能式發(fā)光涂料的外觀顏色為淺黃色，黑暗中發(fā)光顏色為黃綠色；檢修道3m 高處橫向設(shè)置10cm 寬黑色條形涂料帶，隧道側(cè)壁3m 高范圍每隔3m 豎向噴涂一條6cm 條狀黑色涂料帶。

云嶺1 號(hào)隧道左線采用節(jié)能高效的隧道LED 燈，其燈具的功率規(guī)格分別為45W、100W 和70W，燈具采用對(duì)稱布置的方式。根據(jù)云嶺1 號(hào)隧道左線施工圖可知，入口段1 加強(qiáng)照明共有100W 燈具80 盞，入口段2 加強(qiáng)照明共有100W 燈具40 盞，過(guò)渡段1 加強(qiáng)照明共有70W燈具34 盞，過(guò)渡段2 加強(qiáng)照明共有45W 燈具20 盞，出口段1 加強(qiáng)照明共有45W 燈具14 盞，出口段2 加強(qiáng)照明共有45W 燈具28 盞，全線共有基本照明45W 燈具97盞、應(yīng)急照明45W 燈具33 盞。在未涂裝多功能儲(chǔ)能式發(fā)光材料之前，每隔8m 安裝一盞燈具，開(kāi)燈測(cè)其平均亮度，在涂裝多功能儲(chǔ)能式發(fā)光涂料后，通過(guò)改變燈具的數(shù)量和多功能儲(chǔ)能式發(fā)光涂料輔助照明，使其平均亮度和未涂裝多功能儲(chǔ)能式發(fā)光涂料時(shí)相同，得出此時(shí)燈具的安裝間距。

2.2 試驗(yàn)儀器

此次試驗(yàn)中主要用到的測(cè)試儀器為CX-2B 遠(yuǎn)方成像亮度計(jì)（見(jiàn)圖1）。CX-2B 遠(yuǎn)方成像亮度計(jì)測(cè)量范圍寬，測(cè)試范圍 0.1mcd/m2～15kcd/m2，USB 接口，既適用于實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，也適用于野外現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。

圖1 遠(yuǎn)方成像亮度計(jì)

2.3 發(fā)光亮度驗(yàn)收

施工完成后采用燈具照射，在1000lux 的照度下照射5min，停止照射后，在照射面中心點(diǎn)，用瞄點(diǎn)式亮度計(jì)測(cè)量，10min 時(shí)測(cè)試其發(fā)光亮度不低于100mcd/m2，1h 時(shí)發(fā)光亮度不低于15mcd/m2，且余輝時(shí)間大于12h。

2.4 亮度分布效果測(cè)試

隧道作為照明綜合節(jié)能技術(shù)實(shí)施的載體，其洞內(nèi)的亮度是反應(yīng)實(shí)施節(jié)能照明技術(shù)后最直觀的指標(biāo)。本次亮度分布效果測(cè)試選取云嶺1 號(hào)隧道左線入口段、過(guò)渡段和出口段的部分區(qū)域，采用亮度計(jì)進(jìn)行照明參數(shù)測(cè)定。

2.4.1 入口段的路面亮度分析

以云嶺1 號(hào)隧道為研究對(duì)象。根據(jù)隧道照明分段方法，整條隧道分為入口段1、入口段2、過(guò)渡段1、過(guò)渡段2、中間段和出口段1、出口段2，本次測(cè)試選在隧道左線入口段1 和中間段進(jìn)行測(cè)點(diǎn)布設(shè)。

表1 云嶺1 號(hào)隧道左線入口段1 亮度表（cd/m2）

通過(guò)表1 可以觀察到路面中線靠右側(cè)附近的亮度較高，最高可達(dá)到59.89cd/m2，將大部分光通量投射到行車的路面上，提高行車的安全性?？梢郧蟮脺y(cè)量區(qū)域的路面平均亮度為55.2cd/m2，入口段2 的設(shè)計(jì)亮度是39cd/m2，測(cè)量區(qū)域的亮度滿足設(shè)計(jì)要求；總均勻度U0 為0.87，滿足設(shè)計(jì)要求的0.3，路面中線亮度縱向均勻度U1 為0.89，滿足設(shè)計(jì)要求的0.5。

2.4.2 中間段的路面亮度分析

結(jié)合遠(yuǎn)方成像亮度計(jì)軟件，為測(cè)量中間段的路面亮度，在隧道中間段布置3.5×10m 的測(cè)量區(qū)域，沿隧道橫向均勻布設(shè)5 個(gè)點(diǎn)，沿隧道縱向均勻布設(shè)11 個(gè)點(diǎn)，測(cè)試結(jié)果如表2 所示。

表2 云嶺1 號(hào)隧道中間段亮度表（cd/m2）

從表2 中可以看出，路面中線靠右側(cè)附近的亮度較高，最高可達(dá)到9.619cd/m2，將大部分光通量投射到行車的路面上，提高行車的安全性?？梢郧蟮寐访嫫骄炼葹?.772cd/m2，中間段的設(shè)計(jì)亮度是2.5cd/m2，測(cè)量區(qū)域的亮度滿足設(shè)計(jì)要求；總均勻度U0 為0.7，滿足設(shè)計(jì)要求的0.3，路面中線亮度縱向均勻度U1 為0.79，滿足設(shè)計(jì)要求的0.5。

表3 涂裝多功能儲(chǔ)能式發(fā)光涂料前后的云嶺1 號(hào)隧道左線照明設(shè)計(jì)與效果參數(shù)比較

2.4.3 隧道照明節(jié)能分析

云嶺1 號(hào)隧道左線采用了隧道照明綜合節(jié)能技術(shù)后，對(duì)隧道內(nèi)的光照環(huán)境均起到了一定的輔助照明作用，在達(dá)到相同照明指標(biāo)及需求的前提下，可以適當(dāng)降低傳統(tǒng)功能照明的裝機(jī)規(guī)模及功率。本項(xiàng)目?jī)?yōu)化前后的云嶺1號(hào)隧道左線裝機(jī)規(guī)模和裝機(jī)功率對(duì)比情況如表3 所示。

由表3 可知，即使采用相同燈具，經(jīng)過(guò)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)后，在達(dá)到相同亮度情況下，經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的照明功率比未優(yōu)化設(shè)計(jì)前可降低約20%。

2.5 多功能儲(chǔ)能式發(fā)光涂料與普通涂料增光效果比較

根據(jù)對(duì)隧道內(nèi)涂裝增亮材料的綜合分析，由于多功能儲(chǔ)能式發(fā)光涂料具備多項(xiàng)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，項(xiàng)目通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，分別研究了采用多功能儲(chǔ)能式發(fā)光涂料與其他涂料進(jìn)行比較，對(duì)應(yīng)的亮度增亮及對(duì)隧道照明質(zhì)量的增量，進(jìn)而得到的隧道照明節(jié)能的貢獻(xiàn)。

在900mm×900mm 標(biāo)準(zhǔn)木工板表面噴涂多功能儲(chǔ)能式發(fā)光涂料，并在另外相同的900mm×900mm 標(biāo)準(zhǔn)木工板表面噴涂和多功能儲(chǔ)能式發(fā)光涂料顏色相同的普通涂料。測(cè)試前放置在不透光的黑色空間內(nèi)，避光保存24h 以上。測(cè)試時(shí)將涂裝多功能儲(chǔ)能式發(fā)光涂料和普通涂料的多組木工板分別放置于色溫為2700K、3000K、4000K、5000K、6500K 的標(biāo)準(zhǔn)光源中，并將測(cè)試探頭放入其中，開(kāi)啟光譜輻射計(jì)，連續(xù)測(cè)三次光通量并取它們的算術(shù)平均值，測(cè)試結(jié)果如表4 所示：

表4 不同色溫光源照射下不同材料的光通量

從表4 的數(shù)據(jù)分析，可知在2700K、3000K、4000K、5000K、6500K 的標(biāo)準(zhǔn)光源中，多功能儲(chǔ)能式發(fā)光涂料比普通涂料的增光率分別為35.23%、34.88%、29.33%、28.33%、26.62%，增光率普遍在26%～35%之間，可以看出使用蓄多功能儲(chǔ)能式發(fā)光涂料的光通量還是比較高的，增光率也是比較高的并且比較穩(wěn)定，進(jìn)一步算出這些實(shí)驗(yàn)組的平均增光率為30.878%，可見(jiàn)多功能儲(chǔ)能式發(fā)光涂料的優(yōu)勢(shì)還是比較明顯的。

3 結(jié)論

通過(guò)多功能儲(chǔ)能式發(fā)光涂料在山西陽(yáng)蟒高速公路云嶺1 號(hào)隧道實(shí)際應(yīng)用測(cè)試結(jié)果顯示：

（1）多功能儲(chǔ)能式發(fā)光涂料可以明顯改善隧道進(jìn)出口的光環(huán)境條件，消除隧道進(jìn)口和出口的“黑洞”和“盲光”現(xiàn)象，總余輝時(shí)間大于12h。

（2）隧道在改造后，在相同平均照度條件下，涂裝多功能儲(chǔ)能式發(fā)光涂料可節(jié)約約20%的照明功率，使得隧道運(yùn)營(yíng)成本大大降低。

（3）多功能儲(chǔ)能式發(fā)光涂料與普通涂料相比，增光率高，可以減少隧道內(nèi)燈具的用量，達(dá)到節(jié)能的目的。